Понятие мощности электродвигателя
Мощность – пожалуй, самый важный параметр при выборе электродвигателя. Традиционно она указывается в киловаттах (кВт), у импортных моделей – в киловаттах и лошадиных силах (л.с., HP, Horse Power). Для справки: 1 л.с. приблизительно равна 0,75 кВт.
На шильдике двигателя указана номинальная полезная (отдаваемая механическая) мощность
. Это та мощность, которую двигатель может отдавать механической нагрузке с заявленными параметрами без перегрева. В формулах номинальная механическая мощность обозначается через Р2.
Электрическая (потребляемая) мощность
двигателя Р1 всегда больше отдаваемой Р2, поскольку в любом устройстве преобразования энергии существуют потери. Основные потери в электродвигателе – механические, обусловленные трением. Как известно из курса физики, потери в любом устройстве определяются через КПД (ƞ), который всегда менее 100%. В данном случае справедлива формула:
Р2 = Р1 · ƞ
КПД в двигателях зависит от номинальной мощности – у маломощных моделей он может быть менее 0,75, у мощных превышает 0,95. Приведенная формула справедлива для активной потребляемой мощности. Но, поскольку электродвигатель является активно-реактивной нагрузкой, для расчета полной потребляемой мощности S
(с учетом реактивной составляющей) нужно учитывать реактивные потери. Реактивная составляющая выражается через коэффициент мощности (cosϕ). С её учетом формула номинальной мощности двигателя выглядит так:
Р2 = Р1 · ƞ = S · ƞ · cosϕ
Исполнения электродвигателей по климатике
При подборе электродвигателя необходимо знать каких климатических условий данный двигатель будет эксплуатироваться.
Ниже перечислены обозначения разных климатических исполнениях:
- У –Умеренном климате;
- ХЛ – Холодном климате;
- ТС – Тропическом Сухом климате;
- ТВ – Тропическом Влажном климате;
- Т –Тропическом климате (обобщенное);
- М – Морском климате;
Цифровое значение после буквенного обозначения марки показывают на тип ее размещения:
- 1 – работа на «улице»;
- 2 –работа на «улице», но под навесом;
- 3 – работа в помещениях;
Мощность и нагрев двигателя
Номинальная мощность обычно указывается для температуры окружающей среды 40°С и ограничена предельной температурой нагрева. Поскольку самым слабым местом в двигателе с точки зрения перегрева является изоляция, мощность ограничивается классом изоляции обмотки статора. Например, для наиболее распространенного класса изоляции F допустимый нагрев составляет 155°С при температуре окружающей среды 40°С.
В документации на электродвигатели приводятся данные, из которых видно, что номинальная мощность двигателя падает при повышении температуры окружающей среды. С другой стороны, при должном охлаждении двигатели могут длительное время работать на мощности выше номинала.
Мы рассмотрели потребляемую и отдаваемую мощности, но следует сказать, что реальная рабочая потребляемая мощность P
(мощность на валу двигателя в данный момент) всегда должна быть меньше номинальной:
Р 2 1
Это необходимо для предотвращения перегрева двигателя и наличия запаса по перегрузке. Кратковременные перегрузки допустимы, но они ограничены прежде всего нагревом двигателя. Защиту двигателя по перегрузке также желательно устанавливать не по номинальному току (который прямо пропорционален мощности), а исходя из реального рабочего тока.
Современные производители в основном выпускают двигатели из ряда номиналов: 1,5, 2,2, 5,5, 7,5, 11, 15, 18,5, 22 кВт и т.д.
Ранние разработки
В 1821 году, после открытия феномена связи электричества и магнетизма, датским химиком Эрстедом, теоремы Ампера и закона Био — Савара, английский физик Майкл Фарадей построил два аппарата, которые он назвал «электромагнитное вращение»: непрерывное круговое движение магнитной силы вокруг провода — это фактическая демонстрация первого электродвигателя.
В 1822 году Питер Барлоу построил то, что можно считать первым электродвигателем в истории: «колесо Барлоу». Это устройство представляет собой простой металлический диск, нарезанный звездой, и концы которого погружаются в чашку, содержащую ртуть, обеспечивающая текущий поток. Однако он создает только силу, способную ее поворачивать, не допуская ее практического применения.
Первый экспериментально используемый коммутатор был изобретен в 1832 году Уильямом Стерджоном. Первый двигатель постоянного тока, изготовленный с целью продажи, был изобретен Томасом Давенпортом в 1834 году и запатентован в 1837 году. Эти двигатели не испытали никакого промышленного развития из-за высокой стоимости батарей в то время.
Электродвигатель с DC
Коммутируемый аппарат постоянного тока имеет набор вращающихся обмоток, намотанных на якорь, установленный на вращающемся валу. На валу также имеется коммутатор, долговременный поворотный электрический выключатель, который периодически меняет поток тока в обмотках ротора при вращении вала. Таким образом, каждый мостовой мотор постоянного тока имеет переменный ток, проходящий через вращающиеся обмотки. Ток протекает через одну или несколько пар щеток, которые несут на коммутаторе; щеточки соединяют внешний источник электроэнергии с вращающейся арматурой.
Вращающаяся арматура состоит из одной или нескольких катушек проволоки, намотанной вокруг ламинированного ферромагнитного сердечника. Ток от щетки протекает через коммутатор и одну обмотку якоря, делая его временным магнитом (электромагнитом). Магнитное поле, создаваемое якорем, взаимодействует со стационарным магнитным полем, создаваемым либо PM, либо другой обмоткой (полевой катушкой), как часть каркаса двигателя.
Сила между двумя магнитными полями имеет тенденцию вращать вал двигателя. Коммутатор переключает питание на катушки при повороте ротора, удерживая магнитные полюса, от когда-либо полностью совпадающего с магнитными полюсами поля статора, так что ротор никогда не останавливается (как стрелка компаса), а скорее вращается пока есть питание.
Хотя большинство коммутаторов являются цилиндрическими, некоторые из них представляют собой плоские диски, состоящие из нескольких сегментов (как правило, не менее трех), установленных на изоляторе.
Большие щетки желательны для большей площади контакта щетки, для максимизации мощности двигателя, но небольшие щеточки желательны для малой массы, чтобы максимизировать скорость, с которой двигатель может работать, без чрезмерного отскока и искрения щеток. Более жесткие пружины для щеток также могут использоваться для создания щеток заданной массы на более высокой скорости, но за счет больших потерь из-за трения и износа ускоренной щетки и коммутатора. Поэтому конструкция электродвигателя постоянного тока влечет за собой компромисс между выходной мощностью, скоростью и эффективностью/износом.
Конструкция двигателей с DC:
- Схема арматуры — обмотка, в ней переносится ток нагрузки, который может быть неподвижной или вращающейся частью двигателя или генератора.
- Полевая схема — набор обмоток, создающих магнитное поле, так что электромагнитная индукция может существовать в электрических машинах.
- Коммутация. Механическая техника, в которой может быть достигнута ректификация, или благодаря чему может быть получен постоянный ток.
Существует четыре основных типов электродвигателей постоянного тока:
- Электродвигатель с шунтовой намоткой.
- Электродвигатель постоянного тока.
- Комбинированный двигатель.
- Двигатель PM.
Расчет мощности двигателя на основе измерений
На практике мощность двигателя можно рассчитать, прежде всего, исходя из рабочего тока. Ток измеряется токовыми клещами в максимальном рабочем режиме, когда рабочая мощность приближается к номинальной. При этом температура корпуса двигателя может превышать 100 °С, в зависимости от класса нагревостойкости изоляции.
Измеренный ток подставляем в формулу для расчета реальной механической мощности
на валу:
Р = 1,73 · U · I · cosϕ · ƞ
, где
- U – напряжение питания (380 или 220 В, в зависимости от схемы подключения – «звезда» или «треугольник»),
- I – измеренный ток,
- cosϕ и ƞ – коэффициент мощности и КПД, значения которых можно принять равными 0,8 для маломощных двигателей (менее 5,5 кВт) или 0,9 для двигателей мощностью более 15 кВт.
Если нужно найти номинальную мощность
двигателя, то полученный результат округляем в бОльшую сторону до ближайшего значения из ряда номиналов.
Р2 > Р
Если необходимо рассчитать потребляемую активную мощность
, используем следующую формулу:
Р1 = 1,73 · U · I · ƞ
Именно активную мощность измеряют счетчики электроэнергии. В промышленности для измерения реактивной (и полной мощности S) применяют дополнительное оборудование. При данном способе можно не использовать приведенную формулу, а поступить проще – если двигатель подключен в «звезду», измеренное значение тока умножаем на 2 и получаем приблизительную мощность в кВт.
Таблица крутящих моментов электродвигателей
В данной таблице собраны крутящие моменты наиболее распространенных в Украине электродвигателей АИР, а также требуемый при пуске – пусковой, максимально допустимый для данного типа электродвигателя – максимальный крутящий момент и момент инерции двигателей АИР (усилие важное при подборе электромагнитного тормоза, например)
| Двигатель | кВт/об | Мном, Нм | Мпуск, Нм | Ммакс, Нм | Минн, Нм |
| АИР56А2 | 0,18/2730 | 0,630 | 1,385 | 1,385 | 1,133 |
| АИР56В2 | 0,25/2700 | 0,884 | 1,945 | 1,945 | 1,592 |
| АИР56А4 | 0,12/1350 | 0,849 | 1,868 | 1,868 | 1,528 |
| АИР56В4 | 0,18/1350 | 1,273 | 2,801 | 2,801 | 2,292 |
| АИР63А2 | 0,37/2730 | 1,294 | 2,848 | 2,848 | 2,330 |
| АИР63В2 | 0,55/2730 | 1,924 | 4,233 | 4,233 | 3,463 |
| АИР63А4 | 0,25/1320 | 1,809 | 3,979 | 3,979 | 3,256 |
| АИР63В4 | 0,37/1320 | 2,677 | 5,889 | 5,889 | 4,818 |
| АИР63А6 | 0,18/860 | 1,999 | 4,397 | 4,397 | 3,198 |
| АИР63В6 | 0,25/860 | 2,776 | 6,108 | 6,108 | 4,442 |
| АИР71А2 | 0,75/2820 | 2,540 | 6,604 | 6,858 | 4,064 |
| АИР71В2 | 1,1/2800 | 3,752 | 8,254 | 9,004 | 6,003 |
| АИР71А4 | 0,55/1360 | 3,862 | 8,883 | 9,269 | 6,952 |
| АИР71В4 | 0,75/1350 | 5,306 | 13,264 | 13,794 | 12,733 |
| АИР71А6 | 0,37/900 | 3,926 | 8,245 | 8,637 | 6,282 |
| АИР71В6 | 0,55/920 | 5,709 | 10,848 | 12,560 | 9,135 |
| АИР71В8 | 0,25/680 | 3,511 | 5,618 | 6,671 | 4,915 |
| АИР80А2 | 1,5/2880 | 4,974 | 10,943 | 12,932 | 8,953 |
| АИР80В2 | 2,2/2860 | 7,346 | 15,427 | 19,100 | 13,223 |
| АИР80А4 | 1,1/1420 | 7,398 | 16,275 | 17,755 | 12,576 |
| АИР80В4 | 1,5/1410 | 10,160 | 22,351 | 24,383 | 17,271 |
| АИР80А6 | 0,75/920 | 7,785 | 16,349 | 17,128 | 12,457 |
| АИР80В6 | 1,1/920 | 11,418 | 25,121 | 26,263 | 20,553 |
| АИР80А8 | 0,37/680 | 5,196 | 10,393 | 11,952 | 7,275 |
| АИР80В8 | 0,55/680 | 7,724 | 15,449 | 16,221 | 10,814 |
| АИР90L2 | 3/2860 | 10,017 | 23,040 | 26,045 | 17,030 |
| АИР90L4 | 2,2/1430 | 14,692 | 29,385 | 35,262 | 29,385 |
| АИР90L6 | 1,5/940 | 15,239 | 30,479 | 35,051 | 28,955 |
| АИР90LА8 | 0,75/700 | 10,232 | 15,348 | 20,464 | 15,348 |
| АИР90LВ8 | 1,1/710 | 14,796 | 22,194 | 32,551 | 22,194 |
| АИР100S2 | 4/2850 | 13,404 | 26,807 | 32,168 | 21,446 |
| АИР100L2 | 5,5/2850 | 18,430 | 38,703 | 44,232 | 29,488 |
| АИР100S4 | 3/1410 | 20,319 | 40,638 | 44,702 | 32,511 |
| АИР100L4 | 4/1410 | 27,092 | 56,894 | 65,021 | 43,348 |
| АИР100L6 | 2,2/940 | 22,351 | 42,467 | 49,172 | 35,762 |
| АИР100L8 | 1,5/710 | 20,176 | 32,282 | 40,352 | 30,264 |
| АИР112М2 | 7,5/2900 | 24,698 | 49,397 | 54,336 | 39,517 |
| АИР112М4 | 5,5/1430 | 36,731 | 73,462 | 91,827 | 58,769 |
| АИР112МА6 | 3/950 | 30,158 | 60,316 | 66,347 | 48,253 |
| АИР112МВ6 | 4/950 | 40,211 | 80,421 | 88,463 | 64,337 |
| АИР112МА8 | 2,2/700 | 30,014 | 54,026 | 66,031 | 42,020 |
| АИР112МВ8 | 3/700 | 40,929 | 73,671 | 90,043 | 57,300 |
| АИР132М2 | 11/2910 | 36,100 | 57,759 | 79,419 | 43,320 |
| АИР132S4 | 7,5/1440 | 49,740 | 99,479 | 124,349 | 79,583 |
| АИР132М4 | 11/1450 | 72,448 | 173,876 | 210,100 | 159,386 |
| АИР132S6 | 5,5/960 | 54,714 | 109,427 | 120,370 | 87,542 |
| АИР132М6 | 7,5/950 | 75,395 | 150,789 | 165,868 | 120,632 |
| АИР132S8 | 4/700 | 54,571 | 98,229 | 120,057 | 76,400 |
| АИР132М8 | 5,5/700 | 75,036 | 135,064 | 165,079 | 105,050 |
| АИР160S2 | 15/2940 | 48,724 | 97,449 | 155,918 | 2,046 |
| АИР160М2 | 18,5/2940 | 60,094 | 120,187 | 192,299 | 2,884 |
| АИР180S2 | 22/2940 | 71,463 | 150,071 | 250,119 | 4,288 |
| АИР180М2 | 30/2940 | 97,449 | 214,388 | 341,071 | 6,821 |
| АИР200М2 | 37/2950 | 119,780 | 275,493 | 383,295 | 16,769 |
| АИР200L2 | 45/2940 | 146,173 | 380,051 | 584,694 | 19,003 |
| АИР225М2 | 55/2955 | 177,750 | 408,824 | 710,998 | 35,550 |
| АИР250S2 | 75/2965 | 241,568 | 628,078 | 966,273 | 84,549 |
| АИР250М2 | 90/2960 | 290,372 | 784,003 | 1161,486 | 116,149 |
| АИР280S2 | 110/2960 | 354,899 | 887,247 | 1171,166 | 212,939 |
| АИР280М2 | 132/2964 | 425,304 | 1233,381 | 1488,563 | 297,713 |
| АИР315S2 | 160/2977 | 513,268 | 1231,844 | 1693,786 | 590,259 |
| АИР315М2 | 200/2978 | 641,370 | 1603,425 | 2116,521 | 962,055 |
| АИР355SMA2 | 250/2980 | 801,174 | 1281,879 | 2403,523 | 2163,171 |
| АИР160S4 | 15/1460 | 98,116 | 186,421 | 284,538 | 7,457 |
| АИР160М4 | 18,5/1460 | 121,010 | 229,920 | 350,930 | 11,375 |
| АИР180S4 | 22/1460 | 143,904 | 302,199 | 402,932 | 15,110 |
| АИР180М2 | 30/1460 | 196,233 | 470,959 | 588,699 | 27,276 |
| АИР200М4 | 37/1460 | 242,021 | 532,445 | 847,072 | 46,952 |
| АИР200L4 | 45/1460 | 294,349 | 647,568 | 941,918 | 66,229 |
| АИР225М4 | 55/1475 | 356,102 | 997,085 | 1317,576 | 145,289 |
| АИР250S4 | 75/1470 | 487,245 | 1218,112 | 1559,184 | 301,605 |
| АИР250М4 | 90/1470 | 584,694 | 1461,735 | 1871,020 | 467,755 |
| АИР280S4 | 110/1470 | 714,626 | 2072,415 | 2429,728 | 578,847 |
| АИР280М4 | 132/1485 | 848,889 | 1697,778 | 2886,222 | 1612,889 |
| АИР315S4 | 160/1487 | 1027,572 | 2568,931 | 3802,017 | 2363,416 |
| АИР315М4 | 200/1484 | 1287,062 | 3217,655 | 4247,305 | 3603,774 |
| АИР355SMA4 | 250/1488 | 1604,503 | 3690,356 | 4492,608 | 8985,215 |
| АИР355SMВ4 | 315/1488 | 2021,673 | 5054,183 | 5862,853 | 12534,375 |
| АИР355SMС4 | 355/1488 | 2278,394 | 5012,466 | 6151,663 | 15493,078 |
| АИР160S6 | 11/970 | 108,299 | 205,768 | 314,067 | 12,021 |
| АИР160М6 | 15/970 | 147,680 | 339,665 | 443,041 | 20,675 |
| АИР180М6 | 18,5/970 | 182,139 | 400,706 | 546,418 | 29,324 |
| АИР200М6 | 22/975 | 215,487 | 517,169 | 711,108 | 50,209 |
| АИР200L6 | 30/975 | 293,846 | 617,077 | 881,538 | 102,846 |
| АИР225М6 | 37/980 | 360,561 | 721,122 | 1081,684 | 186,050 |
| АИР250S6 | 45/986 | 435,852 | 784,533 | 1307,556 | 440,210 |
| АИР250М6 | 55/986 | 532,708 | 1012,145 | 1811,207 | 633,922 |
| АИР280S6 | 75/985 | 727,157 | 1454,315 | 2326,904 | 1090,736 |
| АИР280М6 | 90/985 | 872,589 | 1745,178 | 2792,284 | 1657,919 |
| АИР315S6 | 110/987 | 1064,336 | 1809,372 | 2873,708 | 4044,478 |
| АИР315М6 | 132/989 | 1274,621 | 2166,855 | 3696,400 | 5735,794 |
| АИР355МА6 | 160/993 | 1538,771 | 2923,666 | 3539,174 | 11848,540 |
| АИР355МВ6 | 200/993 | 1923,464 | 3654,582 | 4423,968 | 17118,832 |
| АИР355MLA6 | 250/993 | 2404,330 | 4568,228 | 5529,960 | 25485,901 |
| AИР355MLB6 | 315/992 | 3032,510 | 6065,020 | 7278,024 | 40029,133 |
| АИР160S8 | 7,5/730 | 98,116 | 156,986 | 235,479 | 13,246 |
| АИР160М8 | 11/730 | 1007,329 | 1712,459 | 2417,589 | 181,319 |
| АИР180М8 | 15/730 | 196,233 | 333,596 | 529,829 | 41,994 |
| АИР200М8 | 18,5/728 | 242,685 | 509,639 | 606,714 | 67,952 |
| АИР200L8 | 22/725 | 289,793 | 579,586 | 724,483 | 88,966 |
| АИР225М8 | 30/735 | 389,796 | 701,633 | 1052,449 | 214,388 |
| АИР250S8 | 37/738 | 478,794 | 861,829 | 1196,985 | 481,188 |
| АИР250М8 | 45/735 | 584,694 | 1052,449 | 1520,204 | 695,786 |
| АИР280S8 | 55/735 | 714,626 | 1357,789 | 2143,878 | 1071,939 |
| АИР280М8 | 75/735 | 974,490 | 1754,082 | 2728,571 | 1851,531 |
| АИР315S8 | 90/740 | 1161,486 | 1509,932 | 2671,419 | 4413,649 |
| АИР315М8 | 110/742 | 1415,768 | 2265,229 | 3964,151 | 6370,957 |
| АИР355SMA8 | 132/743 | 1696,635 | 2714,616 | 3902,261 | 12215,774 |
| AИР355SMB8 | 160/743 | 2056,528 | 3496,097 | 4935,666 | 18097,443 |
| AИР355MLA8 | 200/743 | 2570,659 | 4627,187 | 6940,781 | 26991,925 |
| AИР355MLB8 | 250/743 | 4498,654 | 7647,712 | 10796,770 | 58032,638 |
Расчет крутящего момента – формула
Примечание: при расчете стоит учесть коэффициент проскальзывания асинхронного двигателя. Номинальное количество оборотов двигателя не совпадает с реальным. Точное количество оборотов вы сможете найти, зная маркировку, в таблице выше.
Расчет онлайн
Для расчета крутящего момента электродвигателя онлайн введите значение мощности ЭД и реальную угловую скорость (количество оборотов в минуту)
тут будет калькулятор
После расчета крутящего момента, посмотрите схемы подключения асинхронных электродвигателей звездой и треугольником на сайте «Слобожанского завода»
Расчет мощности при помощи счетчика электроэнергии
Этот способ прост и не требует дополнительных инструментов и знаний. Достаточно подключить двигатель через счетчик (трехфазный узел учета) и узнать разницу показаний за строго определенное время. Например, при работе двигателя в течении часа разница показаний счетчика будет численно равна активной мощности двигателя (Р1). Но чтобы получить номинальную мощность Р2, нужно воспользоваться приведенной выше формулой.
Другие полезные материалы:
Степени защиты IP Трехфазный двигатель в однофазной сети Типичные неисправности электродвигателей
Плюсы дизельных генераторов:
• Высокая мощность. Показатели могут варьироваться от 3 до 200 и выше кВт, когда у бензиновых максимальный результат — 18 кВт. • Двигатель различается в бытовых и профессиональных установках. У первого типа оборудования время наработки до отказа достигает 300-400 часов, у второго — до 5.000 часов. • Автоматическая стабилизация производимого напряжения. На современном рынке есть модели с регулятором, который контролирует обороты двигателя. Он дает возможность генератору самостоятельно адаптировать напряжение при появлении скачков под заявленные требования пользователя. • Показатель КПД достигает 50%. • Большой моторесурс. Генераторы работают без перерывов длительное время, поэтому выступают в качестве дополнительного и основного источника питания. • Использовать установку можно на предприятиях для обеспечения стабильной работы — это позволит избежать нарушений технических процессов, которые становятся причиной браков. • Практически нет ограничений в температурном показателе окружающей среды. Климатические условия никоим образом не влияют на работу генератора, если температура варьируется от -40°С до +40°С, а влажность не превышает 95%. • Новые модели дизельных генераторов оснащены шумоизолирующим корпусом, поэтому работают относительно беззвучно.
Определение оборотов вала
Асинхронные трехфазные двигатели по частоте вращения ротора делятся 4 типа: 3000, 1500, 1000 и 750 об. мин. Приводим пример маркировки на основании АИР 180:
Самый простой способ определить количество оборотов трехфазного асинхронного электродвигателя – снять задний кожух и посмотреть обмотку статора.
У двигателя на 3000 об/мин катушка обмотки статора занимает половину окружности – 180 °, то есть начало и конец секции параллельны друг другу и перпендикулярны центру. У электромоторов 1500 оборотов угол равен 120 °, у 1000 – 90 °. Схематический вид катушек изображен на чертеже. Все обмоточные данные двигателей смотрите в таблице.
Узнать частоту вращения с помощью амперметра
Узнать обороты вала двигателя, можно посчитав количество полюсов. Для этого нам понадобится миллиамперметр – подключаем измерительный прибор к обмотке статора. При вращении вала двигателя стрелка амперметра будет отклонятся. Число отклонений стрелки за один оборот – равно количеству полюсов.
Выбор электродвигателя и расчет его рабочих параметров.
Как результат, обычно он выражается в миллиньютонах умноженные на метры (мН • м). 1000 мН • м в 1 Н • м, поэтому рассчитанный крутящий момент составляет 1,26 мН • м. Его можно было бы преобразовать далее в (г-см), умножив результат на 10,2, и. е. Крутящий момент составляет 12,86 г-см.
Мнение эксперта
It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике
Задавайте вопросы «Специалисту по модернизации систем энергогенерации»
Узнать мощность электродвигателя по диаметру вала без бирки Определить мощность двигателя можно сравнив габаритные размеры с таблицей определения мощности электродвигателя, перейдя по ссылке габаритно-присоединительные размеры электродвигателей АИР. Спрашивайте, я на связи!
