Как найти активную мощность электродвигателя

В этой статье мы разберем, что такое мощность трехфазного асинхронного двигателя и как ее рассчитать.

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

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 < Р₂ < Р₁ < S

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.

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.

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

• 

Мощность асинхронного двигателя

Мощность асинхронного электродвигателя – является основным техническим параметром этого типа устройств, который влияет на сферу использования и выполняемые задачи.

Асинхронные двигатели могут иметь идентичную мощность, но различаться по частоте вращения вала, что существенно влияет на его габаритные размеры.

Асинхронный двигатель имеет три формулы для вычисления мощности:

• активной (P)
• реактивной (Q)
• полной (S)

Полная мощность (S) определяется в Вольт-Амперах (ВА). Определяется произведением напряжения на ток системы. Принято считать, что полная мощность это комплексное число, в котором активная мощность – это действительная часть, а реактивная – мнимая.

Формулы для определения полной мощности асинхронного двигателя:

S = P / cosφ = √(P² + Q²)=I*U

І – действующее значение тока;

U – действительное значение напряжения;

φ – сдвиг фаз.

Активная мощность (Р) измеряется в Ваттах (Вт). Это мощность, которая потребляется сопротивлением системы на полезную работу и тепло.

Формула определения активной мощности асинхронного двигателя:

P=I*U*cosφ

І – действующее значение тока;

U – действительное значение напряжения;

φ – сдвиг фаз.

Реактивная мощность (Q) измеряется в реактивных Вольт-Амперах (ВА). Это электромагнитная мощность, которую колебательный контур системы запасает и отдает обратно в сеть. В идеале такая мощность не выполняет работы.

Формула:

Q=I*U*sinφ

І – действующее значение тока;

U – действительное значение напряжения;

φ – сдвиг фаз.

Как определить мощность электродвигателя без бирки

Если техническая документация к двигателю утеряна, а надписи на корпусе стерлись или не читаемы, возникает вопрос: как определить мощность электродвигателя без бирки? Существуют несколько методов, о которых мы вам расскажем, и вам останется выбрать из них наиболее удобный в вашем случае.

Практические измерения

Самый доступный способ – проверка показаний бытового счетчика электроэнергии. Сначала следует отключить абсолютно все бытовые приборы и выключить свет во всех помещениях, поскольку даже горящая лампочка на 40Вт будет искажать показания.

Проследите, чтобы счетчик не крутился или индикатор не мигал (в зависимости от его модели).

Вам повезло, если у вас счетчик «Меркурий» – он показывает величину нагрузки в кВт, поэтому от вас потребуется только включить двигатель на 5 минут на полную мощность и проверить показания.

Обратите внимание

Важно

Индукционные счетчики ведут учет в кВт/ч. Запишите показания до включения мотора, дайте ему поработать ровно 10 минут (лучше воспользоваться секундомером). Снимите новые показания счетчика и путем вычитания узнайте разницу. Умножьте эту цифру на 6. Полученный результат отображает мощность двигателя в кВт

Если двигатель маломощный, вычислить параметры будет несколько сложнее. Выясните, сколько оборотов (или импульсов) равно 1кВт/ч – информацию вы найдете на счетчике. Допустим, это 1600 оборотов (или вспышек индикатора).

Если при работающем двигателе счетчик делает 20 оборотов в минуту, умножьте эту цифру на 60 (количество минут в часу). Получается 1200 оборотов в час. Разделите 1600 на 1200 (1.3) – это и есть мощность двигателя.

Результат тем точнее, чем дольше вы измеряете показания, но небольшая погрешность все равно присутствует.

Определение по таблицам

Как узнать мощность электродвигателя по диаметру вала и другим показателям? В интернете нетрудно найти технические таблицы, с помощью которых можно узнать тип мотора и, соответственно, его мощность. Вам потребуется снять следующие параметры:

• диаметр вала;
• частота его вращения или число полюсов;
• крепежные размеры;
• диаметр фланца (если двигатель фланцевый);
• высота до центра вала;
• длина мотора (без выступающей части вала);
• расстояние до оси.

Далее – вопрос времени и внимательности. Согласитесь, надежнее измерить детали и узнать точный, без погрешностей результат. В сети есть параметры абсолютно всех, даже очень старых моторов.

Вычисление по количеству оборотов в минуту

Определите визуально количество обмоток статора. Используйте тестер или миллиамперметр для того чтобы узнать число полюсов – при этом не требуется разбирать мотор. Подключите прибор к одной из обмоток и равномерно вращайте вал. Количество отклонений стрелки – это число полюсов. Учтите, что частота вращения вала при данном методе вычисления несколько ниже полученного результата.

Определение по габаритам

Еще один способ – проведение замеров и вычислений. Многие из тех, кто интересуется, как узнать мощность трехфазного двигателя, предпочитают именно его. Вам понадобятся следующие данные:

• Диаметр сердечника в сантиметрах (D). Он измеряется по внутренней части статора. Также необходима длина сердечника с учетом отверстий вентиляции.

• Частота валового вращения (n) и частота сети (f).

Через них вычислите показатель полюсного деления. D умножьте на n и на число Пи – назовем это показание А. 120 умножьте на f – это В. Разделите А на В.

Как видите, чтобы подсчитать значение, достаточно вспомнить школьный курс математики.

Определение по мощности, выдаваемой двигателем

Здесь опять придется вооружиться калькулятором. Узнайте:

• число оборотов вала в секунду (А);
• показатель тяглового усилия мотора (В);
• радиус вала (С) – это можно сделать с помощью штангенциркуля.

Определение мощности электродвигателя в Вт осуществляется по следующей формуле: Ах6.28хВхС.

Для чего необходимо знать мощность двигателя

Из всех технических характеристик электродвигателя (КПД, номинальный рабочий ток, частота вращения и т.д.) самая значимая – мощность. Зная главные данные, вы сможете:

• Подобрать подходящие по номиналам тепловое реле и автомат.
• Определить пропускную способность и сечение электрических кабелей для подключения агрегата.
• Эксплуатировать двигатель согласно его параметрам, не допуская перегрузок.

Мы описали, как замерить мощность электродвигателя разными способами. Используйте тот, который в вашем случае будет оптимальным. Применяя любой из методов, вы подберете агрегат, который будет лучшим образом отвечать вашим требованиям.

Но самый эффективный вариант, экономящий ваше время и избавляющий вас от необходимости искать информацию и проводить замеры и расчеты – это сохранить технический паспорт в надежном месте и следить за тем, чтобы шильдик с данными не потерялся.

Как узнать мощность электродвигателя, если нет таблички, по таблице

Не имея таблички, мощность электродвигателя узнается благодаря разнообразным табличным данным. Потребуется определить:

Совет: Собрав все данные, сверьтесь с таблицами. Информация и видео в интернете есть даже по старым моторам.

Измерьте габариты вала и крепежных отверстий – сопоставьте с таблицей:

Сначала смотрим на бирку

Самым простым является способ определения мощности двигателя по шильдику (его еще называют табличкой или биркой). В первую очередь, стоит помнить, что число, указанное на бирке – это механическая мощность на валу, т.н. Р2. Чтобы найти активную электрическую Р1 (которую будет учитывать ваш счетчик), её нужно разделить на КПД (η), а, чтобы найти полную S, то еще разделить и на COSф, их найдете на том же шильдике.

Р1 = Р2/η = 180/0,68 = 265 (Вт)

S = P1/cosФ = 265/0.78 = 340 (Вт)

А если указан только ток — вы можете определить полную мощность по стандартной для трёхфазных цепей формуле:

Если по примеру приведенного выше шильдика, то:

S = 380*0,52*1,73 = 341 (ВА)

P1 = S*cosФ = 341*0,78 = 266 (Вт)

И механическая Р2 на валу:

P2 = P1*η = 180,8 (Вт)

Как вы могли убедится, результаты расчетов по току и напряжению совпали с указанными на табличке цифрами. По шильдику вы можете определить и другие параметры электродвигателя, такие как номинальное напряжение, силу тока, число оборотов в минуту.

Оценочный расчёт по току холостого хода и напряжению

Определить мощность электродвигателя можно и по току или, как говорят дилетанты, «по амперажу». Но измерять ток, когда машина находится под нагрузкой, чтобы узнать его номинальную мощность неправильно, потому что вы никак не можете знать работает он под номинальной нагрузкой, в перегрузе или наоборот недогружен. От нагрузки зависит ток статора. Это значит, что вы измерите не номинальный ток, а ток потребления в этот момент.

Итак, нужно измерить ток холостого хода, то есть когда двигатель работает без нагрузки. Прежде чем вы будете измерять что-либо, для получения правильных данных нужно чтобы он какое-то время поработал, а именно 0,5-1 час для двигателей мощностью до 100 кВт и 1-2 часа — свыше 100 кВт. После измерения, по таблице узнать типовые отклонения Iхх от Iном в процентах и посчитать предполагаемый Iном.

Давайте приведем пример, допустим, вы измерили ток, оказалось, что это 5 Ампер. Оцениваем мощность двигателя «на глаз», допустим, что он довольно крупный, и вы предполагаете, что она больше 5 кВт. При этом это «трёхтысячник», то есть его вал вращается с частотой 3000 об/мин. Тогда измеренный ток холостого хода составляет 40% (или 0,4) от номинального. Чтобы узнать номинальный ток, нужно разделить Iхх на проценты из таблицы:

Iном=Iхх/0,4=5/0,4=12,5А

Тогда полную и активную мощность можно определить по формулам:

S=UI*1,73=380*12,5*1,73=8217 Вт=8,2 кВт.

Примем, что cosФ двигателя равен 0,85, а его КПД 0.8, тогда активная P1 равна:

Р = Iср*Uср*1,73*cosf*КПД=12,5*380*1,73*0,85*0,8=5,5 кВт

Правда стандартных асинхронных трёхфазных двигателей с такими параметрами не бывает, числа были взяты лишь для примера, но приведенным выше способом вы можете узнать мощность двигателя, зная ток и напряжение.

Как определить мощность электродвигателя без бирки?

Главная » Электрика на даче.

Определить мощность электродвигателя, у которого отсутствует или не читается шильдик, можно путем электрических измерений, или используя таблицы габаритов электромоторов.

Как правило, это значение требуется для правильного подбора конденсаторов, при включении трехфазного электродвигателя в однофазную сеть.

Определяя мощность электромотора по габаритам, придется также определить частоту вращения вала.

Измерение тока

В отличие от нагревателя или лампы накаливания, ток, потребляемый электродвигателем, зависит от нагрузки. Измерение тока холостого хода, не даст достоверной информации о его мощности.

В случае, когда двигатель установлен в оборудовании (насос, вентилятор), можно считать что нагрузка соответствует номиналу. В этом случае измерив ток, высчитывается активная мощность, по формуле Ра = Iср*Uср*1,73*cosf*КПД.

Учитывая, что нам неизвестна процентная нагрузка на электромотор, для приблизительных расчетов можно использовать старое правило – 2 А на киловатт в трехфазной сети 380 В, и 4,5 А в сети 220 В.

Определение характеристик двигателя по таблицам

Для того чтобы определить марку двигателя по таблицам, можно отталкиваться от следующих параметров:

• число полюсов, или частота вращения вала;
• диаметр вала;
• высота до центра вала (при креплении на лапах);
• диаметр фланца (для фланцевых электродвигателей);
• крепежные размеры.

Используя таблицы, можно определить марку двигателя, а с ней и мощность. Эти данные будут наиболее точными. Размерные таблицы есть в свободном доступе, и в них найдутся параметры даже очень старых двигателей. Этот способ надо признать лучшим для определения мощности.

Определение количества оборотов в минуту

Частота вращения асинхронного двигателя, зависит от количества обмоток статора. Разобрав мотор можно визуально определить их число. Для определения числа оборотов используйте таблицу:

Количество полюсовЧастота вращения, об/мин

2	3000
4	1500
6	1000
8	750
10	600
12	500

Определить число полюсов, не разбирая электромотор, можно с помощью миллиамперметра, или тестера с соответствующим режимом. Для этого подключаем измерительный прибор к одной из обмоток. Равномерно вращая вал, смотрим, сколько раз стрелка миллиамперметра отклонится. Это число, и есть количество полюсов двигателя.

При таком способе определения частоты вращения вала, надо учитывать, что реальная частота несколько ниже вычисленной. Например, не 3000, а 2940, или не 1500, а 1450.

Применение описанных выше методик, позволит подобрать электромотор, удовлетворяющий предъявляемым требованиям, но, все же, надо следить за сохранностью шильдиков и паспортов, чтобы не тратить время на расчеты и поиск информации.

Параметры электродвигателя: потребляемый ток

Для измерения тока, потребляемого электродвигателем, используются токоизмерительные клещи, измеряющие ток в цепи без ее разрыва.

При использовании мультиметра (как пользоваться мультиметром?) или амперметра нужно заранее убедиться в том, что ожидаемое значение измеряемого параметра лежит в диапазоне измерений. Прибор подключается последовательно с электродвигателем или с одной из обмоток трех фаз. И не стоит забывать о пусковом токе, перед запуском прибор нужно надежно закоротить, чтобы он не сгорел.

Можно воспользоваться и электронным счетчиком с функцией измерения токов.

Если потребляемая мощность уже известна, ток можно подсчитать. Для однофазного двигателя:

Для трехфазного:

Величину напряжения тоже рекомендуется измерить, желательно – непосредственно на зажимах электродвигателя.

Если измерения производятся без нагрузки, то получится ток холостого хода. Подсчитать номинальный ток не представляется возможным, так как ток холостого хода не нормируется и составляет 20-40% от номинального. В этом случае для подсчета токов холостого хода трехфазных асинхронных электродвигателей используются данные таблицы.

Мощность двигателя, кВт	Ток холостого хода (в процентах от номинального)
При частоте вращения, об/мин
3000	1500	1000	750	600	500
0,12-0,55	60	75	85	90	95
0,75-1,5	50	70	75	80	85	90
1,5-5,5	45	65	70	75	80	85
5,5-11	40	60	65	70	75	80
15-22,5	30	55	60	65	70	75
22,5-55	20	50	55	60	65	70
55-110	20	40	45	50	55	60

Определение мощности по габаритам

Итак, частоту вращения мы узнали, переходим к самой мощности. Для этого вам нужно измерить габаритные размеры движка.

Что сюда входит?

• диаметр вала

• длина вылета вала

• его высота над лапами (высота оси вращения)

• расстояние между лапами (длина, ширина)

Если у вас движок фланцевый, в этом случае необходимо сделать:

• замер диаметра фланца

• а также диаметр самих отверстий на фланце

Для более точных замеров используйте штангенциркуль, а не линейку. Получив и записав результаты, переходим к заводским табличным данным. Вот эти параметры:

Таблица 1 – Определение мощности по валу двигателя

Таблица 2 – Определение мощности по расстоянию между лапами

Таблица – Определение мощности по диаметру фланца

Сравнив полученные цифры с табличными данными, вы без какого-либо подключения к эл.сети узнаете мощность вашего движка.

Что такое мощность электродвигателя и как ее определить: формулы и примеры

Электрический двигатель представляет собой электромеханическое устройство, основанное на электромагнетизме, позволяющем преобразовывать электрическую энергию, например, в рабочую или механическую энергию.

Этот процесс является обратимым и может быть использован для выработки электроэнергии.

Однако все эти электрические машины являются обратимыми и могут быть «двигателем» либо «генератором» в четырех квадрантах плоскости с крутящим моментом.

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.

Важно

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:

1. Электродвигатель с шунтовой намоткой.
2. Электродвигатель постоянного тока.
3. Комбинированный двигатель.
4. Двигатель PM.

Базовые расчетные показатели

О том, как узнать мощность электродвигателя в статье будет показано далее, на примере с исходными данными.

Хороший научный проект не останавливается на конструировании силового аппарата. Очень важно произвести расчет мощности электродвигателя и различные электрические и механические параметры вашего аппарата и рассчитать формулу мощности электродвигателя используя неизвестные значения и полезные формулы.

Для расчета электродвигателя мы будем использовать Международную систему единиц (СИ). Это современная метрическая система, официально принятая в электротехнике.

Совет

Одним из важнейших законов физики является основной закон Ома. Он утверждает, что ток через проводник прямо пропорционален приложенному напряжению и выражается как:

I = V / R

где I — ток, в амперах (A);

V — приложенное напряжение, в вольтах (V);

R — сопротивление, в омах (Ω).

Эта формула может использоваться во многих случаях. Вы можете рассчитать сопротивление вашего двигателя, измерив, потребляемый ток и приложенное напряжение. Для любого заданного сопротивления (в двигателях это в основном сопротивление катушки), эта формула объясняет, что ток можно контролировать приложенным напряжением.

Потребляемая электрическая мощность двигателя определяется по следующей формуле:

Pin = I * V

где Pin — входная мощность, измеренная в ваттах (Вт);

I — ток, измеренный в амперах (A);

V — приложенное напряжение, измеренное в вольтах (V).

Как узнать выходную мощность

Двигатели как предполагается, выполняют какую-то работу, и два важных значения, которые определяют, насколько он мощный. Это скорость и сила поворота двигателя. Выходная механическая мощность двигателя может быть рассчитана по следующей формуле:

Pout = τ * ω

где Pout — выходная мощность, измеренная в ваттах (Вт);

τ – момент силы, измеренный в метрах Ньютона (N • м);

ω – угловая скорость, измеренная в радианах в секунду (рад / с).

Легко рассчитать угловую скорость, если вы знаете скорость вращения двигателя в об / мин:

ω = rpm * 2 * П / 60

где ω – угловая скорость (рад / с);

об / мин — скорость вращения в оборотах в минуту;

П — математическая константа (3.14);

60 — количество секунд в минуте.

Если двигатель имеет 100% КПД, вся электрическая энергия преобразуется в механическую энергию. Однако таких двигателей не существует. Даже прецизионные малые промышленные двигатели, имеют максимальную эффективность 50—60%.

Измерение момент силы двигателя является сложной задачей. Для этого требуется специальное дорогостоящее оборудование. Но это возможно сделать и самому обладая специальной информацией и формулами.

Показатели механической эффективности

Эффективность двигателя рассчитывается как механическая выходная мощность, деленная на электрическую входную мощность:

E = Pout / Pin

следовательно,

Pout = Pin * E

после подстановки мы получаем:

Т * ω = I * V * E

Т * rpm * 2 * П / 60 = I * V * E

и формула для расчета момента силы будет равна:

Т = (I * V * E * 60) / (об / мин * 2 * П)

Чтобы определить мощность двигателя необходимо подключить его к нагрузке, для образования момента силы. Измерьте ток, напряжение и об / мин. Теперь вы можете рассчитать момент силы для этой нагрузки с этой скоростью, предполагая, что вы знаете эффективность двигателя.

Оценочная 15-процентная эффективность представляет собой максимальную эффективность двигателя, которая происходит только с определенной скоростью. Эффективность может быть какая угодно между нулем и максимумом; в нашем примере ниже 1000 об / мин может быть неоптимальная скорость, поэтому для расчетов вы можете использовать 10% КПД (E = 0,1).

Пример: скорость 1000 об / мин, напряжение 6 В, а ток 220 мА (0,22 А):

Т = (0,22 * 6 * 0,1 * 60) / (1000 * 2 * 3,14) = 0,00126 Н • м

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.

В нашем примере входная мощность двигателя составляет 0,22 A x 6 V = 1,32 Вт, механическая мощность выхода составляет 1000 об / мин x 2×3,14×0,00126 Н • м / 60 = 0,132 Вт.

Обратите внимание

Момент силы двигателя изменяется со скоростью. При отсутствии нагрузки максимальная скорость и нулевой крутящий момент. Нагрузка добавляет механическое сопротивление. Мотор начинает потреблять больше тока для преодоления этого сопротивления, и скорость уменьшается. Когда это происходит, момент силы максимален.

Насколько точен расчет крутящего момента, определяется следующим образом. В то время как напряжение, ток и скорость могут быть точно измерены, эффективность двигателя может быть неправильной. Это зависит от точности вашей сборки, положения датчика, трения, выравнивания моторов и осей генератора и т. д.

Скорость, крутящий момент, мощность и эффективность не являются постоянными значениями. Обычно производитель предоставляет следующие данные в специальных таблицах.

Линейные двигатели

Линейный двигатель по существу является асинхронным двигателем, ротор которого «разворачивается», так что вместо создания вращательной силы вращающимся электромагнитным полем, он создает линейную силу вдоль своей длины путем установки электромагнитного поля смещения.

Акустический шум

Акустический шум и вибрации электродвигателей обычно возникает из трех источников:

• механические источники (например, из-за подшипников);
• аэродинамические источники (например, благодаря вентиляторам, установленным на валу);
• магнитные источники (например, из-за магнитных сил, таких как силы Максвелла и магнитострикции, действующие на структуры статора и ротора).

Последний источник, который может отвечать за шум электродвигателей, называется электрически-возбужденным акустическим шумом.

Онлайн расчет характеристик трехфазных электродвигателей

Расчет мощности электродвигателя по току можно произвести с помощью нашего онлайн калькулятора:

Расчет мощности трехфазного электродвигателя

Полученный результат можно округлить до ближайшего стандартного значения мощности.

Стандартные значения мощностей электродвигателей: 0,25; 0,37; 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 7,5; 11; 15; 18,5; 22; 30; 37; 45; 55; 75 кВт и т.д.

Расчет мощности двигателя производится по следующей формуле:

P=√3UIcosφη

где:

• U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);
• I — Номинальный ток электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателя, а при их отсутствииопределяется расчетным путем);
• cosφ — Коэффициент мощности — отношение активной мощности к полной (принимается от 0,75 до 0,9 в зависимости от мощности электродвигателя);
• η — Коэффициент полезного действия — отношение электрической мощности потребляемой электродвигателем из сети к механической мощности на валу двигателя (принимается от 0,7 до 0,85 в зависимости от мощности электродвигателя);

Расчет тока электродвигателя

Расчет номинального и пускового тока электродвигателя по мощности можно произвести с помощью нашего онлайн калькулятора:

Расчет тока трехфазного электродвигателя

Расчет номинального тока двигателя производится по следующей формуле:

Iном=P/√3Ucosφη

где:

• P — Номинальная мощность электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателя либо определяется рассчетным путем);
• U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);
• cosφ — Коэффициент мощности — отношение активной мощности к полной (принимается от 0,75 до 0,9 в зависимости от мощности электродвигателя);
• η — Коэффициент полезного действия — отношение электрической мощности потребляемой электродвигателем из сети к механической мощности на валу двигателя (принимается от 0,7 до 0,85 в зависимости от мощности электродвигателя);

Расчет пускового тока электродвигателя производится по формуле:

Iпуск=Iном*K

где:

• К — Кратность пускового тока, данная величина берется из паспорта электродвигателя, либо из каталожных данных (в приведенном выше онлайн калькуляторе кратность пускового тока определяется приблизительно исходя из прочих указанных характеристик электродвигателя).

Расчет коэффициента мощности электродвигателя

Онлайн расчет коэффициента мощности (cosφ) электродвигателя

Расчет коэффициента мощности трехфазного электродвигателя

Расчет cosφ (косинуса фи) двигателя производится по следующей формуле:

cosφ=P/√3UIη

где:

• P — Номинальная мощность электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателя либо определяется рассчетным путем);
• U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);
• I — Номинальный ток электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателя, а при их отсутствииопределяется расчетным путем);
• η — Коэффициент полезного действия — отношение электрической мощности потребляемой электродвигателем из сети к механической мощности на валу двигателя (принимается от 0,7 до 0,85 в зависимости от мощности электродвигателя);

Расчет КПД электродвигателя

Онлайн расчет КПД (коэффициента полезного действия) электродвигателя

Расчет КПД трехфазного электродвигателя

Расчет коэффициента полезного действия электродвигателя производится по следующей формуле:

η=P/√3UIcosφ

где:

• P — Номинальная мощность электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателя либо определяется рассчетным путем);
• U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);
• I — Номинальный ток электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателя, а при их отсутствииопределяется расчетным путем);
• cosφ — Коэффициент мощности — отношение активной мощности к полной (принимается от 0,75 до 0,9 в зависимости от мощности электродвигателя);

Как определить сколько киловатт в электродвигателе. Как определить мощность и обороты электродвигателя без его разборки

Если вы осмотрели корпус электродвигателя со всех сторон, но так и не нашли значение его мощности, то стоит вычислить этот показатель своими силами. Это очень легко сделать, ведь нужно просто измерить силу тока и применить специальные расчеты.

Современные электродвигатели аир обладают всеми необходимыми показателями. Их мощность легко определяется, если знать размеры и особенности конструкции устройств.

Способы определения мощности электродвигателя

Подключайте двигатель только к тому источнику тока, напряжение которого вы точно знаете. Теперь подключите к цепи обмотки амперметра, но не все сразу, а по отдельности. Это даст вам возможность узнать, каких значений достигает рабочий ток. Затем просуммируйте все те показатели, которые вы получили.

Число, которое у вас получилось, необходимо умножить на предельное напряжение в сети. Полученный результат и станет значением той мощности, которую будет потреблять двигатель.

Можно найти этот показатель и другим способом. Вычислите скорость вращения вала устройства, пользуясь при этом тахометром. После этого возьмите динамометр, чтобы найти тяговое усилие электродвигателя. Чтобы получить окончательный результат, стоит умножить число 6,28 на частоту вращения, а также на радиус вала.

Последний показатель можно получить, измерив соответственный элемент линейкой. Теперь вы знаете, какая мощность понадобится для эффективной работы двигателя.

С измерением мощности вы уже успели разобраться. Но какие же плюсы и минусы есть у данных устройств?

Достоинства электродвигателей:

• КПД достигает 95%, что позволяет пользоваться данным оборудованием во всех отраслях промышленности;
• процесс работы полностью исключает потери на трение трансмиссии;
• начало запуска электродвигателя подразумевает под собой достижение максимального крутящего момента, поэтому пользоваться коробкой передач не придется;
• вам не придется тратить много денег на ремонт и обслуживание устройства;
• электродвигатель не выбрасывает в окружающую среду вредные компоненты;
• конструкция механизмов упрощена;
• электродвигатель самостоятельно осуществляет процесс торможения.

Недостатки устройств:

• емкость аккумулятора автономных электродвигателей ограничена, поэтому они не могут работать слишком долго;
• катушки устройства нагреваются, что приводит к значительным потерям энергии;
• вам придется потратить деньги на покупку аккумуляторов;
• подзаряжается батарея довольно долго, поэтому вы потеряете немало времени.

Это основные моменты, которые касаются современных электродвигателей. Если вы сделаете выбор в пользу такого устройства, то процесс работы будет идти гораздо быстрее и эффективнее.

Если техническая документация к двигателю утеряна, а надписи на корпусе стерлись или не читаемы, возникает вопрос: как определить мощность электродвигателя без бирки? Существуют несколько методов, о которых мы вам расскажем, и вам останется выбрать из них наиболее удобный в вашем случае.

Практические измерения

Самый доступный способ – проверка показаний бытового счетчика электроэнергии. Сначала следует отключить абсолютно все бытовые приборы и выключить свет во всех помещениях, поскольку даже горящая лампочка на 40Вт будет искажать показания.

Проследите, чтобы счетчик не крутился или индикатор не мигал (в зависимости от его модели).

Вам повезло, если у вас счетчик «Меркурий» – он показывает величину нагрузки в кВт, поэтому от вас потребуется только включить двигатель на 5 минут на полную мощность и проверить показания.

Обратите вниманиеВажно

Индукционные счетчики ведут учет в кВт/ч. Запишите показания до включения мотора, дайте ему поработать ровно 10 минут (лучше воспользоваться секундомером). Снимите новые показания счетчика и путем вычитания узнайте разницу. Умножьте эту цифру на 6. Полученный результат отображает мощность двигателя в кВт.

Если двигатель маломощный, вычислить параметры будет несколько сложнее. Выясните, сколько оборотов (или импульсов) равно 1кВт/ч – информацию вы найдете на счетчике. Допустим, это 1600 оборотов (или вспышек индикатора).

Если при работающем двигателе счетчик делает 20 оборотов в минуту, умножьте эту цифру на 60 (количество минут в часу). Получается 1200 оборотов в час. Разделите 1600 на 1200 (1.3) – это и есть мощность двигателя.

Результат тем точнее, чем дольше вы измеряете показания, но небольшая погрешность все равно присутствует.

Определение по таблицам

Как узнать мощность электродвигателя по диаметру вала и другим показателям? В интернете нетрудно найти технические таблицы, с помощью которых можно узнать тип мотора и, соответственно, его мощность. Вам потребуется снять следующие параметры:

• диаметр вала;
• частота его вращения или число полюсов;
• крепежные размеры;
• диаметр фланца (если двигатель фланцевый);
• высота до центра вала;
• длина мотора (без выступающей части вала);
• расстояние до оси.

Вычисление по количеству оборотов в минуту

Определите визуально количество обмоток статора. Используйте тестер или миллиамперметр для того чтобы узнать число полюсов – при этом не требуется разбирать мотор. Подключите прибор к одной из обмоток и равномерно вращайте вал. Количество отклонений стрелки – это число полюсов. Учтите, что частота вращения вала при данном методе вычисления несколько ниже полученного результата.

Определение по габаритам

Еще один способ – проведение замеров и вычислений. Многие из тех, кто интересуется, как узнать мощность трехфазного двигателя, предпочитают именно его. Вам понадобятся следующие данные:

• Диаметр сердечника в сантиметрах (D). Он измеряется по внутренней части статора. Также необходима длина сердечника с учетом отверстий вентиляции.

• Частота валового вращения (n) и частота сети (f).

Через них вычислите показатель полюсного деления. D умножьте на n и на число Пи – назовем это показание А. 120 умножьте на f – это В. Разделите А на В.

Определение по мощности, выдаваемой двигателем

Здесь опять придется вооружиться калькулятором. Узнайте:

• число оборотов вала в секунду (А);
• показатель тяглового усилия мотора (В);
• радиус вала (С) – это можно сделать с помощью штангенциркуля.

Определение мощности электродвигателя в Вт осуществляется по следующей формуле: Ах6.28хВхС.

Для чего необходимо знать мощность двигателя

Из всех технических характеристик электродвигателя (КПД, номинальный рабочий ток, частота вращения и т.д.) самая значимая – мощность. Зная главные данные, вы сможете:

• Подобрать подходящие по номиналам тепловое реле и автомат.
• Определить пропускную способность и сечение электрических кабелей для подключения агрегата.
• Эксплуатировать двигатель согласно его параметрам, не допуская перегрузок.

Мы описали, как замерить мощность электродвигателя разными способами. Используйте тот, который в вашем случае будет оптимальным. Применяя любой из методов, вы подберете агрегат, который будет лучшим образом отвечать вашим требованиям.

Но самый эффективный вариант, экономящий ваше время и избавляющий вас от необходимости искать информацию и проводить замеры и расчеты – это сохранить технический паспорт в надежном месте и следить за тем, чтобы шильдик с данными не потерялся.

Электрические двигатели уже давно стали включаться в состав различных мотор-редукторов. Они находят свое применение как в трёхступенчатых типа МЦ3У , так и в двухступенчатых типа МЦ2У . Электромоторы имеют практически 90%-ный коэффициент полезного действия, не требуют постоянного обслуживания.

Немаловажным параметром является и исключительная экологичность электрического мотора, вредные выхлопы отсутствуют вовсе, что делает его незаменимым при установке внутри помещения.

Словом, в настоящее время электромоторы признаны в 3, а то и в 4 раза эффективнее традиционных двигателей внутреннего сгорания.

Но иногда, в случае выхода из строя электродвигателя, покупатель узнает, что абсолютно никакой сопроводительной документации к нему не прилагается.

Маркировочные шильды, если и сохранились, могут находиться в изношенном потертом состоянии, так, что ничего на них рассмотреть попросту бывает невозможно.

Как же в таком случае можно определить мощность двигателя и число его оборотов? Здесь поэтапно будут приведены советы, которые помогут это сделать.

Совет

Следует иметь в виду, что под числом оборотов подразумевается так называемая асинхронная скорость. Синхронная скорость это скорость вращения магнитного поля.

Асинхронная скорость несколько ниже синхронной из-за наличия массы у вращательного элемента, а также воздействия сил трения, которые могут значительно понизить КПД мотора.

Впрочем, на практике эти различия практически никогда не имеет решающего значения.

Сейчас на рынке представлено 3 основные категории асинхронных электродвигателей. Первая категория каталога – моторы, работающие при 1000 оборотах.

На практике это число составляет порядка 950-970 оборотов, но для наглядности все-таки округляют до тысячи. Вторая категория моторы, выдающие 1500 об/мин.

Это также округлено, так как в действительности диапазон лежит в пределах 1430-1470. Третья 3000 оборотов в минуту. Хотя реально такой мотор выдает 2900-2970 вращений.

В электромеханике существует много приводов, которые работают с постоянными нагрузками без изменения скорости вращения. Их используют в промышленном и бытовом оборудовании как, например, вентиляторы, компрессоры и другие. Если номинальные характеристики неизвестны, то для расчетов используют формулу мощности электродвигателя. Вычисления параметров особенно актуальны для новых и малоизвестных приводов. Калькуляция выполняется с использованием специальных коэффициентов, а также на основе накопленного опыта работы с подобными механизмами. Данные необходимы для правильной эксплуатации электрических установок.

Что такое электродвигатель?

Электрический двигатель представляет собой устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую. Работа большинства агрегатов зависит от взаимодействия магнитного поля с обмоткой ротора, которая выражается в его вращении. Функционируют они от источников питания постоянного или переменного тока. В качестве питающего элемента может выступать аккумулятор, инвертор или розетка электросети. В некоторых случаях двигатель работает в обратном порядке, то есть преобразует механическую энергию в электрическую. Такие установки находят широкое применение на электростанциях, работающие от потока воздуха или воды.

Электродвигатели классифицируют по типу источника питания, внутренней конструкции, применению и мощности. Также приводы переменного тока могут иметь специальные щетки. Они функционируют от однофазного, двухфазного или трехфазного напряжения, имеют воздушное или жидкостное охлаждение. Формула мощности электродвигателя переменного тока

P = U х I,

где P — мощность, U — напряжение, I — сила тока.

Приводы общего назначения со своими размерами и характеристиками находят применение в промышленности. Самые большие двигатели мощностью более 100 Мегаватт используют на силовых установках кораблей, компрессорных и насосных станций. Меньшего размера используют в бытовых приборах, как пылесос или вентилятор.

Конструкция электрического двигателя

Привод включает в себя:

• Ротор.
• Статор.
• Подшипники.
• Воздушный зазор.
• Обмотку.
• Коммутатор.

Ротор — единственная подвижная деталь привода, которая вращается вокруг своей оси. Ток, проходя через проводники, образует индукционное возмущение в обмотке. Формируемое магнитное поле взаимодействует с постоянными магнитами статора, что приводит в движение вал. Их рассчитывают по формуле мощности электродвигателя по току, для которой берется КПД и коэффициент мощности, в том числе все динамические характеристики вала.

Подшипники расположены на валу ротора и способствуют его вращению вокруг своей оси. Внешней частью они крепятся к корпусу двигателя. Вал проходит через них и выходит наружу. Поскольку нагрузка выходит за пределы рабочей зоны подшипников, ее называют нависающей.

Статор является неподвижным элементом электромагнитной цепи двигателя. Может включать в себя обмотку или постоянные магниты. Сердечник статора выполнен из тонких металлических пластин, которые называют пакетом якоря. Он призван снижать потери энергии, что часто происходит с твердыми стержнями.

Воздушный зазор — расстояние между ротором и статором. Эффективным является небольшой промежуток, так как он влияет на низкий коэффициент работы электродвигателя. Ток намагничивания растет с увеличением размера зазора. Поэтому его всегда стараются делать минимальным, но до разумных пределов. Слишком маленькое расстояние приводит к трению и ослаблению фиксирующих элементов.

Обмотка состоит из медной проволоки, собранной в одну катушку. Обычно укладывается вокруг мягкого намагниченного сердечника, состоящего из нескольких слоев металла. Возмущение индукционного поля происходит в момент прохождения тока через провода обмотки. В этот момент установка переходит в режим конфигурации с явными и неявными полюсами. В первом случае магнитное поле установки создает обмотка вокруг полюсного наконечника. Во втором случае, в распределенном поле рассредотачивается слотов полюсного наконечника ротора. Двигатель с экранированными полюсами имеет обмотку, которое сдерживает магнитное возмущение.

Коммутатор используют для переключения входного напряжения. Состоит из контактных колец, расположенных на валу и изолированных друг от друга. Ток якоря подается на щетки контактов ротационного коммутатора, который приводит к изменению полярности и заставляет вращаться ротор от полюса к полюсу. При отсутствии напряжения мотор прекращает крутиться. Современные установки оборудованы дополнительными электронным средствами, которые контролируют процесс вращения.

Принцип действия

По закону Архимеда ток в проводнике создает магнитное поле, в котором действует сила F1. Если из этого проводника изготовить металлическую рамку и поместить ее в поле под углом 90°, то края будут испытывать силы, направленные в противоположную сторону относительно друг друга. Они создают крутящий момент относительно оси, который начинает ее вращать. Витки якоря обеспечивают постоянное кручение. Поле создается электрическими или постоянными магнитами. Первый вариант выполнен в виде обмотки катушки на стальном сердечнике. Таким образом, ток рамки генерирует индукционное поле в обмотке электромагнита, которое порождает электродвижущую силу.

Рассмотрим более подробно работу асинхронных двигателей на примере установок с фазным ротором. Такие машины работают от переменного тока с частотой вращения якоря, не равной пульсации магнитного поля. Поэтому их еще называют индукционными. Ротор приводится в движение за счет взаимодействия электрического тока в катушках с магнитным полем.

Когда во вспомогательной обмотке отсутствует напряжение, устройство находится в состоянии покоя. Как только на контактах статора появляется электрический ток, образуется постоянное в пространстве магнитное поле с пульсацией +Ф и -Ф. Его можно представить в виде следующей формулы:

n_пр = n_обр = f₁ × 60 ÷ p = n₁

где:

n_пр — количество оборотов, которое совершает магнитное поле в прямом направлении, об/мин;

n_обр — число оборотов поля в обратном направлении, об/мин;

f₁ — частота пульсации электрического тока, Гц;

p — количество полюсов;

n₁ — общее число оборотов в минуту.

Испытывая пульсации магнитного поля, ротор получает начальное движение. По причине неоднородности воздействия потока, он будет развиваться крутящий момент. По закону индукции, в короткозамкнутой обмотке образуется электродвижущая сила, которая генерирует ток. Его частота пропорциональна скольжению ротора. Благодаря взаимодействию электрического тока с магнитным полем создается крутящий момент вала.

Для расчетов производительности существуют три формулы мощности асинхронного электродвигателя. По сдвигу фаз используют

S = P ÷ cos (alpha), где:

S — полная мощность, измеряемая в Вольт-Амперах.

P — активная мощность, указываемая в Ваттах.

alpha — сдвиг фаз.

Под полной мощностью понимаются реальный показатель, а под активной — расчетный.

Виды электродвигателей

По источнику питания приводы разделяют на работающие от:

• Постоянного тока.
• Переменного тока.

По принципу работы их, в свою очередь, делят на:

• Коллекторные.
• Вентильные.
• Асинхронные.
• Синхронные.

Вентильные двигатели не относят к отдельному классу, так как их устройство является вариацией коллекторного привода. В их конструкцию входит электронный преобразователь и датчик положения ротора. Обычно их интегрируют вместе с платой управления. За их счет происходит согласованная коммутация якоря.

Синхронные и асинхронные двигатели работают исключительно от переменного тока. Управление оборотами происходит с помощью сложной электроники. Асинхронные делятся на:

• Трехфазные.
• Двухфазные.
• Однофазные.

Теоретическая формула мощности трехфазного электродвигателя при соединении в звезду или треугольником

P = 3 * U_ф * I_ф * cos(alpha).

Однако для линейных значений напряжения и тока она выглядит как

P = 1,73 × U_ф × I_ф × cos(alpha).

Это будет реальный показатель, сколько мощности двигатель забирает из сети.

Синхронные подразделяются на:

• Шаговые.
• Гибридные.
• Индукторные.
• Гистерезисные.
• Реактивные.

В своей конструкции шаговые двигатели имеют постоянные магниты, поэтому их не относят к отдельной категории. Управление работой механизмов производится с помощью частотных преобразователей. Существуют также универсальные двигатели, которые функционируют от постоянного и переменного тока.

Общие характеристики двигателей

Все моторы имеют общие параметры, которые используются в формуле определения мощности электродвигателя. На их основе можно рассчитать свойства машины. В разной литературе они могут называться по-разному, но означают они одно и то же. В список таких параметров входит:

• Крутящий момент.
• Мощность двигателя.
• Коэффициент полезного действия.
• Номинальное количество оборотов.
• Момент инерции ротора.
• Расчетное напряжение.
• Электрическая константа времени.

Вышеуказанные параметры необходимы, прежде всего, для определения эффективности электрических установок, работающих за счет механической силы двигателей. Расчетные величины дают лишь приблизительное представление о реальных характеристиках изделия. Однако эти показатели часто используют в формуле мощность электродвигателя. Именно она определяет результативность машин.

Вращательный момент

Этот термин имеет несколько синонимов: момент силы, момент двигателя, Вращательный момент, вертящий момент. Все они используются для обозначения одного показателя, хотя с точки зрения физики эти понятия не всегда тождественны.

В целях унификации терминологии были разработаны стандарты, которые приводят все к единой системе. Поэтому в технической документации всегда используются словосочетание «крутящий момент». Он представляет собой векторную физическую величину, которая равна произведению векторных значений силы и радиуса. Вектор радиуса проводится от оси вращения к точке приложенной силы. С точки зрения физики разница между крутящим и вращательным моментом заключается в точке прикладывания силы. В первом случае это внутреннее усилие, во втором — внешнее. Измеряется величина в ньютон-метрах. Однако в формуле мощности электродвигателя крутящий момент используется как основное значение.

Рассчитывается он как

M = F × r, где:

M — крутящий момент, Нм;

F — прикладываемая сила, H;

r — радиус, м.

Для расчета номинального вращающего момента привода используют формулу

Мном = 30Р_ном ÷ pi × н_ном, где:

Р_ном — номинальная мощность электрического двигателя, Вт;

н_ном — номинальное число оборотов, мин^-1.

Соответственно, формула номинальной мощности электродвигателя бедует выглядеть следующим образом:

Рном = М_ном * pi*н_ном / 30.

Обычно все характеристики указаны в спецификации. Но бывает, что приходится работать с совершенно новыми установками, информацию о которых найти очень сложно. Для расчета технических параметров таких устройств берут данные их аналогов. Также всегда известны только номинальные характеристики, которые даются в спецификации. Реальные данные необходимо рассчитывать самостоятельно.

Мощность двигателя

В общем смысле данный параметр представляет собой скалярную физическую величину, которая выражена в скорости потребления или преобразования энергии системы. Он показывает, какую работу механизм выполнит за определенную единицу времени. В электротехнике характеристика отображает полезную механическую мощность на центральном вале. Для обозначения показателя используют литеру P или W. Основной единицей измерения является Ватт. Общая формула расчета мощности электродвигателя может быть представлена как:

P = dA ÷ dt, где:

A — механическая (полезная) работа (энергия), Дж;

t — затраченное время, сек.

Механическая работа также является скалярной физической величиной, выражаемой действием силы на объект, и зависящей от направления и перемещения этого объекта. Она представляет собой произведение вектора силы на путь:

dA = F × ds, где:

s — пройденное расстояние, м.

Она выражает дистанцию, которую преодолеет точка приложенной силы. Для вращательных движений она выражается как:

ds = r × d(teta), где:

teta — угол оборота, рад.

Таким образом можно вычислить угловую частоту вращения ротора:

omega = d(teta) ÷ dt.

Из нее следует формула мощности электродвигателя на валу: P = M × omega.

Коэффициент полезного действия электромотора

КПД — это характеристика, которая отражает эффективность работы системы при преобразовании энергии в механическую. Выражается отношением полезной энергии к потраченной. По единой системе единиц измерений он обозначается как «eta» и является безразмерным значением, исчисляемым в процентах. Формула КПД электродвигателя через мощность:

eta = P₂ ÷ P₁, где:

P₁ — электрическая (подаваемая) мощность, Вт;

P₂ — полезная (механическая) мощность, Вт;

Также он может быть выражен как:

eta = A ÷ Q × 100 %, где:

A — полезная работа, Дж;

Q — затраченная энергия, Дж.

Чаще коэффициент вычисляют по формуле потребляемой мощности электродвигателя, так как эти показатели всегда легче измерить.

Снижение эффективности работы электродвигателя происходит по причине:

• Электрических потерь. Это происходит в результате нагрева проводников от прохождения по ним тока.
• Магнитных потерь. Вследствие излишнего намагничивания сердечника появляется гистерезис и вихревые токи, что важно учитывать в формуле мощности электродвигателя.
• Механических потерь. Они связаны с трением и вентиляцией.
• Дополнительных потерь. Они появляются из-за гармоник магнитного поля, так как статор и ротор имеют зубчатую форму. Также в обмотке присутствуют высшие гармоники магнитодвижущей силы.

Следует отметить, что КПД является одним из самых важных компонентов формулы расчета мощности электродвигателя, так как позволяет получить цифры, наиболее приближенные к действительности. В среднем этот показатель варьирует от 10% до 99%. Она зависит от конструктивного устройства механизма.

Номинальное количество оборотов

Еще одним ключевым показателем электромеханических характеристик двигателя является частота вращения вала. Он выражается в числе оборотов в минуту. Часто его используют в формуле мощности электродвигателя насоса, чтобы узнать его производительность. Но необходимо помнить, что показатель всегда разный для холостого хода и работы под нагрузкой. Показатель представляет физическую величину, равной количеству полных оборотов за некий промежуток времени.

Расчетная формула частоты оборотов:

n = 30 × omega ÷ pi, где:

n — частота вращения двигателя, об/мин.

Для того, чтобы найти мощность электродвигателя по формуле оборотистости вала, необходимо привести ее к расчету угловой скорости. Поэтому P = M × omega будет выглядеть следующим образом:

P = M × (2pi × n ÷ 60) = M × (n ÷ 9,55), где

t = 60 секунд.

Момент инерции

Этот показатель представляет собой скалярную физическую величину, которая отражает меру инертности вращательного движения вокруг собственной оси. При этом масса тела является величиной его инертности при поступательном движении. Основная характеристика параметра выражена распределением масс тела, которая равна сумме произведений квадрата расстояния от оси до базовой точки на массы объекта.В Международной системе единиц измерения он обозначается как кг·м² и имеет рассчитывается по формуле:

J = ∑ r² × dm, где

J — момент инерции, кг·м² ;

m — масса объекта, кг.

Моменты инерции и силы связаны между собой соотношением:

M — J × epsilon, где

epsilon — угловое ускорение, с^-2.

Показатель рассчитывается как:

epsilon = d(omega) × dt.

Таким образом, зная массу и радиус ротора, можно рассчитать параметры производительности механизмов. Формула мощности электродвигателя включает в себя все эти характеристики.

Расчетное напряжение

Его еще называют номинальным. Оно представляет собой базовое напряжение, представленное стандартным набором вольтажа, которые определяется степенью изоляции электрического оборудования и сети. В действительности оно может отличаться в разных точках оборудования, но не должно превышать предельно допустимых норм рабочих режим, рассчитанных на продолжительное функционирование механизмов.

Для обычных установок под номинальным напряжением понимают расчетные величины, для которых они предусмотрены разработчиком в нормальном режиме работы. Перечень стандартного вольтажа сети предусмотрен в ГОСТ. Эти параметры всегда описаны в технических характеристиках механизмов. Для расчета производительности используют формулу мощности электродвигателя по току:

P = U × I.

Электрическая константа времени

Представляет собой время, необходимое для достижения уровня тока до 63 % после подачи напряжения на обмотки привода. Параметр обусловлен переходными процессами электромеханических характеристик, так как они быстротечны ввиду большого активного сопротивления. Общая формула расчета постоянной времени:

t_e = L ÷ R.

Однако электромеханическая константа времени t_m всегда больше электромагнитной t_e. Первый параметр получается из уравнения динамических характеристики двигателя при сохранении условии, когда ротор разгоняется с нулевой скоростью до максимальных оборотов холостого хода. В этом случае уравнение принимает вид

M = M_ст + J × (d(omega) ÷ dt), где

M_ст = 0.

Отсюда получаем формулу:

M = J × (d(omega) ÷ dt).

По факту электромеханическую константу времени рассчитывают по пусковому момент — M_п. Механизм, работающий в идеальных условиях, с прямолинейными характеристиками будем иметь формулу:

M = M_п × (1 — omega ÷ omega₀), где

omega₀ — скорость на холостом ходу.

Такие расчеты используют в формуле мощности электродвигателя насоса, когда ход поршня напрямую зависит от оборотистости вала.

Основные формулы расчета мощности двигателей

Для вычисления реальных характеристик механизмов всегда нужно учитывать много параметров. в первую очередь нужно знать, какой ток подается на обмотки электродвигателя: постоянный или переменный. Принцип их работы отличается, следовательно, отличаются метод вычислений. Если упрощенный вид расчета мощности привода выглядит как:

P_эл = U × I, где

I — сила тока, А;

U — напряжение, В;

P_эл — подведенная электрическая мощность. Вт.

В формуле мощности электродвигателя переменного тока необходимо также учитывать сдвиг фаз (alpha). Соответственно, расчеты для асинхронного привода выглядят как:

P_эл = U × I × cos(alpha).

Кроме активной (подведенной) мощности существует также:

• S — реактивная, ВА. S = P ÷ cos(alpha).
• Q — полная, ВА. Q = I × U × sin(alpha).

В расчетах также необходимо учитывать тепловые и индукционные потери, а также трение. Поэтому упрощенная модель формулы для электродвигателя постоянного тока выглядит как:

P_эл = Pмех + Ртеп +Ринд + Ртр_, где

Рмех — полезная вырабатываемая мощность, Вт;

Ртеп — потери на образование тепла, ВТ;

Ринд — затраты на заряд в индукционной катушке, Вт;

Рт — потери в результате трения, Вт.

Заключение

Электродвигатели находят применение практически во всех областях жизни человека: в быту, в производстве. Для правильного использования привода необходимо знать не только его номинальные характеристики, но и реальные. Это позволит повысить его эффективность и снизить затраты.