Методика расчета мощности электродвигателя при неизменяющейся нагрузке.
Существует много механизмов, работающих продолжительно с неизменной или мало меняющейся нагрузкой без регулирования скорости, например насосы, компрессоры, вентиляторы и т.п.
При выборе электродвигателя для такого режима необходимо знать мощность, потребляемую механизмом. Если эта мощность неизвестна, ее определяют теоретическими расчетами или расчетами по эмпирическим формулам с использованием коэффициентов, полученных из многочисленных опытов. Для малоизученных механизмов необходимую мощность определяют путем снятия нагрузочных диаграмм самопишущими приборами на имеющихся уже в эксплуатации аналогичных установках либо путем использования нормативов потребления энергии, полученных на основании статистических данных, учитывающих удельный расход электроэнергии при выпуске продукции.
При известной мощности механизма мощность электродвигателя выбирается по каталогу с учетом КПД промежуточной передачи. Расчетная мощность на валу электродвигателя:
— мощность, потребляемая механизмом;
Номинальная мощность электродвигателя, принятого по каталогу, должна быть равна или несколько больше расчетной.
Выбранный электродвигатель не нуждается в проверке по нагреву или по перегрузке, так как завод-изготовитель произвел все расчеты и испытания, причем основанием для расчетов являлось максимальное использование материалов, заложенных в электродвигателе при его номинальной мощности. Иногда, однако, приходится проверять достаточность пускового момента, развиваемого электродвигателем, учитывая, что некоторые механизмы имеют повышенное сопротивление трения в начале трогания с места (например, транспортеры, некоторые механизмы металлорежущих станков).
Мощность (кВт) электродвигателя для насоса определяется по формуле:
Подставив необходимые значения, Вы можете рассчитать мощность прямо сейчас
где — коэффициент запаса, принимаемый 1,1-1,3 в зависимости от мощности электродвигателя; — ускорение свободного падения; — подача (производительность) насоса, м³/с; — расчетная высота подъёма, м; — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³; — КПД насоса (для поршневого 0,7-0,9; для центробежного с давлением свыше 0,4×10 5 Па 0,6-0,75, с давлением до 0,4×10 5 Па 0,45-0,6); — КПД передачи, равный 0,9-0,95; — давление, развиваемое насосом, Па.
Для центробежного насоса особенно важен правильный выбор частоты вращения электродвигателя, так как производительность насоса Q, расчетная высота H, момент М и мощность Р на валу электродвигателя зависят от угловой скорости W. Для одного и того же насоса значения Q1. H1. M1. P1 при W1 связаны со значениями Q2. H2. M2. P2 при скорости W2 соотношениями Q1 /Q2 =W1 / W2 ; H1 /H2 =M1 /M2 =W 2 1 / W 2 2 ; P1 / P2 =W 3 1 / W 3 2.
Из этих соотношений следует, что при завышении угловой скорости электродвигателя потребляемая им мощность резко возрастает, что приводит к перегреву его и выходу из строя. При заниженной скорости создаваемый насосом напор может оказаться недостаточным, и насос не будет перекачивать жидкость.
Мощность (кВт) электродвигателя для поршневого компрессора
где — подача (производительность) компрессора, м³/с; — работа изотермического и адиабатического сжатия 1 м³ атмосферного воздуха давлением p1 =1,1×10 5 Па до требуемого давления p2. Дж/м³; для давлений до 10×10 5 Па значения A следующие:
11.4. Расчет мощности и выбор типа электродвигателя
При выборе приводного электродвигателя решается комплекс вопросов:
расчет мощности электродвигателя;
расчет номинальной скорости вращения (вместе с определением передаточного отношения механической передачи);
выбор двигателя в соответствии с режимом его работы по условиям нагрузки;
выбор двигателя по условиям пуска;
определение необходимой степени защиты оболочки двигателя;
выбор конструктивного исполнения на соответствие условиям окружающей среды;
выбор системы охлаждения двигателя.
По условиям окружающей среды двигатели изготавливают в следующих климатических исполнениях У, УХЛ, Т, М, ОМ (ГОСТ 15543-70) (для умеренного, умеренного и холодного, тропического и морского климата).
По степени защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и движущимися частями и попадания посторонних тел внутрь машины, а также степени защиты от проникновения воды внутрь машины, они выпускаются в следующих исполнениях:
1Р00 — открытая электрическая машина, специальная защита отсутствует;
1Р10, 1Р20 — машина, защищенная от прикосновения и попадания посторонних предметов;
1Р11. 1Р43 — машина, защищенная от капель воды, от прикосновения и попадания посторонних предметов;
1Р44-1Р54 — закрытая машина, защищенная от брызг, прикосновения и попадания посторонних предметов;
1Р55. 1Р58 — закрытые машины, защищенные от водяных струй (1Р55) и от проникновения воды внутрь при неограниченно длительном погружении в воду (1Р58).
Кроме того, выпускаются машины для работы во взрывоопасной среде и в особых условиях окружающей среды.
По способу охлаждения двигатели подразделяют на машины с естественным охлаждением, с самовентиляцией, имеющие вентилятор на валу двигателя (защищенные или закрытые) и с независимой вентиляцией.
Для электроприводов, предназначенных для работы в динамических режимах (механизмы циклического действия, следящие электроприводы и другие) стремятся выбирать двигатель с пониженным моментом инерции ротора (якоря). Для таких условий изготавливаются малоинерционные двигатели. Для машин с кривошипно-шатунной кинематикой применяют двигатели с повышенным моментом инерции. Для электроприводов, работающих в повторно-кратковременном режиме и в неблагоприятных условиях эксплуатации, связанных с механическими нагрузками, воздействием повышенной влажности, температуры и прочее, изготавливаются двигатели специального конструктивного исполнения – двигатели краново-металлургических серий.
При выборе номинальных параметров электропривода возникает задача выбора величины передаточного коэффициента редуктора (или другой передачи), соединяющего вал электродвигателя с рабочим органом машины. Синхронные и асинхронные двигатели выпускаются с высокими скоростями вращения (синхронная скорость обычно 3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин), в то время как скорость рабочего органа, как правило, требуется значительно ниже. Для снижения скорости и соответствующего повышения момента на валу рабочего органа необходимо использование понижающей передачи (редуктора).
Следует иметь в виду, что масса, габаритные размеры электродвигателя (а, следовательно, его стоимость) определяются не его номинальной мощностью, а номинальным моментом.
где: Рн – номинальная мощность двигателя, Вт;
Мн – номинальный момент двигателя, Н.м;
— номинальная угловая скорость двигателя, 1/с;
nн – номинальная скорость вращении, об/мин.
Номинальный момент двигателя пропорционален объему активных частей электрической машины и принятыми для этой машины величин электрических и электромагнитных нагрузок: допустимой плотности тока в обмотках А (А/мм 2 ) и индукции в магнитопроводе В (Тл), т.е.
где: D и L – диаметр и длина активной части ротора двигателя.
Приближенно можно считать, что габариты и вес активных частей двигателя пропорциональны номинальному моменту. Например, двигатель с номинальной скоростью вращения (асинхронной) – 750 об/мин будет примерно в 4 раза больше (по активным частям) и дороже, чем двигатель той же мощности, но с номинальной (синхронной) скоростью 3000 об/мин.
Исходя из этого, конструктору при выборе кинематической схемы привода следует выбирать, чему отдать предпочтение: электродвигателю меньшего веса и меньших габаритов, но с редуктором, имеющим большое передаточное отношение, или большему по габаритам и весу электродвигателю в сочетании с более простым редуктором с меньшим передаточным отношением или вообще обойтись без механической передачи. Выбор производится, исходя из технико-экономических соображений и удобства компоновки конструкций рабочей машины в целом.
Для электроприводов малой и средней мощности (до 200 кВт), как правило, применяются редукторные электроприводы. Современным конструкторским решением является использование мотор-редукторов, в которых электродвигатель и редуктор объединены в один конструктивный узел.
Мощность приводного электродвигателя рассчитывается, исходя, главным образом, из трех условий:
Нагрев двигателя во время работы не должен превосходить допустимый для данного класса изоляции.
Перегрузочная способность двигателя должна быть достаточной, чтобы обеспечивать кратковременно максимальные значения момента, определяемые, как правило, динамическими режимами пуска или торможения.
В случае привода механизмов с большим моментом инерции или для механизмов, имеющих большое число включений в час пусковые потери в двигателе не должны приводить к перегреву ротора.
Нагрев двигателя сверх допустимого значения приводит к ускорению старения изоляции и выходу двигателя из строя. Величина допустимого нагрева в зависимости от класса применяемой изоляции дана в табл.11.1.
Допустимые температура нагрева и превышение температуры электродвигателя для различных классов изоляции
Как определить мощность электродвигателя?
Электрические двигатели сегодня используются в различных технических средствах и оборудовании, потому многих пользователей интересует, как определить мощность и ток электродвигателя? Производители двигателей оснащают свои товары специальными таблицами, устанавливаемыми на корпусах устройств. Эти таблички содержат в себе исчерпывающую информацию о технических характеристиках устройства: марка, номинальный рабочий ток, мощность, частота вращения, КПД, тип двигателя и т.д. Все эти данные содержатся также в технической документации на электродвигатели.
Из всех характеристик двигателей, для пользователей наибольшее значение имеют потребляемый ток и мощность. Эти данные позволяют определить сечение и пропускную способность электрических кабелей, которые необходимо использовать для подключения оборудования, выбрать подходящие по номиналам устройства безопасности – УЗО и автомат.
Несмотря на то, что в большинстве случаев с поиском технических характеристик двигателей не возникает никаких проблем, иногда техническая документация и таблички на устройствах отсутствуют. Подобные проблемы вынуждают пользователей искать другие варианты определения мощности, тока и других параметров работы электродвигателя.
Методика определения мощности электродвигателя
Существуют различные формулы расчета, позволяющие определить точную мощность электродвигателя. Для использования некоторых формул пользователю придется измерить размеры статора двигателя, для других формул – нужно знать величину тока или КПД двигателя. Многие специалисты используют эти формулы на практике, но существует и гораздо более простая, удобная методика определения мощности двигателя – практические измерения. С помощью установленного счетчика потребления электрической энергии в бытовой электросети можно узнать мощность любого оборудования.
Для проведения таких измерений нужно будет отключить от питания все бытовые электрические устройства, чтобы ни один прибор не потреблял электрическую энергию и счетчик «не крутился». Освещение также необходимо отключить, так как даже одна включенная лампочка может навредить испытаниям.
Особенности определения мощности зависят от того, какой именно счетчик потребления электроэнергии у вас установлен. Если на вводе электричества на объект установлен счетчик «Меркурий», достаточно просто включить электродвигатель на полной мощности на 3-5 минут. В процессе работы двигателя счетчик будет показывать величину нагрузки, измеряемую в кВт.
Провести такие измерения можно и с помощью стандартного индукционного счетчика потребления, но нужно помнить, что такие устройства ведут учет в Квт/ч. Итак, сначала нужно записать точные показателя счетчика до начала исследования, затем нужно включить двигатель ровно на 10 минут, не допуская никаких погрешностей. Лучше всего засекать время с помощью секундомера, позволяющего вовремя включить и выключить двигатель. После выключения двигателя нужно снять показания с индукционного счетчика, отнять из показаний записанную перед измерениями величину. Теперь показатели умножаем на 6. Полученные в ходе этих простых измерений и вычислений результаты будут точно отображать активную мощность двигателя в кВт.
Сложнее определить технические характеристики маломощных двигателей, но и их мощность можно рассчитать, хотя это потребует больших усилий. Легче всего определить мощность двигателя путем подсчета полных оборотов диска за единицу времени. К примеру, на счетчике указано, что 1200 оборотов равняется 1 кВт/ч. Если в течение одной минуты счетчик сделает 10 оборотов, то в этом случае 10 нужно умножить на 60 (число минут в часе) и получаем 600 оборотов в час. Делим 1200 на 600 и получаем мощность электродвигателя. Важно отметить, что на точность напрямую влияет продолжительность измерений. Чем дольше измерять показания, тем точнее можно определить мощность двигателя.
Методика определения тока электродвигателя
Для эксплуатации электродвигателя пользователю требуются различные параметры его работы. Второй по важности характеристикой такого устройства является величина потребляемого тока. Методика расчета тока зависит от числа фаз в двигателе и величине потребляемого напряжения. Проще всего рассчитать величину тока для трехфазных двигателей, подключаемых от электрических сетей напряжением 380 В. Величина потребляемого тока для таких устройств равняется умноженной на 2 мощности. К примеру, трехфазный двигатель мощностью 2 кВт умножаем на 2 и получаем потребляемый ток двигателя, равный 4 Ампер.
Величина тока электродвигателя в момент времени может зависеть от вида запуска. Зависимость величины тока от вида запуска представлена на графике ниже.
Это точная формула, однако, требующая определенных дополнений. Обязательно нужно учитывать, что результат таких расчетов – это величина потребляемого тока при номинальной нагрузке. Двигатель на холостом ходу будет иметь куда меньшую величину потребляемого тока.
Для расчета тока трехфазного асинхронного двигателя можно также использовать формулу:
Iн = 1000 Pн / √3 * (ηн * Uн * cosφн),
- Pн – номинальная мощность;
- Uн – номинальное напряжение;
- Ηн – номинальный КПД;
- Cosφн – номинальный коэффициент мощности.
Потребляемый ток однофазными двигателями рассчитывается по другой формуле. В этом случае для определения тока пользователю нужно будет разделить мощность двигателя на напряжение в электросети. Уровень напряжения в месте подключения двигателя необходимо измерить перед проведением расчетов, так как уровень напряжения при включенном устройстве в месте ввода будет снижаться.
Таким образом, если мощность мотора равняется 2 кВт или 2000 Вт, а напряжение в сети равняется 220 В, то 2000 следует разделить на 220. Получаем величину в 9 А, которая и принимается за величину потребляемого тока электродвигателем.
Источники: http://www.gu-sta.ru/?doc=raschet_mowel, http://www.studfiles.ru/preview/2263792/page:3/, http://podvi.ru/elektrodvigatel/kak-opredelit-moshhnost-i-tok-elektrodvigatelya.html
