Электродвигатель — незаменимое устройство, обеспечивающее функционирование всевозможных машин, конструкций и механизмов. Именно с его помощью происходит превращение энергии электрической в полезную энергию кинетическую. Электродвижок используется для поддержания работы различных насосных систем, машин, технических средств, вентиляционного оборудования, установок и других агрегатов.
Вследствие широкого спектра применения этого типа устройств, зачастую возникает вопрос, как правильно определить мощность электродвигателя. Это очень важный нюанс, поэтому для определения данного показателя разработано несколько методов, которые позволят произвести расчет ориентируясь на особенности и условия эксплуатации двигателя.
Краткое содержимое статьи:
Для начала желательно разобраться, какими же бывают модификации и модели движков. Именно от типа двигателя зависит величина мощности, которой он обладает, и другие показатели, характеризующие устройство.
Согласно общей классификации, электродвигатели бывают:
Первый вид встречается редко, так как для его использования необходим источник постоянного электрического тока. Второй вариант применяется намного чаще, двигатель переменного тока востребован для обеспечения функционирования большей части современного оборудования.
Электродвижки переменного тока разделяются на синхронные и асинхронные. От модели двигателя во многом зависят основные технические характеристики устройства, например, показатель мощности у различных модификаций может варьировать от минимальных значений до 10 000 кВатт.
Выбор той или иной модели электродвигателя должен осуществляться исходя из оптимальных значений показателей для каждого конкретного случая.
Так для чего необходимо знать мощность двигателя? Что это за показатель, и почему на него нужно обращать внимание при выборе?
Электрическая мощность – показатель, характеризующий, насколько быстро передается или преобразуется кинетическая энергия. Представляет собой произведение напряжения сети на силу тока проводника. Единицей измерения считается 1 ватт.
Чтобы рассчитать показатель, в случае, когда по шильдикам (специальное изображение на двигателе, содержащее в себе данные обо всех основных характеристиках устройства) можно получить информацию лишь о номинальной максимальной мощности, необходимо:
Обладая этими сведениями, можно с легкостью посчитать затраченную мощность, которая будет равна отношению номинальной мощности к КПД.
Обратите внимание, что энергия, которая потребляется электроприборами, включает в себя два основных типа мощностей двигателя: активную и реактивную. Активная компонента расходуется на полезную работу и образование тепла. Реактивная мощность говорит о способности деталей электродвигателя сохранять получаемую энергию.
Чтобы осуществить расчет, необходим достаточно большой набор инструментов: электрическая сеть, выступающая источником тока, линейка или специальный прибор – штангенциркуль, амперметр (прибор, позволяющий определить силу тока), динамометр, табличка, содержащая сведения о зависимости константы от числа полюсов, тахометр.
Существует несколько способов и формул расчета мощности электродвигателя. Приготовив все необходимые инструменты, можно переходить к определению значения показателя одним из следующих методов:
По току электросети. Для этого электродвижок включается в сеть с фиксированным напряжением. Поочередно включая в каждую из обивок прибор амперметр, необходимо измерить работающий ток электродвигателя в единицах измерения – Амперах. Считаем, какое количество замеров было произведено, определяем сумму показателей, находим среднее значение. Полученное число перемножаем со значением напряжения в электросети, результат – мощность движка, выраженная в Ваттах.
По размерам. Для этого метода необходимо измерить длину и диаметр определенной детали – сердечника статора электродвижка и найти сведения о частоте оборачиваемости вала.
После получения сведений осуществляется приблизительный расчет по следующей формуле: Число Пи(3,14)*D*n/(120*f). На основании произведенного расчета, и найдя в справочнике постоянное число (константу), определяем мощность: P=C*D^2*I*n*10^(-6).
По тяговой силе. Для этого, с помощью тахометра необходимо измерить скорость вращения вала, его радиус (это проделывается штангенциркулем или линейкой), а также тяговое усилие электродвижка динамометром. Все полученные значения необходимо подставить в следующую формулу: P=M*w=F*2*3,14*n*r.
Для того, чтобы правильно рассчитать величину показателя тем или иным способом, можно изучить подробную инструкцию на видео или фото определения мощности электродвигателя различными методами. Это поможет вам не запутаться в осуществляемых действиях, сделать все четко и безошибочно.
Таким образом, помните, что мощность электродвигателя является основным показателем его работы, именно от неё зависит область применения устройства и выполняемые им задачи. Поэтому к расчету данного показателя необходимо подойти очень внимательно, осознавая серьезность осуществляемых действий.
electrikmaster.ru
Пример. Рассчитать мощность и выбрать для электропривода подъемного механизма трехфазный асинхронный двигатель с коротко замкнутым ротором серии МТКН.Частота вращения двигателя: 700±10 об/мин.Пуск двигателя под нагрузкой.Режим работы: повторно-кратковременный S3.Нагрузочная диаграмма:
М1 = 310 Н•м; М2 = 200 Н•м; М3 = 150 Н•м;t1 = 5 с; t2 = 9 с; t3 = 12 с; tп = 116 с.
Решение:
Электродвигатель — это ➠
Поставленную задачу решаем методом эквивалентного момента.
Определяем эквивалентный момент:Мэкв
Н•м.
Вычисляем эквивалентную мощность двигателя:Pэкв = 0,105 • Мэкв • nном = 0,105 • 206,668 • 700 = 15,19 кВт.
Находим продолжительность цикла:tц = tр + β • tп= 26 + 0,5 • 116 = 84 с,где tр = t1 + t2 + t3 = 5 + 9 + 12 = 26 с, время работы;tп — время паузы.
Получаем расчетное значение ПВ’:ПВ’ = (tр ÷ tц) • 100 = (26 ÷ 84) • 100 = 30,9 %.
Рассчитаем мощность двигателя при номинальномПВ = 40 %:Pпкр = Pэкв = 
кВт.
По каталогу выбираем электродвигатель типа МТКН-411-8 с номинальными данными: Pном = 15 кВт при ПВ = 40%; 220/380 В; nном = 695 об/мин; n1 = 750 об/мин; Mмакс = 657 Н•м; Mп = 638 Н•м.
Вычислим номинальный момент на валу двигателя:
Н•м.
Определим частоту вращения на ступени диаграммыM1 = 310 Н•м:
об/мин.
Наибольший момент на валу двигателя Mнаиб = M1 = 310 Н•м, значит Mнаиб < Mп.
Найдем перегрузочная способность двигателя:λм = 
В итоге получается, что выбранный двигатель по перегрузочной способности и пусковому моменту удовлетворяет заданным условиям.
electrichelp.ru
Правильность подбора электродвигателя, учитывающая специфику приводного механизма, условия работы и окружающей среды, определяет длительность безаварийной работы и надежность системы «двигатель – нагрузка».
Далее приведены рекомендации по выбору электродвигателя (последовательность, в которой они представлены, не является обязательной).
На первом этапе необходимо определиться с типом электрического двигателя. Ниже даны краткое описание, преимущества и недостатки, сферы предпочтительного применения основных типов двигателей.
Основным преимуществом данных двигателей, которое определяло повсеместное их использование на этапе развития электрических приводов, является легкость плавного регулирования скорости в широких пределах. Поэтому с развитием полупроводниковой промышленности и появлением относительно недорогих преобразователей частоты процент их использования постоянно уменьшается. Там, где это возможно двигатели постоянного тока заменяются приводами на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
Основные недостатки двигателя постоянного тока (невысокая надежность, сложность обслуживания и эксплуатации) обусловлены наличием коллекторного узла. Кроме того, для питания двигателя необходим источник постоянного тока или тиристорный преобразователь переменного напряжения в постоянное. При всех своих недостатках двигатели постоянного тока обладают высоким пусковым моментом и большой перегрузочной способностью. Что определило их использование в металлургической промышленности, станкостроении и на электротранспорте.
Основным преимуществом данных двигателей является то, что они могут работать с коэффициентом мощности cosφ=1, а в режиме перевозбуждения даже отдавать реактивную мощность в сеть, что благоприятно сказывается на характеристиках сети: увеличивается ее коэффициент мощности, уменьшаются потери и падение напряжения. Кроме того, синхронные двигатели устойчивы к колебаниям сети. Максимальный момент синхронного двигателя пропорционален напряжению, при этом момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения. Следовательно, при снижении напряжения синхронный двигатель сохраняет большую перегрузочную способность, а возможность форсировки возбуждения увеличивает надежность их работы при аварийных понижениях напряжения. Больший воздушный зазор по сравнению с асинхронным двигателем и применение постоянных магнитов делает КПД синхронных двигателей выше. Их особенностью также является постоянство скорости вращения при изменении момента нагрузки на валу.
При всех достоинствах синхронного двигателя основными недостатками, ограничивающими их применение являются сложность конструкции, наличие возбудителя, высокая цена, сложность пуска. Поэтому синхронные двигатели преимущественно используются при мощностях свыше 100 кВт.
Основное применение – насосы, компрессоры, вентиляторы, двигатель-генераторные установки.
По конструктивному принципу асинхронные двигатели подразделяются на двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором. При этом большинство используемых электродвигателей являются асинхронными с короткозамкнутым ротором. Столь широкое применение обусловлено простотой их конструкции, обслуживания и эксплуатации, высокой надежностью, относительно низкой стоимостью. Недостатками таких двигателей являются большой пусковой ток, относительно малый пусковой момент, чувствительность к изменениям параметров сети, а для плавного регулирования скорости необходим преобразователь частоты. Кроме того, асинхронные двигатели потребляют реактивную мощность из сети. Предел применения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором определяется мощностью системы электроснабжения конкретного предприятия, так как большие пусковые токи при малой мощности системы создают большие понижения напряжения.
Использование асинхронных двигателей с фазным ротором помогает снизить пусковой ток и существенно увеличить пусковой момент, благодаря введению в цепь ротора пусковых реостатов. Однако, ввиду усложнения их конструкции, и как следствие, увеличения стоимости их применение ограничено. Основное применение – приводы механизмов с особо тяжелыми условиями пуска. Для уменьшения пусковых токов асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может быть использовано устройство плавного пуска или преобразователь частоты.
В системах, где необходимо ступенчатое изменение скорости (например, лифты) используют многоскоростные асинхронные двигатели. В механизмах, требующих остановки за определенное время и фиксации вала при исчезновении напряжения питания, применяются асинхронные двигатели с электромагнитным тормозом (металлообрабатывающие станки, лебедки). Существуют также асинхронные двигатели с повышенным скольжением, которые предназначены для работы в повторно-кратковременных режимах, а также режимах с пульсирующей нагрузкой.
После того, как определен тип электродвигателя, полностью учитывающий специфику рабочего механизма и условия работы, необходимо определиться с рабочими параметрами двигателя: мощностью, номинальным и пусковым моментами, номинальными напряжением и током, режимом работы, коэффициентом мощности, классом энергоэффективности.
В общем случае для квалифицированного подбора электродвигателя должна быть известна нагрузочная диаграмма механизма. Однако, в случае постоянной или слабо меняющейся нагрузки без регулирования скорости достаточно рассчитать требуемую мощность по теоретическим или эмпирическим формулам, зная рабочие параметры нагрузки. Ниже приведены формулы для расчета мощности двигателя P2 [кВт] некоторых механизмов.
где Q [м3/с] – производительность вентилятора,
Н [Па] – давление на выходе вентилятора,
ηвент, ηпер – КПД вентилятора и передаточного механизма соответственно,
kз – коэффициент запаса.
где Q [м3/с] – производительность насоса,
g=9,8 м/с2 – ускорение свободного падения,
H [м] – расчетная высота подъема,
ρ [кг/м3] – плотность перекачиваемой жидкости,
ηнас, ηпер – КПД насоса и передаточного механизма соответственно,
kз – коэффициент запаса.
где Q [м3/с] – производительность компрессора,
А [Дж/м3] – работа изотермического и адиабатического сжатия атмосферного воздуха объемом 1 м3 давлением 1,1·105 Па до требуемого давления,
ηкомпр, ηпер – КПД компрессора и передаточного механизма соответственно,
kз – коэффициент запаса.
Кроме того, необходимо сопоставить пусковой момент двигателя (особенно в случае асинхронного с короткозамкнутым ротором) и рабочего механизма, так как некоторые механизмы имеют повышенное сопротивление в момент трогания. Следует иметь в виду и то обстоятельство, что при замене трехфазного асинхронного двигателя на однофазный пусковой момент последнего почти в три раза меньше и механизм, успешно функционировавший ранее, может не тронуться с места.
Развиваемый электродвигателем момент M [Нм] и полезная мощность на валу Р2 [кВт] связаны следующим соотношением
Полная мощность, потребляемая из сети:
для двигателей постоянного тока (она же активная)
для двигателей переменного тока
при этом потребляемые активная и реактивная мощности соответственно
В случае синхронного двигателя значение Q1 может получиться отрицательным, это означает, что двигатель отдает реактивную мощность в сеть.
Важно отметить следующее. Не следует выбирать двигатель с большим запасом по мощности, так как это приведет к снижению его КПД, а в случае двигателя переменного тока также к снижению коэффициента мощности.
Напряжение и ток
При выборе напряжения электродвигателя необходимо учитывать возможности системы энергоснабжения предприятия. При этом нецелесообразно при больших мощностях выбирать двигатель с низким напряжением, так как это приведет к неоправданному удорожанию не только двигателя, но и питающих проводов и коммутационной аппаратуры вследствие увеличения расхода меди.
Если при трогании момент сопротивления нагрузки невелик и для уменьшения пусковых токов асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может быть применен способ пуска с переключением со «звезды» на «треугольник», необходимо предусмотреть вывод в клеммную коробку всех шести зажимов обмотки статора. В общем случае применение схемы соединения «звезда» является предпочтительным, так как в схеме «треугольник» имеется контур для протекания токов нулевой последовательности, которые приводят к нагреву обмотки и снижению КПД двигателя, в соединении «звезда» такой контур отсутствует.
Режим работы
Нагрузка электродвигателя в процессе работы может изменяться различным образом. ГОСТом предусмотрены восемь режимов работы.
При этом для обоснованного выбора двигателя с целью оптимального его использования рекомендуется применять методы эквивалентных величин.
В настоящее время вопросам энергоэффективности уделяется огромное внимание. При этом под энергоэффективностью понимается рациональное использование энергетических ресурсов, с помощью которого достигается уменьшение потребления энергии при том же уровне мощности нагрузки. Основным показателем энергоэффективности двигателя является его коэффициент полезного действия
где Р2 – полезная мощность на валу, Р1 – потребляемая активная мощность из сети.
Стандартом IEC 60034-30 для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором были установлены три класса энергоэффективности: IE1, IE2, IE3.
Рис. 1. Классы энергоэффективности
Так, например, использование двигателя мощностью 55 кВт повышенного класса энергоэффективности позволяет сэкономить около 8000 кВт в год от одного двигателя.
ГОСТ Р МЭК 60034-5 – 2007 устанавливает классификацию степеней защиты, обеспечиваемых оболочками машин.
Обозначение степени защиты состоит из букв латинского алфавита IP и последующих двух цифр (например, IP55).
Большинство электродвигателей, выпускаемых в настоящее время, имеют степени защиты IP54 и IP55.
Категория размещения обозначается цифрой:
1 – на открытом воздухе;
2 – под навесом при отсутствии прямого солнечного воздействия и атмосферных осадков;
3 – в закрытых помещениях без искусственного регулирования климатических условий;
4 – в закрытых помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями.
Климатические условия:
У – умеренный климат;
УХЛ – умеренно холодный климат;
ХЛ – холодный климат;
Т – тропический климат.
Таким образом, при выборе электродвигателя необходимо учитывать условия окружающей среды (температура, влажность), а также необходимость защиты двигателя от воздействия инородных предметов и воды.
Например, использование электродвигателя с типом климатического исполнения и категорией размещения У3 на открытом воздухе является недопустимым.
Усилия, действующие на вал двигателя со стороны нагрузки
Наиболее нагруженными в двигателе являются подшипниковые узлы. Поэтому при выборе двигателя должны быть учтены радиальные и осевые усилия, действующие на рабочий конец вала двигателя со стороны нагрузки. Превышения допустимых значений сил приводит к ускоренному выходу из строя не только подшипников, но и всего двигателя (например, задевание ротора о статор).
Обычно допустимые значения сил для каждого подшипника приведены в каталогах. Рекомендуется в случае повышенных радиальных усилий (ременная передача) на рабочий конец вала установить роликовый подшипник, при этом предпочтительным является двигатель с чугунными подшипниковыми щитами.
Особенности конструкции двигателя при работе от преобразователя частоты
В настоящее время все большее распространение приобретает использование частотно-регулируемого привода (ЧРП), выполненного на основе асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.
При использовании частотно-регулируемого привода достигается:
1. экономия электроэнергии;
2. плавность пуска и снижение пусковых токов;
3. увеличение срока службы двигателя.
В общем случае стандартный электродвигатель нельзя использовать в составе частотно-регулируемого привода, так как при уменьшении скорости вращения снижается эффективность охлаждения. При регулировании скорости вверх от номинальной резко увеличивается нагрузка от собственного вентилятора. В обоих случаях уменьшается нагрузочная способность двигателя. Кроме того, в случае использования двигателя в системах точного регулирования необходим датчик положения ротора двигателя.
При работе электродвигателя от преобразователя частоты в контуре вал – фундаментная плита могут протекать токи. При этом возникает точечная эрозия на шариках и роликах, на беговых кольцах подшипников качения, а также на баббитовой поверхности подшипников скольжения. От электролиза смазка чернеет, подшипники греются. Для разрыва контура прохождения подшипниковых токов на неприводной конец вала устанавливается изолированный подшипник. При этом по условиям безопасности установка изолированных подшипников с двух сторон двигателя не допустима.
Величина подшипниковых токов становится опасной для безаварийной работы двигателя при напряжении между противоположными концами вала более 0,5 В. Поэтому установка изолированного подшипника обычно требуется для электродвигателей с высотой оси вращения более 280 мм.
Примечание
Необходимо отметить, что в случае отклонения условий эксплуатации двигателя (например, температуры окружающей среды или высоты над уровнем моря), мощность нагрузки должна быть изменена. Кроме того, при снижении мощности нагрузки в определенные моменты времени для рационального использования двигателя может быть изменена схема соединения обмотки, а, следовательно, и фазное напряжение.
По теме
Преобразователи частоты INSTART
Дополнительное оборудование к ПЧ: тормозные резисторы и модули, дроссели, фильтры
Устройства плавного пуска INSTART
en-res.ru
Лошадиные силы двигателя автомобиля не измеряются лошадьми на практике, и это очевидно. Но как рассчитать мощность двигателя автомобиля другим способом? Всё очень просто: если Вы хотите узнать, сколько лошадиных сил в двигателе машины, Вы подключите двигатель к специальному динамометру. Динамометр создаёт нагрузку на двигатель и измеряет количество энергии, которое может развить двигатель против нагрузки. Но, тем не менее, чтобы рассчитать мощность двигателя, есть ещё один шаг, который необходимо преодолеть, и об этом мы сейчас поговорим.
Крутящий момент
Представьте себе, что у Вас есть большой торцевой гаечный ключ с ручкой на нём в 1 метр длиной, и Вы надавите на него весом 100 грамм. То, что Вы делаете, называется применением крутящего момента, у которого также есть своя единица измерения, и в данном случае она рассчитывается как 1 ньютон*метр (Н*м), потому что Вы давите 100 граммами (что примерно равно 1 Ньютону) с "плечом" в 1 метр. Вы сможете получить тот же 1 Н*м, если, к примеру, надавите весом в 1 кг на торцевой ключ с длиной ручки в 10 см.
Аналогично, если Вы вместо торцевого ключа приложите вал двигателя, то двигатель даст некоторый показатель крутящего момента на вал. Динамометр измеряет этот крутящий момент. А далее Вы можете легко конвертировать крутящий момент в лошадиные силы путём простой формулы и, таким образом, рассчитать мощность машины. Формула эта выглядит следующим образом:
Мощность двигателя = (Обороты в минуту * Крутящий момент)/5252.
Тем не менее, крутящий момент, хоть и растёт вместе с мощностью при росте оборотов, тем не менее, не всегда значение мощности прямо пропорционально крутящему моменту. Так, если Вы построите график мощности и крутящего момента по оборотам вращения двигателя, делая отметки с шагом в 500 оборотов, то, что Вы в конечном итоге получите, является кривой мощности двигателя. Типичная кривая мощности для высокопроизводительного двигателя может выглядеть следующим образом (в примере 300-сильный мотор Mitsubishi 3000):
Данный график указывает на то, что любой двигатель имеет пиковую мощность, которую можно рассчитать динамометром - значение оборотов в минуту, при которых мощность двигателя достигает своего максимума. Двигатель также имеет максимальный крутящий момент в определённом диапазоне оборотов в минуту. Вы можете часто видеть в технических характеристиках автомобилей указание наподобие "123 л.с. при 4 600 об./мин., 155 Нм при 4 200 об./мин.". А ещё, когда люди говорят, что двигатель "низкооборотистый" или "высокооборотистый", то они имеют в виду, что максимальный крутящий момент двигателя достигается на довольно низкой или высокой величине оборотов соответственно (например, дизельные двигатели по своей природе являются низкооборотистыми, и потому (но не только поэтому) их часто используют на грузовых автомобилях и тракторах, а вот бензиновые двигатели, напротив, высокооборотистые).
Как мы видим, рассчитать мощность двигателя машины является не такой уж и сложной задачей для специалистов, вооружённых динамометром.
howcarworks.ru
В статье для упрощения обозначений линейные величины напряжения, тока и мощности трехфазной системы будут даваться без индексов, т. е. U, I и P.
Мощность трехфазного тока равна тройной мощности одной фазы.
При соединении в звезду PY=3∙Uф∙Iф∙ cosφ =3∙Uф∙I∙ cosφ.
При соединении в треугольник P∆=3∙Uф∙Iф∙ cosφ =3∙U∙Iф∙ cosφ.
На практике применяется формула, в которой ток и напряжение обозначают линейные величины и для соединения в звезду и в треугольник. В первое уравнение подставим Uф=U/√3, а во второе Iф=I/√3, получим общую формулу P=√3∙U∙I ∙ cosφ.
1. Какую мощность P1 берет из сети трехфазный асинхронный двигатель, показанный на рис. 1 и 2, при соединении в звезду и треугольник, если линейное напряжение U=380 В, а линейный ток I=20 А при cosφ =0,7?
Вольтметр и амперметр показывают линейные значения, действующие значения.
Мощность двигателя по общей формуле будет:
P1=√3∙U∙I ∙ cosφ =√3∙380∙20∙0,7=9203 Вт=9,2 кВт.
Если подсчитать мощность через фазные значения тока и напряжения, то при соединении в звезду фазный ток равен Iф=I=20 А, а фазное напряжение Uф=U/√3=380/√3,
P1=3∙Uф∙Iф ∙ cosφ =3∙U/√3∙I∙ cosφ =3∙380/√3∙20∙0,7;
P1=3∙380/1,73∙20∙0,7=9225 Вт ≈9,2 кВт.
При соединении в треугольник фазное напряжение Uф=U, а фазный ток Iф=I/√3=20/√3; таким образом,
P1=3∙Uф∙Iф ∙ cosφ =3∙U∙I/√3∙ cosφ ;
P1=3∙380∙20/1,73∙0,7=9225 Вт ≈9,2 кВт.
2. В четырехпроводную сеть трехфазного тока между линейными и нулевым проводами включены лампы, а к трем линейным проводам подключается двигатель Д, как показано на рис. 3.
На каждую фазу включены 100 ламп по 40 Вт каждая и 10 двигателей мощностью по 5 кВт. Какие активную и полную мощности должен отдавать генератор Г при sinφ=0,8? Каковы токи фазный, линейный и в нулевом проводе генератора при линейном напряжении U=380 В?
Общая мощность ламп Pл=3∙100∙40 Вт =12000 Вт =12 кВт.
Лампы находятся под фазным напряжением Uф=U/√3=380/1,73=220 В.
Общая мощность трехфазных двигателей Pд=10∙5 кВт =50 кВт.
Активная мощность, отдаваемая генератором, PГ и получаемая потребителем P1 равны, если пренебречь потерей мощности в проводах электропередачи:
P1= PГ=Pл+Pд=12+50=62 кВт.
Полная мощность генератора S=PГ/ cosφ =62/0,8=77,5 кВА.
В этом примере все фазы одинаково нагружены, а потому в нулевом проводе в каждое мгновение ток равен нулю.
Фазный ток обмотки статора генератора равен линейному току линии (Iф=I), а его значение можно получить, воспользовавшись формулой для мощности трехфазного тока:
I=P/(√3∙U ∙ cosφ )=62000/(√3∙380∙0,8)=117,8 А.
3. На рис. 4 показано, что к фазе B и нулевому проводу подключена плитка мощностью 500 Вт, а к фазе C и нулевому проводу – лампа 60 Вт. К трем фазам ABC подключены двигатель мощностью 2 кВт при cosφ =0,7 и электрическая плита мощностью 3 кВт.
Чему равны общая активная и полная мощности потребителей? Какие токи проходят в отдельных фазах при линейном напряжении сети U=380 В?
Активная мощность потребителей P=500+60+2000+3000=5560 Вт=5,56 кВт.
Полная мощность двигателя S=P/ cosφ =2000/0,7=2857 ВА.
Общая полная мощность потребителей будет: Sобщ=500+60+2857+3000=6417 ВА =6,417 кВА.
Ток электрической плитки Iп=Pп/Uф =Pп/(U⁄√3)=500/220=2,27 А.
Ток лампы Iл=Pл/Uл =60/220=0,27 А.
Ток электрической плиты определим по формуле мощности для трехфазного тока при cosφ =1 (активное сопротивление):
P=√3∙U∙I∙ cosφ =√3∙U∙I;
Ток двигателя IД=P/(√3∙U∙ cosφ )=2000/(√3∙380∙0,7)=4,34 А.
В проводе фазы A течет ток двигателя и электрической плиты:
В фазе B течет ток двигателя, плитки и электрической плиты:
В фазе C течет ток двигателя, лампы и электрической плиты:
Везде даны действующие значения токов.
На рис. 4 показано защитное заземление З электрической установки. Нулевой провод заземляется наглухо у питающей подстанции и потребителя. Все части установок, к которым возможно прикосновение человека, присоединяются к нулевому проводу и тем самым заземляются.
При случайном заземлении одной из фаз, например C, возникает однофазное короткое замыкание и предохранитель или автомат этой фазы отключает ее от источника питания. Если человек, стоящий на земле, коснется неизолированного провода фаз A и B, то он окажется только под фазным напряжением. При незаземленной нейтрали фаза C не была бы отключена и человек оказался бы под линейным напряжением по отношениям к фазам A и B.
4. Какую подводимую к двигателю мощность покажет трехфазный ваттметр, включенный в трехфазную сеть с линейным напряжением U=380 В при линейном токе I=10 А и cosφ =0,7? К. п. д. двигателя η=0,8? Чему равна мощность двигателя на валу (рис. 5)?
Ваттметр покажет подводимую к двигателю мощность P1 т. е. мощность полезную P2 плюс потери мощности в двигателе:
P1=√(3∙) U∙I∙ cosφ =1,73∙380∙10∙0,7=4,6 кВт.
Полезная мощность, за вычетом потерь в обмотках и стали, а также механических в подшипниках
5. Трехфазный генератор отдает ток I=50 А при напряжении U=400 В и cosφ =0,7. Какая механическая мощность в лошадиных силах необходима для вращения генератора при к. п. д. генератора η=0,8 (рис. 6)?
Активная электрическая мощность генератора, отдаваемая электродвигателю, PГ2=√(3∙) U∙I∙ cosφ =√3∙400∙50∙0,7=24220 Вт =24,22 кВт.
Механическая мощность, подводимая к генератору, PГ1 покрывает активную мощность PГ2 и потери в нем: PГ1=PГ2/ηГ =24,22/0,8≈30,3 кВт.
Эта механическая мощность, выраженная в лошадиных силах, равна:
PГ1=30,3∙1,36≈41,2 л. с.
На рис. 6 показано, что к генератору подводится механическая мощность PГ1. Генератор преобразует ее в электрическую, которая равна
PГ2=PГ1∙ηГ. Эта мощность, активная и равна PГ2=√3∙U∙I∙ cosφ. передается по проводам электродвигателю, в котором она преобразуется в механическую мощность. Кроме того, генератор посылает электродвигателю реактивную мощность Q, которая намагничивает двигатель, но в нем не расходуется, а возвращается в генератор.
Она равна Q=√3∙U∙I∙sinφ и не превращается ни в тепло, ни в механическую мощность. Полная мощность S=P⁄ cosφ. как мы видели раньше, определяет только степень использования материалов, затраченных на изготовление машины.
6. Трехфазный генератор работает при напряжении U=5000 В и токе I=200 А при cosφ =0,8. Чему равен его к. п. д. если мощность, отдаваемая двигателем, вращающим генератор, равна 2000 л. с.
Мощность двигателя, поданная на вал генератора (если нет промежуточных передач),
Мощность, развиваемая трехфазным генератором,
PГ2=√(3∙) U∙I∙ cosφ =1,73∙5000∙200∙0,8=1384000 Вт =1384 кВт.
К. п. д. генератора η= PГ2/PГ1 =1384/1472=0,94=94%.
7. Какой ток проходит в обмотке трехфазного трансформатора при мощности 100 кВА и напряжении U=22000 В при cosφ =1?
Полная мощность трансформатора S=√3∙U∙I=1,73∙22000∙I.
Отсюда ток I=S/(√3∙U)=(100∙1000)/(1,73∙22000)=2,63 А.
8. Какой ток потребляет трехфазный асинхронный двигатель при мощности на валу 40 л. с. при напряжении 380 В, если его cosφ =0,8, а к. п. д. η=0,9?
Мощность двигателя на валу, т. е. полезная, P2=40∙736=29440 Вт.
Подводимая к двигателю мощность, т. е. мощность, получаемая из сети,
Ток двигателя I=P1/(√3∙U∙I∙ cosφ )=32711/(1,73∙380∙0,8)=62 А.
9. Трехфазный асинхронный двигатель имеет на щитке следующие данные: P=15 л. с.; U=380/220 В; cosφ =0,8; η=85%; соединение – звезда. Величины, обозначенные на щитке, называются номинальными.
Чему равны активная, полная и реактивная мощности двигателя? Каковы величины токов: полного, активного и реактивного (рис. 7)?
Механическая мощность двигателя (полезная) равна:
Подводимая к двигателю мощность P1 больше полезной на величину потерь в двигателе:
Полная мощность S=P1/ cosφ =13/0,8=16,25 кВА;
Q=S∙sinφ=16,25∙0,6=9,75 кВАр (см. треугольник мощностей).
Ток в соединительных проводах, т. е. линейный, равен: I=P1/(√3∙U∙ cosφ )=S/(√3∙U)=16250/(1,73∙380)=24,7 А.
Активный ток Iа=I∙ cosφ =24,7∙0,8=19,76 А.
Реактивный (намагничивающий) ток Iр=I∙sinφ=24,7∙0,6=14,82 А.
10. Определить ток в обмотке трехфазного электродвигателя, если она соединена в треугольник и полезная мощность двигателя P2=5,8 л. с. при к. п. д. η=90%, коэфφциенте мощности cosφ =0,8 и линейном напряжении сети 380 В.
Полезная мощность двигателя P2=5,8 л. с. или 4,26 кВт. Поданная к двигателю мощность
P1=P2/η=4,26/0,9=4,74 кВт. I=P1/(√3∙U∙ cosφ )=(4,74∙1000)/(1,73∙380∙0,8)=9,02 А.
При соединении в треугольник ток в обмотке фазы двигателя будет меньше, чем ток подводящих проводов: Iф=I/√3=9,02/1,73=5,2 А.
11. Генератор постоянного тока для электролизной установки, рассчитанный на напряжение U=6 В и ток I=3000 А, в соединении с трехфазным асинхронным двигателем образует двигатель-генератор. К. п. д. генератора ηГ=70%, к. п. д. двигателя ηД=90%, а его коэфφциент мощности cosφ =0,8. Определить мощность двигателя на валу и подводимую к нему мощность (рис. 8 и 6).
Полезная мощность генератора PГ2=UГ∙IГ=6∙3000=18000 Вт.
Подводимая к генератору мощность равна мощности на валу P2 приводного асинхронного двигателя, которая равна сумме PГ2 и потерь мощности в генераторе, т. е. PГ1=PГ2/η=18000/0,7=25714 Вт.
Активная мощность двигателя, подаваемая к нему из сети переменного тока,
P1=P2/ηД =25714/0,9=28571 Вт =28,67 кВт.
12. Паровая турбина с к. п. д. ηТ=30% вращает генератор с к. п. д. ηГ=92% и cosφ =0,9. Какую подводимую мощность (л. с. и ккал/сек) должна иметь турбина, чтобы генератор обеспечивал ток 2000 А при напряжении U=6000 В? (Перед началом расчета см. рис. 6 и 9.)
Мощность генератора переменного тока, отдаваемая потребителю,
PГ2=√(3∙) U∙I∙ cosφ =1,73∙6000∙2000∙0,9=18684 кВт.
Подводимая к генератору мощность равна мощности P2 на валу турбины:
PГ1=P2=PГ2/ηГ =18684/0,92=20308 кВт.
Подводимая к турбине при помощи пара мощность
P1=P2/ηТ =20308/0,3=67693 кВт,
или P1=67693∙1,36=92062 л. с.
Подводимую мощность к турбине в ккал/сек определим по формуле Q=0,24∙P∙t;
13. Определить сечение провода длиной 22 м, по которому идет ток к трехфазному двигателю мощностью 5 л. с. напряжением 220 В при соединении обмотки статора в треугольник. cosφ =0,8; η=0,85. Допустимое падение напряжения в проводах ∆U=5%.
Подводимая к двигателю мощность при полезной мощности P2
По соединительным проводам протекает ток I=P1/(U∙√3∙ cosφ ) = 4430/(220∙√3∙0,8)=14,57 А.
В трехфазной линии токи складываются геометрически, поэтому падение напряжения в проводе следует брать ∆U. √3, а не ∆U. 2, как при однофазном токе. Тогда сопротивление провода:
где ∆U – в вольтах.
S=(ρ∙l)/r=1/57∙22/0,436=0,886 мм2 ≈1 мм2.
Сечение проводов в трехфазной цепи получается меньшим, чем в однофазной.
14. Определить и сравнить сечения проводов для постоянного переменного однофазного и трехфазного токов. К сети подсоединены 210 ламп по 60 Вт каждая на напряжение 220 В, находящиеся на расстоянии 200 м, от источника тока. Допустимое падение напряжения 2%.
а) При постоянном и однофазном переменном токах, т. е. когда имеются два провода, сечения будут одинаковыми, так как при осветительной нагрузке cosφ =1 и передаваемая мощность
а ток I=P/U=12600/220=57,3 А.
Допустимое падение напряжения ∆U=220∙2/100=4,4 В.
Сопротивление двух проводов r=∆U/I∙4,4/57,3=0,0768 Ом.
Для передачи мощности необходимо общее сечение проводов 2∙S1=2∙91,4=182,8 мм2 при длине провода 200 м.
б) При трехфазном токе лампы можно соединить в треугольник, по 70 ламп на сторону.
При cosφ =1 передаваемая по проводам мощность P=√3∙Uл∙I.
Допустимое падение напряжения в одном проводе трехфазной сети не ∆U⁄2 (как в однофазной сети), a ∆U⁄√3. Сопротивление одного провода в трехфазной сети будет:
Общее сечение проводов для передачи мощности 12,6 кВт в трехфазной сети при соединении в треугольник меньше, чем в однофазной: 3∙S3ф=137,1 мм2.
в) При соединении в звезду необходимо линейное напряжение U=380 В, чтобы фазное напряжение на лампах было 220 В, т. е. чтобы лампы включались между нулевым проводом и каждым линейным.
Ток в проводах будет: I=P/(U:√3)=12600/(380:√3)=19,15 А.
Сопротивление провода r=(∆U:√3)/I=(4,4:√3)/19,15=0,1325 Ом;
Общее сечение при соединении в звезду – самое маленькое, что достигается увеличением напряжения тока для передачи данной мощности: 3∙S3зв=3∙25,15=75,45 мм2.
Автор: admin Рубрика: Электродвигателя 4 комментария
Привет посетители сайта fazanet.ru, и в сегодняшней статье мы с вами разберём, как же сделать, этот непонятный расчёт тока электродвигателя. Каждый уважающий себя электромонтёр, робота которого связана с обслуживанием электрических, машин просто обязан это знать. Я в своё время тоже помню, что меня это очень сильно интересовало, когда меня перевили с одного цеха в другой. А конкретно именно работать электромонтёром.
Перед этим я уже немного затрагивал темы электродвигателей, когда писал о том как запустить асинхронные двигателей. и когда писал какие бывают номиналы электродвигателей .
Ну а теперь приступим конкретно к самому расчёту. Допустим: у вас есть трёхфазный асинхронный электродвигателей переменного тока, номинальная мощность, которого составляет 25 кВт, и вам хочется узнать какой же у него будет номинальный ток.
Для этого существует специальная формула: Iн = 1000Pн /√3•(ηн • Uн • cosφн ),
Где Pн – это мощность электродвигателя; измеряется в кВт
Uн – это напряжение, при котором работает электродвигатель; В
ηн – это коэффициент полезного действия, обычно это значение 0.9
ну и cosφн – это коэффициент мощности двигателя, обычно 0.8.
Последние два значения обычно пишутся на заводской бирке, хотя они у всех двигателей практически одинаковые. Но все же нужно брать данные именно с заводской бирки на двигателе.
Вот как на этой картинке все значения видны, а ток нет. Только если КПД написан 81%, то для расчёта нужно брать 0.81.
Теперь подставим значения Iн = 1000•25/√3 • (0.9 • 380 • 0.8) = 52.81 А
Тем, кто не помнит, сколько будет √3, напоминаю – это будет 1,732
Вот и всё, все расчёты закончены. Всё очень легко и просто. По моему образцу вы можете легко рассчитать номинальный ток электродвигателя, вам всего лишь нужно подставить своих данных.
Ещё в заключении, хотел поделиться с вами, тем как я определяю приблизительное значение тока без всяких расчётов. Если реально посмотреть, что у нас с вами получилось при расчёте, то реально вид, что номинальный ток приблизительно в два раза больше чем его мощность. Вот так я определяю ток на практике, мощность умножаю на два. Но это только приблизительное значение.
А ток холостого хода будет обычно в два раза меньше, чем его мощность. Но про то, как определить эти значения, мы поговорим с вами в следующих статьях. Так что подписывайтесь на обновления и не забываете поделиться этой статьёй со своими друзьями в социальных сетях.
На этом у меня всё. Пока.
С уважением Александр!
Хочешь получать статьи этого блога на почту?
Привет посетители сайта fazanet.ru, и в сегодняшней статье мы с вами разберём, как же сделать, этот непонятный расчёт тока электродвигателя. Каждый уважающий себя электромонтёр, робота которого связана с обслуживанием электрических, машин просто обязан это знать. Я в своё время тоже помню, что меня это очень сильно интересовало, когда меня перевили с одного цеха в другой. […]
Правильность подбора электродвигателя, учитывающая специфику приводного механизма, условия работы и окружающей среды, определяет длительность безаварийной работы и надежность системы «двигатель – нагрузка».
Далее приведены рекомендации по выбору электродвигателя (последовательность, в которой они представлены, не является обязательной).
На первом этапе необходимо определиться с типом электрического двигателя. Ниже даны краткое описание, преимущества и недостатки, сферы предпочтительного применения основных типов двигателей.
Основным преимуществом данных двигателей, которое определяло повсеместное их использование на этапе развития электрических приводов, является легкость плавного регулирования скорости в широких пределах. Поэтому с развитием полупроводниковой промышленности и появлением относительно недорогих преобразователей частоты процент их использования постоянно уменьшается. Там, где это возможно двигатели постоянного тока заменяются приводами на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
Основные недостатки двигателя постоянного тока (невысокая надежность, сложность обслуживания и эксплуатации) обусловлены наличием коллекторного узла. Кроме того, для питания двигателя необходим источник постоянного тока или тиристорный преобразователь переменного напряжения в постоянное. При всех своих недостатках двигатели постоянного тока обладают высоким пусковым моментом и большой перегрузочной способностью. Что определило их использование в металлургической промышленности, станкостроении и на электротранспорте.
Основным преимуществом данных двигателей является то, что они могут работать с коэффициентом мощности cosφ =1, а в режиме перевозбуждения даже отдавать реактивную мощность в сеть, что благоприятно сказывается на характеристиках сети: увеличивается ее коэффициент мощности, уменьшаются потери и падение напряжения. Кроме того, синхронные двигатели устойчивы к колебаниям сети. Максимальный момент синхронного двигателя пропорционален напряжению, при этом момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения. Следовательно, при снижении напряжения синхронный двигатель сохраняет большую перегрузочную способность, а возможность форсировки возбуждения увеличивает надежность их работы при аварийных понижениях напряжения. Больший воздушный зазор по сравнению с асинхронным двигателем и применение постоянных магнитов делает КПД синхронных двигателей выше. Их особенностью также является постоянство скорости вращения при изменении момента нагрузки на валу.
При всех достоинствах синхронного двигателя основными недостатками, ограничивающими их применение являются сложность конструкции, наличие возбудителя, высокая цена, сложность пуска. Поэтому синхронные двигатели преимущественно используются при мощностях свыше 100 кВт.
Основное применение – насосы, компрессоры, вентиляторы, двигатель-генераторные установки.
По конструктивному принципу асинхронные двигатели подразделяются на двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором. При этом большинство используемых электродвигателей являются асинхронными с короткозамкнутым ротором. Столь широкое применение обусловлено простотой их конструкции, обслуживания и эксплуатации, высокой надежностью, относительно низкой стоимостью. Недостатками таких двигателей являются большой пусковой ток, относительно малый пусковой момент, чувствительность к изменениям параметров сети, а для плавного регулирования скорости необходим преобразователь частоты. Кроме того, асинхронные двигатели потребляют реактивную мощность из сети. Предел применения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором определяется мощностью системы электроснабжения конкретного предприятия, так как большие пусковые токи при малой мощности системы создают большие понижения напряжения.
Использование асинхронных двигателей с фазным ротором помогает снизить пусковой ток и существенно увеличить пусковой момент, благодаря введению в цепь ротора пусковых реостатов. Однако, ввиду усложнения их конструкции, и как следствие, увеличения стоимости их применение ограничено. Основное применение – приводы механизмов с особо тяжелыми условиями пуска. Для уменьшения пусковых токов асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может быть использовано устройство плавного пуска или преобразователь частоты.
В системах, где необходимо ступенчатое изменение скорости (например, лифты) используют многоскоростные асинхронные двигатели. В механизмах, требующих остановки за определенное время и фиксации вала при исчезновении напряжения питания, применяются асинхронные двигатели с электромагнитным тормозом (металлообрабатывающие станки, лебедки). Существуют также асинхронные двигатели с повышенным скольжением, которые предназначены для работы в повторно-кратковременных режимах, а также режимах с пульсирующей нагрузкой.
После того, как определен тип электродвигателя, полностью учитывающий специфику рабочего механизма и условия работы, необходимо определиться с рабочими параметрами двигателя: мощностью, номинальным и пусковым моментами, номинальными напряжением и током, режимом работы, коэффициентом мощности, классом энергоэффективности.
В общем случае для квалифицированного подбора электродвигателя должна быть известна нагрузочная диаграмма механизма. Однако, в случае постоянной или слабо меняющейся нагрузки без регулирования скорости достаточно рассчитать требуемую мощность по теоретическим или эмпирическим формулам, зная рабочие параметры нагрузки. Ниже приведены формулы для расчета мощности двигателя P2 [кВт] некоторых механизмов.
где Q [м 3 /с] – производительность вентилятора,
Н [Па] – давление на выходе вентилятора,
ηвент . ηпер – КПД вентилятора и передаточного механизма соответственно,
kз – коэффициент запаса.
где Q [м 3 /с] – производительность насоса,
g =9,8 м/с 2 – ускорение свободного падения,
H [м] – расчетная высота подъема,
ρ [кг/м 3 ] – плотность перекачиваемой жидкости,
ηнас , ηпер – КПД насоса и передаточного механизма соответственно,
kз – коэффициент запаса.
где Q [м 3 /с] – производительность компрессора,
А [Дж/м 3 ] – работа изотермического и адиабатического сжатия атмосферного воздуха объемом 1 м 3 давлением 1,1·10 5 Па до требуемого давления,
ηкомпр , ηпер – КПД компрессора и передаточного механизма соответственно,
kз – коэффициент запаса.
Кроме того, необходимо сопоставить пусковой момент двигателя (особенно в случае асинхронного с короткозамкнутым ротором) и рабочего механизма, так как некоторые механизмы имеют повышенное сопротивление в момент трогания. Следует иметь в виду и то обстоятельство, что при замене трехфазного асинхронного двигателя на однофазный пусковой момент последнего почти в три раза меньше и механизм, успешно функционировавший ранее, может не тронуться с места.
Развиваемый электродвигателем момент M [Нм] и полезная мощность на валу Р2 [кВт] связаны следующим соотношением
Полная мощность, потребляемая из сети:
для двигателей постоянного тока (она же активная)
для двигателей переменного тока
при этом потребляемые активная и реактивная мощности соответственно
В случае синхронного двигателя значение Q1 может получиться отрицательным, это означает, что двигатель отдает реактивную мощность в сеть.
Важно отметить следующее. Не следует выбирать двигатель с большим запасом по мощности, так как это приведет к снижению его КПД, а в случае двигателя переменного тока также к снижению коэффициента мощности.
При выборе напряжения электродвигателя необходимо учитывать возможности системы энергоснабжения предприятия. При этом нецелесообразно при больших мощностях выбирать двигатель с низким напряжением, так как это приведет к неоправданному удорожанию не только двигателя, но и питающих проводов и коммутационной аппаратуры вследствие увеличения расхода меди.
Если при трогании момент сопротивления нагрузки невелик и для уменьшения пусковых токов асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может быть применен способ пуска с переключением со «звезды» на «треугольник», необходимо предусмотреть вывод в клеммную коробку всех шести зажимов обмотки статора. В общем случае применение схемы соединения «звезда» является предпочтительным, так как в схеме «треугольник» имеется контур для протекания токов нулевой последовательности, которые приводят к нагреву обмотки и снижению КПД двигателя, в соединении «звезда» такой контур отсутствует.
Нагрузка электродвигателя в процессе работы может изменяться различным образом. ГОСТом предусмотрены восемь режимов работы.
При этом для обоснованного выбора двигателя с целью оптимального его использования рекомендуется применять методы эквивалентных величин.
В настоящее время вопросам энергоэффективности уделяется огромное внимание. При этом под энергоэффективностью понимается рациональное использование энергетических ресурсов, с помощью которого достигается уменьшение потребления энергии при том же уровне мощности нагрузки. Основным показателем энергоэффективности двигателя является его коэффициент полезного действия
где Р2 – полезная мощность на валу, Р1 – потребляемая активная мощность из сети.
Стандартом IEC 60034-30 для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором были установлены три класса энергоэффективности: IE1, IE2, IE3.
Рис. 1. Классы энергоэффективности
Так, например, использование двигателя мощностью 55 кВт повышенного класса энергоэффективности позволяет сэкономить около 8000 кВт в год от одного двигателя.
Степень защиты IP, виды климатических условий и категорий размещения
ГОСТ Р МЭК 60034-5 – 2007 устанавливает классификацию степеней защиты, обеспечиваемых оболочками машин.
Обозначение степени защиты состоит из букв латинского алфавита IP и последующих двух цифр (например, IP55).
Большинство электродвигателей, выпускаемых в настоящее время, имеют степени защиты IP54 и IP55.
Категория размещения обозначается цифрой:
1 – на открытом воздухе;
2 – под навесом при отсутствии прямого солнечного воздействия и атмосферных осадков;
3 – в закрытых помещениях без искусственного регулирования климатических условий;
4 – в закрытых помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями.
У – умеренный климат;
УХЛ – умеренно холодный климат;
ХЛ – холодный климат;
Т – тропический климат.
Таким образом, при выборе электродвигателя необходимо учитывать условия окружающей среды (температура, влажность), а также необходимость защиты двигателя от воздействия инородных предметов и воды.
Например, использование электродвигателя с типом климатического исполнения и категорией размещения У3 на открытом воздухе является недопустимым.
Усилия, действующие на вал двигателя со стороны нагрузки
Наиболее нагруженными в двигателе являются подшипниковые узлы. Поэтому при выборе двигателя должны быть учтены радиальные и осевые усилия, действующие на рабочий конец вала двигателя со стороны нагрузки. Превышения допустимых значений сил приводит к ускоренному выходу из строя не только подшипников, но и всего двигателя (например, задевание ротора о статор).
Обычно допустимые значения сил для каждого подшипника приведены в каталогах. Рекомендуется в случае повышенных радиальных усилий (ременная передача) на рабочий конец вала установить роликовый подшипник, при этом предпочтительным является двигатель с чугунными подшипниковыми щитами.
Особенности конструкции двигателя при работе от преобразователя частоты
В настоящее время все большее распространение приобретает использование частотно-регулируемого привода (ЧРП), выполненного на основе асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.
При использовании частотно-регулируемого привода достигается:
1. экономия электроэнергии;
2. плавность пуска и снижение пусковых токов;
3. увеличение срока службы двигателя.
В общем случае стандартный электродвигатель нельзя использовать в составе частотно-регулируемого привода, так как при уменьшении скорости вращения снижается эффективность охлаждения. При регулировании скорости вверх от номинальной резко увеличивается нагрузка от собственного вентилятора. В обоих случаях уменьшается нагрузочная способность двигателя. Кроме того, в случае использования двигателя в системах точного регулирования необходим датчик положения ротора двигателя.
При работе электродвигателя от преобразователя частоты в контуре вал – фундаментная плита могут протекать токи. При этом возникает точечная эрозия на шариках и роликах, на беговых кольцах подшипников качения, а также на баббитовой поверхности подшипников скольжения. От электролиза смазка чернеет, подшипники греются. Для разрыва контура прохождения подшипниковых токов на неприводной конец вала устанавливается изолированный подшипник. При этом по условиям безопасности установка изолированных подшипников с двух сторон двигателя не допустима.
Величина подшипниковых токов становится опасной для безаварийной работы двигателя при напряжении между противоположными концами вала более 0,5 В. Поэтому установка изолированного подшипника обычно требуется для электродвигателей с высотой оси вращения более 280 мм.
Необходимо отметить, что в случае отклонения условий эксплуатации двигателя (например, температуры окружающей среды или высоты над уровнем моря), мощность нагрузки должна быть изменена. Кроме того, при снижении мощности нагрузки в определенные моменты времени для рационального использования двигателя может быть изменена схема соединения обмотки, а, следовательно, и фазное напряжение.
©2012-2017 НТЦ Энерго-Ресурс
Источники: http://electricalschool.info/ecalc/1326-raschet-moshhnosti-trekhfaznogo-toka.html, http://fazanet.ru/raschet-toka-elektrodvigatelya.html, http://en-res.ru/stati/vybor-elektrodvigatelya-i-raschet-ego-rabochix-parametrov.html
electricremont.ru
Примем: КПД пары цилиндрических зубчатых колес η1 = 0,98; коэффициент, учитывающий потери пары подшипников качения, η2 = 0,99; КПД открытой цепной передачи η3= 0,92; КПД, учитывающий потери в опорах вала приводного барабана, η4= 0,99.
Общий КПД привода η = η1* η22* η3* η4= 0,98*0,992*0,92*0,99 = 0,875.
Мощность на валу барабана
Рб = Fл*vл = 8.15*1.3 =9,78 кВт.
Требуемая мощность электродвигателя
РТР = Р б / η= 9,78 / 0,875 = 11,18 кВт.
Угловая скорость барабана
ωб = 2 vл / Dб = 2*1,2 / 0,42 = 5,7 рад/с.
Частота вращения барабана
nб = 30 ωб / π = 30*5,7 / 3,14 = 59,6 об/мин.
В табл. П. 1 по требуемой мощности РТР = 11,18 кВт с учетом возможностей привода, состоящего из цилиндрического редуктора и цепной передачи зубчатого редуктора ip = (3 – 6) и для цепной передачи iц = (3 – 6), iобщ = ipiц = (9–36), выбираем электродвигатель трехфазный короткозамкнутый серии 4А, закрытый, обдуваемый, с синхронной частотой вращения 1000 об/мин 4А 160 Мб УЗ, с параметрами Рдв = 15,0 кВт и скольжением 2,6% (ГОСТ 19523–81).
Номинальная частота вращения nдв = 1000 – 26 = 974 об/мин, а угловая скорость ωдв = πnдв /30 = 3.14*974 / 30 = 101.5 рад/с.
Проверим общее передаточное отношение: u = ωдв / ωб = 101,5 / 5,7 =17,8, что можно признать приемлемым, так как оно находится между 9 и 36 (большее значение принимать не рекомендуют).
Частные передаточные числа (они равны передаточным отношениям) можно принять: для редуктора по ГОСТ 2185 – 81 uр = 5, для цепной передачи uц =17,8 / 5 = 3,5.
Частоты вращения и угловые скорости валов редуктора и приводного барабана:
Вращающие моменты:
на валу шестерни Т1 = РТР / ω1 =11,18*103 / 101,5 = 110,15*103 Нмм.
на валу колеса Т2 = Т1 uр = 550,7*103 Нмм.
Если в задании на курсовое проектирование указан двухступенчатый редуктор, то производится расчёт вращающих моментов для третьего вала и также вводится в таблицу.
Так как в задании нет особых требований в отношении габаритов передачи, выбираем материалы со средними механическими характеристиками: Для шестерни: сталь 45, термическая обработка – улучшение, твердость НВ 230–260; для колеса – сталь 45, термическая обработка – улучшение, но твердость на 30 единиц ниже НВ 200–230.
Допускаемые контактные напряжения:
σH =σHlimbKHL / [SH],
где σHlimb– предел контактной выносливости при базовом числе циклов.
По табл. 3.2 для углеродистых сталей с твердостью поверхностей зубьев менее НВ 350 и термической обработкой (улучшением) σHlimb= 2НВ + 70;
KHL– коэффициент долговечности; при числе циклов нагружения больше базового, что имеет место при длительной эксплуатации редуктора, принимают
KHL = 1; коэффициент безопасности [SH] = 1,10. Для косозубых колес расчетное допускаемое контактное напряжение
[σH] = 0.45 ([σh2] + [σh3])
для шестерни [σh2] = (2HB1 +70)* KHL / [SH] = (2*230+70)*1 / 1.1 =482 МПа;
для колеса [σh3] = (2HB2 +70)* KHL / [SH] =(2*200+70)*1 / 1.1 = 428МПа.
Тогда расчетное допускаемое контактное напряжение [σH] = 0,45 (482 + 428) = 410 МПа. Требуемое условие [σH] < 1,23 [σh3] выполнено.
Коэффициент KHβ, несмотря на симметричное расположение колес относительно опор, примем выше рекомендуемого для этого случая, так как со стороны цепной передачи действуют силы, вызывающие дополнительную деформацию ведомого вала и ухудшающие контакт зубьев. Принимаем предварительно по табл. 3.1, как в случае несимметричного расположения колес, значение KHβ = 1,25.
Принимаем для косозубых колес коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию ψba = b /aω = 0,4.
Межосевое расстояние из условия контактной выносливости активных поверхностей зубьев по формуле
= =43 (5+1)
мм. где для косозубых колес Ка = 43, а передаточное число нашего редуктора u = 5.
Ближайшее значение межосевого расстояния по ГОСТ 2185–81 aw = 200 мм.
Нормальный модуль зацепления принимаем по следующей рекомендации: mп = (0,01 – 0,02) aw = (0,01 – 0,02) 200 = 2 – 4 мм; принимаем по ГОСТ 9563 – 80 mn = 2,5 мм.
Примем предварительно угол наклона зубьев β = 10° и определим числа зубьев шестерни и колеса:
=(400+0,985)/15=26,2 Принимаем z1 = 26; тогда z2 = z1u =26*5 = 130.
Уточненное значение угла наклона зубьев
β = 12°50'.
Основные размеры шестерни и колеса:
диаметры делительные:
d1=mn z1 / cosβ = 2.5 *26/ 0.975 = 66.66 мм;
d2=mn z2 / cosβ = 2.5*130 / 0.975 = 333.34 мм;
Проверка: aω = 0.5 (d1 + d2) = 0.5 (66.66+333.34) = 200 мм.
диаметры вершин зубьев:
da1 = d1 + 2mn = 66,66 + 2*2,5 = 71,66 мм;
da2 = d2 + 2mп = 333,34 + 2*2,5 = 338,34 мм;
ширина колеса b2 = Ψba *aω = 0,4*200 = 80 мм;
ширина шестерни b1 = b2 + 5 мм = 85 мм.
Определяем коэффициент ширины шестерни по диаметру:
Ψbd = b1 / d1 = 85 / 66,66 = 1,275.
Окружная скорость колес и степень точности передачи v = 0,5 ω1d1 =101,5*66,66 / = 3.38 м/с.
При такой скорости для косозубых колес следует принять 8-ю степень точности.
Коэффициент нагрузки KH = KH*KHa*KHv
Значения KHβ даны в табл. 3.5; при Ψbd= 1,275, твердости НВ < 350 и несимметричном расположении колес относительно опор с учетом изгиба ведомого вала от натяжения цепной передачи KHβ = 1,155.
По табл. 3.4 при v = 3,38 м/с и 8-й степени точности KHa =1,08. По табл. 3.6 для косозубых колес при v < 5 м/с имеем KHv = 1,0.
Таким образом, KH = 1,155 * 1,08 * 1,0 = 1,245.
Проверка контактных напряжений по формуле:
Силы, действующие в зацеплении:
окружная Ft = 2T1 / d1 = 2*110,15*103 / 66.66 = 3304,8 H;
радиальная Fr = Fttga / cosβ = 3304,8*tg 200 / cos120 50´ = 1233,7 Н;
осевая Fr = Fttgβ = 3304,8*tg 12°50' = 731,6 Н.
Проверяем зубья на выносливость по напряжениям изгиба по формуле:
Здесь коэффициент нагрузки KF = KFβKFv. По табл 3.7 при \|/м = 1,275, твердости НВ < 350 и несимметричном расположении зубчатых колес относительно опор KFβ = 1,33. По табл. 3.8, KFv = 1,3. Таким образом, коэффициент KF = 1,33*1,3 = 1,73; YF– коэффициент, учитывающий форму зуба и зависящий от эквивалентного числа зубьев zv:
zv1 = z1 / cos3 β;
у шестерни zv1 = 26 / 0.9753 = 28,
у колеса zv2 = 130 / 0.9753 = 140,
YFl = 3,84 и YF2 = 3,60 (см. с. 42).
Допускаемое напряжение
[σF] = σ0Flimb / [S]
По табл. 3.9 для стали 45 улучшенной при твердости HB < 350 σ0Flimb = 1,8HB.
Для шестерни
σ0Flimb = 1,8*230 = 414 МПа;
для колеса
σ0Flimb =1,8*200 =360 МПа.
[SF] = [SF]'[SF]» – коэффициент безопасности (см. табл. 3.9), где [SF]' = 1,75,
[SF]» = 1 (для поковок и штамповок). Следовательно, [SF] = 1,75.
Допускаемые напряжения:
для шестерни [σF1] = 414 / 1,75= 236,6 МПа;
для колеса [σF1] = 360 / 1,75 =205,7 МПа.
Находим отношения [SF] / YF
для шестерни 236,6 / 3.84 =61,6 МПа,
для колеса 205,7 /3,6 = 57,4 МПа.
Дальнейший расчет следует вести для зубьев колеса, для которого найденное отношение меньше.
Определяем коэффициенты Yβ и КFa:
Yβ = 1- β 0 / 140 = 1 – 12,8 / 140 = 1 – 0,09 = 0,91.
Для средних значений коэффициента торцового перекрытия εa =1.5 и 8- й степени точности KFa = 0.92.
Проверяем прочность зуба колеса по формуле:
σF2 = 3304,8*1.73*3.6*0.91*0.92 /80*2.5 = 86,16 МПа < [σF] = 205,7 МПа.
Условие прочности выполнено.
Предварительный расчет проведем на кручение по пониженным допускаемым напряжениям.
Ведущий вал: диаметр выходного конца при допускаемом напряжении [τк] = 25 МПа.
Так как вал редуктора соединен муфтой с валом электродвигателя, то необходимо согласовать диаметры ротора dдв и вала dBl. Как правило, принимают dBl = (0,7–1) dдв. Некоторые муфты, например УВП, могут соединять валы разных диаметров в пределах одного номинального момента. У подобранного нами электродвигателя диаметр вала равен 42 мм. Выбираем муфту МУВП по ГОСТ 21424 – 75 с расточками полумуфт под dдв = 42 мм и dв1 = 32 мм (рис 12.3). Примем под подшипниками dв1 = 40 мм. Шестерню выполним за одно целое с валом.
Иногда вал электродвигателя не соединяется непосредственно с ведущим валом редуктора, а между ними имеется ременная или цепная передача (так приведено в ряде заданий на курсовое проектирование).
В этом случае диаметр вала редуктора рекомендуется принимать равным диаметру вала двигателя.
Ведомый вал: учитывая влияние изгиба от натяжения цепи, принимаем [τк] = 20 МПа. Диаметр выходного конца вала
Ведомый вал
Принимаем ближайшее из стандартного ряда размеров dв2 = 55 мм. Диаметр вала под подшипниками принимаем 60 мм, под зубчатым колесом 65 мм.
Диаметры остальных участков назначаем исходя из конструктивных соображений.
Шестерню выполняем за одно целое с валом; ее размеры определены выше: d1 = 66,66 мм; dа1 = 71,66 мм; b1 = 85 мм.
Колесо кованое d2 = 333,34 мм; dа2 = 338,34 мм; b2 = 80 мм.
Диаметр ступицы dст = 1,6dк2 = 1,6*65 = 100 мм; длина ступицы lст = (1,2 – 1,5) dк2 = (1,2 – 1,5)*65 = 78 – 98 мм, принимаем lст = 80 мм.
Толщина обода b0 = (2,5 – 4) mn = (2,5 – 4)*2,5 = 6,25 – 10 мм, принимаем b0 = 10 мм.
Толщина диска С = 0,3b2 = 0,3*80 = 24 мм.
Толщина стенок корпуса и крышки: b = 0,025а + 1 = 0,024*200 + 1 = 6 мм, принимаем b = 8 мм; b1 = 0,02а + 1 = 0,02*200 + 1 = 5 мм, принимаем b1 = 8 мм.
Толщина фланцев поясов корпуса и крышки:
верхнего пояса корпуса и пояса крышки
b = 1,5b = 1,5*8 = 12 мм; b1 = 1,5b1 = 1,5*8 = 12 мм;
нижнего пояса корпуса
р = 2,35b = 2,35*8 = 19 мм; принимаем р = 20 мм.
Диаметр болтов: фундаментальных d1 = (0,03 – 0,036) а + 12 =(0,03 – 0,036) 200 + 12 = 18 – 19,2 мм; принимаем болты с резьбой М20.
mirznanii.com
Для электропривода, работающего в повторно-кратковременном режиме, мощность двигателя рассчитывают методом средних потерь или эквивалентных величин. Первый метод более точный, но более трудоемкий. Удобнее пользоваться методом эквивалентных величин. В зависимости от заданного графика нагрузки Р = f (t), М = f (t) определяют среднеквадратичные величины, которые называют эквивалентными.
Эквивалентная мощность представляет собой среднеквадратичную мощность нагрузочной диаграммы
где t1, t2,…, tк - промежутки времени, в которые мощность нагрузки соответственно равна Р1, Р2,…, Рк. По каталогу для полученных значений РЭКВ и ПВ выбирают номинальную мощность двигателя из условия Рн ³ РЭКВ.
Эквивалентный момент
Эквивалентную мощность определяют по выражению
РЭКВ = МЭКВ ·n/9550 (кВТ).
Расчетное значение ПВр часто отличается от стандартных значений, поэтому либо округляют полученное значение ПВр до ближайшего стандартного, либо пересчитывают эквивалентную мощность по формуле
При работе наблюдаются кратковременные перегрузки, превышающие номинальную мощность двигателя. Они не оказывают существенного влияния на нагрев двигателей, но могут привести к неустойчивой работе или остановке. Поэтому двигатель необходимо проверять на нагрузочную способность по выражению
Рm/Рн ≤ 0.8 Mm/Mн,
где Рm- наибольшая мощность в нагрузочной диаграмме; Mm/Mн - кратность максимального момента определяют по каталогу; коэффициент 0,8 (ku) учитывает возможное снижение напряжения в сети на 20 %. Если это условие не выполняется, то следует выбрать по каталогу двигатель большей мощности и вновь проверить его на перегрузочную способность.
Пример 2
Подобрать двигатель для вентилятора производительностью Q = 10 м3/с, напор которого составляет Н = 100 Н/м2 при температуре окружающей среды 400. КПД вентилятора равен ηв = 75 %, передаточного механизма ηп = 95%. Синхронная частота вращения равна n1 = 1500 об/мин.
Решение
Мощность двигателя определяется по формуле
Учитывая коэффициент запаса k = 1,5 (мощность двигателя до 2 кВТ), получаем
Р = k·Рдв= 1,5·1,4 = 2,1 кВТ.
По каталогу выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором серии
RА100LА4. Технические данные: номинальная мощность Рн = 2,2 кВТ; частота вращения при номинальной нагрузке nн = 1420 об/мин; КПД ηн = 79%; cosjн = 0,82; кратность пускового тока Iп/Iн = 6,0; кратность максимального момента Мm/Мн = 2,6; кратность пускового момента Мп/Мн = 2,2.
Пример 3
Выбрать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором для привода механизма, работающего с продолжительной переменной нагрузкой, заданной нагрузочной диаграммой Р = f(t), рис. 5.1. Синхронная частота вращения 3000 об/мин.
Рис. 5.1 – Нагрузочная диаграмма двигателя для продолжительной переменной нагрузки P=¦(t)
Рис. 5.2 – Нагрузочная диаграмма двигателя для повторно-кратковременной нагрузки M=¦(t)
Решение
Эквивалентную мощность двигателя находим по формуле
По каталогу выбираем асинхронный двигатель серии RА132S4 с номинальной мощностью Рн = 7.5 кВТ. Частота вращения при номинальной нагрузке nн = 1455 об/мин, кратность максимального момента Мm/Мн = 3,2.
Проверяем двигатель на перегрузочную способность. Из нагрузочной диаграммы следует, что Рm= 10 кВТ, тогда по условию
Рm/Рн ≤ 0,8 Mm/Mн, имеем
10/7,5 ≤ 0,8·3,2 = 1,33 ≤ 2,56.
Условие выполняется, следовательно, двигатель выдержит возникающие перегрузки.
Пример 4
Определить необходимую мощность асинхронного двигателя для привода механизма, работающего в повторно-кратковременном режиме. Нагрузочный момент задан диаграммой М = f (t) , рис. 5.2.Частота вращения двигателя 970 об/мин.
Решение
Определяем эквивалентный рабочий момент
Находим продолжительность включения
Эквивалентную расчетную мощность вычисляем по формуле
РЭКВ= МЭКВ·n/9550 = 80,98·970 / 9550 = 8,22 кВТ.
Поскольку рассчитанная ПВ отличается от стандартной, пересчитываем мощность
По каталогу выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором серии АИР160S6 номинальной мощностью 11 кВТ. Частота вращения nн = 970 об/мин; перегрузочная способность Мm/Мн = 2,7.
Варианты контрольных заданий для задачи № 2
Условие задачи № 2
Производственный механизм работает с продолжительной переменной нагрузкой (варианты 1 – 25). В таблице 2 приведены нагрузочные диаграммы работы механизма и синхронная частота вращения n1. Требуется построить нагрузочную диаграмму Р (t), выбрать по каталогу асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Провести проверку двигателя по перегрузочной способности.
Другой производственный механизм работает с повторно-кратковременной нагрузкой (варианты 26 – 50), таблица 3. Для этого механизма построить нагрузочную диаграмму М (t), выбрать по каталогу асинхронный короткозамкнутый двигатель и проверить его по перегрузочной способности.
Для всех заданных вариантов коэффициент, учитывающий возможное снижение напряжения, принять равным ku = 0,85.
Нарисовать схему управления 3хфазным асинхронным двигателем и описать ее работу.
Таблица 2
| № вар. | Р, кВТ | t, с | n1, об/мин | ||||||||||
Таблица 3
| № вар. | М, Н·м | t, с | tр, с | n1, об/мин | ||||
Вопросы для самоконтроля
1. Какое влияние оказывает нагрузка двигателей на его нагрев?
2. Перечислите требования, предъявляемые к двигателю при его выборе?
3. Назовите режимы работы двигателей (электропривода).
4. Как выбирается мощность двигателя, работающего при постоянной нагрузке?
5. Изобразите нагрузочную диаграмму М f (t) при работе двигателя в повторно-кратковременном режиме.
6. Расскажите, в чем заключается сущность метода эквивалентных величин.
7. Для чего выбранный двигатель по мощности проверяется на перегрузку?
8. Чем характеризуется кратковременный режим работы двигателя? Приведите график нагрузки.
9. Объясните, что такое продолжительность включения и для каких стандартных значений ПВ выпускаются двигатели?
Можно ли двигатель для продолжительного режима работы использовать для электропривода, работающего в повторно-кратковременном режиме?
poisk-ru.ru
