Электродвигатель представляет собой устройство, которое преобразует электрическую энергию в кинетическую. Современная жизнь и промышленные процессы трудно представить без применения электромеханических систем. Такие устройства активно используются в насосах, системах вентиляции и кондиционирования, в электрическом транспорте, а также в различных промышленных станках и оборудовании.
При выборе электродвигателя необходимо руководствоваться несколькими основными критериями:
- тип электрического тока, питающего оборудование;
- мощность электродвигателя;
- режим работы;
- частота вращения;
- климатические условия и другие внешние факторы.
Мощность электродвигателя (в кВт) является одним из ключевых критериев при его выборе. Этот параметр определяет силу, которую мотор способен передать механической системе. Чтобы оборудование функционировало корректно и эффективно, предотвращая перегрузки и обеспечивая надежную работу, необходим тщательный расчет его мощности.
На сегодняшний день мощностные показатели двигателей варьируются от 0,12 кВт до 12,5 МВт (и даже мощнее), для выбора которых важны габариты и назначение приводимого механизма. При этом важно учитывать, что при одинаковом количестве кВт мотор может иметь разную частоту вращения вала (это может быть 750; 1000; 1500 или 3000 оборотов/минуту и т.д.).
Как определить мощность электродвигателя (кВт)
В основе расчёта мощности электродвигателя (кВт) используются нагрузки, которые он должен выдерживать, а также особенности работы конкретного приводного механизма (в частности, принимаются во внимание пиковые токи при их запуске). При этом обязательно учитывается нагрев в ходе эксплуатации с учётом условий окружающей среды (предельно допустимой для класса изоляции мотора F является 115 ⁰С, а для класса А – 65 ⁰С).
P = M*n / 9.55
· механическая мощность электродвигателя P (Вт),
· частота вращения n (об/мин),
· вращающийся момент M двигателя,
· 9.55 - константа
Исходя из расчётов, рекомендуется закладывать 20-30 % запас по мощности, который позволит не допустить работы машины с перегрузом вне зависимости от особенностей технологического процесса. Таким образом исключается вероятность интенсивного износа электродвигателя, снижения надёжности в работе оборудования.
Потребляемая мощность на шильдике
Правильно подобранная мощность электродвигателя позволяет получить оптимальные технико-экономические показатели электропривода по себестоимости, размерам, экономичности и прочим параметрам. При стабильной нагрузке на электродвигатель определить его мощность можно просто выбором по каталогу, исходя из соотношения Рн ≥ Рнагр. Здесь Рн — это мощность подбираемого двигателя, а Рнагр — предполагаемая мощность нагрузки.
Работая с электромоторами, нужно знать, как по шильдику определяется потребляемая мощность электродвигателя. Значение мощности Р — это не электрическая мощность мотора, а механическая мощность на валу, обозначенная в кВт.
Шильдик – это металлическая бирка, на которой указаны все основные технические параметры электродвигателя. Здесь же обозначена мощность, измеряемая в ваттах или киловаттах, соответственно Вт или кВт. Но это номинальная мощность, она же полезная, она же механическая, она же отдаваемая.
Есть потребляемая мощность, которая действует на питающую сеть: кабели, автоматы, реле и прочее. И она всегда больше номинальной, потому что в любом механическом устройстве присутствуют потери, связанные, например, с трением во вращающихся узлах. На шильдике потери определяют коэффициентом полезного действия с аббревиатурой – КПД.
Поэтому для расчета потребляемой мощности используется следующая формула: Рп=Рн / КПД.
· Pп - потребляемая мощность
· Рн – номинальная мощность
КПД η=P2/P1 * 100%
Чем ближе этот параметр к единице, тем выше будет эффективность использования оборудования.
· Р2 — полезная мощность двигателя (Вт)
· Р1 — потребляемая мощность двигателя (Вт)
Например, если на шильдике мощность обозначена – 3 кВт, КПД – 68%. Значит, потребляемое значение будет равно: 3: 0,68 = 4,4 кВт. Эту величину будет учитывать счетчик контроля. И чем больше величина, тем больше придется заплатить за потребленную электроэнергию.
Активная мощность — это мощность, которую использует электрическая система для выполнения работы. Она измеряется в ваттах и обозначается как Р. Активная мощность в электрических цепях определяется умножением напряжения на ток, умноженные на косинус угла между фазами напряжения и тока: Р = U × I × cos (θ), где
U - напряжение, I - ток, а cos (θ) - косинус угла между фазами напряжения и тока (также известный как коэффициент мощности).
Это так называемая активная мощность, которая переводит электрическую энергию в механическую. Есть еще один вид – реактивная. Она присутствует во всех асинхронных моторах. Реактивная мощность представляет собой часть полной мощности, которая не производит работы, но необходима для создания электромагнитных полей в сердечниках магнитопроводов. Для этого на шильдике указан такой показатель как коэффициент мощности, обозначаемый «cosϕ».
С помощью этого коэффициента ведется расчет общей мощности по формуле:
Ро = Рп х cosϕ, где
Ро - общая расчётная нагрузка
Рп - расчетная нагрузка производственных потребителей
Важно! При выборе электродвигателя запас мощности должен быть, но небольшой. При значительном запасе мощности снижается КПД привода. В электродвигателях переменного тока это приводит еще и к снижению коэффициента мощности.
Формулы для расчета мощности двигателя
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.
Вентилятор
где Q [м3/с] – производительность вентилятора, Н [Па] – давление на выходе вентилятора, ηвент, ηпер – КПД вентилятора и передаточного механизма соответственно, kз – коэффициент запаса.
Насос
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.
Поршневой компрессор
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:
1. для двигателей постоянного тока (она же активная)
2. 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.
Потеря мощности при ремонтных работах электродвигателя
Даже качественный электродвигатель спустя некоторое время активной эксплуатации требует замены изоляции обмотки. Привод механизмов подвергает электродвигатель перегреву, вибрациям, воздействию повышенной влажности, пыли и так далее. Кроме того, термические перепады нарушают эластичность изоляции. Токопроводящая угольная пыль может привести к пробою на корпус и замыканию между витками обмоток.
Практически ремонт обмоток заключается в удалении старой и выполнении новой обмотки, которая должна иметь такую же конфигурацию, размер обмоточного провода, что и заводская. Это позволит сохранить текущие показания мощности. Улучшенная, более современная пазовая и витковая изоляция позволят повысить надежность электрической машины. Поэтому важно найти надежного подрядчика, который сможет выполнить заказ сохранив все конфигурации катушек и использовав тот же тип медной проволоки и качественную изоляцию.
Завод Rem&Coilуже более 18 лет работает на рынке изготовления жестких секций и стержней для электродвигателей, зарекомендовав себя как эксперта в этой области. Для нас не имеет значения, как давно был произведен ваш двигатель. Благодаря идеальной геометрии укладка секций займет от 1-2 дней. Для нас важно высокое качество материалов, поэтому мы используем только качественную медь марок М0 и М00, а также изоляцию классов нагревостойкости F, H, C ведущих мировых производителей.
Наши инженеры готовы решить любую задачу клиентов. Самостоятельно модернизируют и создают новое оборудование, чтобы вы получали именно то, что нужно вам. Они готовы проконсультировать вас по любым вопросам, связанным с обмоткой статора.
По вопросам сотрудничества и заказа продукции можете позвонить нам по телефону +7 (812) 321-29-20 или написать письмо на почту postrem@remcoil.ru, сайт компании https://rem-and-coil.ru.
Список литературы:
https://orenburg.media/?p=90303
https://www.elec.ru/publications/promyshlennoe-oborudovanie/4231/
https://reductors.com/articles/elektrodvigateli/moshchnost-dvigatelya/
https://tehprivod.su/poleznaya-informatsiya/vybor-elektrodvigatelya.html
https://www.matic.ru/clients/articles/reactive-power/
https://m-strana.ru/articles/moshchnost-elektrodvigatelya/
https://mtomd.info/archives/2731
https://veldon-electric.ru/news/kak-pravilno-podobrat-elektrodvigatel