Мощность двигателя электрического – Электрическое мотор-колесо для мотоцикла мощностью 20 кВт vs. электродвигатель мощностью 20 кВт: что выбрать? | Пацан к успеху шёл…

Содержание

В чем измеряется мощность электрического двигателя

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА

Последовательность кинематического расчета

    Мощность на приводном валу ,кВт

где F t – окружное усилие, кН;V – скорость,м/с .

    Частота вращения приводного вала ,мин -1

А) Для цепных и пластинчатых конвейеров

,

где z зв – число зубьев тяговой звездочки;t – шаг тяговой звездочки,мм .

Б) Для ленточных транспортеров, механизмов передвижения и поворота, дискового питателя, лебедки и др.


,

где D – диаметр исполнительного механизма,мм .

,

где

… — КПД отдельных звеньев кинематической цепи, ориентировочные значения которых рекомендуется принимать по таблице 1.

Таблица 1.

Ориентировочные значения КПД составных элементов привода

Звенья кинематической цепи

Обозначение

Зубчатые передачи:





Червячная передача закрытая

Ременные передачи открытые:



Цепная передача открытая


Муфта соединительная

Подшипники (одна пара):



    Расчетная мощность электродвигателя ,кВт


,

где

— мощность на приводном валу,кВт .

Необходимо подобрать электродвигатель переменного тока мощностью

(кВт ) ближайшей к

.

При подборе допускается перегрузка двигателя до 6% при постоянной нагрузке. Оценить перегрузку двигателя по формуле:

, где

— наименьшее из значений мощности

и

.

Значению мощности

соответствует, как правило, четыре электродвигателя с определенной синхронной частотой вращения:

= 750; 1000; 1500; 3000мин -1 . При постоянной нагрузке расчет привода вести по номинальной частоте вращения электродвигателя

. Электродвигатели переменного тока серии АИР представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Технические данные двигателей серии АИР

Мощность N, кВт

Синхронная частота, об/мин

Примечания.

    Над чертой указан тип двигателя, под чертой – номинальная частота вращения.

    Пример обозначения двигателя: «Двигатель АИР100 L 2 ТУ 16-525.564-84»


, где

— частота вращения приводного вала,мин -1 .

Рассчитывается для каждого значения номинальной частоты вращения электродвигателя при назначенной мощности

.

А) Назначить передаточное отношение открытой передачи привода

по рекомендациям табл. 3 с учетом следующего: предпочтительно меньшее значение передаточного отношения, что обеспечит меньшие габариты передачи.

Таблица 3.

Значения передаточных отношений механических передач

Тип передачи

Передаточное отношение

Предельное

Зубчатая цилиндрическая:

    закрытая;

    открытая

Зубчатая коническая:

    закрытая;

    открытая

Червячная

Ременная

Планетарная простая однорядная

Для зубчатой передачи передаточное отношение согласовать со стандартным рядом номинальных передаточных чисел u по ГОСТ 2185:

1-й ряд: 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,00; 10; 12,5 …

2-й ряд: 1,12; 1,4; 1,8; 2,24; 2,8; 3,55; 4,5; 5,6; 7,1; 9,0; 11,2…

где n

— целое число.


.

Примечание . Если в приводе открытая передача отсутствует, то

.

В) Для зубчатого редуктора передаточное отношение согласовать со стандартным рядом номинальных передаточных чисел u по ГОСТ 2185; для червячного редуктора с однозаходным червяком — передаточное отношение является целым числом. При этом отклонение фактического передаточного отношения редуктораот номинальногоне должно превышать 2,5% при

4,5 и 4% при

4,5.

Отклонение оценить по формуле:

,

где

— наименьшее из значений передаточного отношения редуктораи.

Примечание. Для одноступенчатого редуктора

,

где u — номинальное передаточное число ступени редуктора.

Уточнить тип электродвигателя для назначенной разбивки передаточного отношения привода (табл. 2).

    Мощность на каждом валу привода ,кВт :

где

… — КПД отдельных звеньев кинематической цепи.

    Частота вращения валов привода ,мин -1 :


при соединении муфтой;


при наличии открытой передачи;


при соединении муфтой;


при наличии открытой передачи.

    Крутящий момент на каждом валу привода ,Нм :


,

где i – индекс вала привода.

Июл 03 2017

Проще воспользоваться токовыми клещами, только присутствует одно но. В холостом режиме, даже на высоких оборотах, двигатель бессилен развить полную мощность.

Ниже приведем таблицу, согласно которой можно судить о па

Расчет номинального тока электродвигателя | Заметки электрика

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

Решил написать статью о расчете номинального тока для трехфазного электродвигателя.

Этот вопрос является актуальным и кажется на первый взгляд не таким и сложным, но почему-то в расчетах зачастую возникают ошибки.

В качестве примера для расчета я возьму трехфазный асинхронный двигатель АИР71А4 мощностью 0,55 (кВт).

Вот его внешний вид и бирка с техническими данными.

Если двигатель Вы планируете подключать в трехфазную сеть 380 (В), то значит его обмотки нужно соединить по схеме «звезда», т.е. на клеммнике необходимо соединить выводы V2, U2 и W2 между собой с помощью специальных перемычек.

При подключении этого двигателя в трехфазную сеть напряжением 220 (В) его обмотки необходимо соединить треугольником, т.е. установить три перемычки: U1-W2, V1-U2 и W1-V2.

Если же Вы решите подключить этот двигатель в однофазную сеть 220 (В), то его обмотки также должны быть соединены треугольником.

Для информации: почитайте подробную статью о схемах соединения обмоток в «звезду» и «треугольник».

Для правильного выбора автоматического выключателя (или предохранителей) и тепловых реле для защиты двигателя, а также для выбора контактора для его управления, в первую очередь нам нужно знать номинальный ток двигателя для конкретной схемы соединения обмоток.

Обычно, номинальные токи указаны прямо на бирке, поэтому можно смело ориентироваться на них. Но иногда циферки не видны или стерты, а известна только лишь мощность двигателя или другие его параметры.

Такое очень часто встречается, но еще чаще бирка вообще отсутствует или так затерта, что на ней абсолютно ничего не видно — приходится только догадываться, что там изображено.

Но это отдельный случай и что делать в таких ситуациях, я расскажу Вам в ближайшее время.

В данной же статье я хочу акцентировать Ваше внимание на формулу по расчету тока двигателя, потому что даже не все «специалисты» ее знают, хотя может и знают, но не хотят вспомнить основы электротехники.

Итак, приступим.

Внимание! Мощность на шильдике двигателя указывается не электрическая, а механическая, т.е. полезная механическая мощность на валу двигателя. Об этом отчетливо говорится в действующем ГОСТ Р 52776-2007, п.5.5.3:

Полезную механическую мощность обозначают, как Р2.

Чаще всего мощность двигателя указывают не в ваттах (Вт), а в киловаттах (кВт). Для тех кто забыл, читайте статью о том, как перевести ватты в киловатты и наоборот.

Еще реже, на бирке указывают мощность в лошадиных силах (л.с.), но такого я ни разу еще не встречал на своей практике. Для информации: 1 (л.с.) = 745,7 (Ватт).

Но нас интересует именно электрическая мощность, т.е. мощность, потребляемая двигателем из сети. Активная электрическая мощность обозначается, как Р1 и она всегда будет больше механической мощности Р2, т.к. в ней учтены все потери двигателя.

1. Механические потери (Рмех.)

К механическим потерям относятся трение в подшипниках и вентиляция. Их величина напрямую зависит от оборотов двигателя, т.е. чем выше скорость, тем больше механические потери.

У асинхронных трехфазных двигателей с фазным ротором еще учитываются потери между щетками и контактными кольцами. Более подробно об устройстве асинхронных двигателей Вы можете почитать здесь.

2. Магнитные потери (Рмагн.)

Магнитные потери возникают в «железе» магнитопровода. К ним относятся потери на гистерезис и вихревые токи при перемагничивании сердечника.

Величина магнитных потерь в статоре зависит от частоты перемагничивания его сердечника. Частота всегда постоянная и составляет 50 (Гц).

Магнитные потери в роторе зависят от частоты перемагничивания ротора. Эта частота составляет 2-4 (Гц) и напрямую зависит от величины скольжения двигателя. Но магнитные потери в роторе имеют малую величину, поэтому в расчетах чаще всего не учитываются.

3. Электрические потери в статорной обмотке (Рэ1)

Электрические потери в обмотке статора вызваны их нагревом от проходящих по ним токам. Чем больше ток, чем больше нагружен двигатель, тем больше электрические потери — все логично.

4. Электрические потери в роторе (Рэ2)

Электрические потери в роторе аналогичны потерям в статорной обмотке.

5. Прочие добавочные потери (Рдоб.)

К добавочным потерям можно отнести высшие гармоники магнитодвижущей силы, пульсацию магнитной индукции в зубцах и прочее. Эти потери очень трудно учесть, поэтому их принимают обычно, как 0,5% от потребляемой активной мощности Р1.

Все Вы знаете, что в двигателе электрическая энергия преобразуется в механическую. Если объяснить чуть подробнее, то при подведенной к двигателю электрической активной мощности Р1, некоторая ее часть затрачивается на электрические потери в обмотке статора и магнитные потери в магнитопроводе. Затем остаточная электромагнитная мощность передается на ротор, где она расходуется на электрические потери в роторе и преобразуется в механическую мощность. Часть механической мощности уменьшается за счет механических и добавочных потерь. В итоге, оставшаяся механическая мощность — это и есть полезная мощность Р2 на валу двигателя.

Все эти потери и заложены в единственный параметр — коэффициент полезного действия (КПД) двигателя, который обозначается символом «η» и определяется по формуле:

η = Р2/Р1

Кстати, КПД примерно равен 0,75-0,88 для двигателей мощностью до 10 (кВт) и 0,9-0,94 для двигателей свыше 10 (кВт).

Еще раз обратимся к данным, рассматриваемого в этой статье двигателя АИР71А4.

На его шильдике указаны следующие данные:

  • тип двигателя АИР71А4
  • заводской номер № ХХХХХ
  • род тока — переменный
  • количество фаз — трехфазный
  • частота питающей сети 50 (Гц)
  • схема соединения обмоток ∆/Y
  • номинальное напряжение 220/380 (В)
  • номинальный ток при треугольнике 2,7 (А) / при звезде 1,6 (А)
  • номинальная полезная мощность на валу Р2 = 0,55 (кВт) = 550 (Вт)
  • частота вращения 1360 (об/мин)
  • КПД 75% (η = 0,75)
  • коэффициент мощности cosφ = 0,71
  • режим работы S1
  • класс изоляции F
  • класс защиты IP54
  • название предприятия и страны изготовителя
  • год выпуска 2007

Расчет номинального тока электродвигателя

В первую очередь необходимо найти электрическую активную потребляемую мощность Р1 из сети по формуле:

Р1 = Р2/η = 550/0,75 = 733,33 (Вт)

Величины мощностей подставляются в формулы в ваттах, а напряжение — в вольтах. КПД (η) и коэффициент мощности (cosφ) — являются безразмерными величинами.

Но этого не достаточно, потому что мы не учли коэффициент мощности (cosφ), а ведь двигатель — это активно-индуктивная нагрузка, поэтому для определения полной потребляемой мощности двигателя из сети воспользуемся формулой:

S = P1/cosφ = 733,33/0,71 = 1032,85 (ВА)

Найдем номинальный ток двигателя при соединении обмоток в звезду:

Iном = S/(1,73·U) = 1032,85/(1,73·380) = 1,57 (А)

Найдем номинальный ток двигателя при соединении обмоток в треугольник:

Iном = S/(1,73·U) = 1032,85/(1,73·220) = 2,71 (А)

Как видите, получившиеся значения равны токам, указанным на бирке двигателя.

Для упрощения, выше приведенные формулы можно объединить в одну общую. В итоге получится:

Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η)

Поэтому, чтобы определить номинальный ток двигателя, необходимо в данную формулу подставлять механическую мощность Р2, взятую с бирки, с учетом КПД и коэффициента мощности (cosφ), которые указаны на той же бирке или в паспорте на электродвигатель.

Перепроверим формулу.

Ток двигателя при соединении обмоток в звезду:

Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 550/(1,73·380·0,71·0,75) = 1,57 (А)

Ток двигателя при соединении обмоток в треугольник:

Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 550/(1,73·220·0,71·0,75) = 2,71 (А)

Надеюсь, что все понятно.

Примеры

Решил привести еще несколько примеров с разными типами двигателей и мощностями. Рассчитаем их номинальные токи и сравним с токами, указанными на их бирках.

1. Асинхронный двигатель 2АИ80А2ПА мощностью 1,5 (кВт)

Как видите, этот двигатель можно подключить только в трехфазную сеть напряжением 380 (В), т.к. его обмотки собраны в звезду внутри двигателя, а в клеммник выведено всего три конца, поэтому:

Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 1500/(1,73·380·0,85·0,82) = 3,27 (А)

Полученный ток 3,27 (А) соответствует номинальному току 3,26 (А), указанному на бирке.

2. Асинхронный двигатель АОЛ2-32-4 мощностью 3 (кВт)

Данный двигатель можно подключать в трехфазную сеть напряжением, как на 380 (В) звездой, так и на 220 (В) треугольником, т.к. в клеммник у него выведено 6 концов:

Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 3000/(1,73·380·0,83·0,83) = 6,62 (А) — звезда

Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 3000/(1,73·220·0,83·0,83) = 11,44 (А) — треугольник

Полученные значения токов при разных схемах соединения обмоток соответствуют номинальным токам, указанных на бирке.

3. Асинхронный двигатель АИРС100А4 мощностью 4,25 (кВт)

Аналогично, предыдущему.

Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 4250/(1,73·380·0,78·0,82) = 10,1 (А) — звезда

Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 4250/(1,73·220·0,78·0,82) = 17,45 (А) — треугольник

Расчетные значения токов при разных схемах соединения обмоток соответствуют номинальным токам, указанных на шильдике двигателя.

4. Высоковольтный двигатель А4-450Х-6У3 мощностью 630 (кВт)

Этот двигатель можно подключить только в трехфазную сеть напряжением 6 (кВ). Схема соединения его обмоток — звезда.

Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 630000/(1,73·6000·0,86·0,947) = 74,52 (А)

Расчетный ток 74,52 (А) соответствует номинальному току 74,5 (А), указанному на бирке.

Дополнение

Представленные выше формулы это конечно хорошо и по ним расчет получается более точным, но есть в простонародье более упрощенная и приблизительная формула для расчета номинального тока двигателя, которая наибольшее распространение получила среди домашних умельцев и мастеров.

Все просто. Берете мощность двигателя в киловаттах, указанную на бирке и умножаете ее на 2 — вот Вам и готовый результат. Только данное тождество уместно для двигателей 380 (В), собранных в звезду. Можете проверить и поумножать мощности приведенных выше двигателей. Но лично я же настаиваю Вам использовать более точные методы расчета.

P.S. А вот теперь, как мы уже определились с токами, можно приступать к выбору автоматического выключателя, предохранителей, тепловой защиты двигателя и контакторов для его управления. Об этом я расскажу Вам в следующих своих публикациях. Чтобы не пропустить выход новых статей — подписывайтесь на рассылку сайта «Заметки электрика». До новых встреч.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:


Выбор электродвигателя, как подобрать электродвигатель, советы.

Выбор электродвигателя и расчет его рабочих параметров

Как правильно подобрать электродвигатель для оптимального и безаварийного функционирования системы «двигатель – нагрузка»? Как повысить надежность системы в целом? Какие условия должны быть учтены в первую очередь? Как уменьшить пусковой ток, увеличить пусковой момент или обеспечить плавность пуска? Это далеко неполный список вопросов, которые задают покупатели, обращаясь в нашу компанию. В данной статье мы постараемся максимально полно ответить на эти вопросы. Мы надеемся, что статья будет полезна Вам и поможет решить ряд проблем, возникающих как при эксплуатации старых, так и выборе новых электродвигателей.

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.

Типы электрических двигателей

1. Двигатели постоянного тока.

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.

2. Синхронные двигатели.

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.

3. Асинхронные двигатели.

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.

Мощность и моменты

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.

1. Вентилятор.

formula1.gif,

где Q3/с] – производительность вентилятора, Н [Па] – давление на выходе вентилятора, ηвент, ηпер – КПД вентилятора и передаточного механизма соответственно, kз – коэффициент запаса.

2. Насос

formula2.gif,

где Q3/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.

3. Поршневой компрессор

formula3.gif,

где Q3/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

formula4.gif

Полная мощность, потребляемая из сети:

1. для двигателей постоянного тока (она же активная)

formula5.gif

2. для двигателей переменного тока

formula6.gif

при этом потребляемые активная и реактивная мощности соответственно

formula7.gif

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.

1. Продолжительный S1 – режим работы при постоянной нагрузке в течение времени, за которое температура двигателя достигает установившегося значения. Мощность двигателя, работающего в данном режиме, рассчитывается исходя из потребляемой механизмом мощности. Формулы расчета мощности некоторых механизмов (насос, вентилятор, компрессор) приведены выше.

2. Кратковременный S2 – режим, при котором за время включения на постоянную нагрузку температура двигателя не успевает достичь установившегося значения, а за время отключения двигатель охлаждается до температуры окружающей среды. В случае использования двигателя S1 для работы в режиме S2 необходимо проверить его только по перегрузочной способности, так как температура не успевает достичь допустимого значения.

3. Повторно-кратковременный S3 – режим с периодическим отключением двигателя, при котором за время включения температура не успевает достичь установившегося значения, а за время отключения – температуры окружающей среды. Расчет мощности электродвигателя обычного исполнения для работы в режиме S3 производится по методам эквивалентных величин с учетом пауз и потерь в переходных режимах. Кроме того, двигатель необходимо проверить на допустимое число включений в час. В случае большого числа включений в час рекомендуется использовать двигатели с повышенным скольжением. Данные электродвигатели обладают повышенным сопротивлением обмотки ротора, а, следовательно, меньшими пусковыми и тормозными потерями.

4. Повторно-кратковременный с частыми пусками S4 и повторно-кратковременный с частыми пусками и электрическим торможением S5. Данные режимы рассматриваются аналогично режиму S3.

5. Перемежающийся S6 – режим, при котором работа двигателя под нагрузкой, периодически заменяется работой на холостом ходу. Большинство двигателей, работающих в продолжительном режиме, имеют меняющийся график нагрузки.

При этом для обоснованного выбора двигателя с целью оптимального его использования рекомендуется применять методы эквивалентных величин.

Класс энергоэффективности

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

formula8.gif,

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.

8c92f29bf3e7731b08e980190d94e102.jpg

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).

oboznachenie.gif

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.

В случае возникновения вопросов, а также необходимости расчета параметров двигателя для Вашего нагрузочного механизма обращайтесь в наш технический отдел по координатам, приведенным на сайте в разделе «Контакты».


потребляемая мощность электродвигателя

Причем, как нетрудно заметить, ток, указанный при включении звездой на линейное напряжение 380В, меньше тока при включении треугольником на линейное напряжение, но уже не 380В, а 220В. Почему так? Потому что при таком включении в обоих случаях на обмотках двигателя будет расчетное фазное напряжение 220В, на которое и мотались обмотки электродвигателя. Т.е. как бы вы не включали двигатель, звездой ли на линейное напряжение 380В или треугольником на линейное напряжение 220В, в обоих вариантах на каждой из обмоток будет 220В. Однако, электрическая мощность электродвигателя при этом останется, что и требуется в таких случаях, неизменной — 16кВА. И проверить это легко. А вот линейные токи будут разными. И если при включении такого двигателя на 3-х фазное линейное напряжение 380В линейный ток во всех фазах будет равен току через обмотки и составит 24,3А, то при включении двигателя на 3-х фазное линейное напряжение 220В ток во всех фазах составит 43А, а вот через обмотки будет равен, как и при включении «звездой», 24,3А. Такая особенность возникает из-за того, что согласно закона Кирхгофа для узлов, мы получим, что токи через обмоткм равны: IAB=IA+IAC=24,3А, IBC=IB+IAB=24,3А, ICA=IC+IBC=24,3А. Все это продемонстрировано на рис.1 и рис.2.
Иногда на шильдике двигателя можно увидеть обозначение не 220/380 для включения треугольником и звездой соответственно, а 380/660. Это означает, что данный двигатель для его работы в номинальном режиме должен включаться либо «треугольником» на линейное напряжение 380В, либо «звездой» на линейное напряжение 660В. Пример такого шильдика приведен на рисунке. Рссмотрим его параметры. Полезная механическая мощность на валу 5,5кВт. КПД двигателя не приведен, поэтому найти активную электрическую его мощность по формуле Ра=Р/η, как по первому шильдику мы не можем. Однако, мы всегда можем воспользоваться формулой мощности 3-х фазной цепи с учетом cosφ. При включении «треугольником» на 380В имеем:. Откуда Ра=1,732*380*11,8*0,83=6,45кВт. Таким же образом можно было найти активную мощность первого двигателя по первому шильдику. Но вернемся к рассматриваемому двигателю. Если нас интересует его КПД, то мы можем воспользоваться уже выше рассмотренной формулой Ра=Р/η, откуда η=Р/Ра. Поэтому η=5,5/6,45=0,853. А это 85,3%. Для случая 660В имеем: Ра=1,732*660*6,8*0,83=6,45кВт. Т.е. как и говорилось выше, независимо от схемы включения в соответствии с заданными линейными напряжениями, номинальная электрическая мощность двигателя неизменна. Полную мощность данного электродвигателя можно вычислить либо как S=Pa/cosφ=6,45/0,853=7,56кВА, либо как для «треугольника», либо как . Небольшая разница в сотых из-за предыдущих округленных значений. Но, в общем-то, как видим, нет разницы каким образом вычислять.

Электродвигатель постоянного тока

Постоянная момента

Постоянная момента электродвигателя,

Постоянная ЭДС

Направление ЭДС определяется по правилу правой руки. Направление наводимой ЭДС противоположно направлению протекающего в проводнике тока.

Наведенная ЭДС последовательно изменяется по направлению из-за перемещения проводников в магнитном поле. Суммарная ЭДС, равная сумме ЭДС в каждой катушке, прикладывается к внешним выводам двигателя. Это и есть противо-ЭДС. Направление противо-ЭДС противоположно приложенному к двигателю напряжению. Значение противо-ЭДС пропорционально частоте вращения и определяется из следующего выражения: [1]

Постоянная ЭДС,

  • где E — электродвижущая сила, В,
  • Ke – постоянная ЭДС, В∙с/рад,
  • w — угловая частота, рад/с

Постоянные момента и ЭДС в точности равны между собой KT = KE. Постоянные KT и KE равны друг другу, если они определены в единой системе едениц.

Постоянная электродвигателя

Одним из основных параметров электродвигателя постоянного тока является постоянная электродвигателя Kм. Постоянная электродвигателя определяет способность электродвигателя преобразовывать электрическую энергию в механическую.

Постоянная электродвигателя,

  • где Постоянная электродвигателя — постоянная электродвигателя, Нм/√Вт,
  • R — сопротивление обмоток, Ом,
  • Постоянная электродвигателя – максимальный момент, Нм,
  • Постоянная электродвигателя — мощность потребляемая при максимальном моменте, Вт

Справка: Постоянная электродвигателя вместе с размерами электродвигателя являются основными параметрами для инженера при выборе электродвигателя с лучшим соотношением мощность / объем.

Постоянная электродвигателя не зависит от соединения обмоток, при условии, что используется один и тот же материал проводника. Например, обмотка двигателя с 6 ветками и 2 параллельными проводами вместо 12 одиночных проводов удвоят постоянную ЭДС, при этом постоянная электродвигателя останется не изменой.

Жесткость механической характеристики двигателя

Жесткость двигателя,

  • где Жесткость двигателя — жесткость механической характеристики электродвигателя постоянного тока

Напряжение электродвигателя

Уравнение баланса напряжений на зажимах двигателя постоянного тока имеет вид (в случае коллекторного двигателя не учитывается падение напряжения в щеточно-коллекторном узле):

Напряжение двигателя,

  • где U — напряжение, В.

Уравнение напряжения выраженное через момент двигателя будет выглядеть следующим образом:

Напряжение двигателя

Соотношение между моментом и частотой вращения при двух различных напряжениях питания двигателя постоянного тока неизменно. При увеличении частоты вращения момент линейно уменьшается. Наклон этой функции KTKE/R постоянный и не зависит от значения напряжения питания и частоты вращения двигателя.

Благодаря таким характеристикам упрощается управление частотой вращения и углом поворота двигателей постоянного тока. Это характерно для коллекторных и вентильных двигателей постоянного тока, что нельзя сказать о двигателях переменного тока и шаговых двигателях [1].

Мощность электродвигателя постоянного тока

Упрощенная модель электродвигателя выглядит следующим образом:

Общая мощность электродвигателя

  • где I – сила тока, А
  • U — напряжение, В,
  • M — момент электродвигателя, Н∙м
  • R — сопротивление токопроводящих элементов, Ом,
  • L — индуктивность, Гн,
  • Pэл — электрическая мощность (подведенная), Вт
  • Pмех — механическая мощность (полезная), Вт
  • Pтеп — тепловые потери, Вт
  • Pинд — мощность затрачиваемая на заряд катушки индуктивности, Вт
  • Pтр — потери на трение, Вт

Механическая постоянная времени

Механическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое частота вращения ненагруженного электродвигателя достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

tm=J/b,

  • где tm=J/b — механическая постоянная времени, с

Смотрите также

эра электросамолетов и реактивных электродвигателей

Альтернатива реактивному двигателю — электрический. Проблема в том, что удельная мощность современных электродвигателей для авиации не превышает 5 кВт/кг, в то время как реактивные обладают мощностью до 8 кВт/кг. То есть замена повлечет за собой снижение грузоподъемности самолета. Поэтому пока такой переход экономически нецелесообразен.

 

Специалисты Московского авиационного института (МАИ) сумели добиться большей мощности электродвигателя по сравнению с реактивным, что долгое время оставалось непреодолимой проблемой.

Мощный электрический авиадвигатель (МАИ)

Применение сверхпроводниковых материалов способно увеличить удельную мощность электродвигателей. Ведь главная особенность сверхпроводников — значительное снижение или даже полное отсутствие электрического сопротивления. Следовательно, величина тока, обратно пропорциональная сопротивлению, возрастает, а вместе с ней увеличивается и мощность двигателя.

 

Система состоит из газотурбинного двигателя, вращающего электрический генератор, электродвигателя и кабельной линии, соединяющей их. Удельная мощность такой установки составляет свыше 10 кВт/кг, то есть больше, чем у реактивного двигателя.

Основная сложность перевода летательных аппаратов с реактивных на электрические двигатели заключается в необходимости перестроения всех внутренних систем самолета. Чтобы такой переход был эффективен с точки зрения экономики, необходимо не просто сравнять удельную мощность электрических двигателей с турбинными, а значительно увеличить. 

 

 

Это можно будет осуществить, перейдя на охлаждение сверхпроводниковых двигателей жидким водородом (-253°C). Данная степень охлаждения сверхпроводников способна повысить удельную мощность двигателя до 30 кВт/кг. Но на данный момент проблема применения жидкого водорода заключается в том, что он взрывоопасен, дорого стоит и требует немало энергии для производства.

 

MagniX

 

В январе 2019 года австралийская компания MagniX объявила, что выпустит первую партию электродвигателей для авиации уже в 2022 году. Установить их можно не только на новые, но и на нынешние самолеты, утверждают разработчики. Электродвигатели для самолетов от MagniX сделают перелеты в пять раз дешевле
MagniX обещает в ближайшие годы выпустить линейку электродвигателей для винтовых самолетов. Установки первого поколения подойдут для легких воздушных судов вместимостью не больше 20 пассажиров.

Электромотор MagniX

Сообщается, что разработка австралийской компании выдает до 750 л. с. Предполагается, что установка станет аналогом турбовинтового авиационного двигателя Pratt and Whitney PT6, которым оснащены популярные модели легких пассажирских самолетов Beechcraft King Air и Cessna 208.

 

MagniX создаст несколько модификаций электромоторов. Одни подойдут для переоснащения уже существующих самолетов, в том числе популярной Cessna 208, другие предназначены для новых проектов. По расчетам, Cessna на электротяге пролетит до 280 км. А электросамолет, построенный с нуля, преодолеет уже 925 км на одном заряде. Инженеры MagniX приступили к испытаниям электродвигателя еще в сентябре. Тогда компания протестировала 350-сильную установку. Особый акцент на низкий вес  —  всего 50 кг..

 

 

Хотя электросамолетам потребуется дополнительная инфраструктура, авиаперевозчики все равно смогут сэкономить. Полеты на электротяге будут обходиться на 50-80% дешевле, чем обычные рейсы. В первую очередь, авиаперевозчики сэкономят на топливе. Например, расстояние в 185 км на Cessna 208, на топливо придется потратить $300-400. Такой же рейс на электротяге потребует электроэнергии на $12-14.

 

Полеты станут не только экономичными, но и экологичными, обещает MagniX. Самолет не будет производить вредных выбросов, а если для его зарядки использовать электроэнергию от возобновляемых источников, то рейс будет на 100% зеленым. Для Австралии это вполне достижимая цель, поскольку уже к 2030 году страна может полностью перейти на ВИЭ.

 

Siemens

 

В 2015 году компания Siemens представила авиационный электромотор с рекордными характеристиками — двигатель весом всего 50 кг развивает мощность в 260 КВт. Такие характеристики двигателя позволяют создавать воздушные суда со взлётной массой до двух тонн. При этом для работы воздушного винта не требуется трансмиссия, поскольку мотор выдаёт 2500 оборотов в минуту.

Новая европейская 140-мм пушка на танк Leclerc

Авиационный двигатель компании Siemens

Соотношение веса к мощности у нового электродвигателя Siemens составляет больше 5 кВт на один килограмм, что превышает аналогичный показатель даже турбореактивных двигателей. Электродвигатель может вращаться со скоростью практически от 0 до 2.5 тысяч оборотов в минуту, что позволяет устанавливать пропеллер прямо на его вал без необходимости использования промежуточного редуктора. И один такой двигатель может без особых затруднений поднять в воздух самолет с взлетным весом до двух тонн.

 

В апреле 2017  года прототип электрического самолета Extra 330LE, построенный Siemens, установил два мировых рекорда скорости в классе электрических самолетов с аккумуляторным питанием. Siemens, которым удалось создать новый двигатель, в котором сочетается большая энергетическая плотность, мощность и малый вес.

 На дистанции 3 километра самолет развил максимальную скорость в 337.50 километров в час, при весе самолета до 1000 килограмм, и скорость 342.86 километров в час при весе самолета более 1000 килограмм. 

Электродвигатель, приводящий в действие самолет Extra 330LE, обеспечил 260 кВт мощности при его весе всего в 50 килограмм. Разработка данного двигателя была выполнена в рамках более глобальной программы компании Siemens, целью которой является разработка электрических гибридных силовых систем для небольших самолетов регионального класса.  Данная программа проводится при участии в ней специалистов компании  Airbus, которая уже давно  работает над собственным вариантом подобной системы под названием.

 

Airbus

 

В 2014 году Airbus Group представила двухместный электрический самолёт E-Fan, созданный при поддержке французского правительства. Довольно тихий электросамолёт из углеволокна весит около 500 кг, использует литий-ионные полимерные аккумуляторы и оснащён двумя моторами мощностью по 60 КВт. Час полёта стоит около £10, а батареи полностью заряжаются за 90 минут.

Boeing


Из подобных, конкурентных, проектов можно отметить совместную работу НАСА и Boeing над гибридным электрическим самолётом SUGAR Volt («subsonic ultra-green aircraft research» – «исследование по созданию дозвукового весьма экологичного самолёта») – самолёта, работающего на комбинации запасённой в аккумуляторах электроэнергии и классического топлива. Проект впервые был предан огласке в 2012 году.

 SUGAR, оснащен двигательной системой, которая была разработана для уменьшения расхода топлива более чем на 70 процентов, а потребления энергии — примерно на 55 процентов.

Самолет рассчитан на 154 пассажира и полет со скоростью 0,79 маха. Он будет требовать короткую взлетную дистанцию, и сможет летать на расстояние до 5630 километров.

По плану обычное топливо используется в таких энергозатратных манёврах, как взлёт, а в полёте двигатели самолёта по большей части или почти полностью будут питаться от аккумуляторов. Точных сроков завершения проекта компания не назвала и планируют выдать готовый продукт примерно к 2030-2050 годам.

 

Eviation Aircraft

 

В июне 2017 года, на авиашоу в Ле-Бурже,  израильский стартап Eviation Aircraft показал полностью электрический пассажирский самолёт Alice, способный на одном заряде аккумуляторных батарей преодолеть дистанцию в 965 километров. Технологии, использованные при создании электрического самолета, были разработаны во время участия компании Eviation Aircraft в программе NASA On-Demand Mobility Program.

 

Небольшой электрический самолет может перевозить от шести до девяти пассажиров и двух членов экипажа на расстояния, покрывающие основную массу внутренних в большинстве стран и некоторую часть международных маршрутов. Основным достижением специалистов компании Eviation Aircraft является разработка нового типа воздушно-алюминиевой аккумуляторной батареи, емкости которой  достаточно для накопления энергии, необходимой для дальнего перелета.

 

В  самолете использована модернизированная воздушно-алюминиевая батарея, изначально разработанная компанией Phinergy Ltd.  К этому добавлен  буфер на традиционных аккумуляторных батареях, и умная система распределения энергии, основанную на использовании аналитических алгоритмов. Все это вместе представляет собой самую высокоэффективную энергетическую систему, позволяющую использовать каждую «крупинку» дефицитной энергии аккумуляторных батарей».


Компания Eviation Aircraft не намерена вступать в конкуренцию с другими компаниями, выпускающими самолеты. Компания Eviation Aircraft видит свет будущее в качестве воздушного аналога сервиса Uber.

Alice компании Eviation Aircraft

Готовый прототип компания Eviation Aircraft покажет в середине 2019 года на парижском авиасалоне Ле-Бурже. Если после этого компании удастся привлечь $100 млн инвестиций, то к 2021 году Alice поступит в продажу. Ожидается, что девятиместный электросамолет будет стоить около $2 млн, но, стоит помнить, что владельцы судна сэкономят на топливе и на затратах на эксплуатацию.

 

Глава Tesla Илон Маск, который также проявляет интерес к области электрической авиации, считает, что для массового производства электросамолётов необходимо создать аккумулятор с плотностью энергии 400 Вт/ч на килограмм. Между тем, сегодня выпускаемые его компанией электромобили питаются от батарей с плотностью 250 Вт/ч на килограмм.

 

А в Норвегии планируют к 2040 году полностью перевести все местные пассажирские авиаперевозки на использование электрических летательных аппаратов. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!

Email*

Подписаться

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о