Для двигателя номинальной является полезная мощность
Одна из естественных характеристик электродвигателя – его номинальная (эффективная) мощность (Pном
), которая для машин переменного и постоянного тока является механической мощностью на валу.
Это мощность двигателя, с которой он мог бы работать в номинальном режиме — режиме эффективной работы на протяжении длительного времени (не менее нескольких часов). Номинальная мощность измеряется в Вт (кВт) или лошадиных силах (л.с.) и указывается на щитке электрической машины вместе с остальными основными характеристиками.
, мощность двигателя развивается в полной мере. При загрузке двигателя до номинальной мощности на сравнительно короткий промежуток времени, можно считать, что он не используется в полную силу. В такой ситуации бывает целесообразна его кратковременная перегрузка, предел которой определяется перегрузочной мощностью двигателя.
В паспорте электродвигателя заводом-изготовителем всегда указываются номинальные величины мощности Pном
, напряжения Uном
, коэффициента мощности cosϕном
, номинальная угловая скорость двигателя ωном
.
Расчет номинальной мощности
Метод эквивалентного тока
Применим для расчета номинальной мощности при обязательном соблюдении во время работы неизменности показателей мощности потерь в обмотках двигателя, складывающейся из постоянной и переменной величин мощности, сопротивлений обмоток ротора и статора, потерь на механическое трение. Зная номинальный коэффициент мощности, показатели эквивалентного тока и номинального напряжения, возможно рассчитать номинальную мощность электродвигателя:
Pном ≥ Iэк ∙ Uном ∙cosϕном,
где Iэк – показатель эквивалентного тока,
Uном – номинальное напряжение,
cosϕном – номинальный коэффициент мощности, повышающийся с увеличением мощности и номинальной угловой скорости вращения ротора, а также зависящий от нагрузки. Для большинства электродвигателей составляет 0,8-0,9.
Метод эквивалентного момента
Электродвигатели любого типа имеют пропорциональный произведению тока и величине магнитного потока вращающий момент. Метод эквивалентного момента для расчета номинальной мощности используется в тех случаях, когда условия применяемой нагрузки определяют непосредственно требуемый от двигателя момент, а не ток. Для синхронных и асинхронных машин переменного тока, коэффициент мощности cosϕ приближенно принимается за постоянную величину:
Pном = Мвр ∙ ωном,
где Мвр – значение вращающего момента,
ωном – номинальная угловая скорость двигателя.
Определение номинальной мощности опытным путем
Указанная в паспорте или щитке устройства номинальная мощность будет равна этому значению только при оптимальной нагрузке на вал, определяемой заводом-изготовителем для номинального режима. На что ориентироваться, если по каким-то причинам не сохранился паспорт или стерлись надписи на табличке?
Помогут практические измерения и :
- Необходимо полностью отключить все прочие источники потребления электроэнергии: освещение, электроприборы и т.д.
- В случае использования электронного счетчика, следует подключить двигатель под нагрузкой на 5-6 минут, на электронном дисплее отобразиться величина нагрузки в кВт.
Дисковый счетчик проводит измерения в кВт∙час. Следует записать последние показания и включить двигатель на 10 минут с точностью до секунды. После остановки электромашины, отнять из полученного значения записанные показания и умножить на 6. Полученное число и будет являться активной механической мощностью двигателя.
При использовании этого метода важно правильно подобрать нагрузку, поскольку при ее недостаточности или перегрузке, определяемый показатель будет далек от номинальной мощности электродвигателя.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта , буду рад, если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное. Всего доброго.
Это мощность двигателя, с которой он мог бы работать в номинальном режиме – режиме эффективной работы на протяжении длительного времени (не менее нескольких часов). Номинальная мощность измеряется в Вт (кВт) или лошадиных силах (л.с.) и указывается на щитке электрической машины вместе с остальными основными характеристиками.
При нагрузках, меньших P ном, мощность двигателя развивается в полной мере. При загрузке двигателя до номинальной мощности на сравнительно короткий промежуток времени можно считать, что он не используется в полную силу. В такой ситуации бывает целесообразна его кратковременная перегрузка, предел которой определяется перегрузочной мощностью двигателя.
В паспорте электродвигателя заводом-изготовителем всегда указываются номинальные величины мощности P ном, напряжения U ном, коэффициента мощности cosϕ ном, номинальная угловая скорость двигателя ω ном.
Расчет номинальной мощности
Метод эквивалентного тока
Применим для расчета номинальной мощности при обязательном соблюдении во время работы неизменности показателей мощности потерь в обмотках двигателя, складывающейся из постоянной и переменной величин мощности, сопротивлений обмоток ротора и статора, потерь на механическое трение. Зная номинальный коэффициент мощности, показатели эквивалентного тока и номинального напряжения, возможно рассчитать номинальную мощность электродвигателя:
P ном ≥ I эк ∙ U ном ∙cosϕ ном,
где I эк – показатель эквивалентного тока,
U ном – номинальное напряжение,
cosϕ ном – номинальный коэффициент мощности, повышающийся с увеличением мощности и номинальной угловой скорости вращения ротора, а также зависящий от нагрузки. Для большинства электродвигателей составляет 0,8-0,9.
Метод эквивалентного момента
Электродвигатели любого типа имеют пропорциональный произведению тока и величине магнитного потока вращающий момент. Метод эквивалентного момента для расчета номинальной мощности используется в тех случаях, когда условия применяемой нагрузки определяют непосредственно требуемый от двигателя момент, а не ток. Для синхронных и асинхронных машин переменного тока коэффициент мощности cosϕ приближенно принимается за постоянную величину:
P ном = М вр ∙ ω ном,
где М вр – значение вращающего момента,
ω ном – номинальная угловая скорость двигателя.
Определение номинальной мощности опытным путем
Указанная в паспорте или щитке устройства номинальная мощность будет равна этому значению только при оптимальной нагрузке на вал, определяемой заводом-изготовителем для номинального режима. На что ориентироваться, если по каким-то причинам не сохранился паспорт или стерлись надписи на табличке?
Помогут практические измерения и счетчик электроэнергии:
Необходимо полностью отключить все прочие источники потребления электроэнергии: освещение, электроприборы и т.д.
В случае использования электронного счетчика следует подключить двигатель под нагрузкой на 5-6 минут, на электронном дисплее отобразиться величина нагрузки в кВт.
Дисковый счетчик проводит измерения в кВт∙час. Следует записать последние показания и включить двигатель на 10 минут с точностью до секунды. После остановки электромашины отнять из полученного значения записанные показания и умножить на 6. Полученное число и будет являться активной механической мощностью двигателя.
- Для маломощных двигателей можно подсчитать количество оборотов диска счетчика, для каждого из которых указана, чему равна величина полных оборотов в единицах мощности. Несложные расчеты помогут определить искомую величину мощности.
При использовании этого метода важно правильно подобрать нагрузку, поскольку при ее недостаточности или перегрузке определяемый показатель будет далек от номинальной мощности электродвигателя.
Номинальная
активная мощность ЭП
()
– это мощность, потребляемая из сети
при номинальной нагрузке ЭП, при которой
он должен работать длительное время в
установившемся режиме без превышения
допустимой температуры.
Для длительного
режима работы ЭП
равна паспортной величине
:
.
Для приемников,
работающих в повторно-кратковременном
режиме, номинальную мощность определяют
по паспортной мощности путем приведения
ее к длительному режиму работы (ПВ=1) в
соответствии с формулами:
Или
,
где
паспортная величина, о.е.;
– коэффициент включения, рассчитывается
по графику нагрузки ЭП, см. формулу
(2.1).
Для электродвигателей
мощность, потребляемая из сети, называется
присоединенной мощностью
и определяется по выражению:
,
где
– номинальная мощность, развиваемая
на валу двигателя, кВт;
–номинальный КПД
электродвигателя, о.е.
Номинальная
реактивная мощность ЭП
(
)
– реактивная мощность, потребляемая
им из сети при номинальной активной
мощности и номинальном напряжении.
Для ЭП, работающего
в длительном режиме, величина
вычисляется по формуле
,
где
соответствует номинальному
ЭП (
– паспортная величина).
Для ЭП, работающего
в повторно-кратковременном режиме,
величина 
вычисляется по формуле
.
Номинальная
полная мощность ЭП
.
12. Расчетная мощность (определение)
Одним из основных
этапов проектирования систем
электроснабжения объекта является
правильное определение ожидаемых
(расчетных) электрических нагрузок как
отдельных ЭП, так и узлов нагрузки на
всех уровнях системы электроснабжения.
Расчетные значения
нагрузок – это нагрузки, соответствующие
такой неизменной токовой нагрузке (
),
которая эквивалентна фактической
изменяющейся во времени нагрузке по
наибольшему тепловому воздействию (не
превышая допустимых значений) на элемент
системы электроснабжения.
Существуют различные
методы определения расчетных электрических
нагрузок, которые в свою очередь делятся
на основные; и вспомогательные.
К расчётным
электрическим нагрузкам относятся
расчётные значения активной мощности
(),
реактивной мощности (
),
полной мощности (
)
и тока (
).
13. Среднеквадратичная мощность (определение)
Среднеквадратичное
значение активной мощности отдельного
ЭП за рассматриваемый промежуток времени
,
При наличии графиков
потребления реактивной мощности
среднеквадратичное значение реактивной
мощности определяется аналогично.
Среднеквадратичное
значение реактивной мощности ЭП за
рассматриваемый промежуток времени
,
где
– среднеквадратичное значение реактивной
мощности электроприемника, кВ·Ар;
– активная мощность, потребляемая ЭП
за рассматриваемый промежуток времени
(определяется из графика нагрузки по
реактивной мощности), кВ·Ар;
– интервал времени, за который определяется,
мин, ч.
При отсутствии
графиков потребления реактивной
мощности, среднеквадратичное значение
реактивной мощности
,
где
– соответствует номинальному
ЭП (
– паспортная величина).
По известным
среднеквадратичным значениям активной
и реактивной мощностей определяются
среднеквадратичные значения полной
мощности и тока.
Среднеквадратичное
значение полной мощности ЭП за
рассматриваемый промежуток времени
,
где
– среднеквадратичное значение полной
мощности ЭП, кВ·А.
Среднеквадратичное
значение тока ЭП за рассматриваемый
промежуток времени
,
где
– среднеквадратичное значение тока
ЭП, А;
– номинальное напряжение ЭП, кВ.
В этой статье мы разберем, что такое мощность трехфазного асинхронного двигателя и как ее рассчитать.
Понятие мощности электродвигателя
Мощность – пожалуй, самый важный параметр при выборе электродвигателя. Традиционно она указывается в киловаттах (кВт), у импортных моделей – в киловаттах и лошадиных силах (л.с., HP, Horse Power). Для справки: 1 л.с. приблизительно равна 0,75 кВт.
На шильдике двигателя указана номинальная полезная (отдаваемая механическая) мощность. Это та мощность, которую двигатель может отдавать механической нагрузке с заявленными параметрами без перегрева. В формулах номинальная механическая мощность обозначается через Р2.
Электрическая (потребляемая) мощность двигателя Р1 всегда больше отдаваемой Р2, поскольку в любом устройстве преобразования энергии существуют потери. Основные потери в электродвигателе – механические, обусловленные трением. Как известно из курса физики, потери в любом устройстве определяются через КПД (ƞ), который всегда менее 100%. В данном случае справедлива формула:
Р2 = Р1 · ƞ
КПД в двигателях зависит от номинальной мощности – у маломощных моделей он может быть менее 0,75, у мощных превышает 0,95. Приведенная формула справедлива для активной потребляемой мощности. Но, поскольку электродвигатель является активно-реактивной нагрузкой, для расчета полной потребляемой мощности S (с учетом реактивной составляющей) нужно учитывать реактивные потери. Реактивная составляющая выражается через коэффициент мощности (cosϕ). С её учетом формула номинальной мощности двигателя выглядит так:
Р2 = Р1 · ƞ = S · ƞ · cosϕ
Мощность и нагрев двигателя
Номинальная мощность обычно указывается для температуры окружающей среды 40°С и ограничена предельной температурой нагрева. Поскольку самым слабым местом в двигателе с точки зрения перегрева является изоляция, мощность ограничивается классом изоляции обмотки статора. Например, для наиболее распространенного класса изоляции F допустимый нагрев составляет 155°С при температуре окружающей среды 40°С.
В документации на электродвигатели приводятся данные, из которых видно, что номинальная мощность двигателя падает при повышении температуры окружающей среды. С другой стороны, при должном охлаждении двигатели могут длительное время работать на мощности выше номинала.
Мы рассмотрели потребляемую и отдаваемую мощности, но следует сказать, что реальная рабочая потребляемая мощность P (мощность на валу двигателя в данный момент) всегда должна быть меньше номинальной:
Р 2 1
Это необходимо для предотвращения перегрева двигателя и наличия запаса по перегрузке. Кратковременные перегрузки допустимы, но они ограничены прежде всего нагревом двигателя. Защиту двигателя по перегрузке также желательно устанавливать не по номинальному току (который прямо пропорционален мощности), а исходя из реального рабочего тока.
Современные производители в основном выпускают двигатели из ряда номиналов: 1,5, 2,2, 5,5, 7,5, 11, 15, 18,5, 22 кВт и т.д.
Расчет мощности двигателя на основе измерений
На практике мощность двигателя можно рассчитать, прежде всего, исходя из рабочего тока. Ток измеряется токовыми клещами в максимальном рабочем режиме, когда рабочая мощность приближается к номинальной. При этом температура корпуса двигателя может превышать 100 °С, в зависимости от класса нагревостойкости изоляции.
Измеренный ток подставляем в формулу для расчета реальной механической мощности на валу:
Р = 1,73 · U · I · cosϕ · ƞ, где
- U – напряжение питания (380 или 220 В, в зависимости от схемы подключения – «звезда» или «треугольник»),
- I – измеренный ток,
- cosϕ и ƞ – коэффициент мощности и КПД, значения которых можно принять равными 0,8 для маломощных двигателей (менее 5,5 кВт) или 0,9 для двигателей мощностью более 15 кВт.
Если нужно найти номинальную мощность двигателя, то полученный результат округляем в бОльшую сторону до ближайшего значения из ряда номиналов.
Р2 > Р
Если необходимо рассчитать потребляемую активную мощность, используем следующую формулу:
Р1 = 1,73 · U · I · ƞ
Именно активную мощность измеряют счетчики электроэнергии. В промышленности для измерения реактивной (и полной мощности S) применяют дополнительное оборудование. При данном способе можно не использовать приведенную формулу, а поступить проще – если двигатель подключен в «звезду», измеренное значение тока умножаем на 2 и получаем приблизительную мощность в кВт.
Расчет мощности при помощи счетчика электроэнергии
Этот способ прост и не требует дополнительных инструментов и знаний. Достаточно подключить двигатель через счетчик (трехфазный узел учета) и узнать разницу показаний за строго определенное время. Например, при работе двигателя в течении часа разница показаний счетчика будет численно равна активной мощности двигателя (Р1). Но чтобы получить номинальную мощность Р2, нужно воспользоваться приведенной выше формулой.
Другие полезные материалы:
Степени защиты IP
Трехфазный двигатель в однофазной сети
Типичные неисправности электродвигателей
В 2010 году европейские и американские производители двигателей прекратили указывать их мощность, ограничившись лишь показателями объема и крутящего момента, выраженного либо в Ньютонах на метр (Н/м) либо в американской системе – футов на фунт (Ft/Lbs). Во втором случае, чтобы получить более привычные для нас единицы, достаточно умножить значение на 1,356. Впрочем, полученные данные все равно не столь очевидны, чтобы сразу сориентироваться в мощности устройства.
Мощность измеряется по формуле P (Вт) = Момент (Н·м) *Частоту вращения (Об/мин) / 9.5492.
Нужно иметь в виду, что максимальная мощность и максимальный момент достигаются при разных оборотах двигателя. Так максимальный момент, как видно из графика, будет на оборотах примерно 2400-2600, а максимальная мощность – при 3600 об/мин. Поэтому, для того, чтобы все-таки узнать на какой мощности у вас работает двигатель, нужно знать, на какие рабочие обороты он настроен, что не все производители указывают. Серьезные компании двигателей указывают для этого график, аналогичный представленному внизу, или конкретные значения мощности, зависящие оборотов. Если у вас есть регулятор оборотов двигателя, значит, максимальная мощность будет на максимальных оборотах.
Этим различием и пользовались производители двигателей: указывая мощность, которую можно получить при завышенных оборотах (например, 5.0 л.с., которую можно достичь при 4500 об/мин), при этом сам двигатель при постоянной работе был настроен на обороты 3600, выдавая всего 3.5 л.с. Численно мощность от оборотов зависит гораздо больше, чем от момента. Надо также понимать, что при завышении оборотов мощность растет, а крутящий момент падает.
Практически это означает, что для косилки, чем больше мощность, тем на большие обороты можно раскрутить нож или на те же обороты, но более длинный/тяжелый нож. Но при этом, если задрать обороты и соответственно уменьшить крутящий момент, то нож сможет преодолевать все меньшее сопротивление. То есть наступает ситуация, что при последующем увеличении оборотов, будет уменьшаться крутящий момент, и двигатель будет раньше глохнуть при увеличении сопротивления (нагрузки) и, значит, хуже будет косить густую траву.
Поэтому с 2010 года чаще всего указывается мощность двигателя, работающего в конкретной технике с учетом ее использования и установленным рабочим числом оборотов. На двигателях же указывается только максимальный крутящий момент, на который и стоит ориентироваться, ведь чем он больше, тем лучше устройство будет справляться со своей задачей.
Все это касается нормальных (брендовых) производителей техники. Сейчас все больше и больше появляется двигателей из Китая, как и от европейских производителей (MTD, Emak, Stiga, Al-Ko и т.д.), так и собственно китайских брендов Zongshen, Loncin, Rato, Lifan и других. Также существует большое количество «заказных» марок сделанных на основе аутсорсинга, то есть владелец бренда заказывает двигатели под собственным названием на заводах в Китае. А тут уже все зависит от добросовестности заказчика/поставщика этих агрегатов. По вашей просьбе и за ваши деньги в Китае вам напечатают любой паспорт и наклейки с любыми цифрами. Поэтому, покупая культиватор/косилку с гордой надписью 7-8 л.с. с китайским мотором, вы можете получить двигатель реальной мощности 4-5 л.с. Но так как в России потребитель в первую очередь выбирает технику по мощности, то наша компания, по возможности, указывает для бензиновой техники с четырехтактными двигателями две мощности: максимальную — завышенная мощность, которую указывали до 2010 года и продолжают указывать некоторые производители/продавцы для увеличения привлекательности своего товара, и номинальную (реальную). Но номинальную мощность, к сожалению, указывают не все производители или указывают завышенную, выдавая ее за номинальную. При этом этот параметр можно замерить только в заводских условиях, поэтому не во всех товарах есть возможность указать данную характеристику.
Также мы рекомендуем в первую очередь обращать внимание на крутящий момент и объем двигателя. Учитывая, что двигатели на садовой технике сконструированы достаточно просто (нет никакого турбо наддува, форсажа и т.д.), то с одного объема невозможно снять больше мощности на 30-50 %.