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 .

Общий коэффициент полезного действия привода

,

где

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

Таблица 1.

Ориентировочные значения КПД составных элементов привода

Расчетная мощность электродвигателя ,кВт

,

где

- мощность на приводном валу,кВт .

Выбор электродвигателя

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

Примечания.

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

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

Общее передаточное отношение привода

, где

- частота вращения приводного вала,мин -1 .

Рассчитывается для каждого значения номинальной частоты вращения электродвигателя при назначенной мощности

.

Разбивка общего передаточного отношения привода

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

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 :

быстроходный вал редуктора

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 параметрах прибора по режиму. Не решает задачи целиком. Давайте посмотрим, как определить мощность и ток электродвигателя простыми методами.

Определение тока электродвигателя

Проще использовать токовые клещи. Прибор, дистанционно позволяющий оценить величину напряженности магнитного поля вокруг одиночного провода.

Охватывая кольцом шнур питания, получим значение, равное нулю. Поля направлены противоположно фазной и нулевой жил.

Работать понадобится сделать розетку с раздельными проводами, показано на снимке.

Тут мы видим:

• Деревянное основание. Очевидный выход, принято монтировать розетку на изолятор. Проще достать небольшой обрезок доски.
• Накладная розетка показана в разобранном виде: основание, корпус лежат отдельно.
• Со шнура питания снять изоляцию, чтобы охватить каждую жилу отдельно.
• Найти разборный штекер. Запрещается использовать для мощных приборов, но мы-то будем проводить измерения короткий период времени, сопровождая полным контролем. Либо купите стандартный удлинитель в магазине, шнур питания лишите внешней изоляции.

Розетка монтируется на доску, потрудитесь надежно зажать провода, блокируя возможность обрыва, выскальзывания.

Проще сделать, воспользовавшись обрезком изоляции, показано фото. Прижимаем саморезом, долгая жизнь тестовой розетке обеспечена.

При одевании корпуса понадобиться намотать немного изоляционной ленты вокруг шнура для лучшего прижатия.

Получился вспомогательный инструмент проведения измерений токовыми клещами.

На холостом ходу значение будет ниже номинального.

Замечено, при разгоне, от двигателя требуется полная мощность, мгновенные, выдаваемые экраном клещей, близки номиналу.

Например, для прибора на фото - 3,2 А, при напряжении розетке 231 вольт дает 740 Вт (номинал 750 Вт). При запуске будет видно: ток резко повышается, потом быстро падает. Нужно успеть засечь вершину горы.

Обратите внимание: токовые клещи выдают показания через равные короткие промежутки времени, сложно засечь пик с первого раза.

Поставьте самую высокую скорость шпинделя, терпеливо жмите курок, пытаясь поймать вершину. Нам удалось с третьего раза.

Чтобы сделать боле-менее годный снимок, опыт проводился полтора десятка раз (затвор спускался с задержкой, было сложно поймать момент).

Причем после этого получилось фото лишь на 3,1 А (думаем, читатели верят авторам насчет 3,2 А).

В ходе опыта было получено однократно значение 4 А, которые относим на случайные скачки тока сети плюс погрешности.

Вы же удостоверьтесь: пик повторяется (хотя бы 2 раза из пяти).

В результате ориентировочно определяется мощность коллекторного двигателя электрической дрели. Сразу хотим сказать: отсутствует однозначная зависимость тока холостого тока от номинала мощности.

В природе существуют достаточно сложные формулы, воспользоваться ими достаточно непросто. Применить практически - того сложнее. Приводим таблицу примерных соотношений асинхронных типов двигателей.

Сведения дают возможность понять, как оценить номинальную мощность двигателя по току холостого хода.

Напряжение должно быть номинальным, громоздкие приборы нужно разогреть перед работой.

Так говорит ГОСТ Р 53472. Период определен типом подшипников.

Боитесь ошибиться, берите максимальное значение:

• До 1 кВт мощности время разогрева составляет ниже 10 минут.
• Номинальная мощность 1 - 10 кВт, время разогрева порядка получаса.
• Номинальная мощность 10 - 100 кВт, время разогрева до часа.
• Номинальная мощность 100 - 1000 кВт, время разогрева до двух часов.
• Номинальная мощность свыше 1 МВт, время разогрева до трех часов.

Как оценить примерную мощность? Поясняем. Список дан желающим провести измерения поточнее.

Для примерной оценки используем таблицу, избегая забивать мозги. Коллекторный двигатель дрели до измерений при комнатной температуре не разогревался вовсе.

Большинство читателей лишено токовых клещей. Большинство мультиметров позволяют измерять ток, шкала ограничена размером 10 А.

Обратите внимание , при максимальном лимите следует красный провод подключать к другому гнезду (показано фотографией) .

Возле отверстия по-русски (английским языком) написано: время работы с измерениями режимом не превышает 10 секунд (MAX 10SEC) с последующим перерывом четверть часа (EACH 15MIN). В противном случае работоспособность мультиметра не гарантируется, вход без предохранителя (UNFUSED).

Рассказывает инструкция. Мультиметр врезается в цепь. Один проводов нужно разомкнуть для измерений. Вместе подумаем, выгодно ли экономически.

Посмотрите снимок чеков. Клемметр подразумевает токовые клещи, простенький тестер обозначается 1СК.

Видно, оба прибора стоят дешевле 400 рублей, потому хозяйству нужны оба.

Мультиметр позволит оценить ток до 10 А, очень короткое время работы. Клещи работают гораздо грубее, одна шкала достигает предела 1000 А.

Вывод очевиден – требуется примерно определить ток электродвигателя, применяется «клемметр». Понадобится точность, используйте тестер (номинальный ток ниже предельно допустимого).

Измерить мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя составлена активной, реактивной составляющими. Предприятиям установлен штрафной тариф. Потому важно понимать измеряемые величины.

Инструкция токовых клещей пишет: оценивают среднеквадратический ток. Чистая математика.

Сие означает: прибор делает выборку определенного интервала, берет корень суммы квадратов отдельных измерений, деленной на общее количество.

Уподобим усреднению за некоторый период времени. Активный ток, полный, реактивный (вряд ли). Вопрос нужно выяснить: токовые клещи, показанные фото, с завидной регулярностью дают мощность приборов на 11% ниже номинала.

Читайте также:

Проверяли электрические обогреватели, утюги, фен. Мощность занижена единой величиной. Литература пишет: среднеквадратическое значение (RMS) показывает полную величину тока.

Физически течет по проводу. Расчет ведется для синусоидальной формы, будут отклонения при невыполнении требования.

Токовые клещи попросту врут. Показывали бы активную часть, для двигателя значения были бы существенно ниже, нежели обогревателя. Нагрузка чисто активная, обмотки дают сильную мнимую составляющую.

Нужно тарировать токовые клещи перед применением. Сделать проще всего, используя чисто активные обогреватели (масляные). Возможность токовых клещей измерять активную мощность отдельно обычно указывается инструкцией.

Профессионалы говорят: подобные изделия - плод воображения дилетантов

Двигатели дают большую нагрузку в реактивном спектре. Люди мирится, либо ставят конденсаторные блоки, компенсирующие нестыковку, выравнивая фазу. О подобных бытовых изделиях можете прочитать на сайтах, продающих приборы наподобие Эконор.

Смысл коробочки подобно блоку конденсаторов компенсировать реактивную мощность. Обратите внимание: для профессиональных станций указывается лимит, выраженный ВАР, для Эконор параметр замалчивается. Один радиолюбитель посчитал цифру. Оказалось, компенсируется 150 ВАР.

Наверное, хватит маломощным приборам, двигателям будет слоновья дробина. Асинхронные машины дают 40% реактивной мощности, тратится энергия. Пользы грош.

Обратите внимание: при изолированной нейтрали проблем добавляется. Ток втекает одной фазой, выходит - другой. Эффект может вычитаться.

Нейтраль изолирована - получается, эффект одного провода будем измерять дважды: вход, выход. Попробуйте три значения сложить, потом поделить на два. Грубая методика окажется приблизительно верной.

Посчитать потребляемую мощность двигателя

Предлагаем определить тип двигателя. Помогает сделать шильдик. Указывается полная мощность (реактивная плюс активная, соединенные через косинус угла сдвига фаз, называемый коэффициентом мощности).

Если известен тип двигателя (выяснили, руководствуясь изображениям, внешним видом), справочники позволят найти мощность.

Неудивительно: габариты тесно связаны с параметром, каждый производитель максимально хочет экономить выпуском продукции.

Размеры оптимизированы, типичный набор параметров следующий:

• Диаметр вала.
• Высота оси от основания (станины).

Соответственно, можно без инструментов понять детали. Увидите, аналогичного рода информация отыщется практически на любые типы моторов.

Шильдик сорван, можно некоторое время потратить, отыскивая похожие модели в интернете. Россия уступает Китаю разнообразием электрических двигателей. Шанс успеха высок.

Полагаем, перечислили доступные способы определения мощности и тока.

Невелика проблема потратить 1000 рублей, получая нужные средства.

Учитывая, что рубль сгорает, шаг будет казаться разумным.

Проще определить мощность электродвигателя, пользуясь справочником. Вал нужно измерить штангенциркулем.

Заканчиваем обзор, надеемся, постоянные читатели знают отличия асинхронного двигателя от коллекторного. Различия опускаем.

Обратите также внимание: большим пусковым током страдают асинхронные двигатели. У коллекторных разброс невысок.

Активная мощность и потери. Напомним, что потребляемая двигателем электрическая мощность преобразуется в механическую. Эта мощность представляет собой активную мощность. Как и в любой другой машине, мощность, потребляемая двигателем из сети Р 1 , отличается от мощности на валу двигателя Р 2 на значение мощности потерь в самом двигателе ∆ Р, т. е. P 1 = P 2 + ∆P.

Естественно, что чем меньше потери ∆ Р, тем больше КПД двигателя. Мощность потерь, нагревающих машину, складывается из мощности электрических, магнитных и механических потерь. Электрические потери ∆ Р Э возникают в обмотках статора и ротора, т. е. ∆ Р Э = ∆ Р Э1 + ∆ Р Э2 (здесь ∆ Р Э1 - потери в обмотке статора и ∆ Р Э2 - потери в обмотке ротора). Магнитные потери в магнитопроводе ∆ Р М1 возникают за счет явлений гистерезиса и вихревых токов в статоре ∆ Р М1 и в роторе ∆ Р М2 , т. е. ∆Р М = ∆Р М1 + ∆Р М2 .

Потери механические вызваны силами трения в подшипниках, в скользящем контакте (щетка – кольцо), и ротора о воздушную среду ∆Р МЕХ. На основе изложенного

Р 1 = Р 2 + ∆ Р Э1 +∆Р Э2 + ∆Р М1 + ∆Р М2 + ∆Р МЕХ. (3.29)

Выражение (3.29) можно упростить, если пренебречь магнитными потерями в пакете ротора из-за их малости в сравнении с другими слагаемыми. Действительно, частота тока ротора в пределах до номинальной нагрузки составляет 1-4 Гц. При такой частоте тока, а значит, и поля потери из-за гистерезиса и вихревых токов в роторе весьма малы. Поэтому практически можно считать, что

Р 1 = Р 2 + ∆ Р Э1 +∆Р Э2 + ∆Р М1 + ∆Р М2 + ∆Р МЕХ (3.30)

Электромагнитная мощность и мощность на валу. Мощность, передаваемая магнитным полем от статора к ротору Р ЭМ, есть мощность, потребляемая из сети за вычетом потерь в статоре, т. е.

Р ЭМ = Р 1 - ∆ Р Э1 - ∆Р М1 (3.31)

Мощность может быть представлена как произведение момента на угловую скорость Ω 1 , т. е.

Р ЭМ = Ω 1 М (3.32)

Механическая мощность ротора Р МЕХ , вращающегося с угловой скоростью Ω, может быть представлена как

Р МЕХ = ΩМ (3.33)

Потери в роторе составляют ∆Р Э2 , поэтому

Р ЭМ = Р МЕХ + ∆Р Э2 (3.34)

Мощность на валу двигателя Р 2 отличается от механической на значение механических потерь ∆Р МЕХ , т. е.

Р 2 = Р МЕХ – ∆Р МЕХ (3.35)

Исходя из введенных понятий и формул (3.30)-(3.35), можно для лучшей наглядности показать при помощи энергетической диаграммы, представленной на рис. 3.20, распределение мощностей и потерь в асинхронном двигателе. Если подставить в формулу (3.34) значения мощностей через моменты (3.32) и (3.33), то можно показать, что электрические потери ротора пропорциональны скольжению.

Чем ближе частота вращения ротора к частоте вращения поля, тем электрические потери меньше. Следует отметить, что магнитные потери ∆Р М при изменении нагрузки двигателя от холостого хода до номинальной, так же как и в трансформаторе, являются постоянной величиной, т. е. не зависят от нагрузки.

Механические потери ∆Р МЕХ также практически не зависят от нагрузки.

КПД двигателя. КПД двигателя есть отношение полезной мощности, т. е. мощности на валу двигателя (паспортной_мощности) Р 2 , к потребляемой мощности из сети, т. е. .

Если постоянные потери обозначать через ∆Р с (∆Р с =∆Р м +∆Р мех) , а переменные потери ∆Р э , то

КПД двигателя изменяется в зависимости от нагрузки двигателя, поэтому в формуле КПД следует учесть коэффициент загрузки. Так как переменные электрические потери ∆Р э пропорциональны квадрату тока, формула КПД аналогична формуле КПД для трансформатора, т. е.

. (3.36)

Обычно КПД асинхронного двигателя составляет 0,75 - 0,95.

Большее значение КПД имеет двигатель большей мощности. График,построенный согласно (3.36) изображен на рис. 3.21.

Коэффициент мощности. Кроме активной мощности P 1 , двигатель потребляет реактивную мощность Q 1 , в основном необходимую для образования вращающегося магнитного поля. Коэффициент мощности при синусоидальном токе

При холостом ходе cosφ 1 имеет малое значение (примерно 0,1), так как активная мощность расходуется только на относительно небольшие потери в статоре и небольшие механические потери, а реактивная мощность имеет постоянное значение, так как магнитный поток постоянен.

С увеличением нагрузки активная мощность увеличивается, а реактивная мощность в пределах до номинальной нагрузки имеет неизменное значение. В результате cosφ 1 увеличивается, однако при дальнейшем увеличении нагрузки сказывается увеличение потока рассеяния, т. е. реактивная мощность увеличивается и cosφ 1 начинает уменьшаться. Кривая зависимости коэффициента мощности от загрузки двигателя показана на рис. 3.21.

Учитывая изложенное, следует сделать вывод, что необходимо стремиться к тому, чтобы двигатель работал при нагрузке, близкой к номинальной (β = 1) .