Расчет мощности двигателя асинхронного

Содержание

Мощность электродвигателя: формула, правила расчета, виды и классификация электродвигателей

В электромеханике существует много приводов, которые работают с постоянными нагрузками без изменения скорости вращения. Их используют в промышленном и бытовом оборудовании как, например, вентиляторы, компрессоры и другие. Если номинальные характеристики неизвестны, то для расчетов используют формулу мощности электродвигателя. Вычисления параметров особенно актуальны для новых и малоизвестных приводов. Калькуляция выполняется с использованием специальных коэффициентов, а также на основе накопленного опыта работы с подобными механизмами. Данные необходимы для правильной эксплуатации электрических установок.

Электрические двигателя

Выбор электродвигателя и расчет его рабочих параметров

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.

Практическая работа, расчет параметров асинхронного двигателя.

Расчет мощности электродвигателя по току можно произвести с помощью нашего онлайн калькулятора:

Расчет мощности трехфазного электродвигателя

Полученный результат можно округлить до ближайшего стандартного значения мощности.

Стандартные значения мощностей электродвигателей: 0,25; 0,37; 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 7,5; 11; 15; 18,5; 22; 30; 37; 45; 55; 75 кВт и т.д.

Расчет мощности двигателя производится по следующей формуле:

P=√3UIcosφη

  • U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);
  • I — Номинальный ток электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателя, а при их отсутствииопределяется расчетным путем);
  • cosφ Коэффициент мощности — отношение активной мощности к полной (принимается от 0,75 до 0,9 в зависимости от мощности электродвигателя);
  • η — Коэффициент полезного действия — отношение электрической мощности потребляемой электродвигателем из сети к механической мощности на валу двигателя (принимается от 0,7 до 0,85 в зависимости от мощности электродвигателя);

Трёхфазный асинхронный электромотор – расчёт нагрузки в момент работы

Трёхфазный асинхронный электромотор – расчёт нагрузки в момент работы

Трёхфазные асинхронные двигатели традиционно имеют в составе конструкции три отдельных обмотки – катушки индуктивности. Подключение обмоток выполняется схематично «звездой» / «треугольником». Однако конфигурация «звезды» видится более распространённым и предпочтительным вариантом. Конструкцию и размещение катушек трехфазный асинхронный электромотор имеет в таком исполнении, при котором три магнитных поля создают вращающий момент на роторе, заставляя последний вращаться.

Что такое электродвигатель?

Электрический двигатель представляет собой устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую. Работа большинства агрегатов зависит от взаимодействия магнитного поля с обмоткой ротора, которая выражается в его вращении. Функционируют они от источников питания постоянного или переменного тока. В качестве питающего элемента может выступать аккумулятор, инвертор или розетка электросети. В некоторых случаях двигатель работает в обратном порядке, то есть преобразует механическую энергию в электрическую. Такие установки находят широкое применение на электростанциях, работающие от потока воздуха или воды.

Электродвигатели переменного тока

Электродвигатели классифицируют по типу источника питания, внутренней конструкции, применению и мощности. Также приводы переменного тока могут иметь специальные щетки. Они функционируют от однофазного, двухфазного или трехфазного напряжения, имеют воздушное или жидкостное охлаждение. Формула мощности электродвигателя переменного тока

где P – мощность, U – напряжение, I – сила тока.

Приводы общего назначения со своими размерами и характеристиками находят применение в промышленности. Самые большие двигатели мощностью более 100 Мегаватт используют на силовых установках кораблей, компрессорных и насосных станций. Меньшего размера используют в бытовых приборах, как пылесос или вентилятор.

Режимы работы асинхронных машин

Направление вращения асинхронного электродвигателя при прямом порядке чередования фаз (а


b

с
) принимаем за положительное (первый квадрант), а при обратном порядке чередования фаз (
a

c

b
) — за отрицательное (третий квадрант). Во втором и четвертом квадрантах представлены характеристики тормозных режимов.

Советуем изучить — Схемы комплектных трансформаторных подстанций КТП

Двигательный режим

Двигательный режим характеризуется изменением частоты вращения электродвигателя от нуля (точка пуска) до W1 (точка идеального холостого хода) при соответствующем изменении момента (тока) от М

пуск (
I
пуск) до нуля.

Устойчивый режим работы обеспечивается частью механической характеристики АД лежащей в диапазоне изменения скольжения от нуля до s

Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя строят в функции полезной мощности электродвигателя Р

Рекуперативное торможение

Рекуперативное торможение (генераторный режим) с отдачей энергии в сеть имеет место тогда, когда под влиянием нагрузочного момента или другой причины угловая частота вращения ротора асинхронной машины превысит синхронную частоту W1. В генераторном режиме скольжение s

Динамическое торможение

Режим динамического торможения применяется для быстрой остановки вращающегося двигателя. Режим динамического торможения осуществляется следующим образом: фазы статора отключаются от сети переменного тока и одна фаза, если выведен нуль, или две фазы, соединенные последовательно, подключаются к источнику постоянного тока. Постоянный ток, создает неподвижное в пространстве магнитное поле, в котором вращается ротор. Создается тормозной момент и двигатель останавливается.

Торможение противовключением

Режим противовключения имеет место тогда, когда во вращающемся двигателе переключают две фазы статорной обмотки, что приводит к изменению направления вращения поля статора: ротор и поле статора вращаются в противоположных направлениях. В режиме противовключения скольжение s

>l. Двигатель потребляет из сети активную мощность, в то же время потребляется механическая мощность вращающегося ротора. Обе эти мощности преобразуются в потери, так как полезная мощность равна нулю. Ротор энергично тормозится. Если в момент, когда
s
=1, фазы обмотки статора не будут отключены от сети, то ротор будет разгоняться в противоположном исходному направлению вращения и произойдет реверс двигателя.

Формула вычисления постоянного полюсного значения:

  • Найти число полюсов, перемножив частоту тока на 60 и разделив на частоту валового вращения.
  • Найденное число умножить на 2, после чего обратиться к таблице по определению зависимости константы от числа полюсов и выявить соответствующий показатель.
  • Найденную постоянную величину умножают на квадрат от диаметра сердечника, длину и частоту вращения вала, после чего результат умножается по нижеприведенной формуле:

Найденное значение выражается в кВт.

Обоснованный выбор электродвигателя по мощности

Выбор электродвигателя по мощности

Выбор электродвигателя по мощности зависит от специфики эксплуатации оборудования, к которому он подключается. Нагрузки оценивают по номинальному режиму и изменениям величины мощности потребления. При этом расчетная величина должна обеспечивать работу электродвигателя:

  • с нормальным нагревом;
  • достаточным пусковым моментом;
  • перегрузочной способностью в установленных пределах.

Правильным будет считаться выбор электродвигателя по мощности, при которой он, принимая нагрузки, предусмотренные техническим процессом, будет нагреваться не выше допустимой температуры для каждой из основных частей сборки. Неправильный выбор – с большим запасом ресурса, который ведет к недоиспользованию производительности, а значит, и переплатам за обслуживание более дорогой модели, ее ремонт, сниженные относительные показатели работы (включая КПД).

Как определить мощность электродвигателя?

Для того чтобы выполнить расчёт понадобятся измерительные инструменты и справочная информация. Итак, существуют варианты определения мощности электродвигателя:

  • по току. Подаём питание на асинхронный электродвигатель. Поочередно делаем замеры тока в каждой обвивке амперметром. В итоге среднее значение тока умножается на напряжение и получается потребляемая мощность электродвигателя;
  • по размерам. Замеряем диаметр и длину сердечника статора. Узнаем частоту оборотов вала. Далее, производим приближённый расчёт «постоянной» по формуле:

3,14•D•n/(120•f).

На основе расчёта находим в справочнике константу. Вычисляем

P = C•D²•l•n•10^(-6);

  • по тяговой силе. Измеряем скорость оборотов вала с помощью тахометра, радиус вала обычной линейкой, тяговое усилие движка динамометром. Для расчёта все найденные значения перемножаем

P =Mw= F•2•3,14•nr.

На основе этих математических выражений можно сделать вывод, что асинхронные двигатели могут иметь одинаковую мощность, но различаться по частоте вращения вала, что существенно влияет на его габариты. Рассмотрим также смысл использования регуляторов мощности.

Пример расчета линейного тока трёхфазного электромотора

Предположим, стоит задача рассчитать линейные токи фаз при полной нагрузке и заторможенном роторе для трёхфазного асинхронного электромотора мощностью 5 л.с.

Подаваемое на электродвигатель напряжение равно 440 вольтам переменного тока. Параметр КПД равен 85% при коэффициенте мощности — 0,7 с кодом скольжения ротора — «E». Электрический мотор работает при температуре окружающей среды — 40°C.

Для расчётов на первом этапе применяется вторая формула из тех, что рассматривались выше:

Fлт = Iл = Hм * 746 / √3 * Vл * Eэф * Pм;

Fлт = 5 * 746 / 1.73 * 440 * 0.85 * 0.7 = 8.2А (на фазу);

Для определения номинальных характеристик заблокированного ротора в диапазоне от малых до высоких значений, расчет выполняется по пятой формуле:

ARз = 577 * Hм * KVA / Hм / Vр;

ARз = 577 * 5 * 4.5 (нижний предел) / 440 = 29.5А/с;

То есть параметры заблокированного ротора для данного случая расчёта мощности трёхфазного электромотора находятся в диапазоне значений 29.5 — 32.8А/с на каждую фазу.

При помощи информации: Crydom

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Z-Сила — публикации материалов интересных полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мульти-тематическая информация — СМИ .

Расчет мощности электродвигателя для оборудования

Расчет мощности электродвигателя для оборудования

Чтобы определить, какой мощности электродвигатель нужен для обслуживания конкретного механизма, надо знать его (механизма) потребляемую мощность. Она обычно указывается для каждой категории установок и приборов, прописывается в паспортной документации и известна производителю. Если фактической информации по показателю нет, ее можно получить:

  • по результатам теоретических расчетов;
  • эмпирически, использовав результаты многочисленных опытов;
  • методом снятия нагрузочных диаграмм, если опытной базы эксплуатации еще не накоплено (оборудование малоизученно), здесь нужны самопишущие приборы;
  • через применение нормативов потребления энергии (статистических данных), которые учитывают удельные расходы электрической энергии при создании конкретного продукта.

Когда потребление известно, останется подставить его в формулу следующего вида.

  • Рм – определенная теоретически/эмпирически или паспортная мощность оборудования;
  • – коэффициент полезного действия промежуточной передачи.

Расчетный показатель используется для выбора по каталогу продукции ПТЦ «Привод». При этом ориентироваться следует на номинальные мощностные показатели электродвигателя с небольшим запасом.

Проверять электрический двигатель по нагрузке или перегреву необходимости нет. Наш производственно-технический центр на этапе контроля качества готовых изделий проводит все испытания и расчеты с максимальным использованием материалов, которые заложены в моделях при номинальном расчете мощности электродвигателя. А вот контроль достаточности момента пуска для некоторых видов подключаемых механизмов может быть полезен. Это в особенности касается устройств с увеличенным сопротивлением трения на старте (транспортеры, рабочие узлы станков металлорезки).

Энергетическая эффективность электродвигателя

Энергетическая эффективность электродвигателя

Как и у всех электроприборов, потребляющих электрическую энергию (платный ресурс), электродвигатель имеет свой класс энергоэффективности. От этого показателя зависят расходы производства на работу устройства. Он, в свою очередь, зависит от коэффициента полезного действия двигателя и указывается в технической документации. Как показывает практика, даже в средней категории электродвигателей (55 кВт) предпочтение версиям с более высоким классом энергоэффективности позволяет существенно снизить расходы энергии (экономия до 10 тыс. кВт в год).

Вы можете подобрать установку оптимального класса энергоэффективности по каталогу продукции ПТЦ «Привод» – в описании моделей есть вся необходимая информация. Здесь же можно заказать регулятор мощности электродвигателя, который тоже помогает сократить расход энергии и обеспечивает плавную работу устройства без рывков (увеличивает срок его службы).

Принцип действия

По закону Архимеда ток в проводнике создает магнитное поле, в котором действует сила F1. Если из этого проводника изготовить металлическую рамку и поместить ее в поле под углом 90°, то края будут испытывать силы, направленные в противоположную сторону относительно друг друга. Они создают крутящий момент относительно оси, который начинает ее вращать. Витки якоря обеспечивают постоянное кручение. Поле создается электрическими или постоянными магнитами. Первый вариант выполнен в виде обмотки катушки на стальном сердечнике. Таким образом, ток рамки генерирует индукционное поле в обмотке электромагнита, которое порождает электродвижущую силу.

Работа электродвигателя

Рассмотрим более подробно работу асинхронных двигателей на примере установок с фазным ротором. Такие машины работают от переменного тока с частотой вращения якоря, не равной пульсации магнитного поля. Поэтому их еще называют индукционными. Ротор приводится в движение за счет взаимодействия электрического тока в катушках с магнитным полем.

Когда во вспомогательной обмотке отсутствует напряжение, устройство находится в состоянии покоя. Как только на контактах статора появляется электрический ток, образуется постоянное в пространстве магнитное поле с пульсацией +Ф и -Ф. Его можно представить в виде следующей формулы:

nпр – количество оборотов, которое совершает магнитное поле в прямом направлении, об/мин;

nобр – число оборотов поля в обратном направлении, об/мин;

f1 – частота пульсации электрического тока, Гц;

p – количество полюсов;

n1 – общее число оборотов в минуту.

Испытывая пульсации магнитного поля, ротор получает начальное движение. По причине неоднородности воздействия потока, он будет развиваться крутящий момент. По закону индукции, в короткозамкнутой обмотке образуется электродвижущая сила, которая генерирует ток. Его частота пропорциональна скольжению ротора. Благодаря взаимодействию электрического тока с магнитным полем создается крутящий момент вала.

Для расчетов производительности существуют три формулы мощности асинхронного электродвигателя. По сдвигу фаз используют

S = P ÷ cos (alpha), где:

S – полная мощность, измеряемая в Вольт-Амперах.

P – активная мощность, указываемая в Ваттах.

alpha – сдвиг фаз.

Под полной мощностью понимаются реальный показатель, а под активной – расчетный.

4. Защита от замыканий на землю (земляная защита)

4.1 Определяем удельный емкостной ток замыкания на землю для кабеля АПвЭВнг – 3х95 мм2:

удельный емкостной ток замыкания на землю для кабеля АПвЭВнг

  • Uф — фазное напряжение сети, кВ;
  • ω=2Пf=314(рад/с);
  • Со = 0,407 мкФ/км- емкость одной фазы сети относительно земли, согласно каталога на кабель АПвЭВнг – 3х95 мм2;

4.2 Определяем собственный емкостной ток линии:

собственный емкостной ток линии

4.3 Определяем полную мощность асинхронного двигателя, при этом мощность в кВт переводим в МВA:

Определяем полную мощность асинхронного двигателя

4.4. Определяем собственный емкостной ток АД:

Определяем собственный емкостной ток АД

Как мы видим из расчета для двигателей не большой мощности, собственный емкостной ток незначительный, поэтому расчеты собственного емкостного тока для такой мощности можно не выполнять.

Например для двигателя мощностью Р=5 МВт напряжением 10 кВ собственный емкостной ток может иметь значение Iс.дв=0,17 А.

4.5 Определяем собственный емкостной ток присоединения:

Ic=Iс.фид.макс.+Iс.АД = 0,774 + 0,00617 = 0,78 А

4.6 Определяем первичный расчетный ток срабатывания защиты от замыканий на землю в обмотке статора АД пр этом отстраиваемся от броска собственного емкостного тока присоединения при внешнем замыкании на землю:

Определяем первичный расчетный ток срабатывания защиты от замыканий на землю

  • kн – коэффициент надежности (принимаем равным 1,2);
  • kброск. – коэффициент «броска», который учитывает бросок емкостного тока в тот момент, когда возникает ОЗЗ, для современных цифровых реле, можно принимать значения kброск.=1–1,5;
  • Ic – максимальный емкостный ток защищаемого фидера.

4.7 Определяем коэффициент чувствительности защиты, в связи с тем что на секции находится большое количество присоединений, приводить расчет полностью всех присоединений я не буду, принцип расчета тока ОЗЗ рассмотрен в статье: «Расчет однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью».

Итак суммарный емкостной ток на секции с минимальным количеством включенных ячеек составил IсΣ = 6,8 А.

коэффициент чувствительности защиты ОЗЗ

Защита работает без выдержки времени.

Как рассчитать трехфазную сеть

В качестве примера можно взять некие производственные площади с установленным оборудованием и по этим исходным данным делать расчет мощности трехфазного тока.

В каждом станке используется электродвигатель. Их общая мощность Ру1 составляет 50 кВт, с учетом активной мощности. Кроме того, в помещении установлены осветительные приборы общей мощностью (Ру2) – 3 кВт. Символ Ру обозначает величину установленной суммарной мощности для конкретных групп потребителей. Работа оборудования осуществляется от трехфазной сети с 4 проводами и номинальным напряжением 380 В.

Кроме того, при расчетах учитывается коэффициент спроса Кс, действующий в режиме максимальной нагрузки. Он учитывает наивысшее количество включений потребителей данной группы. Для электродвигателей Кс1 берется с учетом величины их загруженности и составляет 0,35. Для приборов освещения Кс2 составляет 0,9. Все потребители выравниваются усредненным коэффициентом мощности cos φ = 0,75.

Расчеты начинаются с определения силовой нагрузки Р1 = 0,35 х 50 = 17,5 кВт. Далее рассчитывается осветительная нагрузка Р2 = 0,9 х 3 = 2,7 кВт. Таким образом, величина полной расчетной нагрузки составит Р = Р1 + Р2 = 17,5 + 2,7 = 20,2 кВт.

Для определения и расчета тока используется формула I = (1000 x P)/(1,73 x Uн x cos φ), в которой Р является расчетной мощностью потребителей, Uн – номинальным напряжением 380 вольт, cos φ – коэффициентом мощности.

Подставив нужные значения, находим значение силы и мощности по току: I = (1000 x 20,2)/(1,73 x 380 x 0,75) = 41 А. Полученный результат дает возможность узнать, сможет ли сеть обеспечить нормальную работу потребителей.

Какие бывают виды регуляторов?

Существует два вида регуляторов, доступных на сегодняшнем рынке:

  • на переменном резисторе,
  • электронный (шаговый и подвижный).

Все они обладают разными способами управления скоростью вращения и, посему, эффективность (потребление электроэнергии) у каждого вида отличается. С этой точки зрения, классический регулятор – самый дешевый, но неэффективный. Давайте рассмотрим все три типа.

Регулятор на переменном резисторе

3

На самом деле этот реостат имеет внутри огромную катушку. Выбирая низкие параметры скорости, мы, по сути, выбираем более высокое сопротивление цепи. Это приводит к снижению потребляемого тока (так как напряжение является фиксированной величиной). Аппараты громоздкие по размеру и недорогие по цене.

Электронный регулятор

Электронные – это новейшие типы из доступных регуляторов на рынке. Они намного меньше по размерам, чем другие. Для понижения напряжения в них используются вместо резисторов конденсаторы, которые регулируя скорость вращения, управляют сигналом электропитания. В отличие от реостатов не нагреваются и, значит, экономят электроэнергию, когда мотор работает на малых скоростях.

Регуляторы способны сэкономить до 40% на «1» скорости и около 30% на «2-й» скорости по сравнению со своими резисторными аналогами. Существуют электронные разновидности регуляторов:

  1. подвижные с плавным регулированием.
  1. шаговые с пронумерованной скоростью действия (обычно от 1 до 5).

5

Эти устройства обеспечивают низкий уровень искажений движения мотора и, следовательно, меньше нагреваются. Вариант с лучшей технологией и экономией электричества.

Асинхронные электрические машины

В них магнитное поле ротора является порождением вращающегося магнитного поля статора. Поскольку между этими деталями машины есть воздушный зазор, передача энергии между ними происходит с потерями. Поэтому фаза тока в роторе отстает от фазы тока в статоре на небольшой угол (не более 100), который определяет величину коэффициента мощности cosφ. Это отставание и является причиной того, что электрическую машину этого типа называют асинхронной.

Двигатели с короткозамкнутым ротором

Обмотка ротора у них – это набор металлических стержней, которые соединяют два кольца. Получившуюся фигуру называют «беличье колесо». В момент подачи напряжения на статорную обмотку в роторе возникает ток короткого замыкания, энергия которого тратится на раскручивании вала и тем самым гасится. У него несколько меньший КПД, чем у синхронных машин, он не превышает 80%.

После набора оборотов он имеет очень стабильный вращающий момент на валу и хорошо выдерживает перегрузки. Главными достоинствами таких двигателей является его простота и надежность, благодаря которым они очень широко распространены. Недостатками – сложность управления.

Для изменения скорости вращения необходимо менять частоту питающего напряжения или количество статорных обмоток, которое определяет количество полюсов электромагнита – чем их больше, тем она ниже. Также электродвигателям с короткозамкнутым ротором свойственен большой пусковой ток, перегружающий сеть, а также резкий рост вращающего момента при подключении питания, что может вызвать поломку редуктора привода.

Двигатели с фазным ротором

Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности (более 30 кВт) связан с чрезвычайной перегрузкой питающей сети. Для устранения этого явления используют машины с фазным ротором, обмотка которых состоит из трех катушек, соединенных звездой. Их концы соединены угольными щетками с тремя контактными кольцами, расположенными на оси двигателя.

В отличие от коллектора двигателя постоянного тока они не поделены на сектора. При запуске такой машины используется трехфазный реостат, сопротивление которого в момент пуска максимальное. Постепенно уменьшая активное сопротивление ротора, добиваются плавной раскрутки вала электродвигателя. При достижении номинальных оборотов его закорачивают.

Изменяя сопротивление ротора, можно добиться изменения частоты вращения. Достоинством машины такого типа является отсутствие перегрузки в момент запуска и плавное нарастание вращающего момента. Поэтому ее применяют в грузоподъемном оборудовании. Недостаток – сложность устройства и более низкий, чем у машин с короткозамкнутым ротором КПД, он не более 60%.

Виды электродвигателей

По источнику питания приводы разделяют на работающие от:

  • Постоянного тока.
  • Переменного тока.

По принципу работы их, в свою очередь, делят на:

  • Коллекторные.
  • Вентильные.
  • Асинхронные.
  • Синхронные.

Вентильные двигатели не относят к отдельному классу, так как их устройство является вариацией коллекторного привода. В их конструкцию входит электронный преобразователь и датчик положения ротора. Обычно их интегрируют вместе с платой управления. За их счет происходит согласованная коммутация якоря.

Синхронные и асинхронные двигатели работают исключительно от переменного тока. Управление оборотами происходит с помощью сложной электроники. Асинхронные делятся на:

  • Трехфазные.
  • Двухфазные.
  • Однофазные.

Теоретическая формула мощности трехфазного электродвигателя при соединении в звезду или треугольником

Однако для линейных значений напряжения и тока она выглядит как

Это будет реальный показатель, сколько мощности двигатель забирает из сети.

Синхронные подразделяются на:

  • Шаговые.
  • Гибридные.
  • Индукторные.
  • Гистерезисные.
  • Реактивные.

В своей конструкции шаговые двигатели имеют постоянные магниты, поэтому их не относят к отдельной категории. Управление работой механизмов производится с помощью частотных преобразователей. Существуют также универсальные двигатели, которые функционируют от постоянного и переменного тока.

Измерение мощности ваттметром

Мощность потребления трехфазного тока измеряют, используя ваттметры. Это может быть специальный ваттметр, для 3-х фазной сети, либо однофазный, включенный по определенной схеме. Современные приборы учета электроэнергии часто выполняются по цифровой схемотехнике. Такие конструкции отличаются высокой точностью измерений, большими возможностями оперирования с входными и выходными данными.

Варианты измерений:

  • Соединение «звезда» с нулевым проводником и симметричная нагрузка – измерительный прибор подключается к одной из линий, считанные показания умножаются на три.
  • Несимметричное потребление тока в соединении «звезда» – три ваттметра в цепи каждой фазы. Показания ваттметров суммируются;
  • Любая нагрузка и соединение «треугольник» – два ваттметра, подключенных в цепь любых двух нагрузок. Показания ваттметров также суммируются.

На практике всегда стараются выполнить нагрузку симметричной. Это, во-первых, улучшает параметры сети, во-вторых, упрощает учет электрической энергии.

Расчёты основных параметров асинхронного электродвигателя

Активная мощность тратится на выполнение полезной работы и создание тепла. Обозначается буквой «P», измеряется в W и вычисляется:

P=I*U*cosφ.

Реактивная мощность создаётся колебаниями энергии электрического поля. Она обуславливает способность деталей реактивной машины сохранять и излучать электромагнитную энергию. Речь идёт о токе, который заряжает конденсатор или создает магнитное поле вокруг витков обмотки катушки. Обозначается буквой «Q», измеряется в Var и рассчитывается:

Q=I*U*sinφ.

Полная мощность «S» представляется математической комбинацией по формуле теоремы Пифагора: S*S = Q*Q + P*P. Она измеряется в V*A и вычисляется:

S = P / cosφ = √(P 2 + Q 2 )=I*U.

Реактивную мощность трехфазного асинхронного двигателя можно представить суммой двух составляющих: индуктивной и емкостной.

Общие характеристики двигателей

Все моторы имеют общие параметры, которые используются в формуле определения мощности электродвигателя. На их основе можно рассчитать свойства машины. В разной литературе они могут называться по-разному, но означают они одно и то же. В список таких параметров входит:

  • Крутящий момент.
  • Мощность двигателя.
  • Коэффициент полезного действия.
  • Номинальное количество оборотов.
  • Момент инерции ротора.
  • Расчетное напряжение.
  • Электрическая константа времени.

Вышеуказанные параметры необходимы, прежде всего, для определения эффективности электрических установок, работающих за счет механической силы двигателей. Расчетные величины дают лишь приблизительное представление о реальных характеристиках изделия. Однако эти показатели часто используют в формуле мощность электродвигателя. Именно она определяет результативность машин.

6. Защита минимального напряжения

В связи с тем что у меня ответственный двигателей и самозапуск АД после останова не допустим по технологическим процессам. Уставку срабатывания выбираем равной 50% от номинального напряжения и выдержкой времени 0,5 сек.

6.1 Определяем первичное напряжение срабатывания защиты:

Uc.з. = 0,5*Uном = 0,5*6000=3000 (В)

6.2 Определяем напряжение срабатывания реле:

Uc.p.втор= Uc.з./nт=3000/60=50 (В)

где: nт=6000/100 – коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

Если же у Вас двигатель не ответственный, то уставка выбирается равной 70% от номинального напряжения и выдержкой времени 0,5-1,0 сек.

Как правильно сделать расчет мощности трехфазной сети

Для того, чтобы узнать мощность потребляемого электричества по напряжения и току, нужно знать сколько энергии потребляется. Для этого нужно сопоставить все используемые энерго потребители (узнать количество потребляемой энергии тем или иным предметом можно прочитав информацию на бирке, корпусе или же паспортных данных прибора).

Также следует знать свой тип мощности в трехфазной цепи: равномерная (симметричная) или неравномерная (несимметричная).

Особенность симметричной нагрузки является то, что распределение нагрузки по фазам проходит равносильно (некие небольшие разбежности не принимаются к вниманию), а в нулевом проводе мощность трехфазного тока равна 0.

При несимметричной нагрузке ток по всем фазам разный. Например, если с помощью трехфазной сети освещается здание, где в первому ряду горят все 12 ламп, во второму 6-ая лампа не горит, а в последнем не горит 11-ая.

В такой ситуации нужно воспользоваться клещами определить отдельно ток во всех фазах.

Формулы для правильного исчисления полной мощности трехфазной цепи

Мощность — является физической мерой, в которой время выполнения работы равняется количеству этой работы.

P(мощь электрического тока) — единица, обозначающая скорость, с которой электрическое питание преобразуется в другие типы питания. Единицей измерения является Ватт (Вт/W).

Формула мощности для:
— Постоянного тока: P = I(сила тока, А) × U(напряжение,В).Расчет тока по мощности тоже происходит по этой формуле.
— Переменного тока фазной сети: P = I × U × cos(коэффициент мощности) × √3
Cos – коэффициент мощности, показывающий эффективность использования энергии, равносильно соотношению полной мощности к активной.
Cos = S(полная мощность, ВА) / P(активная мощность Вт)

Активная мощность (P) — реальная мощность, в которой энергия поглощаемая нагрузкой превращается в реальную работу. Примером этого процесса является свет.

P (Вт) = I × U × cos
Реактивная мощность (Q) — без ваттная мощность, не берет участие непосредственно в процессе, а просто возвращается назад к первоисточнику.
P (ВАР) = I × U × sin
Полная мощность электрического датчика (S) — величина, состоящая как с реактивной мощности, так и с активной.
S (ВА) = I × U или S = √(P2 + Q2)

7. Результаты расчетов

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты расчетов

Наименование
присоединения
Наименование вида защиты Тип реле защиты Уставки по току, А Уставки по времени, сек
Асинхронный двигатель 315 кВт Токовая отсечка 7SJ6226-5EB21-3HFO Ic.з=270,1
Ic.р=13,5
Kч=21,74 > 2
Защита от замыканий (земляная защита) Ic.з=1,17
Kч=4,8 > 1,5-2
Защита от перегрузки Ic.з=43,7 уточняется при наладке
Ic.р=2,2
Защита минимального напряжения Uc.з=3000 В 0,5
Uc.р=50 B

Поделиться в социальных сетях

Если вы нашли ответ на свой вопрос и у вас есть желание отблагодарить автора статьи за его труд, можете воспользоваться платформой для перевода средств «WebMoney Funding» и «PayPal» .

Данный проект поддерживается и развивается исключительно на средства от добровольных пожертвований.

Проявив лояльность к сайту, Вы можете перечислить любую сумму денег, тем самым вы поможете улучшить данный сайт, повысить регулярность появления новых интересных статей и оплатить регулярные расходы, такие как: оплата хостинга, доменного имени, SSL-сертификата, зарплата нашим авторам.

Пример выбора уставок вводных выключателей 6(10) кВ

В данной статье речь пойдет о выборе МТЗ вводных выключателей (ВВ1, ВВ2). Исходные данные принимаем из.

Расчет защиты от двойных замыканий на землю для генераторов

В данной статье пойдет речь о расчете защиты от двойных замыканий на землю для генераторов. Защита.

Пример расчета дифференциальной защиты асинхронного двигателя на реле РНТ-565

В данном примере будет рассмотрен расчет дифференциальной защиты асинхронного двигателя на реле.

Примеры расчета коэффициента чувствительности МТЗ трансформатора

В приведенных примерах будет рассматриваться только расчет коэффициента чувствительности максимально.

Расчет уставок резервных защит трехобмоточного трансформатора

Содержание 1. Исходные данные для расчета2. Расчет МТЗ-11 кВ с пуском по напряжению3. Расчет МТЗ-35 кВ с.

Как показывает практика рассчитывать собственный емкостной ток АД до 2000 КВт не имеет смысла, значения очень маленькие и не влияют на расчет в целом. Поэтому зря Вы считали собственный емкостной АД. Я так понимаю собственный емкостной ток АД мощностью 5 МВт Вы взяли из Шабада.
А в общем за расчет спасибо!

Почему при расчете Кч написано что схема двухрелейная? Ведь в терминале реле как раз таки их три.

Вращательный момент

Этот термин имеет несколько синонимов: момент силы, момент двигателя, Вращательный момент, вертящий момент. Все они используются для обозначения одного показателя, хотя с точки зрения физики эти понятия не всегда тождественны.

Крутящий момент

В целях унификации терминологии были разработаны стандарты, которые приводят все к единой системе. Поэтому в технической документации всегда используются словосочетание “крутящий момент”. Он представляет собой векторную физическую величину, которая равна произведению векторных значений силы и радиуса. Вектор радиуса проводится от оси вращения к точке приложенной силы. С точки зрения физики разница между крутящим и вращательным моментом заключается в точке прикладывания силы. В первом случае это внутреннее усилие, во втором – внешнее. Измеряется величина в ньютон-метрах. Однако в формуле мощности электродвигателя крутящий момент используется как основное значение.

Рассчитывается он как

M – крутящий момент, Нм;

F – прикладываемая сила, H;

Для расчета номинального вращающего момента привода используют формулу

Рном – номинальная мощность электрического двигателя, Вт;

нном – номинальное число оборотов, мин -1 .

Соответственно, формула номинальной мощности электродвигателя бедует выглядеть следующим образом:

Обычно все характеристики указаны в спецификации. Но бывает, что приходится работать с совершенно новыми установками, информацию о которых найти очень сложно. Для расчета технических параметров таких устройств берут данные их аналогов. Также всегда известны только номинальные характеристики, которые даются в спецификации. Реальные данные необходимо рассчитывать самостоятельно.

Режимы эксплуатации

Режим эксплуатации привода задает уровень нагрузки на электрический двигатель. Она может быть константной (или почти неизменной) и меняющейся. В любом случае ее характер надо учитывать в расчетах при выборе электродвигателя. База для анализа – режимы, предусмотренные действующими стандартами. Для электрического двигателя их принято 9, обозначаются они буквой S и цифрой.

  • S1 – продолжительная нагрузка, постоянная на протяжении всего срока, пока внутренняя температура в корпусе не достигнет предельных значений.
  • S2 – кратковременный режим эксплуатации (температура за все время работы привода не достигает установленного уровня). В период простоя двигатель охлаждается до температуры окружения. При выборе электродвигателя для недлительных нагрузок важно учитывать перегрузочную способность электрического привода.
  • S3 – периодическая кратковременная нагрузка. В этом случае включение-выключение механизма осуществляется по некоему графику. Во время работы элементы устройства не успевают нагреться до установленных в паспорте значений, а в период остановок они полностью охлаждаются. При выборе важно учесть конкретный график – длительность остановок, потери на переходах и допустимое количество включений привода за установленную единицу времени.
  • S4 – кратковременный по графику с частыми запусками.
  • S5 – периодический краткосрочный с электроторможением. Как и в случае с режимом S4, особенности выбора электродвигателя для таких условий эксплуатации – те же, что и для S
  • S6 (непрерывный периодический кратковременный). Запуски чередуются с холостым ходом.
  • S7 (по графику с непрерывной недлительной работой и электроторможением).
  • S8 (периодический с непрерывной работой в короткие промежутки времени, предусматривает изменение нагрузки и частоты вращения одновременно).
  • S9 – непериодическая работа, меняющаяся одновременно с частотой вращения вала. К ней адаптированы большинство современных двигателей, рассчитанные на продолжительную эксплуатацию.

Мощность двигателя

В общем смысле данный параметр представляет собой скалярную физическую величину, которая выражена в скорости потребления или преобразования энергии системы. Он показывает, какую работу механизм выполнит за определенную единицу времени. В электротехнике характеристика отображает полезную механическую мощность на центральном вале. Для обозначения показателя используют литеру P или W. Основной единицей измерения является Ватт. Общая формула расчета мощности электродвигателя может быть представлена как:

A – механическая (полезная) работа (энергия), Дж;

t – затраченное время, сек.

Механическая работа также является скалярной физической величиной, выражаемой действием силы на объект, и зависящей от направления и перемещения этого объекта. Она представляет собой произведение вектора силы на путь:

s – пройденное расстояние, м.

Она выражает дистанцию, которую преодолеет точка приложенной силы. Для вращательных движений она выражается как:

ds = r × d(teta), где:

teta – угол оборота, рад.

Таким образом можно вычислить угловую частоту вращения ротора:

omega = d(teta) ÷ dt.

Из нее следует формула мощности электродвигателя на валу: P = M × omega.

Энергоэффективность

Энергоэффективность – показатель рациональности эксплуатации оборудования, когда его потребление остается минимально возможным при достаточном уровне нагрузки. Это одно из ключевых условий окупаемости вложений средств в производственное оборудование. Оценить энергоэффективность двигателя можно по его КПД, который определяется по формуле:

  • P2 – полезная мощность электродвигателя на валу;
  • P1 – потребление (активная мощность, потребляемая для работы привода из сети).

Современный рынок электрических двигателей стандартизован по классам энергоэффективности. Их определяет международный стандарт IEC 60034-30. Всего таких классов 3 (IE 1-3). Чем выше класс энергоэффективности, тем больше экономит пользователь устройства. К примеру, выбор механизма на 55 кВт повышенного класса энергоэффективности сэкономит предприятию до 8000 кВт ресурса в год.

Энергоэффективность

Коэффициент полезного действия электромотора

КПД – это характеристика, которая отражает эффективность работы системы при преобразовании энергии в механическую. Выражается отношением полезной энергии к потраченной. По единой системе единиц измерений он обозначается как “eta” и является безразмерным значением, исчисляемым в процентах. Формула КПД электродвигателя через мощность:

P1 – электрическая (подаваемая) мощность, Вт;

P2 – полезная (механическая) мощность, Вт;

Также он может быть выражен как:

eta = A ÷ Q × 100 %, где:

A – полезная работа, Дж;

Q – затраченная энергия, Дж.

Чаще коэффициент вычисляют по формуле потребляемой мощности электродвигателя, так как эти показатели всегда легче измерить.

Снижение эффективности работы электродвигателя происходит по причине:

  • Электрических потерь. Это происходит в результате нагрева проводников от прохождения по ним тока.
  • Магнитных потерь. Вследствие излишнего намагничивания сердечника появляется гистерезис и вихревые токи, что важно учитывать в формуле мощности электродвигателя.
  • Механических потерь. Они связаны с трением и вентиляцией.
  • Дополнительных потерь. Они появляются из-за гармоник магнитного поля, так как статор и ротор имеют зубчатую форму. Также в обмотке присутствуют высшие гармоники магнитодвижущей силы.

Следует отметить, что КПД является одним из самых важных компонентов формулы расчета мощности электродвигателя, так как позволяет получить цифры, наиболее приближенные к действительности. В среднем этот показатель варьирует от 10% до 99%. Она зависит от конструктивного устройства механизма.

Защита корпуса привода Ingress Protection (IP)

Еще одно важное условие грамотного выбора электродвигателя – достаточная степень защиты его корпуса. Она стандартизована в ГОСТ Р МЭК 60034-5-2007 и обозначается буквенно-цифровым кодом вида IP54.

Оптимальный класс защиты корпуса электрического двигателя – IP 54 или IP 55

Защита корпуса привода Ingress Protection (IP)

Номинальное количество оборотов

Еще одним ключевым показателем электромеханических характеристик двигателя является частота вращения вала. Он выражается в числе оборотов в минуту. Часто его используют в формуле мощности электродвигателя насоса, чтобы узнать его производительность. Но необходимо помнить, что показатель всегда разный для холостого хода и работы под нагрузкой. Показатель представляет физическую величину, равной количеству полных оборотов за некий промежуток времени.

Расчетная формула частоты оборотов:

n = 30 × omega ÷ pi, где:

n – частота вращения двигателя, об/мин.

Для того, чтобы найти мощность электродвигателя по формуле оборотистости вала, необходимо привести ее к расчету угловой скорости. Поэтому P = M × omega будет выглядеть следующим образом:

Обозначения климатического исполнения

В Универсальные модели для использования на суше и в море
М Приводы для эксплуатации в морском холодном или умеренном климате
О Эксплуатация на суше
Т Двигатели для работы в условиях тропического климата
ТВ Тропический влажный климат
ТС Эксплуатация в сухих тропиках
У Самый популярный тип электродвигателей – для эксплуатации в умеренном климате
Х Электродвигатель для работы в холодных регионах
ХЛ Электродвигатели, адаптированные к холодному климату
Размещение
1 На открытой территории
2 В помещениях со свободным доступом воздуха
3 Зыкрытые помещения
4 Электродвигатель для установки в цеха, где температурно-влажсностный режим может регулироваться (есть система вентиляции, теплоснабжение)
5 Зоны повышенной влажности с высокой вероятностью образования конденсата

Производство и профессиональная помощь в выборе электродвигателя

ООО ПТЦ «Привод» осуществляет полный цикл производства и продаж электродвигателей различных технических характеристик и исполнения. Мы как никто знаем, насколько важен качественный выбор электродвигателя редуктора компрессора, вентилятора, насоса и других типов оборудования. Потому всегда готовы помочь заказчику с расчетами и подсказать, какую модель стоит выбрать. Задавайте нашим инженерам любые вопросы – они с удовольствием сориентируют вас по ценам, срокам доставки, расчетам характеристик и любым другим моментам.

Заявки на производство и доставку наших изделий можно оставить прямо на сайте (форма обратной связи) или отправить по email. Консультации предоставляются онлайн и в телефонном режиме. Обращайтесь, мы поможем вам подобрать качественное оборудование для применения в конкретных условиях рабочей площадки. ООО ПТЦ «Привод» доставляет свою продукцию по всей России и в страны СНГ.

Расчетное напряжение

Его еще называют номинальным. Оно представляет собой базовое напряжение, представленное стандартным набором вольтажа, которые определяется степенью изоляции электрического оборудования и сети. В действительности оно может отличаться в разных точках оборудования, но не должно превышать предельно допустимых норм рабочих режим, рассчитанных на продолжительное функционирование механизмов.

Для обычных установок под номинальным напряжением понимают расчетные величины, для которых они предусмотрены разработчиком в нормальном режиме работы. Перечень стандартного вольтажа сети предусмотрен в ГОСТ. Эти параметры всегда описаны в технических характеристиках механизмов. Для расчета производительности используют формулу мощности электродвигателя по току:

Электрическая константа времени

Представляет собой время, необходимое для достижения уровня тока до 63 % после подачи напряжения на обмотки привода. Параметр обусловлен переходными процессами электромеханических характеристик, так как они быстротечны ввиду большого активного сопротивления. Общая формула расчета постоянной времени:

Однако электромеханическая константа времени tm всегда больше электромагнитной te. Первый параметр получается из уравнения динамических характеристики двигателя при сохранении условии, когда ротор разгоняется с нулевой скоростью до максимальных оборотов холостого хода. В этом случае уравнение принимает вид

Отсюда получаем формулу:

По факту электромеханическую константу времени рассчитывают по пусковому момент – Mп. Механизм, работающий в идеальных условиях, с прямолинейными характеристиками будем иметь формулу:

omega0 – скорость на холостом ходу.

Такие расчеты используют в формуле мощности электродвигателя насоса, когда ход поршня напрямую зависит от оборотистости вала.

Основные формулы расчета мощности двигателей

Для вычисления реальных характеристик механизмов всегда нужно учитывать много параметров. в первую очередь нужно знать, какой ток подается на обмотки электродвигателя: постоянный или переменный. Принцип их работы отличается, следовательно, отличаются метод вычислений. Если упрощенный вид расчета мощности привода выглядит как:

U – напряжение, В;

Pэл – подведенная электрическая мощность. Вт.

В формуле мощности электродвигателя переменного тока необходимо также учитывать сдвиг фаз (alpha). Соответственно, расчеты для асинхронного привода выглядят как:

Кроме активной (подведенной) мощности существует также:

  • S – реактивная, ВА. S = P ÷ cos(alpha).
  • Q – полная, ВА. Q = I × U × sin(alpha).

В расчетах также необходимо учитывать тепловые и индукционные потери, а также трение. Поэтому упрощенная модель формулы для электродвигателя постоянного тока выглядит как:

Pэл = P мех + Ртеп +Ринд + Ртр, где

Рмех – полезная вырабатываемая мощность, Вт;

Ртеп – потери на образование тепла, ВТ;

Ринд – затраты на заряд в индукционной катушке, Вт;

Рт – потери в результате трения, Вт.

Заключение

Электродвигатели находят применение практически во всех областях жизни человека: в быту, в производстве. Для правильного использования привода необходимо знать не только его номинальные характеристики, но и реальные. Это позволит повысить его эффективность и снизить затраты.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий