Как проверить мощность электродвигателя без заводской таблички? Формула

Параметры для определения мощности электродвигателя

Определение номинальной мощности электродвигателя без заводской таблички

Асинхронные двигатели общепромышленного назначения имеют ограниченный срок службы и должны заменяться или ремонтироваться через регулярные промежутки времени. Электрические неисправности, короткие замыкания, обрывы, износ подшипников, перемотка, несоосность, необработанные витки. Если нет паспорта двигателя, нет заводской таблички двигателя, то возникает вопрос: как узнать мощность двигателя без заводской таблички или технических данных?

Параметры для определения мощности электродвигателя:

Скорость вращения вала двигателя можно определить, подсчитав количество полюсов. Для этого нам понадобится амперметр – подключите его к обмотке статора. Когда вал двигателя вращается, игла амперметра отклоняется. Число оборотов за один оборот равно числу полюсов.

Определение частоты вращения вала

Трехфазные асинхронные двигатели делятся на 4 типа в зависимости от скорости вращения ротора: 3000, 1500, 1000 и 750 об/мин. Вот пример обозначения на основе AIR 180:

– где 2 – 3000 об/мин. – 4 составляет 1500 об/мин. – 6 означает 1000 об/мин. – 8 означает, что скорость вращения выходного вала составляет 750 об/мин.

Самый простой способ определить число оборотов трехфазного асинхронного двигателя – снять заднюю крышку и посмотреть на обмотки статора.

В двигателе, работающем при 3000 об/мин, виток обмотки статора занимает половину окружности – 180°, то есть начало и конец секции параллельны друг другу и перпендикулярны центру. Для электродвигателей со скоростью вращения 1500 об/мин этот угол составляет 120°, а для электродвигателей со скоростью вращения 1000 об/мин – 90°. Схематическое изображение катушек показано на рисунке. Все обмоточные данные двигателей приведены в таблице.

Снимите показания скорости с помощью амперметра

Подсчитав количество полюсов, можно определить скорость вращения вала двигателя. Для этого нам понадобится миллиамперметр – подключите его к обмотке статора. При вращении вала двигателя стрелка амперметра будет отклоняться. Число оборотов стрелки за один оборот равно числу полюсов.

• 2 полюса – 3000 об/мин
• 4 полюса – 1500 об/мин
• 6 полюсов – 1000 об/мин
• 8 полюсов – 750 об/мин

Подключайте двигатель только к источнику тока, напряжение которого точно известно. Теперь подключите катушки амперметра к цепи, но не все сразу, а по одной. Это покажет вам, каких значений достигает рабочий ток. Затем сложите все полученные значения.

Что такое мощность электродвигателя и как ее определить: формулы и примеры

Электродвигатель – это электромеханическое устройство, основанное на электромагнетизме, которое преобразует электрическую энергию в рабочую или механическую, например.

Этот процесс является обратимым и может быть использован для выработки электроэнергии.

Однако все эти электрические машины являются обратимыми и могут быть “двигателем” или “генератором” в четырех квадрантах плоскости момента.

В 1821 году, после открытия датским химиком Эрстедом явления связи между электричеством и магнетизмом, теоремы Ампера и закона Био-Савара, английский физик Майкл Фарадей построил две машины, которые он назвал “электромагнитным вращательным движением”: непрерывное круговое движение магнитной силы вокруг провода – фактическая демонстрация первого электродвигателя.

В 1822 году. Питер Барлоу построил то, что можно считать первым в истории электрическим двигателем: “колесо Барлоу”. Это устройство представляет собой простой металлический диск, вырезанный в форме звезды, концы которого погружены в чашку с ртутью, обеспечивающей протекающий ток. Однако он создает только силу, способную повернуть его, что делает невозможным его практическое использование.

Первый коммутатор, использованный экспериментально, был изобретен в 1832 году Уильямом Стердженом. Первый коммерческий двигатель постоянного тока был изобретен Томасом Давенпортом в 1834 году и запатентован в 1837 году. Эти двигатели не дожили до промышленного развития из-за высокой стоимости батарей в то время.

Двигатель с коммутацией постоянного тока

Коммутируемая машина постоянного тока имеет набор вращающихся обмоток, намотанных на якорь, установленный на вращающемся валу.

На валу также имеется коммутатор – длинный вращающийся электрический переключатель, который периодически изменяет ток в обмотках ротора при вращении вала. В любом мостовом двигателе постоянного тока через вращающиеся обмотки протекает переменный ток.

Ток проходит через одну или несколько пар щеток, расположенных на коммутаторе; щетки соединяют внешний источник энергии с вращающимся якорем.

Вращающийся якорь состоит из одной или нескольких катушек проволоки, намотанных вокруг многослойного ферромагнитного сердечника.

Ток от щетки проходит через коммутатор и одну обмотку якоря, превращая его во временный магнит (электромагнит).

Магнитное поле, создаваемое якорем, взаимодействует со стационарным магнитным полем, создаваемым ПМ или другой обмоткой (катушкой возбуждения), которая является частью рамы двигателя.

Сила, возникающая между двумя магнитными полями, заставляет вал двигателя вращаться. Коммутатор подает питание на катушки при вращении ротора, удерживая магнитные полюса никогда полностью не совмещенными с магнитными полюсами поля статора, так что ротор никогда не останавливается (как игла компаса), а вращается при наличии питания.

Хотя большинство коммутаторов имеют цилиндрическую форму, некоторые представляют собой плоские диски, состоящие из нескольких сегментов (обычно не менее трех), установленных на изоляторе.

Большие щетки желательны для большей площади контакта щеток, чтобы максимизировать мощность двигателя, но меньшие щетки желательны для малой массы, чтобы максимизировать скорость, на которой двигатель может работать без чрезмерного отскока щеток и искрения.

Более жесткие щеточные пружины также могут быть использованы для получения щеток заданной массы при более высоких скоростях, но ценой более высоких потерь на трение и износа ускоренной щетки и коммутатора.

Поэтому при проектировании двигателя постоянного тока необходимо найти компромисс между выходной мощностью, скоростью и эффективностью/износом.

Конструкция двигателя постоянного тока:

• Цепь якоря представляет собой обмотку и проводит ток нагрузки, которая может быть неподвижной или вращающейся частью двигателя или генератора.
• Контур поля – набор обмоток, создающих магнитное поле, чтобы в электрических машинах возникала электромагнитная индукция.
• Коммутация. Механическая техника, с помощью которой может быть достигнуто выпрямление или получен постоянный ток.

Существует четыре основных типа двигателей постоянного тока:

1. Электродвигатель с дуговой обмоткой.
2. Электродвигатель постоянного тока.
3. Комбинированный двигатель.
4. Двигатель ПМ.

Основные расчеты

Как найти мощность двигателя в статье будет показано позже, с помощью примера с основными данными.

Хороший научный проект не заканчивается созданием приводного устройства. Очень важно рассчитать мощность двигателя и различные электрические и механические параметры устройства, а также рассчитать формулу для мощности двигателя, используя неизвестные значения и полезные формулы.

Для расчета двигателя мы будем использовать Международную систему единиц (СИ). Это современная метрическая система, официально принятая в электротехнике.

Одним из важнейших законов физики является фундаментальный закон Ома. Он гласит, что ток, протекающий через проводник, прямо пропорционален приложенному напряжению и выражается как:

I = V / R

где I – сила тока в амперах (A);

V – приложенное напряжение, в вольтах (В);

R – сопротивление, в омах (Ω).

Эта формула может быть использована во многих случаях. Сопротивление двигателя можно рассчитать, измерив потребляемый ток и приложенное напряжение. Для любого сопротивления (в двигателях это в основном сопротивление катушки) эта формула объясняет, что ток можно регулировать приложенным напряжением.

Потребляемая двигателем электрическая мощность определяется по следующей формуле:

Pin = I * V

где Pin – входная мощность, измеряемая в ваттах (Вт);

I – ток, измеряемый в амперах (A);

В – приложенное напряжение, измеряемое в вольтах (В).

Как узнать выходную мощность

Двигатели должны выполнять определенную работу, и есть две важные величины, которые определяют, насколько мощным является двигатель. Это скорость и мощность вращения двигателя. Механическая мощность двигателя может быть рассчитана по следующей формуле:

Pout = τ * ω

где Pout – выходная мощность, измеряемая в ваттах (Вт);

τ – крутящий момент, измеряемый в Ньютон-метрах (Н – м);

ω – угловая скорость, измеряемая в радианах в секунду (рад/с).

Угловую скорость легко рассчитать, если известна частота вращения двигателя в об/мин:

ω = об/мин * 2 * P / 60

где ω – угловая скорость (рад/с);

об/мин – скорость вращения в оборотах в минуту;

P – математическая константа (3.14);

60 – количество секунд в минуте.

Если двигатель имеет 100% КПД, то вся электрическая энергия преобразуется в механическую. Однако таких двигателей не существует. Даже точные небольшие промышленные двигатели имеют максимальный КПД 50-60%.

Измерение крутящего момента двигателя – сложная задача. Для этого требуется специальное и дорогостоящее оборудование. Но вы можете сделать это и сами, используя специальную информацию и формулы.

Механическая эффективность

КПД двигателя рассчитывается как отношение механической мощности к потребляемой электрической мощности:

E = Pout / Pin

Pout = Pin * E

После подстановки получаем:

T * ω = I * V * E

T * об/мин * 2 * P / 60 = I * V * E

а формула для расчета крутящего момента будет выглядеть следующим образом

T = (I * V * E * 60) / (об/мин * 2 * P)

Чтобы определить мощность двигателя, подключите его к нагрузке для создания крутящего момента. Измерьте ток, напряжение и число оборотов в минуту. Теперь вы можете рассчитать крутящий момент для этой нагрузки при данной скорости, предполагая, что вам известен КПД двигателя.

Расчетный КПД в 15 процентов – это максимальный КПД двигателя, который имеет место только при определенной скорости. КПД может быть любым между нулем и максимумом; в нашем примере ниже 1000 об/мин может не быть оптимальной скоростью, поэтому для расчета можно использовать 10% КПД (E = 0,1).

Пример: скорость 1000 об/мин, напряжение 6 В, ток 220 мА (0,22 А):

T = (0,22 * 6 * 0,1 * 60) / (1000 * 2 * 3,14) = 0,00126 Н – м.

Поэтому его обычно выражают в миллиньютонах, умноженных на метры (мН – м). 1000 мН – м в 1 Н – м, поэтому расчетный крутящий момент составляет 1,26 мН – м. Это можно перевести в (г-см), умножив результат на 10,2, что означает, что крутящий момент составляет 12,86 г-см.

В нашем примере входная мощность двигателя составляет 0,22 А x 6 В = 1,32 Вт, выходная механическая мощность – 1000 об/мин x 2×3,14×0,00126 Н – м / 60 = 0,132 Вт.

Крутящий момент двигателя изменяется в зависимости от скорости. При отсутствии нагрузки скорость максимальна, а крутящий момент равен нулю. Нагрузка увеличивает механическую прочность. Двигатель начинает потреблять больше тока, чтобы преодолеть это сопротивление, и скорость падает. Когда это происходит, крутящий момент достигает максимума.

Точность расчета крутящего момента зависит от следующих факторов. Хотя напряжение, ток и скорость могут быть измерены точно, КПД двигателя может быть неверным. Это зависит от точности монтажа, положения датчика, трения, совмещения осей двигателя и генератора и т.д.

Скорость, крутящий момент, мощность и КПД не являются фиксированными величинами. Обычно производитель предоставляет следующие данные в специальных таблицах.

Линейные двигатели

Линейный двигатель – это, по сути, асинхронный двигатель, ротор которого “раздвигается” таким образом, что вместо создания вращательной силы через вращающееся электромагнитное поле, он создает линейную силу вдоль своей длины, создавая электромагнитное поле смещения.

Акустический шум

Акустический шум и вибрация Электродвигатели обычно имеют три источника

• Механические источники (например, из-за подшипников);
• Аэродинамические источники (например, вентиляторы, установленные на валу);
• магнитные источники (например, за счет магнитных сил, таких как силы Максвелла и магнитострикции, действующих на структуры статора и ротора).

Последний источник, который может быть ответственен за шум движения, называется акустическим шумом с электрическим возбуждением.

КПД двигателей зависит от номинальной мощности, он может быть меньше 0,75 для моделей малой мощности и больше 0,95 для моделей большой мощности. Приведенная выше формула действительна для входной активной мощности. Однако, поскольку двигатель является активной/реактивной нагрузкой, для расчета общей потребляемой мощности S общее потребление энергии S (включая реактивную составляющую) должны быть приняты во внимание. Реактивная составляющая выражается в терминах коэффициента мощности (cosϕ). С учетом этого формула для номинальной мощности двигателя выглядит следующим образом:

Мощность двигателя и мощность нагрева

Номинальная мощность обычно указывается для температуры окружающей среды 40°C и ограничивается предельной температурой нагрева. Поскольку самым слабым местом двигателя с точки зрения перегрева является изоляция, производительность ограничивается классом изоляции обмотки статора. Например, для наиболее распространенного класса изоляции F допустимый нагрев составляет 155°C при температуре окружающей среды 40°C.

В документации на двигатель указано, что номинальная мощность двигателя уменьшается при увеличении температуры окружающей среды. С другой стороны, при достаточном охлаждении двигатели могут работать при превышении номинальной мощности в течение длительного времени.

Мы рассмотрели входную и выходную мощность, но следует отметить, что фактическая потребляемая мощность P (мощность на валу двигателя в любой момент времени) всегда должна быть меньше номинальной мощности:

Если необходимо рассчитать вход активной мощностимы используем следующую формулу

Р₁ = 1,73 – U – I – ƞ.

Это активная мощность, которая измеряется счетчиками электроэнергии. В промышленности для измерения реактивной мощности (и кажущейся мощности S) используются дополнительные устройства. При таком методе можно не использовать приведенную выше формулу, а поступить проще – если двигатель соединен в “звезду”, умножить измеренное значение тока на 2 и получить приблизительную мощность в кВт.

IM 1081 – конструкция и тип монтажа по ГОСТ 2479 и IEC60034-5. В нашем примере это означает “Монтаж на лапах с двумя опорными пластинами, с одним цилиндрическим концом вала”.

Заводская табличка двигателя

При визуальном осмотре любого двигателя, за редким исключением, вы обнаружите этикетку, прикрученную на болты, саморезы или заклепки. Что написано на этом куске металла? Возьмем табличку и заменим серийный номер на название сайта.

Кстати, редко какая табличка находится в таком идеальном состоянии. Часто данные выцветают или замазываются краской, потому что сотрудники сервисной службы занимаются покраской двигателя, а не красят его, оставляя декали нетронутыми. Но нам повезло. Давайте сделаем это по порядку.

Первая линия – количество фаз и тип тока (3

), серийный номер, частота сети, версия и сборка, класс изоляции.

Вторая линия – Тип двигателя, коэффициент мощности, возможные соединения, номинальная скорость вращения

Третья линия – Возможное номинальное напряжение, номинальная мощность, степень защиты IP электродвигателя, масса, работа электродвигателя (S1).

Четвертый ряд – номинальные токи в зависимости от схемы соединения обмоток и, кроме того, от того, какому государству она соответствует.

Давайте проанализируем отдельные параметры более подробно.

Мощность двигателя: кажущаяся мощность, активная мощность и мощность вала

Формула для расчета мощности трехфазного асинхронного двигателя:

S1 – полная мощность, потребляемая двигателем из сети

P1 – активная мощность, потребляемая двигателем от сети (указана на заводской табличке)

P – активная мощность на валу двигателя.

cosf – косинус фи, коэффициент мощности – фазовый угол между активной мощностью (P) и кажущейся мощностью (S).

В приведенных выше формулах значение мощности указано в ваттах, а значение кажущейся мощности – в ВА. Чтобы перевести в киловатты, разделите полученное значение на тысячу. Значения тока и напряжения в приведенной выше формуле выражены в амперах и вольтах соответственно.

I1 и U1 – линейные значения тока и напряжения, также известные как фазные значения. Их не следует путать с фазовыми значениями. Линейные значения – AB, BC, CA (380); фазовые значения – AO, BO, CO (220). Если выразить формулы мощности через фазовые значения тока и напряжения, вместо корня из трех, то сначала получится коэффициент 3. Этот коэффициент определяется визуально по векторной диаграмме трехфазного напряжения.

Для двигателей постоянного тока формула будет просто произведением напряжения на клеммах двигателя и тока, потребляемого двигателем из сети.

Потребляемая мощность p1 больше мощности на валу ЭД из-за потерь, возникающих при преобразовании электрической энергии в механическую.

Star / Delta и 220/380, 380/660

Следите за всеми значениями по порядку, пока они проходят через дробь. На заводской табличке указано Y/D (треугольник/звезда), поэтому токи и напряжения будут иметь Y в начале и звезду после дроби. Единственный нюанс – для 220/380 дельта будет 220, а для 380/660 дельта будет 380. Поэтому утверждение, что 380 – это всегда звезда, неверно.

Перед подключением всегда читайте заводскую табличку двигателя.

Преимущества соединения звездой и треугольником абстрактны, так как каждая схема имеет свое применение:

• Y – меньший рабочий и пусковой ток, более высокое напряжение, меньший пусковой момент, меньший нагрев
• D – более высокий пусковой момент и ток, но и больший нагрев.

Существуют двухскоростные двигатели, которые запускаются по схеме “звезда”, а затем переключаются на схему “треугольник”. В этом случае машина легче запускается и затем работает с большей мощностью.

Для трехфазных двигателей 220 В, имеющих только один фазный и нулевой провод, можно использовать конденсаторную схему.

Конструкция и способ установки

IM 1081 – это тип конструкции и метод установки в соответствии с ГОСТ 2479 и IEC60034-5. В нашем примере это означает “на лапах с двумя подшипниковыми пластинами, с одним цилиндрическим концом вала”.

Название состоит из латинских букв IM и четырех цифр.

Первая цифра, от 1 до 9, обозначает метод проектирования

Второй и третий (00…99) обозначают метод сборки

Четвертый (0…9) – символ конца вала.

Коэффициент полезного действия электродвигателя

КПД – это эффективность, с которой электродвигатель преобразует электрическую энергию, получаемую из сети, в механическую энергию для вращения механизма.

Если бы не было потерь при передаче энергии, КПД был бы равен 100%. Однако этого не существует. Однако существуют виды потерь, которые снижают значение коэффициента:

• потери из-за нагрева токоведущих проводников при повышенной нагрузке – электрические потери
• потери на вихревые токи, гистерезис в статорах – магнитные потери
• потери на трение в подшипниках, вентиляция – механические потери
• плюс различные дополнительные, менее важные потери.

Часто, но не всегда, чем выше скорость вращения электродвигателя, тем выше его КПД. Это объясняется зависимостью КПД от скольжения двигателя. Существуют классы по эффективности в соответствии с ГОСТ IEC/TS 60034-31-2015: IE1, IE2, IE3, IE4.

Классы изоляции двигателя по теплостойкости

Здесь на помощь приходит ГОСТ 8865-93. Класс изоляции электрических машин определяет максимальную температуру при номинальных параметрах. В нашем примере температура изоляции не должна превышать 155 градусов Цельсия при номинальных характеристиках.

Ниже приведены допустимые температуры двигателя для различных классов изоляции. Обратите внимание, что материалы могут иметь разные классы.

• Y – 90
• A – 105
• E – 120
• B – 130
• F – 155
• H – 180

Далее идут числовые классы: 200, 220, 250 – далее следует 25 градусов плюс обозначение класса в соответствии с предельной температурой.

Эти температуры были определены экспериментально путем эксплуатации при номинальных значениях в течение всего срока службы изделия до значений, при которых тангенс угла наклона увеличивается, а напряжение пробоя уменьшается.

Также, при отсутствии заводской таблички мощность рассчитывается по сопротивлению обмоток. Для начала необходимо знать сопротивление, которое сосредоточено между проводниками. Разделите полученное число на 2 и вы узнаете сопротивление обмотки. Для определения мощности одной обмотки используется формула: P=(220В*220В)/R. Результат умножается на 3 (поскольку двигатель 3-фазный). Таким образом, достигается требуемая мощность двигателя.

Трехфазный двигатель и крутящий момент

Крутящий момент определяется силой, которую создает трехфазный двигатель, пытаясь преодолеть сопротивление, создаваемое движением, умноженное на плечо приложения. Mcr = VHxPE:0.12566 – эта формула используется для определения КПД двигателя. Вот: VH – объем двигателя внутреннего сгорания, а PE – давление в камере сгорания.

Если трудно определить крутящий момент, воспользуйтесь формулой: Ne=Vh*pe*n:120. Результат указывается в киловаттах. Вот: Vh – объем двигателя внутреннего сгорания, n – скорость, pe – давление.

Зачем разбираться в машине, если у вас есть 3-фазный двигатель: знание параметров двигателя позволит вам правильно эксплуатировать машину, выбирать нужные детали, а видеоролики в Интернете покажут вам, что именно нужно делать:

1. Как проверить мощность электродвигателя при отсутствии заводской таблички.
2. Как рассчитать искомые цифры с помощью формул и т.д.

Если заводская табличка находится на корпусе, задача упрощается. Но если заводской таблички нет, не отчаивайтесь, существует множество вариантов определения характеристик двигателя.

Читайте далее:

• Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
• Рабочие характеристики асинхронного двигателя; Школа для электриков: электротехника и электроника.
• Векторное и скалярное управление преобразователями частоты – принцип работы, система управления.
• Асинхронный электродвигатель – конструкция, принцип работы, типы асинхронных двигателей.
• Как найти начало и конец обмотки электродвигателя – ООО "СЗЭМО Электродвигатель".
• Что такое якорь в электродвигателе – Станция техобслуживания ЭкоПаркинг.
• Полюсная пара в асинхронном двигателе что это такое.