Как вычислить мощность электродвигателя

Как определить мощность электродвигателя с биркой и без неё — обзор методик

Самым простым является способ определения мощности двигателя по шильдику (его еще называют табличкой или биркой). В первую очередь, стоит помнить, что число, указанное на бирке – это механическая мощность на валу, т.н. Р₂. Чтобы найти активную электрическую Р₁ (которую будет учитывать ваш счетчик), её нужно разделить на КПД (η), а, чтобы найти полную S, то еще разделить и на COSф, их найдете на том же шильдике.

Р1 = Р2/η = 180/0,68 = 265 (Вт)

S = P1/cosФ = 265/0.78 = 340 (Вт)

А если указан только ток — вы можете определить полную мощность по стандартной для трёхфазных цепей формуле:

Если по примеру приведенного выше шильдика, то:

S = 380*0,52*1,73 = 341 (ВА)

P1 = S*cosФ = 341*0,78 = 266 (Вт)

И механическая Р2 на валу:

P2 = P1*η = 180,8 (Вт)

Как вы могли убедится, результаты расчетов по току и напряжению совпали с указанными на табличке цифрами. По шильдику вы можете определить и другие параметры электродвигателя, такие как номинальное напряжение, силу тока, число оборотов в минуту.

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 полезно выяснить: токовые клещи, показанные фото, с завидной регулярностью дают мощность приборов на 11% ниже номинала. 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. Требуется 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. Токовые клещи нельзя считать лучшим вариантом.

Лучше, если нейтраль заземленная. Суммарный ток вытекает нулевым проводом, где выполняем измерения. Нейтраль изолирована – получается, эффект одного провода будем измерять дважды: вход, выход. Попробуйте три значения сложить, потом поделить на два. Грубая методика окажется приблизительно верной.

Насадка токовых клещей

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 =M•w= F•2•3,14•n•r.

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.

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%.

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.

Понятие мощности

Так для чего необходимо знать мощность двигателя? Что это за показатель, и почему на него нужно обращать внимание при выборе?

Электрическая мощность – показатель, характеризующий, насколько быстро передается или преобразуется кинетическая энергия. Представляет собой произведение напряжения сети на силу тока проводника. Единицей измерения считается 1 ватт.

Чтобы рассчитать показатель, в случае, когда по шильдикам (специальное изображение на двигателе, содержащее в себе данные обо всех основных характеристиках устройства) можно получить информацию лишь о номинальной максимальной мощности, необходимо:

• найти данные о коэффициенте полезного действия двигателя (КПД) и коэффициенте его мощности;
• принять к сведению взаимодействие динамических характеристик вала электродвигателя и КПД.

Обладая этими сведениями, можно с легкостью посчитать затраченную мощность, которая будет равна отношению номинальной мощности к КПД.

Обратите внимание, что энергия, которая потребляется электроприборами, включает в себя два основных типа мощностей двигателя: активную и реактивную. Активная компонента расходуется на полезную работу и образование тепла. Реактивная мощность говорит о способности деталей электродвигателя сохранять получаемую энергию.

Чтобы осуществить расчет, необходим достаточно большой набор инструментов: электрическая сеть, выступающая источником тока, линейка или специальный прибор – штангенциркуль, амперметр (прибор, позволяющий определить силу тока), динамометр, табличка, содержащая сведения о зависимости константы от числа полюсов, тахометр.

Способы расчета мощности электродвигателя

Учитывая широкое распространение, неудивительно, что формул мощности электродвигателя существует довольно много. Самые простые в плане применения на производстве – следующие три подхода.

1. Расчет мощности электродвигателя по току. Для определения фактического показателя прибор надо подключить (напряжение – фиксированное) и изменять ток поочередно на каждой из обмоток при помощи амперметра. Алгоритм действий такой:
   • берется количество замеров;
   • определяется сила тока в Амперах для каждого замера;
   • все показатели суммируются и делятся на количество замеров;
   • среднее значение силы тока умножаем на напряжение и получаем мощность электродвигателя в кВт (или Ваттах).
2. Расчет мощности электродвигателя по размерам. Надо измерить диаметр и длину сердечника статора, узнать частоту оборотов вала.
3. Расчет мощности электродвигателя асинхронного по силе тяги:
   • тахометром определяем частоту вращения вала;
   • штангенциркулем меряем радиус вала (если нет циркуля, можно взять обычную линейку);
   • динамометр используем, чтобы замерять тяговое усилие устройства;
   • формула мощности электродвигателя выглядит как P = F (тяговая сила)*n (частота вращения)*r (радиус вала)*2*3,14.

Режимы работы электродвигателей

Нагрузка на электродвигатель определяется режимом его работы. Она может оставаться неизменной или изменяться в зависимости от условий эксплуатации. При выборе двигателя обязательно учитывается характер и значение предполагаемой нагрузки. С учетом этого фактора выполняется расчет мощности электродвигателя.

Режимы, в которых работают электродвигатели:

• S1 – продолжительный режим. Нагрузка не меняется в течение всего периода эксплуатации. Температура двигателя достигает установленного значения.
• S2 – кратковременный режим. В этом случае в период работы температура не успевает достигнуть нужного значения. При отключении происходит охлаждение двигателя до температуры окружающей среды.
• S3 – периодически-кратковременный режим. В процессе работы двигателя производятся периодические отключения. В эти периоды температура двигателя не может достигнуть нужного значения или стать такой же, как в окружающей среде. При расчетах двигателя, в том числе и мощности, учитываются все паузы и потери, их продолжительность. Одним из важных критериев выбора агрегата, считается допустимое число включений за определенный отрезок времени.
• S4 – периодически-кратковременный режим с частыми пусками.
• S5 – периодически-кратковременный режим с электрическим торможением. Оба режима S4 и S5 работают также, как и S3.
• S6 – периодически-непрерывный режим с кратковременной нагрузкой. Эксплуатация двигателя осуществляется под нагрузкой, которая чередуется с холостым ходом.
• S7 – периодически-непрерывный режим с электрическим торможением.
• S8 – периодически-непрерывный режим, в котором одновременно изменяется нагрузка и частота вращения.
• S9–режим, когда нагрузка и частота вращения изменяются не периодически.