Как рассчитать крутящий момент электродвигателя

Крутящий момент электродвигателя – это сила вращения его вала. Именно момент вращения определяет мощность Вашего двигателя. Измеряется в ньютонах на метр или в килограмм-силах на метр.

Виды крутящих моментов:

• Номинальный – значение момента при стандартном режиме работы и стандартной номинальной нагрузке на двигатель.
• Пусковой – это табличное значение. Сила вращения, которую в состоянии развивать электродвигатель при пуске. При подборе эл двигателя убедитесь, что данный параметр выше, чем статический момент Вашего оборудования — насоса, либо вентилятора и т.д. В противном случае электродвигатель не сможет запуститься, что чревато перегревом и перегоранием обмотки.
• Максимальный – предельное значение, по достижении которого нагрузка уравновесит двигатель и остановит его.

Таблица крутящих моментов электродвигателей

В данной таблице собраны крутящие моменты наиболее распространенных в Украине электродвигателей АИР, а также требуемый при пуске – пусковой, максимально допустимый для данного типа электродвигателя – максимальный крутящий момент и момент инерции двигателей АИР (усилие важное при подборе электромагнитного тормоза, например)

Двигатель	кВт/об	Мном, Нм	Мпуск, Нм	Ммакс, Нм	Минн, Нм
АИР56А2	0,18/2730	0,630	1,385	1,385	1,133
АИР56В2	0,25/2700	0,884	1,945	1,945	1,592
АИР56А4	0,12/1350	0,849	1,868	1,868	1,528
АИР56В4	0,18/1350	1,273	2,801	2,801	2,292
АИР63А2	0,37/2730	1,294	2,848	2,848	2,330
АИР63В2	0,55/2730	1,924	4,233	4,233	3,463
АИР63А4	0,25/1320	1,809	3,979	3,979	3,256
АИР63В4	0,37/1320	2,677	5,889	5,889	4,818
АИР63А6	0,18/860	1,999	4,397	4,397	3,198
АИР63В6	0,25/860	2,776	6,108	6,108	4,442
АИР71А2	0,75/2820	2,540	6,604	6,858	4,064
АИР71В2	1,1/2800	3,752	8,254	9,004	6,003
АИР71А4	0,55/1360	3,862	8,883	9,269	6,952
АИР71В4	0,75/1350	5,306	13,264	13,794	12,733
АИР71А6	0,37/900	3,926	8,245	8,637	6,282
АИР71В6	0,55/920	5,709	10,848	12,560	9,135
АИР71В8	0,25/680	3,511	5,618	6,671	4,915
АИР80А2	1,5/2880	4,974	10,943	12,932	8,953
АИР80В2	2,2/2860	7,346	15,427	19,100	13,223
АИР80А4	1,1/1420	7,398	16,275	17,755	12,576
АИР80В4	1,5/1410	10,160	22,351	24,383	17,271
АИР80А6	0,75/920	7,785	16,349	17,128	12,457
АИР80В6	1,1/920	11,418	25,121	26,263	20,553
АИР80А8	0,37/680	5,196	10,393	11,952	7,275
АИР80В8	0,55/680	7,724	15,449	16,221	10,814
АИР90L2	3/2860	10,017	23,040	26,045	17,030
АИР90L4	2,2/1430	14,692	29,385	35,262	29,385
АИР90L6	1,5/940	15,239	30,479	35,051	28,955
АИР90LА8	0,75/700	10,232	15,348	20,464	15,348
АИР90LВ8	1,1/710	14,796	22,194	32,551	22,194
АИР100S2	4/2850	13,404	26,807	32,168	21,446
АИР100L2	5,5/2850	18,430	38,703	44,232	29,488
АИР100S4	3/1410	20,319	40,638	44,702	32,511
АИР100L4	4/1410	27,092	56,894	65,021	43,348
АИР100L6	2,2/940	22,351	42,467	49,172	35,762
АИР100L8	1,5/710	20,176	32,282	40,352	30,264
АИР112М2	7,5/2900	24,698	49,397	54,336	39,517
АИР112М4	5,5/1430	36,731	73,462	91,827	58,769
АИР112МА6	3/950	30,158	60,316	66,347	48,253
АИР112МВ6	4/950	40,211	80,421	88,463	64,337
АИР112МА8	2,2/700	30,014	54,026	66,031	42,020
АИР112МВ8	3/700	40,929	73,671	90,043	57,300
АИР132М2	11/2910	36,100	57,759	79,419	43,320
АИР132S4	7,5/1440	49,740	99,479	124,349	79,583
АИР132М4	11/1450	72,448	173,876	210,100	159,386
АИР132S6	5,5/960	54,714	109,427	120,370	87,542
АИР132М6	7,5/950	75,395	150,789	165,868	120,632
АИР132S8	4/700	54,571	98,229	120,057	76,400
АИР132М8	5,5/700	75,036	135,064	165,079	105,050
АИР160S2	15/2940	48,724	97,449	155,918	2,046
АИР160М2	18,5/2940	60,094	120,187	192,299	2,884
АИР180S2	22/2940	71,463	150,071	250,119	4,288
АИР180М2	30/2940	97,449	214,388	341,071	6,821
АИР200М2	37/2950	119,780	275,493	383,295	16,769
АИР200L2	45/2940	146,173	380,051	584,694	19,003
АИР225М2	55/2955	177,750	408,824	710,998	35,550
АИР250S2	75/2965	241,568	628,078	966,273	84,549
АИР250М2	90/2960	290,372	784,003	1161,486	116,149
АИР280S2	110/2960	354,899	887,247	1171,166	212,939
АИР280М2	132/2964	425,304	1233,381	1488,563	297,713
АИР315S2	160/2977	513,268	1231,844	1693,786	590,259
АИР315М2	200/2978	641,370	1603,425	2116,521	962,055
АИР355SMA2	250/2980	801,174	1281,879	2403,523	2163,171
АИР160S4	15/1460	98,116	186,421	284,538	7,457
АИР160М4	18,5/1460	121,010	229,920	350,930	11,375
АИР180S4	22/1460	143,904	302,199	402,932	15,110
АИР180М2	30/1460	196,233	470,959	588,699	27,276
АИР200М4	37/1460	242,021	532,445	847,072	46,952
АИР200L4	45/1460	294,349	647,568	941,918	66,229
АИР225М4	55/1475	356,102	997,085	1317,576	145,289
АИР250S4	75/1470	487,245	1218,112	1559,184	301,605
АИР250М4	90/1470	584,694	1461,735	1871,020	467,755
АИР280S4	110/1470	714,626	2072,415	2429,728	578,847
АИР280М4	132/1485	848,889	1697,778	2886,222	1612,889
АИР315S4	160/1487	1027,572	2568,931	3802,017	2363,416
АИР315М4	200/1484	1287,062	3217,655	4247,305	3603,774
АИР355SMA4	250/1488	1604,503	3690,356	4492,608	8985,215
АИР355SMВ4	315/1488	2021,673	5054,183	5862,853	12534,375
АИР355SMС4	355/1488	2278,394	5012,466	6151,663	15493,078
АИР160S6	11/970	108,299	205,768	314,067	12,021
АИР160М6	15/970	147,680	339,665	443,041	20,675
АИР180М6	18,5/970	182,139	400,706	546,418	29,324
АИР200М6	22/975	215,487	517,169	711,108	50,209
АИР200L6	30/975	293,846	617,077	881,538	102,846
АИР225М6	37/980	360,561	721,122	1081,684	186,050
АИР250S6	45/986	435,852	784,533	1307,556	440,210
АИР250М6	55/986	532,708	1012,145	1811,207	633,922
АИР280S6	75/985	727,157	1454,315	2326,904	1090,736
АИР280М6	90/985	872,589	1745,178	2792,284	1657,919
АИР315S6	110/987	1064,336	1809,372	2873,708	4044,478
АИР315М6	132/989	1274,621	2166,855	3696,400	5735,794
АИР355МА6	160/993	1538,771	2923,666	3539,174	11848,540
АИР355МВ6	200/993	1923,464	3654,582	4423,968	17118,832
АИР355MLA6	250/993	2404,330	4568,228	5529,960	25485,901
AИР355MLB6	315/992	3032,510	6065,020	7278,024	40029,133
АИР160S8	7,5/730	98,116	156,986	235,479	13,246
АИР160М8	11/730	1007,329	1712,459	2417,589	181,319
АИР180М8	15/730	196,233	333,596	529,829	41,994
АИР200М8	18,5/728	242,685	509,639	606,714	67,952
АИР200L8	22/725	289,793	579,586	724,483	88,966
АИР225М8	30/735	389,796	701,633	1052,449	214,388
АИР250S8	37/738	478,794	861,829	1196,985	481,188
АИР250М8	45/735	584,694	1052,449	1520,204	695,786
АИР280S8	55/735	714,626	1357,789	2143,878	1071,939
АИР280М8	75/735	974,490	1754,082	2728,571	1851,531
АИР315S8	90/740	1161,486	1509,932	2671,419	4413,649
АИР315М8	110/742	1415,768	2265,229	3964,151	6370,957
АИР355SMA8	132/743	1696,635	2714,616	3902,261	12215,774
AИР355SMB8	160/743	2056,528	3496,097	4935,666	18097,443
AИР355MLA8	200/743	2570,659	4627,187	6940,781	26991,925
AИР355MLB8	250/743	4498,654	7647,712	10796,770	58032,638

Расчет крутящего момента – формула

Примечание: при расчете стоит учесть коэффициент проскальзывания асинхронного двигателя. Номинальное количество оборотов двигателя не совпадает с реальным. Точное количество оборотов вы сможете найти, зная маркировку, в таблице выше.

Расчет онлайн

Для расчета крутящего момента электродвигателя онлайн введите значение мощности ЭД и реальную угловую скорость (количество оборотов в минуту)

тут будет калькулятор

После расчета крутящего момента, посмотрите схемы подключения асинхронных электродвигателей звездой и треугольником на сайте «Слобожанского завода»

Мощность и вращающий момент электродвигателя. Что это такое?

Мощность и вращающий момент электродвигателя

Данная глава посвящена вращающему моменту: что это такое, для чего он нужен и др. Мы также разберём типы нагрузок в зависимости от моделей насосов и соответствие между электродвигателем и нагрузкой насоса.

Вы когда-нибудь пробовали провернуть вал пустого насоса руками? Теперь представьте, что вы поворачиваете его, когда насос заполнен водой. Вы почувствуете, что в этом случае, чтобы создать вращающий момент, требуется гораздо большее усилие.

А теперь представьте, что вам надо крутить вал насоса несколько часов подряд. Вы бы устали быстрее, если бы насос был заполнен водой, и почувствовали бы, что потратили намного больше сил за тот же период времени, чем при выполнении тех же манипуляций с пустым насосом. Ваши наблюдения абсолютно верны: требуется большая мощность, которая является мерой работы (потраченной энергии) в единицу времени. Как правило, мощность стандартного электродвигателя выражается в кВт.

Вращающий момент (T) — это произведение силы на плечо силы. В Европе он измеряется в Ньютонах на метр (Нм).

Как видно из формулы, вращающий момент увеличивается, если возрастает сила или плечо силы — или и то и другое. Например, если мы приложим к валу силу в 10 Н, эквивалентную 1 кг, при длине рычага (плече силы) 1 м, в результате, вращающий момент будет 10 Нм. При увеличении силы до 20 Н или 2 кг, вращающий момент будет 20 Нм. Таким же образом, вращающий момент был бы 20 Нм, если бы рычаг увеличился до 2 м, а сила составляла 10 Н. Или при вращающем моменте в 10 Нм с плечом силы 0,5 м сила должна быть 20 Н.

Работа и мощность

Теперь остановимся на таком понятии как «работа», которое в данном контексте имеет особое значение. Работа совершается всякий раз, когда сила — любая сила — вызывает движение. Работа равна силе, умноженной на расстояние. Для линейного движения мощность выражается как работа в определённый момент времени.

Если мы говорим о вращении, мощность выражается как вращающий момент (T), умноженный на частоту вращения (w).

Частота вращения объекта определяется измерением времени, за которое определённая точка вращающегося объекта совершит полный оборот. Обычно эта величина выражается в оборотах в минуту, т.е. мин-1 или об/мин. Например, если объект совершает 10 полных оборотов в минуту, это означает, что его частота вращения: 10 мин-1 или 10 об/мин.

Итак, частота вращения измеряется в оборотах в минуту, т.е. мин-1.

Приведем единицы измерения к общему виду.

Для наглядности возьмём разные электродвигатели, чтобы более подробно проанализировать соотношение между мощностью, вращающим моментом и частотой вращения. Несмотря на то, что вращающий момент и частота вращения электродвигателей сильно различаются, они могут иметь одинаковую мощность.

Например, предположим, что у нас 2-полюсный электродвигатель (с частотой вращения 3000 мин-1) и 4-полюсной электродвигатель (с частотой вращения 1500 мин-1). Мощность обоих электродвигателей 3,0 кВт, но их вращающие моменты отличаются.

Таким образом, вращающий момент 4-полюсного электродвигателя в два раза больше вращающего момента двухполюсного электродвигателя с той же мощностью.

Как образуется вращающий момент и частота вращения?

Теперь, после того, как мы изучили основы вращающего момента и скорости вращения, следует остановиться на том, как они создаются.

В электродвигателях переменного тока вращающий момент и частота вращения создаются в результате взаимодействия между ротором и вращающимся магнитным полем. Магнитное поле вокруг обмоток ротора будет стремиться к магнитному полю статора. В реальных рабочих условиях частота вращения ротора всегда отстаёт от магнитного поля. Таким образом, магнитное поле ротора пересекает магнитное поле статора и отстает от него и создаёт вращающий момент. Разницу в частоте вращения ротора и статора, которая измеряется в %, называют скоростью скольжения.

Скольжение является основным параметром электродвигателя, характеризующий его режим работы и нагрузку. Чем больше нагрузка, с которой должен работать электродвигатель, тем больше скольжение.

Помня о том, что было сказано выше, разберём ещё несколько формул. Вращающий момент индукционного электродвигателя зависит от силы магнитных полей ротора и статора, а также от фазового соотношения между этими полями. Это соотношение показано в следующей формуле:

Сила магнитного поля, в первую очередь, зависит от конструкции статора и материалов, из которых статор изготовлен. Однако напряжение и частота тока также играют важную роль. Отношение вращающих моментов пропорционально квадрату отношения напряжений, т.е. если подаваемое напряжение падает на 2%, вращающий момент, следовательно, уменьшается на 4%.

Потребляемая мощность электродвигателя

Ток ротора индуцируется через источник питания, к которому подсоединён электродвигатель, а магнитное поле частично создаётся напряжением. Входную мощность можно вычислить, если нам известны данные источника питания электродвигателя, т.е. напряжение, коэффициент мощности, потребляемый ток и КПД.

В Европе мощность на валу обычно измеряется в киловаттах. В США мощность на валу измеряется в лошадиных силах (л.с.).

Если вам необходимо перевести лошадиные силы в киловатты, просто умножьте соответствующую величину (в лошадиных силах) на 0,746. Например, 20 л.с. равняется (20 • 0,746) = 14,92 кВт.

И наоборот, киловатты можно перевести в лошадиные силы умножением величины в киловаттах на 1,341. Это значит, что 15 кВт равняется 20,11 л.с.

Момент электродвигателя

Мощность [кВт или л.с.] связывает вращающий момент с частотой вращения, чтобы определить общий объём работы, который должен быть выполнен за определённый промежуток времени.

Рассмотрим взаимодействие между вращающим моментом, мощностью и частотой вращения, а также их связь с электрическим напряжением на примере электродвигателей Grundfos. Электродвигатели имеют одну и ту же номинальную мощность как при 50 Гц, так и при 60 Гц.

Это влечёт за собой резкое снижение вращающего момента при 60 Гц: частота 60 Гц вызывает 20%-ное увеличение числа оборотов, что приводит к 20%-ному уменьшению вращающего момента. Большинство производителей предпочитают указывать мощность электродвигателя при 60 Гц, таким образом, при снижении частоты тока в сети до 50 Гц электродвигатели будут обеспечивать меньшую мощность на валу и вращающий момент. Электродвигатели обеспечивают одинаковую мощность при 50 и 60 Гц.

Графическое представление вращающего момента электродвигателя изображено на рисунке.

Иллюстрация представляет типичную характеристику вращающий момент/частота вращения. Ниже приведены термины, используемые для характеристики вращающего момента электродвигателя переменного тока.

Пусковой момент (Мп): Механический вращающий момент, развиваемый электродвигателем на валу при пуске, т.е. когда через электродвигатель пропускается ток при полном напряжении, при этом вал застопорен.

Минимальный пусковой момент (Ммин): Этот термин используется для обозначения самой низкой точки на кривой вращающий момент/частота вращения электродвигателя, нагрузка которого увеличивается до полной скорости вращения. Для большинства электродвигателей Grundfos величина минимального пускового момента отдельно не указывается, так как самая низкая точка находится в точке заторможенного ротора. В результате для большинства электродвигателей Grundfos минимальный пусковой момент такой же, как пусковой момент.

Блокировочный момент (Мблок): Максимальный вращающий момент — момент, который создаёт электродвигатель переменного тока с номинальным напряжением, подаваемым при номинальной частоте, без резких скачков скорости вращения. Его называют предельным перегрузочным моментом или максимальным вращающим моментом.

Вращающий момент при полной нагрузке (Мп.н.): Вращающий момент, необходимый для создания номинальной мощности при полной нагрузке.

Нагрузка насосов и типы нагрузки электродвигателя

Выделяют следующие типы нагрузок:

Постоянная мощность

Термин «постоянная мощность» используется для определённых типов нагрузки, в которых требуется меньший вращающий момент при увеличении скорости вращения, и наоборот. Нагрузки при постоянной мощности обычно применяются в металлообработке, например, сверлении, прокатке и т.п.

Постоянный вращающий момент

Как видно из названия — «постоянный вращающий момент» — подразумевается, что величина вращающего момента, необходимого для приведения в действие какого- либо механизма, постоянна, независимо от скорости вращения. Примером такого режима работы могут служить конвейеры.

Переменный вращающий момент и мощность

«Переменный вращающий момент» — эта категория представляет для нас наибольший интерес. Этот момент имеет отношение к нагрузкам, для которых требуется низкий вращающий момент при низкой частоте вращения, а при увеличении скорости вращения требуется более высокий вращающий момент. Типичным примером являются центробежные насосы.

Вся остальная часть данного раздела будет посвящена исключительно переменному вращающему моменту и мощности.

Определив, что для центробежных насосов типичным является переменный вращающий момент, мы должны проанализировать и оценить некоторые характеристики центробежного насоса. Использование приводов с переменной частотой вращения обусловлено особыми законами физики. В данном случае это законы подобия, которые описывают соотношение между разностями давления и расходами.

Во-первых, подача насоса прямо пропорциональна частоте вращения. Это означает, что если насос будет работать с частотой вращения на 25% больше, подача увеличится на 25%.

Во-вторых, напор насоса будет меняться пропорционально квадрату изменения скорости вращения. Если частота вращения увеличивается на 25%, напор возрастает на 56%.

В-третьих, что особенно интересно, мощность пропорциональна кубу изменения скорости вращения. Это означает, что если требуемая частота вращения уменьшается на 50%, это равняется 87,5%-ному уменьшению потребляемой мощности.

Итак, законы подобия объясняют, почему использование приводов с переменной частотой вращения более целесообразно в тех областях применения, где требуются переменные значения расхода и давления. Grundfos предлагает ряд электродвигателей со встроенным частотным преобразователем, который регулирует частоту вращения для достижения именно этой цели.

Так же как подача, давление и мощность, потребная величина вращающего момента зависит от скорости вращения.

На рисунке показан центробежный насос в разрезе. Требования к вращающему моменту для такого типа нагрузки почти противоположны требованиям при «постоянной мощности». Для нагрузок при переменном вращающем моменте потребный вращающий момент при низкой частоте вращения — мал, а потребный вращающий момент при высокой частоте вращения — велик. В математическом выражении вращающий момент пропорционален квадрату скорости вращения, а мощность — кубу скорости вращения.

Это можно проиллюстрировать на примере характеристики вращающий момент/частота вращения, которую мы использовали ранее, когда рассказывали о вращающем моменте электродвигателя:

Когда электродвигатель набирает скорость от нуля до номинальной скорости, вращающий момент может значительно меняться. Величина вращающего момента, необходимая при определённой нагрузке, также изменяется с частотой вращения. Чтобы электродвигатель подходил для определённой нагрузки, необходимо чтобы величина вращающего момента электродвигателя всегда превышала вращающий момент, необходимый для данной нагрузки.

В примере, центробежный насос при номинальной нагрузке имеет вращающий момент, равный 70 Нм, что соответствует 22 кВт при номинальной частоте вращения 3000 мин-1. В данном случае насосу при пуске требуется 20% вращающего момента при номинальной нагрузке, т.е. приблизительно 14 Нм. После пуска вращающий момент немного падает, а затем, по мере того, как насос набирает скорость, увеличивается до величины полной нагрузки.

Очевидно, что нам необходим насос, который будет обеспечивать требуемые значения расход/напор (Q/H). Это значит, что нельзя допускать остановок электродвигателя, кроме того, электродвигатель должен постоянно ускоряться до тех пор, пока не достигнет номинальной скорости. Следовательно, необходимо, чтобы характеристика вращающего момента совпадала или превышала характеристику нагрузки на всём диапазоне от 0% до 100% скорости вращения. Любой «избыточный» момент, т.е. разница между кривой нагрузки и кривой электродвигателя, используется как ускорение вращения.

Соответствие электродвигателя нагрузке

Если нужно определить, отвечает ли вращающий момент определённого электродвигателя требованиям нагрузки, Вы можете сравнить характеристики скорости вращения/вращающего момента электродвигателя с характеристикой скорости вращения/ вращающего момента нагрузки. Вращающий момент, создаваемый электродвигателем, должен превышать потребный для нагрузки вращающий момент, включая периоды ускорения и полной скорости вращения.

Характеристика зависимости вращающего момента от скорости вращения стандартного электродвигателя и центробежного насоса.

Если мы посмотрим на характеристику , то увидим, что при ускорении электродвигателя его пуск производится при токе, соответствующем 550% тока полной нагрузки.

Когда двигатель приближается к своему номинальному значению скорости вращения, ток снижается. Как и следовало ожидать, во время начального периода пуска потери на электродвигателе высоки, поэтому этот период не должен быть продолжительным, чтобы не допустить перегрева.

Очень важно, чтобы максимальная скорость вращения достигалась как можно точнее. Это связано с потребляемой мощностью: например, увеличение скорости вращения на 1% по сравнению со стандартным максимумом приводит к 3%-ному увеличению потребляемой мощности.

Потребляемая мощность пропорциональна диаметру рабочего колеса насоса в четвертой степени.

Уменьшение диаметра рабочего колеса насоса на 10% приводит к уменьшению потребляемой мощности на (1- (0.9 * 0.9 * 0.9 * 0.9)) * 100 = 34%, что равно 66% номинальной мощности. Эта зависимость определяется исключительно на практике, так как зависит от типа насоса, конструкции рабочего колеса и от того, насколько вы уменьшаете диаметр рабочего колеса.

Время пуска электрдвигателя

Если нам необходимо подобрать типоразмер электродвигателя для определённой нагрузки, например для центробежных насосов, основная наша задача состоит в том, чтобы обеспечить соответствующий вращающий момент и мощность в номинальной рабочей точке, потому что пусковой момент для центробежных насосов довольно низкий. Время пуска достаточно ограниченно, так как вращающий момент довольно высокий.

Нередко для сложных систем защиты и контроля электродвигателей требуется некоторое время для их пуска, чтобы они могли замерить пусковой ток электродвигателя. Время пуска электродвигателя и насоса рассчитывается с помощью следующей формулы:

tпуск = время, необходимое электродвигателю насоса, чтобы достичь частоты вращения при полной нагрузке

n = частота вращения электродвигателя при полной нагрузке

Iобщ = инерция, которая требует ускорения, т.е. инерция вала электродвигателя, ротора, вала насоса и рабочих колёс.

Момент инерции для насосов и электродвигателей можно найти в соответствующих технических данных.

Мизб = избыточный момент, ускоряющий вращение. Избыточный момент равен вращающему моменту электродвигателя минус вращающий момент насоса при различных частотах вращения.

Мизб можно рассчитать по следующим формулам:

Как видно из приведённых вычислений, выполненных для данного примера с электродвигателем мощностью 4 кВт насоса CR, время пуска составляет 0,11 секунды.

Число пусков электродвигателя в час

Современные сложные системы управления электродвигателями могут контролировать число пусков в час каждого конкретного насоса и электродвигателя. Необходимость контроля этого параметра состоит в том, что каждый раз, когда осуществляется пуск электродвигателя с последующим ускорением, отмечается высокое потребление пускового тока. Пусковой ток нагревает электродвигатель. Если электродвигатель не остывает, продолжительная нагрузка от пускового тока значительно нагревает обмотки статора электродвигателя, что приводит к выходу из строя электродвигателя или сокращению срока службы изоляции.

Обычно за количество пусков, которое может выполнить электродвигатель в час, отвечает поставщик электродвигателя. Например, Grundfos указывает максимальное число пусков в час в технических данных на насос, так как максимальное количество пусков зависит от момента инерции насоса.

Мощность и КПД (eta) электродвигателя

Существует прямая связь между мощностью, потребляемой электродвигателем от сети, мощностью на валу электродвигателя и гидравлической мощностью, развиваемой насосом.

При производстве насосов используются следующие обозначения этих трёх различных типов мощности.

P1 (кВт) Входная электрическая мощность насосов — это мощность, которую электродвигатель насоса получает от источника электрического питания. Мощность P! равна мощности P2, разделённой на КПД электродвигателя.

P2 (кВт) Мощность на валу электродвигателя — это мощность, которую электродвигатель передает на вал насоса.

Р3 (кВт) Входная мощность насоса = P2, при условии, что соединительная муфта между валами насоса и электродвигателя не рассеивает энергию.

Р4 (кВт) Гидравлическая мощность насоса.

Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения

Дмитрий Левкин

Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть. Статор обычно имеет стандартную трехфазную обмотку, а ротор выполнен с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения соединена с контактными кольцами к которым через щетки подходит питание.

Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения (щетки не показаны)

Постоянная скорость вращения синхронного электродвигателя достигается за счет взаимодействия между постоянным и вращающимся магнитным полем. Ротор синхронного электродвигателя создает постоянное магнитное поле, а статор – вращающееся магнитное поле.

Работа синхронного электродвигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянного магнитного поля ротора

Статор: вращающееся магнитное поле

На обмотки катушек статора подается трехфазное переменное напряжение. В результате создается вращающееся магнитное поле, которое вращается со скоростью пропорциональной частоте питающего напряжения. Подробнее о том, как посредством трехфазного напряжения питания образуется вращающееся магнитное поле можно прочитать в статье «Трехфазный асинхронный электродвигатель».

Взаимодействие между вращающимся (у статора) и постоянным (у ротора) магнитными полями

Ротор: постоянное магнитное поле

Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока через контактные кольца. Магнитное поле создаваемое вокруг ротора возбуждаемое постоянным током показано ниже. Очевидно, что ротор ведет себя как постоянный магнит, так как имеет такое же магнитное поле (в качестве альтернативы можно представить, что ротор сделан из постоянных магнитов). Рассмотрим взаимодействие ротора и вращающегося магнитного поля. Предположим вы придали ротору начальное вращение в том же направлении как у вращающегося магнитного поля. Противоположные полюса вращающегося магнитного поля и ротора будут притягиваться друг к другу и они будут сцепляться с помощью магнитных сил. Это значит, что ротор будет вращаться с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле, то есть ротор будет вращаться с синхронной скоростью.

Магнитные поля ротора и статора сцепленные друг с другом

Скорость с которой вращается магнитное поле может быть вычислена по следующему уравнению:

,

• где N_s – частота вращения магнитного поля, об/мин,
• f – частота тока статора, Гц,
• p – количество пар полюсов.

Это значит, что скорость синхронного электродвигателя может очень точно контролироваться изменением частоты питающего тока. Таким образом эти электродвигатели подходят для высокоточных приложений.

Почему синхронные электродвигатели не запускаются от электрической сети?

Если ротор не имеет начального вращения, ситуация отличается от описанной выше. Северный полюс магнитного поля ротора будет притягиваться к южному полюсу вращающегося магнитного поля, и начнет двигаться в том же направлении. Но так как ротор имеет определенный момент инерции, его стартовая скорость будет очень низкой. За это время южный полюс вращающегося магнитного поля будет замещен северным полюсом. Таким образом появятся отталкивающие силы. В результате чего ротор начнет вращаться в обратную сторону. Таким образом ротор не сможет запуститься.

Демпферная обмотка — прямой запуск синхронного двигателя от электрической сети

Чтобы реализовать самозапуск синхронного электродвигателя без системы управления между наконечниками ротора размещается «беличья клетка», которая также называется демпферной обмоткой. При запуске электродвигателя катушки ротора не возбуждаются. Под действием вращающегося магнитного поля, индуцируется ток в витках «беличьей клетки» и ротор начинает вращаться подобно тому, как запускаются асинхронные двигатели.

Когда ротор достигает своей максимальной скорости, подается питание на обмотку возбуждения ротора. В результате, как говорилось ранее, полюса ротора сцепляются с полюсами вращающегося магнитного поля и ротор начинает вращаться с синхронной скоростью. При вращении ротора с синхронной скоростью, относительное движение между белечьей клеткой и вращающимся магнитным полем равно нулю. Это значит, что отсутствует ток в короткозамкнутых витках, а следовательно «беличья клетка» не оказывает воздействия на синхронную работу электродвигателя.

Синхронные электродвигатели имеют постоянную скорость независящую от нагрузки (при условии что нагрузка не превышает макимально допустимую). Если момент нагрузки больше, чем момент создаваемый самим электродвигателем, то он выйдет из синхронизма и остановиться. Низкое напряжение питания и низкое напряжение возбуждения также могут быть причинами выхода двигателя из синхронизма.

Синхронные электродвигатели могут также использоваться для улучшения коэффициента мощности системы. Когда единственной целью использования синхронных электродвигателей является улучшение коэффициента мощности их называют синхронными компенсаторами. В таком случае вал электродвигателя не соединяется с механической нагрузкой и вращается свободно.

Что такое крутящий момент электродвигателя

Одним из важных параметров электродвигателя, который так же важен при его выборе, является крутящий момент. Эта величина определяется произведением приложенной к плечу рычага силы и зависит исключительно от степени нагрузки. Если в двигателях внутреннего сгорания данную нагрузку задаётся коленчатым валом, то асинхронные электродвигатели получают величину крутящего момента от токов возбуждения. При этом величина этого момента будет зависеть от скорости вращающегося в магнитном поле статора устройства, называемого ротор. В зависимости от периода и способа определения, крутящий момент разделяют на:

• статический (пусковой) – минимальный момент холостого хода;
• промежуточный – развивает значение при работе двигателя от 0 величины оборотов до максимального значения в номинальной величине напряжения;
• максимальный – развивающийся при эксплуатации двигателя;
• номинальный – соответствует номинальным значениям мощности и оборотов.

Для вычисления величины крутящего момента, определяющегося в «кгм» (килограмм на метр) или «Нм» (ньютон на метр), многие электротехнические пособия предлагают специальные формулы, учитывающие кроме основного действия вращающегося магнитного поля ряд всевозможных факторов, например:

• напряжения сети;
• величину индуктивного и активного сопротивления;
• зависимость от увеличения скольжения.

Но, рост скольжения не всегда приносит высокий момент. Зачастую, при достижении критических значений, наблюдается его резкое снижение. Такое явление обозначается как опрокидывающий момент. Одним из устройств, стабилизирующих скорость вращения ротора, а значит и величину момента кручения является частотный преобразователь, применение которого сейчас очень распространено во всех сферах, где от контроля работы двигателя зависит и успешность выполнения множественных производственных задач.

Выбираем электродвигатель по крутящему моменту

Для выбора, требуемого к выполнению тех или иных задач электродвигателя, берут в учёт практически все его характеристики, начиная от показателей мощности и заканчивая массогабаритными параметрами. Каждый из элементов по-своему важен в решении нюансов. Не меньшее значение припадает и на крутящий момент. Благодаря тому, что момент кручения напрямую связан с оборотами в соотношении: чем больше сами обороты, тем меньше будет момент, выбор электродвигателя будет исходить из следующих нюансов:

• из скоростных требований. В этом случае, более полезным будет выбор двигателя по малому моменту для работающих со слабыми усилиями и на большой скорости, и со средними либо высокими показателями моментов пуска для работающих в усиленных режимах. На малых скоростях;
• по пусковым напряжениям. Здесь учитывается первичное усилие, например, для управления лифтом следует подбирать двигатели высокого пускового момента, способного поднимать большие грузы со старта. Хотя, многие статьи про электродвигатели рекомендуют так же применять устройства плавного пуска, умеющие обезопасить от нежелательных перегрузов.

Стоит помнить, что выбор осуществляется не по одному из показателей, даже при ориентировании относительно крутящего момента, ведь каждый из показателей ориентируется по рабочей предрасположенности электротехнического приводного устройства и его рабочих нагрузок в статистических и динамических эксплуатационных условиях, задаваемых самим предприятием.

Электродвигатели

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Крутящий момент электродвигателя

В соответствии с данными паспорта можно определить вращающий момент на валу электродвигателя и максимальное усилие, которое развивается на шкиве. Крутящий момент электродвигателя определяется с помощью нескольких параметров: величины магнитного потока, углового сдвига ЭДС и тока в роторе. Причем каждая величина зависит от момента скольжения и частоты с проводимым напряжением.  

Крутящий момент вращения электродвигателя

• Непосредственно крутящий момент вращения электродвигателя можно определить по отношению электромагнитной мощности к угловой скорости ротора. Величина момента вращения прямо пропорциональна квадрату напряжения и при этом обратно пропорциональна квадрату частоты. 

• Начальным значением крутящего момента электродвигателя считается тот момент, когда электродвигатель остается неподвижным. Минимальное значение – от развития скорости неподвижного момента до номинальной. При проведении расчетов максимальное значение крутящего момента определяется при самой высокой скорости, развиваемой валом электродвигателя. 

• Для конкретных расчетов используются соответствующие формулы. Но при покупке электродвигателя расчеты производить нет необходимости, так как они уже произведены заводом-изготовителем и все параметры указаны в техническом паспорте к электродвигателю.

Определение направления вращения вала электродвигателя

Любой асинхронный электрический двигатель может вращаться по часовой стрелке и против нее. Данные параметры зависят от направления магнитного поля, создаваемого вокруг статора.

Если направление вращения вала электродвигателя не указано и опытное наблюдение невозможно, следует внимательно изучить маркировку на корпусе и схемы соединений, поставляемые производителем.  

Следует отметить, монтаж любого электродвигателя должны проводить специалисты с соответствующим опытом и знаниями. Только тогда производитель гарантирует длительную и безопасную работы электромотора.

Направление вращения электродвигателя вы сможете узнать во время проведения монтажа или при периодическом техническом обслуживании, которое рекомендуется проводить систематически.

Покупая электродвигатель, продавец-консультант компании «РДЭ» даст подробную информацию по поводу всех интересующих Вас вопросов и поможет подобрать тот электродвигатель, который будет полностью соответствовать всем заявленным требованиям.

 

Просмотров: 4453

Дата: Воскресенье, 15 Декабрь 2013

Мощность и вращающий момент электродвигателя. Что это такое?

• АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
• СДПМП — синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов
• СДПМВ — синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами

• СРД-ПМ — синхронный реактивный двигатель с постоянными магнитами (синхронный гибридный двигатель)
• СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

В соответствии с выше приведенными показателями гибридный синхронный электродвигатель, а именно синхронный реактивный электродвигатель со встроенными постоянными магнитами, является наиболее подходящим для применения в качестве тягового электродвигателя в автомобилестроении (выбор проводился для концепта автомобилей BMW i3 & BMW i8). Использование реактивного момента обеспечивает высокую мощность в верхнем диапазоне скоростей. Более того такой двигатель обеспечивает очень высокую эффективность (КПД) в широком рабочем диапазоне [7].

Области применения электродвигателей

Электродвигатели являются крупнейшими потребителями электроэнергии в мире, на них приходится около 45% от всей потребляемой электроэнергии [6].

В двигателях постоянного тока вращающий момент определяется выражением М ≡ ФI_я, т.е. он пропорционален потоку и току якоря. В асинхронном двигателе момент создается вращающимся потоком Ф и током ротора I₂. Он может быть выражен

Следовательно, момент пропорционален потоку и активной слагающей тока ротора I₂ cos Ψ₂, так как только активная слагающая тока определяет мощность, а значит и момент.

На рис. 10-20 представлена схема включения короткозамкнутого двигателя. Если пустить двигатель, включив рубильник 1, то в первый момент пуска, когда п₂= 0, a s = 1, наведенная в роторе 2 э. д. с. Е₂ и пусковой ток I_2п максимальны. Однако, пусковой момент М_п не будет максимальным, а в 2—2,5 раза меньше максимального. Векторная диаграмма для цепи ротора (рис. 10-21), построенная подобно изображенной на рис. 9-9, показывает причину этого.

Рис 10-20. Схема включения короткозамкнутого асинхронного двигателя.

Обычно в роторе х₂во много раз больше r₂ и угол Ψ₂, на который ток I_2п отстает от э. д. с. Е₂ велик. Поэтому активная слагающая тока I_2п cos Ψ₂, а значит и пусковой момент М_п малы. В современных асинхронных двигателях М_п/М_п = 1 — 1,5, хотя I_2п/ I_н≈ 4,5—6,5.

Это же явление по другому объясняется на рис. 10-19 и 10-22.

Рис. 10-21. Векторная диаграмма в цепи ротора.

При описании принципа работы двигателя (рис. 10-19) было предположено, что ток I₂ совпадает по фазе с э. д. с. Е₂, т. е. что он активный ( Ψ₂ = 0). На рис. 10-22 представлен момент пуска, когда направление э. д. с. в проводах ротора соответствует обозначенному на рис. 10-19, а ток показан отстающим от э. д. с. на угол Ψ₂. Тогда шесть проводов ротора (три под полюсом N и три под полюсом S) создают усилия, действующие в направлении вращения потока, а два провода вызывают противодействующие усилия. В результате этого вращающий момент будет тем меньше, чем больше сдвиг фаз между током I₂ и э. д. с. E₂.

Рис. 10-22. Ток в роторе двигателя в момент пуска.

По мере увеличения скорости вращения ротора реактивное сопротивление обмотки ротора x₂s = x₂s уменьшается, а вместе с этим уменьшается угол Ψ₂, так как сопротивление r₂≈ const. Наступает такое положение (рис 10-21), когда при некотором скольжении s_м ≈ 0,1—0,15 реактивное сопротивление x₂s становится равным активному r₂, угол Ψ — 45° и э. д. с. E_2s уравновешивает два равных падения напряжения I ₂r₂ и I₂x_2s.В это время активная слагающая тока I₂ cos Ψ₂ и вращающий момент М _м становятся максимальными, несмотря на некоторое уменьшение тока I₂.

Обычно М_м/М_м = 1,8—2,5 и называется способностью к перегрузкe.

При дальнейшем разгоне ротора x_2s становится значительно меньшим, чем r₂, им можно пренебречь и считать ток ротора активным (I₂ ≈ I₂ cos Ψ ₂). Так как E_2s= E₂s тоже продолжает уменьшаться, то вместе с током I₂ уменьшается и вращающий момент.

Максимальная скоростьn вращения будет при холостом ходе двигателя и тогда n ₂ ≈ n ₁ , a s ≈ 0. Зависимость вращающего момента от скольжения М = f (s) представлена на рис. 10-23.

Рис. 10-23. Зависимость вращающего момента двигателя от скольжения.

Нормальная работа двигателя возможна только на участке кривой при скольжениях s от нуля до s_м, так как в этом случае при увеличении тормозного момента и значит s вращающий момент возрастает. На участке от s = s_м до s = 1 работа двигателя неустойчива. Номинальный момент М_н соответствует обычно номинальному скольжению s_н = 1—6%.

Поток Ф пропорционален напряжению U₁, подводимому к трансформатору. Сказанное остается в силе и для асинхронного двигателя. Так как М ≡ ФI₂ cos Ψ ₂, то можно написать, что

Отсюда можно сделать очень важный для асинхронных двигателей вывод

т. е. вращающий момент пропорционален квадрату подведенного к статору напряжения. Таким образом, падение напряжения в сети, например до 0,9 U_1н, вызовет уменьшение момента до 0,9 • 0,9 М_н= 0,81 М_н и нагруженный двига тель может остановиться. Указанным обстоятельством и объясняется, частично, нормирование падения напряжения в распределительных сетях, питающих асинхронные двигатели.

В практике потребителя часто интересует механическая характеристика двигателя

Рис. 10-24. Механическая характеристика двигателя.

Эта характеристика получается простым перестроением рис, 10-23 и показана на рис. 10-24, где рабочая часть обозначена сплошной линией. Кривая 1 для двига телей нормального исполнения показывает, что асинхронный двигатель обладает жесткой характеристикой скорости, подобно двигателю постоянного тока параллельного возбуждения. Асинхронный двигатель с фазным ротором для регулирования скорости вращения, например для крановых и подъемных устройств, имеет более мягкую характеристику (кривая 2).

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Трехфазный ток I₁протекая в трехфазной обмотке статора, создает н. F₁, вращающуюся со скоростью п₁ = (f₁ •60)/p (рис. 10-4, 10-5). Трехфазный ток ротора I₂ создает в трехфазной обмотке ротора н. с. F₂ вращающуюся вокруг ротора со скоростью п₃ = (f₁ •60)/p . Сам ротор вращается в сто-

рону н. с. со скоростью n₂. Тогда скорость вращения н. с F₂ относительно статора равна:

Таким образом, обе н. с. F₁ и F₂ вращаются с одной скоростью n₁, друг относительно друга неподвижны и создают сообща вращающийся магнитный поток Ф. Следовательно, все приведенное на рис. 9-8 и 9-9 справедливо и для асинхронного двигателя.

Следует отметить, что благодаря воздушному зазору между ротором и статором ток холостого хода (рис. 9-7) двигателя очень велик (20—40)% I_1Н. Поэтому для улучшения cos φ₁ сети двигатель необходимо нагружать полностью.

Статья на тему Вращающий момент электродвигателя

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.

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 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.

Конструкция электрического двигателя

Привод включает в себя:

Ротор — единственная подвижная деталь привода, которая вращается вокруг своей оси. Ток, проходя через проводники, образует индукционное возмущение в обмотке. Формируемое магнитное поле взаимодействует с постоянными магнитами статора, что приводит в движение вал. Их рассчитывают по формуле мощности электродвигателя по току, для которой берется КПД и коэффициент мощности, в том числе все динамические характеристики вала.

Подшипники расположены на валу ротора и способствуют его вращению вокруг своей оси. Внешней частью они крепятся к корпусу двигателя. Вал проходит через них и выходит наружу. Поскольку нагрузка выходит за пределы рабочей зоны подшипников, ее называют нависающей.

Статор является неподвижным элементом электромагнитной цепи двигателя. Может включать в себя обмотку или постоянные магниты. Сердечник статора выполнен из тонких металлических пластин, которые называют пакетом якоря. Он призван снижать потери энергии, что часто происходит с твердыми стержнями.

Воздушный зазор — расстояние между ротором и статором. Эффективным является небольшой промежуток, так как он влияет на низкий коэффициент работы электродвигателя. Ток намагничивания растет с увеличением размера зазора. Поэтому его всегда стараются делать минимальным, но до разумных пределов. Слишком маленькое расстояние приводит к трению и ослаблению фиксирующих элементов.

Обмотка состоит из медной проволоки, собранной в одну катушку. Обычно укладывается вокруг мягкого намагниченного сердечника, состоящего из нескольких слоев металла. Возмущение индукционного поля происходит в момент прохождения тока через провода обмотки. В этот момент установка переходит в режим конфигурации с явными и неявными полюсами. В первом случае магнитное поле установки создает обмотка вокруг полюсного наконечника. Во втором случае, в распределенном поле рассредотачивается слотов полюсного наконечника ротора. Двигатель с экранированными полюсами имеет обмотку, которое сдерживает магнитное возмущение.

Коммутатор используют для переключения входного напряжения. Состоит из контактных колец, расположенных на валу и изолированных друг от друга. Ток якоря подается на щетки контактов ротационного коммутатора, который приводит к изменению полярности и заставляет вращаться ротор от полюса к полюсу. При отсутствии напряжения мотор прекращает крутиться. Современные установки оборудованы дополнительными электронным средствами, которые контролируют процесс вращения.

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.

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:

n_пр — количество оборотов, которое совершает магнитное поле в прямом направлении, об/мин;

n_обр — 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.

Виды электродвигателей

По источнику питания приводы разделяют на работающие от:

• Постоянного тока.
• Переменного тока.

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

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:

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.

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.

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.

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

Р_ном — номинальная мощность электрического двигателя, Вт;

н_ном — 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.

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.

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.

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:

P = M × (2pi × n ÷ 60) = M × (n ÷ 9,55), где

Момент инерции

Этот показатель представляет собой скалярную физическую величину, которая отражает меру инертности вращательного движения вокруг собственной оси. При этом масса тела является величиной его инертности при поступательном движении. Основная характеристика параметра выражена распределением масс тела, которая равна сумме произведений квадрата расстояния от оси до базовой точки на массы объекта.В Международной системе единиц измерения он обозначается как кг·м 2 и имеет рассчитывается по формуле:

J = ∑ r 2 × dm, где

J — момент инерции, кг·м 2 ;

m — масса объекта, кг.

Моменты инерции и силы связаны между собой соотношением:

M — J × epsilon, где

epsilon — угловое ускорение, с -2 .

Показатель рассчитывается как:

epsilon = d(omega) × dt.

Таким образом, зная массу и радиус ротора, можно рассчитать параметры производительности механизмов. Формула мощности электродвигателя включает в себя все эти характеристики.

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 t_m всегда больше электромагнитной t_e. 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

M = M_ст + J × (d(omega) ÷ dt), где

Отсюда получаем формулу:

M = J × (d(omega) ÷ dt).

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

M = M_п × (1 — omega ÷ omega₀), где

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;

P_эл — подведенная электрическая мощность. Вт.

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

P_эл = U × I × cos(alpha).

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:

P_эл = 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.

Что следует учитывать при выборе асинхронного электродвигателя

При выборе асинхронных электродвигателей переменного тока часто не учитываются требования к конструкции, которые связаны с их применением в составе того или иного оборудования. Также обычно имеет место подход, основанный на универсальности электродвигателя, и тогда выбор зависит только от его напряжения, мощности и скорости вращения ротора. Тем не менее есть еще целый ряд дополнительных аспектов для рассмотрения, таких как диапазон напряжения питания, сохранение номинальной мощности при изменении скорости вращения и область применения. Все это в итоге сводится к решению следующих вопросов: какова цель применения электродвигателя, как сделать все быстрее и эффективнее?

 

Базовые принципы выбора электродвигателя

Отправными точками для выбора асинхронного двигателя являются напряжение питания обмоток статора, создающего магнитное поле, а также номинальная мощность и скорость вращения ротора, которые соответствуют требованиям конкретного применения. Еще один, не менее важный момент — это необходимый вариант установки двигателя в приводе. Должен ли двигатель иметь крепление на основании, или он будет помещен на фланец на конце привода, или же должен предоставлять обе возможности? Кроме того, необходимо учитывать характеристики окружающей среды, в которой будет эксплуатироваться двигатель. При этом для выбора двигателя необходимо знать, потребуется ли ему работать под дождем и имеется ли вообще риск попадания на него воды, а также оценить уровень загрязнения и наличия пыли. Для эксплуатации в жестких условиях хорошо подходят электродвигатели закрытого типа с вентиляторным охлаждением (англ. totally enclosed fan cooled, TEFC) или электродвигатели закрытого типа без охлаждения (англ. totally enclosed non-vented, TENV). Если среда, в которой будет использоваться двигатель, не загрязнена и он будет эксплуатироваться без риска попадания на него воды, то в этом случае может быть достаточно применения каплезащищенного электродвигателя открытого исполнения (англ. open drip proof, ODP).

 

Выбор инвертора

Благодаря усилиям лоббистов местных энергетических компаний в сочетании с преимуществами, получаемыми при возможности регулирования скорости вращения ротора двигателей, все более распространенными становятся частотно-регулируемые приводы (ЧРП, англ. variable frequency drive, VFD). При их использовании особое внимание следует уделять генерации электромагнитных помех, которая характерна для таких приводов исходя из самой их природы. Для того чтобы электродвигатель мог использоваться с ЧРП, необходимо учитывать несколько технических особенностей, которым должен удовлетворять подходящий по остальным характеристикам электродвигатель. Среди них можно выделить две главные:

Максимально допустимое напряжение изоляции обмоточных проводов статора электродвигателя.

Электрическая прочность изоляции провода, из которого выполнена обмотка статора асинхронного электродвигателя, находится в пределах 1000–1600 В, но, как правило, в документации указывается значение прочности изоляции, равное 1200 В. Однако чем больше воздушный зазор между приводом и двигателем, тем, естественно, бо́льшим скачкам переходного напряжения, воздействующим на двигатель, он может противостоять. Электродвигатель, в котором для обмотки статора используется провод с электрической прочностью изоляции провода, равной 1600 В, может иметь ссылку на стандарт Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA, США) NEMA MG-1 2003, раздел 4, параграф 31, в котором говорится, что двигатель должен выдерживать без повреждений начальное напряжение коронного разряда (англ. corona inception voltage, CIV) уровнем до 1600 В.

Коэффициент сохранения постоянного крутящего момента (CT) двигателя, часто упоминается как «xx: 1 CT».

Этот показатель дает представление о диапазоне регулирования скорости. По нему можно узнать, насколько может быть снижена скорость вращения ротора двигателя, при которой он будет работать с сохранением того же крутящего момента (англ. CT — constant torque, постоянный крутящий момент), что и при номинальной скорости. Ниже этого значения крутящего момента производительность асинхронного электродвигателя снижается.

Например, возьмем электродвигатель мощностью 10 л. с. с начальной скоростью 1800 об/мин. При номинальной скорости (около 1800 об/мин), как указано, он имеет крутящий момент 29 фунтов на фут. Если в спецификации на электродвигатель написано, что коэффициент сохранения номинальной мощности составляет 10:1 CT, это означает, что такой электродвигатель может обеспечить номинальный крутящий момент до скорости 180 об/мин. Если же указано, что электродвигатель имеет коэффициент сохранения номинальной мощности 1000:1 CT, то имеется в виду, что крутящий момент сможет сохранять номинальное значение до скорости 1,8 об/мин.

При этом необходимо учитывать еще один нюанс, который связан с охлаждением электродвигателя. Нужно обязательно уточнить у поставщика, будет ли электродвигатель перегреваться при длительной работе на малых оборотах. Дело в том, что если двигатель охлаждается за счет крыльчатки, закрепленной на его валу, то на малых скоростях вы столкнетесь с низкой скоростью охлаждающего двигатель потока воздуха. Если асинхронный электродвигатель работает на низкой скорости и в течение длительного времени используется с большим крутящим моментом, то он будет выделять много тепла — при таких условиях, возможно, придется остановить свой выбор на двигателе с иным методом охлаждения.

Например, для организации принудительного охлаждения можно применить воздуходувное устройство, имеющее собственный, отдельно управляемый двигатель. Производительность такого устройства не связана с системой управления электропривода. В этом случае воздушный поток, который обдувает мощный электродвигатель, будет постоянным и достаточным для его охлаждения при низкой или даже при нулевой скорости.

 

Связь мощности и крутящего момента

При выборе асинхронного электродвигателя еще одним важным аспектом является номинальная, или основная, скорость двигателя. Обычно используются двухполюсные (3600 об/мин) и четырехполюсные (1800 об/мин) электродвигатели. Однако имеются и коммерчески доступные 6-, 8- и 12-полюсные асинхронные электродвигатели со скоростью вращения ротора 1200, 900
и 600 об/мин соответственно. Номинальная скорость асинхронного электродвигателя напрямую связана с числом полюсов, которые такой двигатель конструктивно содержит (табл.), и определяется по следующей формуле:

Об/мин = (120 × частота) / N (число полюсов)

В качестве примечания необходимо отметить, что, хотя прямой связи здесь нет, но, как правило, с увеличением количества полюсов возрастают и размеры, а также стоимость электропривода.

Кроме того, пользователям электроприводов, в зависимости от области применения данных устройств, может понадобиться обеспечить необходимый крутящий момент путем изменения скорости. В целом по мере увеличения скорости двигателя крутящий момент уменьшается, что также относится к редукторам и цепным приводам. Это соотношение объясняется следующим уравнением:

мощность (л. с.) = (крутящий момент × × номинальная скорость) / 5252

Крутящий момент, в соответствии с заданной целью, может быть достигнут путем выбора электродвигателя с необходимой мощностью и номинальной скоростью и реализован через любую цепную, ременную передачу или редуктор. Такой подход снижает стоимость привода, его габаритные размеры и время, уходящее на замену его подвижных заменяемых частей в ходе выполнения ремонта или технического обслуживания.

Таблица. Связь между числом полюсов, скоростью (об/мин) и крутящим моментом асинхронного электродвигателя

Число полюсов, N	Скорость, об/мин	Крутящий момент, л. с. / фут-фунт
2	3600	1,46
4	1800	2,92
6	1200	4,38
8	900	5,84
10	720	7,29
12	600	8,75

Примечание. Как правило, увеличение числа полюсов приводит к увеличению габаритов, а следовательно, и к повышению стоимости привода на основе асинхронного электродвигателя

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Электродвигатели

— крутящий момент в зависимости от мощности и об / мин

Движущая сила электродвигателя составляет крутящего момента — не лошадиных сил.

Крутящий момент — это крутящая сила, которая заставляет двигатель вращаться, и крутящий момент активен от 0% до 100% рабочей скорости.

Мощность, производимая двигателем, зависит от скорости двигателя и составляет

• ноль при 0% скорости и
• обычно на максимальной скорости при рабочей скорости

Примечание ! — полный крутящий момент с нулевой скорости является большим преимуществом для электромобилей.

Для полного стола — поворот экрана!

900 1,5 126 9017 3 41 25173 210 900 900 900 900 9017 314244 900 9 0173 210 675 9003

Мощность		Скорость двигателя (об / мин)
		3450			2000			1750			1000			500
		Крутящий момент
л. с.	кВт	(фунт f дюйм)	(фунт f фут)	(Нм)	(фунт f дюйм)	(фунт) f фут)	(Нм)	(фунт f дюйм)	(фунт f фут)	(Нм)	(фунт на дюйм)	(фунт на фут)	(Нм)	(фунт на дюйм)	(фунт на фут)	(Нм)
1	0.75	18	1,5	2,1	32	2,6	3,6	36	3,0	4,1	63	5,3	7,1	126173	1,1	27	2,3	3,1	47	3,9	5,3	54	4,5	6,1	95	7. 9	10,7	189	15,8	21,4
2	1,5	37	3,0	4,1	63	5,3				8,1	10,5	14,2	252	21,0	28,5
3	2,2	55	4,6	6,2	95	7.9	10,7	108	9,0	12	189	15,8	21,4	378	31,5	42,7
5						158	13,1	18	180	15	20	315	26,3	36	630	52,5	71
7.5	5,6	137	11	15	236	20	27	270	23	31	473	39				39		9017
10	7,5	183	15	21	315	26	36	360	30	41	630								142
15	11	274	23	31	473	39	53	540	45	61			158	214
20	15	365	30	630	53	71	720	60	81	1260	105	142	2521	210	285
285	38	52	788	66	89	900	75	102	1576	131	178	3151	263	263	263	548	46	62	945	79	107	1080	90	122	1891	158	214	9017	30	731	61	83	1260	105	1441	120	163	2521	210	285	5042	420	570
50	37					131	178	1801	150	204	3151	263	356	6302	525	712
712
	1891	158	214	2161	180	244	3781	315	427	7563	630		4			145	2206	184	249	2521	285	4412	368	499	8823	735	997
80	60	1461	165173		1461	165174	165174	2881	240	326	5042	420	570	10084	840	1140
90	67	1644	1644	321	3241	270	366	5672	473	641	11344	945	1282
100					75173	263	356	3601	300	407	6302	525	712	12605	1050	1425
125	93	2283	190	258	190	258	258	258	509	7878	657	891	15756	1313	1781
150	112	2740	228	310		450	611	9454	788	1069	18907	1576	2137
175	131	31973	131	31973		6302	525	712	1 1029	919	1247	22058	1838	2494
200	149	3654	304	413	7203 720174	413	6302 9017 4 814	12605	1050	1425	25210	2101	2850
225	168	4110	343																		916	14180	1182	1603	28361	2363	3206
250	187	4567											750	1018	15756 90 174	1313	1781	31512	2626	3562
275	205	5024	419	568	86625	17332	1444	1959	34663	2889	3918
300	224	5480	457	62017	1221	18907	1576	2137	37814	3151	4275
350	261	6394	12173	12173	12173	1050	1425	22058	1838	2494	44117	3676	4987
400	298	7307	609	826	14173	25210	2101	2850	50419	4202	5699
450	336	8221	685		929						1832	28361	2363	3206	56722	4727	6412
550	410	10047	837 174	837 174	1651	2239	34663	2889	3918	69326	5777	7837
600	448	10961	913	1239					2443	37814	3151	4275	75629	6302	8549

Мощность двигателя, скорость и крутящий момент Уравнения

Imperial

_{дюйм-фунт} = P _{л. с.} 63025 / n (1)

где

T _{дюйм-фунт} = крутящий момент (фунт _f )

P _л.с. = мощность, выдаваемая электрическим двигатель (л.с.)

n = число оборотов в минуту (об / мин)

Альтернативно

T _{фут-фунт} = P _л.с. 5252 / n (1b)

где

T _{фут-фунт} = крутящий момент 3 фунт _{= крутящий момент 74 фунт}

Крутящий момент в единицах СИ можно рассчитать как

T _Нм = P _W 9.549 / n (2)

где

T _Нм = крутящий момент (Нм)

P _W = мощность (Вт)

n = обороты в минуту (об / мин)

Электродвигатель — зависимость крутящего момента от мощности и скорости

мощность (кВт)

скорость (об / мин)

Электродвигатель — мощность от крутящего момента и скорости

крутящий момент (Нм)

скорость (об / мин)

Электродвигатель — Зависимость скоростиМощность и крутящий момент

мощность (кВт)

крутящий момент (Нм)

Пример — крутящий момент электродвигателя

крутящий момент, передаваемый электродвигателем мощностью 0,75 кВт (750 Вт) при скорости 2000 об / мин можно рассчитать как

T = ( 750 Вт ) 9,549 / (2000 об / мин)

= 3,6 (Нм) Пример

от электродвигателя

Крутящий момент, передаваемый электродвигателем мощностью 100 л. с. при скорости 1000 об / мин можно рассчитать как

T = (100 л.с.) 63025 / (1000 об / мин)

= 6303 (фунт _f дюйм)

Для преобразования в фунт-сила-фут — разделите крутящий момент на 12 .

Крутящий момент в электрических асинхронных двигателях

Крутящий момент — это усилие поворота по радиусу — в единицах Нм, в системе СИ и единицах фунт-футов в британской системе мер.

Крутящий момент, развиваемый асинхронным асинхронным двигателем, изменяется, когда двигатель ускоряется от нуля до максимальной рабочей скорости.

Заблокированный ротор или пусковой момент

Момент заторможенного ротора или Пусковой момент — это крутящий момент, развиваемый электродвигателем при запуске с нулевой скоростью.

Высокий пусковой момент более важен для приложений или машин, которые трудно запускать — например, поршневых поршневых насосов, кранов и т. Д. Более низкий пусковой момент может быть приемлем для центробежных вентиляторов или насосов, где пусковая нагрузка мала или близка к нулю.

Момент срабатывания

Момент срабатывания — это минимальный крутящий момент, развиваемый электродвигателем при его работе от нуля до скорости полной нагрузки (до того, как он достигнет точки крутящего момента срыва).

Когда двигатель запускается и начинает ускоряться, крутящий момент в целом будет уменьшаться, пока не достигнет нижней точки на определенной скорости — тяговый момент — перед тем, как крутящий момент возрастет, пока не достигнет максимального крутящего момента на более высокой скорости — пробивной момент — точка.

Затягивающий момент может иметь решающее значение для приложений, которым требуется питание, чтобы преодолевать временные препятствия для достижения рабочих условий.

Момент разрушения

Момент разрушения — это самый высокий крутящий момент, доступный до того, как крутящий момент уменьшится, когда машина продолжает ускоряться до рабочих условий.

Крутящий момент при полной нагрузке (номинальный) или тормозной момент

Крутящий момент при полной нагрузке — это крутящий момент, необходимый для выработки номинальной мощности электродвигателя при скорости полной нагрузки.

В британских единицах измерения крутящий момент при полной нагрузке может быть выражен как

T = 5252 P _л.с. / n _r (1)

, где

T = полная нагрузка крутящий момент (фунт-фут)

P _л.с. = номинальная мощность

n _r = номинальная частота вращения (об / мин, об / мин)

В метрических единицах номинальный крутящий момент может быть выраженным как

T = 9550 P _кВт / n _r (2)

где

T = номинальный крутящий момент (Нм)

P _кВт = номинальная мощность ( кВт)

n _r = номинальная частота вращения (об / мин)

Пример — электродвигатель и тормозной момент

Крутящий момент 912 98 60 л. с. Двигатель с частотой вращения 1725 об / мин можно рассчитать как:

T _fl = 5252 (60 л.с.) / (1725 об / мин)

= 182.7 фунт-фут

NEMA Design

NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования) классифицировала электродвигатели по четырем различным конструкциям, в которых крутящий момент и инерция пусковой нагрузки являются важными критериями.

Ускоряющий момент

Ускоряющий момент = доступный крутящий момент двигателя — момент нагрузки

Устройства плавного пуска с пониженным напряжением

Устройства плавного пуска с пониженным напряжением используются для ограничения пускового тока, уменьшая крутящий момент заторможенного ротора или пусковой крутящий момент, и широко используются в приложениях, где трудно запускать или с ним нужно обращаться осторожно — как поршневые насосы, краны, лифты и т. д.

Как электромобили развивают мгновенный крутящий момент?

Электромобили известны своей мгновенной передачей крутящего момента, которая приводит к резкому ускорению с места. Как они создают этот моментальный крутящий момент и почему старое доброе внутреннее сгорание не может приблизиться?

Передача крутящего момента — это аспект двигателей, который в последние годы стал одним из главных приоритетов для высокопроизводительных автомобилей.Клиенты хотят получить максимальный крутящий момент как можно быстрее и в течение как можно более длительного времени, что заставляет производителей искать различные способы управления более старой технологией двигателя внутреннего сгорания.

Появление на рынке электромобилей поставило под угрозу репутацию даже самых крутящих двигателей внутреннего сгорания. С такими компаниями, как Tesla со своими смехотворными режимами и даже с BMW i3, превосходящим предыдущий M3 с конвейера, давайте посмотрим, как автомобили нового поколения сумели создать такое огромное преимущество в передаче крутящего момента и почему нам, заправщикам, определенно следует уважать электрический двигатель.

Подача крутящего момента внутреннего сгорания

13 КБ

Вы все знакомы с видом кривой крутящего момента: медленно поднимается вверх, затем достигает пика, а затем снова падает; небольшой холм по сравнению с крутым подъемом кривой мощности.Чтобы представить себе, что происходит на этом графике, нам, вероятно, следует изучить создание крутящего момента двигателем.

Крутящий момент в своей основной форме — это сила вращения, которая рассчитывается как сила (F), умноженная на расстояние (x). В случае поршневого двигателя «F» — это направленная вниз сила, толкающая поршень вертикально и вращающая коленчатый вал после зажигания. «X» — это горизонтальное расстояние между шатунной шейкой и коленчатым валом под углом 270 градусов в рабочем цикле двигателя. Взгляните на схему ниже:

Это означает, что по мере увеличения размера взрыва внутри цилиндров, направленная вниз сила поршня также увеличивается, таким образом увеличивая крутящий момент, создаваемый двигателем.Хотя может показаться логичным, что чем выше частота вращения двигателя, тем выше значение крутящего момента, к сожалению, это не так просто.

Одной из основных переменных, которые заставляют кривую крутящего момента снижаться после своего пика, является сложность нагнетания воздуха в двигатель. Максимальный крутящий момент достигается в точке, где комбинация топлива, воздуха и искры совпадают для создания наибольшей вертикальной силы. Однако по мере увеличения частоты вращения двигателю становится все труднее втягивать необходимый для сгорания воздух, используя вакуум поршня, опускающегося в цилиндр после такта выпуска.Блок управления двигателем запрограммирован для удовлетворения требований к крутящему моменту, заявленных производителем, при этом многие двигатели настроены на формирование как можно более плоской кривой крутящего момента для равномерного распределения по диапазону оборотов.

Существенным недостатком такой передачи крутящего момента является задержка в достижении максимального крутящего момента. Начиная с низких оборотов, частота вращения двигателя должна медленно повышаться до максимального порога крутящего момента, который в большинстве двигателей без наддува довольно высок в диапазоне оборотов. Промежутки крутящего момента по своей сути существуют в карте двигателя внутреннего сгорания, что производители недавно пытались минимизировать с помощью турбонаддува и векторизации крутящего момента.

Передача крутящего момента электромобиля

Можно увидеть, что максимальный крутящий момент возникает мгновенно, а затем снижается.

К счастью, в электродвигателях максимальный крутящий момент достигается с самого начала.Когда через электродвигатель протекает ток, соответствующий электрический заряд заставляет якорь вращаться. Эти вращения во внутреннем магнитном поле вызывают так называемую обратную ЭДС (электродвижущую силу), которая противодействует напряжению питания. Представьте, что противо-ЭДС эквивалентна естественной тормозной силе, как в двигателях внутреннего сгорания.

Таким образом, суммарная сила, приложенная к колесам, представляет собой разницу между напряжением питания и ЭДС. Противо-ЭДС пропорциональна скорости, поэтому чем выше скорость, тем меньше итоговая общая сила.Это объясняет, почему кривая крутящего момента начинает уменьшаться на динамограмме электромобиля, когда электрические двигатели автомобиля выходят за верхние пределы своих пределов производительности.

Чтобы перевернуть это с ног на голову, если скорость очень мала (или равна нулю при старте с места), обратная ЭДС практически отсутствует, что означает, что напряжение питания немедленно приравнивается к выходному крутящему моменту. Таким образом, если вы нажмете дроссельную заслонку, максимальное напряжение будет внезапно приложено, поэтому максимальный крутящий момент будет доступен немедленно.

Хотя Tesla, вероятно, сойдет с конвейера быстрее, обратная ЭДС в электромобиле позволит GTR пройти мимо, когда он полностью наберет скорость.

Сегодня, когда во многих высокопроизводительных автомобилях используется лучшее из обоих миров, дни двигателей внутреннего сгорания еще не закончились. Партнерские отношения, существующие в новейших гиперкарах, таких как Porsche 918, чрезвычайно эффективны, поскольку не только используют электрический крутящий момент на кране, чтобы сойти с конвейера, но и задействуют двигатель внутреннего сгорания для поддержания этого ускорения. Затем электричество снова используется для заполнения крутящего момента, что приводит к созданию пакета, созданного для дикой скорости.

Хотя есть что-то чрезвычайно приятное в том, чтобы поддерживать автомобиль в пределах своего диапазона максимального крутящего момента, кажется, что будущее за электромотором — это безупречная производительность. С электромобилями, способными разгоняться до 100 км / ч менее чем за две секунды, двигатель внутреннего сгорания действительно превзошел.

Как выбрать электродвигатель: двигатели постоянного тока

Ссылки на видео

стенограмма видео

Привет, это Джанетт, а я Джо с Грошоппом.Продолжая серию статей «Как выбрать электродвигатель», мы обсуждаем четыре типа двигателей. Раньше мы рассматривали Universal Motors, теперь мы перейдем к двигателям постоянного тока с постоянными магнитами.

Двигатели постоянного тока

являются одними из самых известных типов двигателей. Они идеально подходят для систем с низким энергопотреблением и тех, кому требуется высокий пусковой крутящий момент, и часто используются в автомобильной и сельскохозяйственной отраслях.

Двигатель постоянного тока состоит из намотанного якоря и коммутатора со щетками, которые взаимодействуют с магнитами в корпусе.Двигатели постоянного тока обычно имеют полностью закрытую конструкцию.

У них прямая кривая скорость-крутящий момент, высокий пусковой крутящий момент и низкие скорости холостого хода. Они могут работать от источника постоянного тока или переменного тока с выпрямителем. Рабочие скорости от 1000 до 5000 об / мин и закрытая конструкция делают двигатели постоянного тока пригодными для использования с редукторами.

Двигатели постоянного тока

имеют второй по величине КПД среди наших четырех типов двигателей — от 60 до 75 процентов. Щетки необходимо регулярно проверять и менять каждые 2000 часов, чтобы продлить срок службы двигателя.

У двигателя постоянного тока есть три основных преимущества. Во-первых, он хорошо работает с коробками передач. Во-вторых, он работает от постоянного тока без управления. Но если требуется регулирование скорости, можно использовать элемент управления, который стоит недорого по сравнению с другими типами управления. В-третьих, большинство двигателей постоянного тока — отличный вариант для приложений с разумной ценой.

Недостатком двигателя постоянного тока является наличие щеток, поскольку они требуют значительного обслуживания и могут создавать некоторый шум. Зубцы могут возникать при скоростях менее 300 об / мин, и существует вероятность значительных потерь мощности при двухполупериодном выпрямленном напряжении.Если вы используете мотор-редуктор, имейте в виду, что высокий пусковой крутящий момент может повредить редуктор.

Теперь мы посмотрим на типичную кривую скорость-крутящий момент двигателя постоянного тока. Вы можете видеть линейную кривую, о которой мы говорили ранее.

Если вы внимательно посмотрите на кривую горячего двигателя, вы увидите интересное явление.

При повышении температуры двигателя увеличивается скорость холостого хода. Это происходит из-за воздействия тепла на магниты. Когда мотор остынет, скорость вернется в норму.Обратите внимание на другой конец кривой, где тормозной момент снижается для «горячего» двигателя.

Здесь мы добавили черную пунктирную кривую эффективности. В идеальных условиях максимальная эффективность двигателя будет близка к рабочему крутящему моменту двигателя.

Оставайтесь с нами, поскольку мы продолжаем нашу серию статей «Как выбрать электродвигатель» с обзором асинхронных двигателей переменного тока. Для получения дополнительной информации о Groschopp или любом из наших двигателей постоянного тока посетите наш веб-сайт www.groschopp.com.

Основные сведения о мотор-редукторах | Примеры из практики

Мы берем все, что обсуждали, и применяем это в трех сценариях.Для большинства применений подойдет любой мотор-редуктор, но обычно лучше всего подходят только один или два типа.

Основные сведения о мотор-редукторах | Подходящие мотор-редукторы — комплексные решения

В этом видео мы обсудим, как выбрать мотор-редуктор в четыре простых шага, выбрав встроенный мотор-редуктор.

Основные сведения о мотор-редукторах | Подходящие мотор-редукторы — выбор двигателя

В этом видео продолжается обсуждение выбора мотор-редуктора путем соединения отдельных компонентов.Теперь посмотрим, как выбрать двигатель в зависимости от редуктора, выбранного для приложения.

Основные сведения о мотор-редукторах | Подходящие мотор-редукторы — выбор редуктора

В этом видео мы начинаем наше глубокое погружение в выбор мотор-редуктора. Существует два метода соединения двигателей и редукторов для создания оптимального мотор-редуктора. Здесь мы начнем с первого метода, посмотрев на выбор коробки передач.

Основные сведения о мотор-редукторах | Параметры приложения

В этом видеоролике рассматриваются важные критерии применения, которые необходимо учитывать при выборе мотор-редуктора.

Основные сведения о мотор-редукторах | Редукторы угловые

Редукторы

Right Angle отлично подходят для приложений, где размер и пространство имеют большое значение. С возможностью выхода поворота на угол 90 градусов.

Основные сведения о мотор-редукторах | Планетарные редукторы

Планетарные редукторы

идеально подходят для применений, требующих высокого крутящего момента в небольшом корпусе и выходном валу с соосным выравниванием.Обсудим конструкцию, характеристики, преимущества и недостатки планетарных редукторов.

Основные сведения о мотор-редукторах | Редукторы с параллельным валом

Редукторы с параллельными валами — идеальное решение для продолжительной работы; приложения, требующие низкого крутящего момента; приложения с более высокими температурами окружающей среды; или экономичные приложения.

Основные сведения о мотор-редукторах | Введение в мотор-редукторы

В этом видео мы даем краткий обзор двигателей и объясняем причины использования редукторных двигателей — почему использование редуктора (коробки передач) с двигателем позволяет использовать двигатель меньшего размера и увеличить крутящий момент и / или скорость.

Технический совет: устранение неисправностей двигателя при перегреве

Даже если двигатель соответствует заявлению на бумаге, вы все равно можете столкнуться с новыми переменными во время тестирования. Вот шесть общих проверок, которые помогут определить, почему ваш двигатель может перегреваться.

Технический совет: планетарные редукторы

В этом видео мы обсуждаем планетарные редукторы. Изучите все тонкости работы этих редукторов, а также их преимущества и недостатки.

Как выбрать электродвигатель: инструменты для проектирования

Завершая эту серию видеороликов, мы поделимся несколькими формулами расчета двигателя и другими инструментами, которые помогут вам в процессе выбора.

Как выбрать электродвигатель: примеры из практики

Мы берем все, что мы обсуждали, и применяем это в трех сценариях с различными уровнями индивидуальных двигателей.Любой двигатель подойдет для большинства приложений, но обычно лучше всего подходят только один или два типа.

Как выбрать электродвигатель: электродвигатели, изготовленные на заказ

В этом видео мы надеемся развеять любые сомнения, которые могут у вас возникнуть по поводу настройки двигателя для вашего приложения. Вам не нужно брать стандартный двигатель и пытаться подогнать его под ваше приложение.

Как выбрать электродвигатель: бесщеточные двигатели постоянного тока

В этом видео мы обсуждаем конструкцию, характеристики, преимущества и недостатки двигателей BLDC.Мы также рассмотрим кривые производительности двигателя BLDC для определения скорости, крутящего момента и эффективности.

Как выбрать электродвигатель: двигатели переменного тока

В этом видео мы обсуждаем конструкцию, характеристики, преимущества и недостатки асинхронных двигателей. Мы также рассмотрим кривые рабочих характеристик двигателя переменного тока для определения скорости, крутящего момента и эффективности.

Как выбрать электродвигатель: двигатели постоянного тока

В этом видео мы обсуждаем конструкцию, характеристики, преимущества и недостатки двигателей постоянного тока.Мы также рассмотрим кривые производительности двигателя постоянного тока для определения скорости, крутящего момента и эффективности.

Как выбрать электродвигатель: Universal Motors

В этом видео мы обсуждаем конструкцию, характеристики, преимущества и недостатки Universal Motors. Мы также рассмотрим кривые производительности универсального двигателя для определения скорости, крутящего момента и эффективности.

Как выбрать электродвигатель: критерии применения (часть 2)

Это вторая часть нашего обсуждения критериев подачи заявок.Это кажется очевидным, но мы хотели бы напомнить нашим клиентам, что всегда следует учитывать максимальный размер и вес двигателя, которые позволяет их применение, и знать, какой срок службы двигателя потребуется.

Как выбрать электродвигатель: критерии применения (часть 1)

В этом (и следующем) видео рассматриваются важные критерии приложения. Сначала мы сосредоточимся на ограничениях приложения, которые необходимо учитывать в процессе проектирования.

Как выбрать электродвигатель: введение и основы

Выбор подходящего двигателя может быть сложным процессом. В этом первом видео мы познакомим вас с основными концепциями электродвигателей.

Как переключать напряжение между 12В и 24В-48В на бесщеточном контроллере Groschopp

В этом видео показано короткое пошаговое руководство по переключению выходного напряжения на бесщеточном контроллере Groschopp.

Как установить предел тока на бесщеточном контроллере Groschopp

В этом коротком видео показано, как установить текущий предел для бесщеточного элемента управления Groschopp.

Как установить усиление на бесщеточном регуляторе Groschopp

Посмотрите это видео, чтобы узнать об усилении и о том, как установить его на бесщеточном регуляторе Groschopp.

Groschopp Tech Tips: Инструмент для поиска двигателей

В этом обучающем видео показано, как использовать инструмент поиска двигателя Groschopp для поиска идеального двигателя.

Технические советы: Основы бесщеточного управления

Посмотрев это видео, вы изучите основы всех бесщеточных средств управления Groschopp, их типы корпусов, а также варианты низкого и высокого напряжения.

Технические советы: масло против смазки

В этом видео мы объясним 7 факторов, которые следует учитывать при выборе масла и смазки, чтобы определить, какой тип смазки лучше всего подходит для вашего мотор-редуктора.

Планетарные мотор-редукторы постоянного тока с прямым углом

Groschopp предлагает линейку планетарных прямоугольных мотор-редукторов постоянного тока, которые обладают преимуществами стандартных прямоугольных мотор-редукторов без снижения эффективности.

Groschopp представляет индивидуальные настройки и 3D-модели

Groschopp упрощает выбор подходящего двигателя или мотор-редуктора за счет включения 3D-моделей на каждую страницу продукта, а также на страницы настройки.

Технические советы: Основы бесщеточного двигателя постоянного тока

В этом видео с техническими советами объясняются основы бесщеточных двигателей постоянного тока: как они сконструированы и как работают.

Технические советы: задний ход и торможение

В этих технических советах обсуждаются преимущества заднего привода и тормозов, а также типы приложений, для которых они лучше всего подходят.

Технические советы: рабочий цикл

В этом видео мы дадим вам краткое руководство по важности рабочего цикла для оптимальной работы двигателей с малой мощностью и мотор-редукторов.

Технические советы: тяжелые условия эксплуатации двигателя

Как двигатели с дробной мощностью рассчитаны на работу в жестких моторных средах. Понимание рейтингов IP и жестких требований к работе важно для точной передачи требований приложения.

Технические советы: Основы работы с двигателями переменного тока

Понимание характеристик двигателей переменного тока позволяет инженерам выбрать двигатель, наиболее подходящий для их применения.

Преимущество Groschopp

Что делает Groschopp особенной компанией для наших клиентов? Все сводится к людям, которые составляют компанию. Узнайте, как они составляют основу Groschopp Advantage.

История Groschopp, Inc.

Богатая история Groschopp, Inc. начинается в 1930 году с компании Wincharger. Как мы добрались от Винчарджера до Грошоппа? Смотрите и узнайте.

Технические советы: как проверить наличие повреждений якоря

Вот три быстрые проверки, которые вы можете выполнить с помощью вольт / омметра, чтобы проверить обмотку якоря двигателя постоянного тока, чтобы определить, правильно ли работает якорь двигателя.

Новый бесщеточный двигатель постоянного тока

Представляем надежную комбинацию безщеточного двигателя постоянного тока и коробки передач. Новый бесщеточный двигатель не требует обслуживания, отличается высокой надежностью и сроком службы более 20 000 часов.

Выберите мотор-редуктор — 4 ступени

Это видео-руководство охватывает основы выбора мотор-редуктора в четыре простых шага: включая скорость, крутящий момент и требования к применению.

Производство чудес

Ознакомьтесь с производственными возможностями Groschopp, обеспечением качества и инженерными возможностями, а также взгляните изнутри на производственные мощности и инженерную лабораторию Groschopp, расположенные в Sioux Center, Iowa.

Учебное пособие по электродвигателям постоянного тока

— Расчеты электродвигателей постоянного тока без сердечника с щетками

Расчет двигателей для двигателей постоянного тока без сердечника с щеткой

При выборе бесщеточного двигателя постоянного тока без сердечника для приложения или при разработке прототипа с приводом необходимо учитывать несколько основных принципов физики двигателя, которые необходимо учитывать для создания надежной, хорошо функционирующей и достаточно мощной прецизионной приводной системы. В этом документе мы представили некоторые важные методы, формулы и детали расчетов для определения выходной мощности двигателя без сердечника, кривую скорость-крутящий момент двигателя, графики тока и эффективности, а также теоретические расчеты в холодном состоянии, которые оценивают характеристики двигателя.

Двигатели постоянного тока

являются преобразователями, поскольку они преобразуют электрическую энергию ( P _в ) в механическую энергию ( P _из ). Частное обоих членов соответствует КПД двигателя. Потери на трение и потери в меди приводят к общей потере мощности ( P _потери ) в Джоулях / сек (потери в железе в двигателях постоянного тока без сердечника пренебрежимо малы). Есть дополнительные потери из-за нагрева, но мы обсудим их ниже:

В физике мощность определяется как скорость выполнения работы.Стандартная метрическая единица измерения мощности — «ватт» Вт. Как рассчитывается мощность? Для линейного движения мощность — это произведение силы и расстояния в единицу времени P = F · (d / t) . Поскольку скорость — это расстояние во времени, уравнение принимает следующий вид: P = F · s . В случае вращательного движения аналогичный расчет мощности представляет собой произведение крутящего момента и углового расстояния в единицу времени или просто произведение крутящего момента и угловой скорости.

Где:

P = Мощность, Вт
M = Крутящий момент в Нм
F = Сила, Н
d = Расстояние в м
t = Время в с
ω _рад = угловая скорость в рад / с

Символ, используемый для крутящего момента, обычно представляет собой строчную греческую букву «τ» (тау) или иногда просто букву «T» .Однако, когда он называется «Момент силы», его обычно обозначают буквой «М» .

В европейской номенклатуре

часто используется строчная буква « n » для обозначения скорости вокруг оси. Обычно « n » выражается в единицах оборотов в минуту или об / мин.

При расчете механической мощности важно учитывать единицы измерения. При вычислении мощности, если « n » (скорость) находится в мин. ^-1 , тогда вы должны преобразовать его в угловую скорость в единицах рад / с .Это достигается путем умножения скорости на коэффициент преобразования 2π / 60 . Кроме того, если « M » (крутящий момент) находится в мНм , то мы должны умножить это на 10 ^-3 (разделить на 1 000), чтобы преобразовать единицы в Нм для целей расчета.

Где:

n = скорость в мин. ^-1
M = крутящий момент в мНм

Предположим, что необходимо определить мощность, которую конкретный двигатель 2668W024CR должен выдавать при работе в холодном состоянии с крутящим моментом 68 мНм при скорости 7 370 мин. ^–1 .Произведение крутящего момента, скорости и соответствующего коэффициента преобразования показано ниже.

Расчет начальной требуемой мощности часто используется в качестве предварительного шага при выборе двигателя или мотор-редуктора. Если механическая выходная мощность, необходимая для данного приложения, известна, то можно проверить максимальную или продолжительную номинальную мощность для различных двигателей, чтобы определить, какие двигатели являются возможными кандидатами для использования в данном приложении.

Ниже приведен метод определения параметров двигателя на примере двигателя постоянного тока без сердечника 2668W024CR.Сначала мы объясним более эмпирический подход, а затем проведем теоретический расчет.

Одним из широко используемых методов графического построения характеристик двигателя является использование кривых крутящий момент-скорость. Хотя кривые крутящий момент-скорость гораздо чаще используются в технической литературе для более крупных машин постоянного тока, чем для небольших устройств без сердечника, этот метод применим в любом случае.

Обычно кривые крутящий момент-скорость генерируются путем построения графика скорости двигателя, тока двигателя, механической выходной мощности и эффективности как функций крутящего момента двигателя.Следующее обсуждение будет описывать построение набора кривых крутящего момента-скорости для типичного двигателя постоянного тока на основе серии измерений необработанных данных.

2668W024CR имеет номинальное напряжение 24 В. Если у вас есть несколько основных частей лабораторного оборудования, вы можете измерить кривые крутящий момент-скорость для бессердечного двигателя постоянного тока серии 2668 CR в заданной рабочей точке.

Шаг 1. Измерьте основные параметры

Многие параметры можно получить напрямую с помощью контроллера движения, например, одного из контроллеров движения FAULHABER MC3.Большинство производителей контроллеров предлагают программное обеспечение, такое как FAULHABER Motion Manager, которое включает функцию записи трассировки, которая отображает напряжение, ток, положение, скорость и т. Д. Они также могут предоставить точный снимок работы двигателя с мельчайшими подробностями. Например, семейство контроллеров движения MC3 (MC 5004, MC 5005 и MC 5010) может измерять множество параметров движения. Это, вероятно, самый быстрый метод получения данных для построения кривой крутящего момента-скорости, но это не единственный метод.

Если контроллер с функцией записи трассировки недоступен, мы также можем использовать некоторое базовое лабораторное оборудование для определения характеристик двигателя в условиях остановки, номинальной нагрузки и холостого хода. Используя источник питания, установленный на 24 В, запустите 2668W024CR без нагрузки и измерьте скорость вращения с помощью бесконтактного тахометра (например, стробоскопа). Кроме того, измерьте ток двигателя в этом состоянии без нагрузки. Токовый пробник идеально подходит для этого измерения, поскольку он не добавляет сопротивления последовательно с работающим двигателем.Используя регулируемую крутящую нагрузку, такую ​​как тормоз для мелких частиц или регулируемый гистерезисный динамометр, нагрузка может быть связана с валом двигателя.

Теперь увеличьте крутящий момент на двигателе точно до точки. где происходит срыв. При остановке измерьте крутящий момент от тормоз и ток двигателя. Ради этого обсуждение, предположим, что муфта не добавляет нагрузки к двигатель и что нагрузка от тормоза не включать неизвестные фрикционные компоненты. Это также полезно на этом этапе для измерения оконечного сопротивления мотор.Измерьте сопротивление, соприкоснувшись с двигателем. клеммы с омметром. Затем раскрутите вал двигателя и сделайте еще одно измерение. Измерения должны быть очень близки по стоимости. Продолжайте вращать вал и сделайте не менее трех измерений. Это обеспечит что измерения не проводились в точке минимальный контакт на коммутаторе.

Теперь мы измерили:

n ₀ = скорость холостого хода
I ₀ = ток холостого хода
M _H = крутящий момент при остановке
R = оконечное сопротивление

Шаг 2: Постройте график зависимости тока отКрутящий момент и скорость в зависимости от крутящего момента

Вы можете подготовить график с крутящим моментом двигателя по абсциссе (горизонтальная ось), скоростью по левой ординате (вертикальная ось) и током по правой ординате. Масштабируйте оси на основе измерений, которые вы сделали на первом шаге. Проведите прямую линию от левого начала графика (нулевой крутящий момент и нулевой ток) до тока останова на правой ординате (крутящий момент при останове и ток останова). Эта линия представляет собой график зависимости тока двигателя от крутящего момента двигателя.Наклон этой линии представляет собой постоянную тока k _I , которая является константой пропорциональности для отношения между током двигателя и крутящим моментом двигателя (в единицах тока на единицу крутящего момента или А / мНм). Обратной величиной этому наклону является постоянная крутящего момента k _M (в единицах крутящего момента на единицу тока или мНм / А).

Где:
k _I = постоянная тока
k _M = постоянная момента

В целях данного обсуждения предполагается, что двигатель не имеет внутреннего трения. На практике момент трения двигателя M _R определяется умножением постоянной крутящего момента k _M двигателя на измеренный ток холостого хода I ₀ . Линия зависимости крутящего момента от скорости и линия зависимости крутящего момента от тока затем начинаются не с левой вертикальной оси, а со смещением по горизонтальной оси, равным расчетному моменту трения.

Где:
M _R = Момент трения

Шаг 3: Построение графика Power vs.Крутящий момент и эффективность в зависимости от крутящего момента

В большинстве случаев можно добавить две дополнительные вертикальные оси для построения графика зависимости мощности и эффективности от крутящего момента. Вторая вертикальная ось обычно используется для оценки эффективности, а третья вертикальная ось может использоваться для мощности. Для упрощения этого обсуждения эффективность в зависимости от крутящего момента и мощность в зависимости от крутящего момента будут построены на том же графике, что и графики зависимости скорости от крутящего момента и тока от крутящего момента (пример показан ниже).

Составьте таблицу механической мощности двигателя в различных точках от момента холостого хода до момента остановки.Поскольку выходная механическая мощность — это просто произведение крутящего момента и скорости с поправочным коэффициентом для единиц (см. Раздел о вычислении начальной требуемой мощности), мощность может быть рассчитана с использованием ранее построенной линии для зависимости скорости от крутящего момента.

Примерная таблица расчетов для двигателя 2668W024CR приведена в таблице 1. Затем на график наносится каждая расчетная точка мощности. Результирующая функция представляет собой параболическую кривую, показанную ниже на Графике 1. Максимальная механическая мощность достигается примерно при половине крутящего момента сваливания.Скорость в этот момент составляет примерно половину скорости холостого хода.

Создайте таблицу в электронной таблице КПД двигателя в различных точках от скорости холостого хода до крутящего момента при остановке. Приведено напряжение, приложенное к двигателю, и нанесен график силы тока при различных уровнях крутящего момента. Произведение тока двигателя и приложенного напряжения является мощностью, потребляемой двигателем. В каждой точке, выбранной для расчета, КПД двигателя η представляет собой выходную механическую мощность, деленную на потребляемую электрическую мощность.И снова примерная таблица для двигателя 2668W024CR показана в Таблице 1, а примерная кривая — на Графике 1. Максимальный КПД достигается примерно при 10% крутящего момента двигателя при остановке.

Определения сюжета

• Синий = скорость в зависимости от крутящего момента ( n против M )
• Красный = ток в зависимости от крутящего момента ( I против M )
• Зеленый = эффективность в зависимости от крутящего момента ( η против крутящего момента) . M )
• Коричневый = мощность в зависимости от крутящего момента ( P vs. М )

Характеристики двигателя

Примечание. Пунктирные линии представляют значения, которые могут быть получены для холодного двигателя (без повышения температуры), однако сплошные линии учитывают влияние магнита и змеевик подогрева на теплом моторе (об этом позже). Обратите внимание, как все четыре сплошных графика изменяются в результате увеличения сопротивления в медных обмотках и ослабления. выходной крутящий момент из-за нагрева. Таким образом, ваши результаты могут немного отличаться в зависимости от того, холодный или теплый ваш двигатель, когда вы строите графики.

Теоретический расчет параметров двигателя

Еще одним полезным параметром при выборе двигателя является постоянная двигателя. Правильное использование этой добротности существенно сократит итерационный процесс выбора двигателя постоянного тока. Он просто измеряет внутреннюю способность преобразователя преобразовывать электрическую энергию в механическую.

Максимальный КПД достигается примерно при 10% крутящего момента двигателя. Знаменатель известен как потеря резистивной мощности. С помощью некоторых алгебраических манипуляций уравнение можно упростить до:

Имейте в виду, что k _m (постоянная двигателя) не следует путать с k _M (постоянная крутящего момента).Обратите внимание, что индекс константы двигателя — это строчная буква « м », в то время как индекс постоянной крутящего момента использует заглавную букву « M ».

Для щеточного или бесщеточного двигателя постоянного тока относительно небольшого размера отношения, которые определяют поведение двигателя в различных обстоятельствах, могут быть выведены из законов физики и характеристик самих двигателей. Правило Кирхгофа по напряжению гласит: «Сумма возрастаний потенциала в контуре цепи должна равняться сумме уменьшений потенциала.При применении к двигателю постоянного тока, последовательно соединенному с источником питания постоянного тока, правило Кирхгофа может быть выражено следующим образом: «Номинальное напряжение питания от источника питания должно быть равно по величине сумме падений напряжения на сопротивлении обмоток. и обратная ЭДС, генерируемая двигателем ».

Где:

U = Электропитание в В
I = Ток в А
R = Терминальное сопротивление в Ом
U _{E = Противо-ЭДС в В}

Обратная ЭДС, создаваемая двигателем, прямо пропорциональна угловой скорости двигателя.Константа пропорциональности — это постоянная обратной ЭДС двигателя.

Где:

ω = Угловая скорость двигателя
k _E = Постоянная обратной ЭДС двигателя

Следовательно, путем подстановки:

Постоянная обратной ЭДС двигателя обычно указывается производителем двигателя в В / об / мин или мВ / об / мин. Чтобы получить значимое значение для обратной ЭДС, необходимо указать скорость двигателя в единицах, совместимых с указанной постоянной обратной ЭДС.

«Сумма возрастаний потенциала в контуре цепи должна равняться сумме уменьшений потенциала».
(Правило напряжения Кирхгофа)

Постоянная двигателя зависит от конструкции катушки, силы и направления магнитных линий в воздушном зазоре. Хотя можно показать, что три обычно заданные постоянные двигателя (постоянная противо-ЭДС, постоянная крутящего момента и постоянная скорости) равны, если используются надлежащие единицы, расчет облегчается указанием трех констант в общепринятых единицах.

Крутящий момент, создаваемый ротором, прямо пропорционален току в обмотках якоря. Константа пропорциональности — это постоянная крутящего момента двигателя.

Где:

M _м = крутящий момент, развиваемый на двигателе
k _M = постоянная крутящего момента двигателя

Подставляя это соотношение для получения текущего ресурса:

Крутящий момент, развиваемый на роторе, равен моменту трения двигателя плюс момент нагрузки (из-за внешней механической нагрузки):

Где:

M _R = момент трения двигателя
M _L = момент нагрузки

Предполагая, что на клеммы двигателя подается постоянное напряжение, скорость двигателя будет прямо пропорциональна сумме момента трения и момента нагрузки. Константа пропорциональности — это наклон кривой крутящий момент-скорость. Моторные характеристики лучше, когда это значение меньше. Чем круче спад наклона, тем хуже производительность, которую можно ожидать от данного двигателя без сердечника. Это соотношение можно рассчитать по:

Где:

Δn = Изменение скорости
ΔM = Изменение крутящего момента
M _H = Тормозной момент
n ₀ = Скорость холостого хода

Альтернативный подход к получению этого значение — найти скорость, n :

Используя исчисление, мы дифференцируем обе стороны относительно M , что дает:

Хотя мы не показываем здесь отрицательный знак, это подразумевается что результат приведет к уменьшению (отрицательному) склон.

Пример теоретического расчета двигателя

Давайте немного углубимся в теоретические расчеты. Двигатель постоянного тока без сердечника 2668W024CR должен работать при напряжении 24 В на клеммах двигателя и крутящем моменте 68 мНм. Найдите результирующую константу двигателя, скорость двигателя, ток двигателя, КПД двигателя и выходную мощность. Из таблицы данных двигателя видно, что скорость холостого хода двигателя при 24 В составляет 7 800 мин ^-1 .Если крутящий момент не связан с валом двигателя, двигатель будет работать с этой скоростью.

Во-первых, давайте получим общее представление о характеристиках двигателя, вычислив постоянную двигателя k _m . В этом случае мы получаем константу 28,48 мНм / кв.рт. (Вт).

Скорость двигателя под нагрузкой — это просто скорость без нагрузки за вычетом снижения скорости из-за нагрузки. Константа пропорциональности для отношения между скоростью двигателя и крутящим моментом двигателя представляет собой крутизну зависимости крутящего момента отКривая скорости, заданная делением скорости холостого хода двигателя на крутящий момент при останове. В этом примере мы рассчитаем снижение скорости (без учета температурных эффектов), вызванное нагрузкой крутящего момента 68 мНм, исключив единицы мНм:

Теперь через замену:

Тогда скорость двигателя под нагрузкой должна быть приблизительно:

Ток двигателя под нагрузкой — это сумма тока холостого хода и тока, возникающего в результате нагрузки.

Константа пропорциональности тока и крутящего момента нагрузки — это постоянная крутящего момента ( k _{M )} . Это значение составляет 28,9 мНм / А. Взяв обратную величину, мы получаем постоянную тока k _I , которая может помочь нам рассчитать ток при нагрузке. В этом случае нагрузка составляет 68 мНм, а ток, возникающий в результате этой нагрузки (без учета нагрева), приблизительно равен:

.

Полный ток двигателя можно приблизительно определить, суммируя это значение с током холостого хода двигателя.В таблице данных указан ток холостого хода двигателя как 78 мА. После округления общий ток будет примерно:

.

Выходная механическая мощность двигателя — это просто произведение скорости двигателя и крутящего момента с поправочным коэффициентом для единиц (если требуется). Следовательно, выходная мощность двигателя будет примерно:

.

Подводимая к двигателю механическая мощность является произведением приложенного напряжения и общего тока двигателя в амперах. В этом приложении:

Так как КПД η — это просто выходная мощность, деленная на входную мощность, давайте вычислим ее в нашей рабочей точке:

Оценка температуры обмотки двигателя во время работы:

А ток I , протекающий через сопротивление R , приводит к потере мощности в виде тепла I ² · R . В случае двигателя постоянного тока произведение квадрата полного тока двигателя и сопротивления якоря является потерей мощности в виде тепла в обмотках якоря. Например, если общий ток двигателя составлял 0,203 А, а сопротивление якоря 14,5 Ом, потери мощности в виде тепла в обмотках составят:

Тепло, возникающее в результате потерь в катушке I ² · R , рассеивается за счет теплопроводности через компоненты двигателя и потока воздуха в воздушном зазоре. Легкость, с которой это тепло может рассеиваться в двигателе (или любой системе), определяется тепловым сопротивлением.

Термическое сопротивление (которое является обратной величиной теплопроводности) показывает, насколько хорошо материал сопротивляется передаче тепла по заданному пути. Производители двигателей обычно указывают способность двигателя рассеивать тепло, предоставляя значения теплового сопротивления R _th . Например, алюминиевая пластина с большим поперечным сечением будет иметь очень низкое тепловое сопротивление, тогда как значения для воздуха или вакуума будут значительно выше. В случае двигателей постоянного тока существует тепловой путь от обмоток двигателя к корпусу двигателя и второй тепловой канал между корпусом двигателя и окружающей средой двигателя (окружающий воздух и т. Д.)). Некоторые производители двигателей указывают тепловое сопротивление для каждого из двух тепловых путей, в то время как другие указывают только их сумму в качестве общего теплового сопротивления двигателя. Значения термического сопротивления указаны в увеличении температуры на единицу потери мощности. Суммарные потери I ² · R в змеевике (источнике тепла) умножаются на тепловые сопротивления для определения установившейся температуры якоря. Повышение температуры в установившемся режиме двигателя ( T ) определяется по формуле:

Где:

ΔT = Изменение температуры в К
I = Ток через обмотки двигателя в А
R = Сопротивление обмоток двигателя в Ом
R _th2 = Тепловое сопротивление от обмоток к корпусу в к / Вт
R _th3 = Тепловое сопротивление корпуса к окружающей среде в к / Вт

Давайте продолжим наш пример, используя двигатель 2668W024CR, работающий с током 2458 А в обмотках двигателя, с сопротивлением якоря 1, 03 Ом, тепловое сопротивление между обмоткой и корпусом 3 к / Вт, и тепловое сопротивление между корпусом и окружающей средой 8 к / Вт. Повышение температуры обмоток рассчитывается по формуле ниже; мы можем заменить Ploss на I ² · R :

Поскольку шкала Кельвина использует то же приращение единиц, что и шкала Цельсия, мы можем просто подставить значение Кельвина, как если бы оно было значением Цельсия. Если предположить, что температура окружающего воздуха составляет 22 ° C, то конечная температура обмоток двигателя может быть приблизительно равна:

Где:

T _теплый = Температура обмотки

Важно убедиться, что конечная температура обмоток не превышает номинальное значение двигателя, указанное в техническом паспорте.В приведенном выше примере максимально допустимая температура обмотки составляет 125 ° C. Поскольку расчетная температура обмотки составляет всего 90,4 ° C, тепловое повреждение обмоток двигателя не должно быть проблемой в этом приложении.

Можно использовать аналогичные вычисления, чтобы ответить на вопросы другого типа. Например, приложение может потребовать, чтобы двигатель работал с максимальным крутящим моментом, в надежде, что он не будет поврежден из-за перегрева. Предположим, требуется запустить двигатель с максимально возможным крутящим моментом при температуре окружающего воздуха 22 ° C.Дизайнер хочет знать, какой крутящий момент двигатель может безопасно обеспечить без перегрева. Опять же, в техническом описании двигателя постоянного тока без сердечника 2668W024CR указана максимальная температура обмотки 125 ° C. Итак, поскольку температура окружающей среды составляет 22 ° C, максимально допустимое повышение температуры ротора составляет: 125 ° C — 22 ° C = 103 ° C

Теперь мы можем рассчитать увеличение сопротивления катушки из-за рассеивания тепловой мощности:

Где:

α _Cu = Температурный коэффициент меди в единицах K ^-1
(Обратный Кельвин)

Таким образом, из-за нагрева катушки и магнита из-за рассеяния мощности от потерь I ² · R сопротивление катушки увеличилось с 1,03 Ом до 1,44 Ом. Теперь мы можем пересчитать новую постоянную крутящего момента k _M , чтобы увидеть влияние повышения температуры на характеристики двигателя:

Где:

α _M = Температурный коэффициент магнита в единицах K ^-1
(Обратный Кельвин)

Теперь мы пересчитываем новую константу обратной ЭДС k _E и наблюдаем за результатами. Из формулы, полученной нами выше:

Как мы видим, постоянная крутящего момента ослабевает в результате повышения температуры, как и константа обратной ЭДС! Таким образом, сопротивление обмотки двигателя, постоянная крутящего момента и постоянная обратная ЭДС — все это отрицательно сказывается по той простой причине, что они зависят от температуры.

Мы могли бы продолжить вычисление дополнительных параметров в результате более горячей катушки и магнита, но лучшие результаты дает выполнение нескольких итераций, что лучше всего выполняется с помощью программного обеспечения для количественного анализа. По мере того, как температура двигателя продолжает расти, каждый из трех параметров будет изменяться таким образом, что ухудшает характеристики двигателя и увеличивает потери мощности. При непрерывной работе двигатель может даже достичь точки «теплового разгона», что потенциально может привести к невозможности ремонта двигателя.Это может произойти, даже если первоначальные расчеты показали приемлемое повышение температуры (с использованием значений R и k _M при температуре окружающей среды).

Обратите внимание, что максимально допустимый ток через обмотки двигателя может быть увеличен за счет уменьшения теплового сопротивления двигателя. Тепловое сопротивление между ротором и корпусом R _th2 в первую очередь определяется конструкцией двигателя. Тепловое сопротивление между корпусом и окружающей средой R _th3 можно значительно уменьшить за счет добавления радиаторов.Тепловое сопротивление двигателя для небольших двигателей постоянного тока обычно указывается для двигателя, подвешенного на открытом воздухе. Следовательно, обычно наблюдается некоторый отвод тепла, который возникает в результате простой установки двигателя в теплопроводящий каркас или шасси. Некоторые производители более крупных двигателей постоянного тока указывают тепловое сопротивление, когда двигатель установлен на металлической пластине известных размеров и из материала.

Для получения дополнительной информации о расчетах электродвигателя постоянного тока без сердечника и о том, как на производительность электродвигателя может повлиять рассеяние тепловой мощности, обратитесь к квалифицированному инженеру FAULHABER.Мы всегда готовы помочь.

В чем разница между скоростью и крутящим моментом?

Целью роторного двигателя является обеспечение желаемой выходной скорости вращения при одновременном преодолении различных вращательных нагрузок, сопротивляющихся этому вращательному выходу (крутящий момент). Скорость и крутящий момент напрямую связаны и являются двумя основными факторами производительности при правильном выборе двигателя для конкретного применения или использования. Чтобы узнать, как выбрать правильный двигатель для вашего применения, первым делом необходимо понять взаимосвязь между скоростью, крутящим моментом и выходной мощностью двигателя.

Скорость в зависимости от крутящего момента

Выходная мощность двигателя устанавливает границы характеристик скорости и крутящего момента двигателя на основе уравнения:
Мощность (P) = Скорость (n) x Крутящий момент (M)

• • Мощность: Механическая выходная мощность двигателя определяется как выходная скорость, умноженная на выходной крутящий момент, и обычно измеряется в ваттах (Вт) или лошадиных силах (л.с.).
  • Скорость: Скорость двигателя определяется как скорость, с которой двигатель вращается.Скорость электродвигателя измеряется в оборотах в минуту или об / мин.
  • Крутящий момент: Выходной крутящий момент двигателя — это величина силы вращения, которую развивает двигатель. Крутящий момент небольшого электродвигателя обычно измеряется в дюймах-фунтах (дюймах-фунтах), ньютон-метрах (Н-м) или других единицах измерения с прямым преобразованием.

Поскольку номинальная выходная мощность двигателя является фиксированным значением, скорость и крутящий момент обратно пропорциональны. По мере увеличения выходной скорости доступный выходной крутящий момент пропорционально уменьшается.По мере увеличения выходного крутящего момента выходная скорость пропорционально уменьшается. Это соотношение мощности, скорости и крутящего момента обычно иллюстрируется кривой производительности двигателя, которая часто включает потребляемый двигателем ток (в амперах) и КПД двигателя (в%).

Скорость и крутящий момент при выборе электродвигателя

Ключом к выбору правильного двигателя для конкретной функции является сначала понимание требований приложения. Поскольку большинство применений двигателей являются динамическими, а это означает, что требования к крутящему моменту и скорости меняются внутри приложения, очень важно определить различные рабочие точки в приложении. Знание или расчет требований к скорости и крутящему моменту в каждой рабочей точке приложения определит общие требования к скорости и крутящему моменту для соответствующего двигателя. Выбор двигателя можно проверить, нанеся на график рабочих характеристик выбранного двигателя различные рабочие точки, чтобы убедиться, что каждая точка зависимости скорости от крутящего момента попадает в соответствующую зону кривой (непрерывные или прерывистые зоны).

Во многих случаях прикладные требования вынуждают выбирать стандартный двигатель значительно большего размера, чтобы гарантировать охват всех рабочих точек.Применение двигателей, размер которых слишком велик для конкретного применения, приводит к ненужным расходам, а также к более крупной и тяжелой конструкции всего продукта. К счастью, поставщики двигателей на заказ могут разработать двигатели с оптимизированными характеристиками, которые точно соответствуют требованиям приложения. Это достигается путем изменения электромагнитных характеристик двигателя путем изменения либо размера провода, либо количества витков провода в обмотке, либо того и другого. Чем больше витков провода меньшего диаметра, тем выше крутящий момент и меньше скорость, тогда как меньшее количество витков провода большего диаметра обеспечивает более высокую скорость, но меньший крутящий момент.В некоторых приложениях добавление зубчатой ​​передачи к выходной мощности двигателя обеспечивает идеальное соотношение скорости и крутящего момента, сводя к минимуму стоимость и размер всего решения.

Влияние изменений процесса на электродвигатели

Абстракция

Влияние технологических изменений на электродвигатели. В этой статье объясняется влияние изменения технологических нагрузок на производительность асинхронного электродвигателя переменного тока. Поведение двигателя — это реакция на нагрузку, создаваемую подключенным к нему оборудованием.Поведение оборудования само по себе является ответом на обязанности и услуги, которые оно должно выполнять. Если обязанности и обслуживание оборудования регулируются оператором или колеблются при изменении процесса, двигатель будет реагировать на эти изменения. Когда изменения настолько значительны, что двигатель не может с ними справиться, двигатель останавливается, и оборудование или процесс останавливаются вместе с ним. Ключевые слова: двигатель с короткозамкнутым ротором, перегрузка.

Асинхронные электродвигатели переменного тока (AC) — распространенный источник энергии, используемый в промышленности.Вал двигателя соединяется с оборудованием с помощью муфты, приводного ремня или шестерни. Когда на двигатель подается электроэнергия, он включает подключенное оборудование. Оборудование — это нагрузка на двигатель. Нагрузка на оборудование — это технологическая нагрузка, которую оно должно выполнять.

Например, центробежный насос перемещает жидкость от низкого давления к более высокому давлению. Точно так же вентилятор всасывает газ под низким давлением и толкает его в область с более высоким давлением. Двигатель обеспечивает необходимую электрическую энергию для привода рабочего колеса или лопастей, которые вызывают изменение энергетического состояния давления жидкости. Когда требуется больше жидкости (например, когда увеличивается нагрузка), электродвигатель реагирует усилением работы. Вы скоро узнаете, как это происходит.

Если электродвигатель вынужден работать сверх своих возможностей, он либо нагревается и перегорает, либо приводит к перегрузке источника питания и возникновению неисправности в цепи питания.

Работа асинхронного электродвигателя

Асинхронный электродвигатель работает при включении переменного тока. Каждая фаза переменного тока проходит в обмотки двигателя, расположенные вокруг внешнего статора.Положение обмоток статора, а также рост и падение переменного тока создают последовательно вращающиеся электрические и магнитные поля внутри статора. Ротор может свободно вращаться внутри статора. Внутри ротора есть металлические стержни. Электрическое поле статора индуцирует электрический ток в проводящих металлических стержнях (например, в трансформаторе). Когда магнитное поле прорезает проводник, по которому проходит электрический ток, в проводнике развивается сила, перпендикулярная магнитному полю. Когда поле циркулирующего статора возбуждает металлические стержни в роторе, они вынуждены двигаться, и ротор вращается (см. Статьи 262 «Проблемы с электродвигателем» и 334 «Защита электродвигателя по току»).

Важно понимать, что между проводником и магнитным полем должно быть относительное движение. Сила возникает только в том случае, если магнитное поле разрезает проводник. В двигателе ротор работает медленнее, чем магнитное поле вращающегося статора. Это означает, что магнитное поле перерезает проводники ротора.Разница между скоростью магнитного поля и скоростью ротора называется «скольжением».

Чем больше разница между скоростью магнитного поля статора и скоростью ротора («скольжение»), тем чаще магнитное поле прорезает проводник и тем больше сила, создаваемая на проводнике.

Характеристики крутящего момента и мощности электродвигателя

Поскольку электродвигатель вращается, он может передавать крутящий момент (вращающую силу) только через свой вал. Это также означает, что электродвигатель будет воспринимать все нагрузки оборудования как крутящий момент. Вал двигателя будет вращаться, и присоединенное оборудование будет двигаться только до тех пор, пока двигатель может генерировать требуемый крутящий момент. На рисунке № 1 показаны кривые рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (наиболее распространенного двигателя переменного тока). Они показывают, что по мере того, как скорость ротора падает из-за увеличения нагрузки, ротор больше проскальзывает, создаваемый крутящий момент увеличивается, а ток в статоре увеличивается.

Рисунок № 1.Характеристики электродвигателя

Также интересно взглянуть на формулы для крутящего момента и мощности электродвигателя, чтобы увидеть, какие факторы влияют на каждую из них. Мы не будем использовать формулы, за исключением того, чтобы отметить взаимосвязь между током, крутящим моментом и мощностью.

$$ \ displaystyle \ large T = \ frac {1} {2 \ pi} \ frac {\ Phi Zp {{I} _ {a}}} {a} $$

где

T = крутящий момент двигателя

I _a = ток якоря

p = количество полюсов

Z = активный контактор

Φ = поток на полюс

a = параллельные пути

$$ \ displaystyle \ large P = \ frac {2 \ pi NT} {60} $$

где

P = мощность двигателя

Н = об / мин

T = момент нагрузки

Формулы показывают, что увеличение мощности из-за увеличения рабочей нагрузки требует пропорционального увеличения крутящего момента, чтобы он мог соответствовать нагрузке. Этот увеличенный крутящий момент приводит к увеличению электрического тока в двигателе.

Момент нагрузки процесса и характеристики мощности

Электродвигатель будет пытаться согласовать свой выходной крутящий момент с требованиями к крутящей нагрузке оборудования в процессе. Если нагрузка оборудования изменяется, двигатель будет потреблять достаточно электрического тока, чтобы создать крутящий момент, соответствующий нагрузке.

Чтобы понять, что на самом деле происходит с двигателем, когда переменные процесса (например, расход и давление) изменяют нагрузку, мы будем использовать центробежные насосы и центробежные вентиляторы в качестве примеров.На Рисунке № 2 показаны стилизованные кривые производительности центробежного насоса (центробежные вентиляторы имеют аналогичную форму, но давление газа намного меньше, чем у жидкостей).

Рисунок № 2 Кривые характеристик центробежного насоса.

Кривые насоса на рисунке № 2 для рабочего колеса с постоянной скоростью показывают, что поток и давление влияют друг на друга во взаимосвязи, показанной формой кривой «напор». Если поток увеличивается за счет открытия клапанов и заслонок, давление насоса или вентилятора падает.Если поток уменьшается из-за закрытия клапанов и заслонок, давление насоса или вентилятора возрастает.

Мощность, необходимая для вращения насоса и создания требуемого расхода и давления нагнетания, определяется по формуле:

$$ \ displaystyle \ large P = \ frac {\ rho QgH} {{{\ eta} _ {o}}} $$

где

P = мощность на валу

H = напор жидкости

г = ускорение свободного падения

Q = расход

ρ = плотность жидкости

η _o = эффективность преобразования

Коэффициент полезного действия необходим, поскольку в насосе возникают потери из-за механической (трение, трение и т. Д.), Гидравлической (рециркуляция, вихревые вихри, удары) и объемной (обратные потоки) неэффективности.

Формула говорит нам, что для крыльчатки с постоянной скоростью увеличение расхода (т. Е. Большая нагрузка) требует большей мощности. Точно так же, если поток остается постоянным, а давление увеличивается, необходимая мощность также возрастает.

Однако мы знаем из кривых производительности, что расход и давление в центробежном насосе или вентиляторе зависят от обратного соотношения, и ни одно из них не остается постоянным при изменении другого.

Воздействие на двигатель при изменении расхода и давления

Теперь мы можем использовать все вышеперечисленные диаграммы и взаимосвязи, чтобы объяснить, что происходит с электродвигателем при изменении технологических потоков и давления i.е. при изменении нагрузки.

Изменение расхода (т.е. изменение нагрузки) через насос или вентилятор изменяет мощность, необходимую для двигателя. Из уравнения мощности насоса и характеристических кривых видно, что увеличение расхода через насос или вентилятор с постоянной скоростью путем открытия клапанов и заслонок означает, что требуется больше мощности. При уменьшении расхода снижаются нагрузка и требования к мощности. И наоборот, повышение давления путем закрытия клапанов и заслонок снижает нагрузку на двигатель.

Открытие клапанов и заслонок снимает нагрузку на двигатель, а закрытие клапанов и заслонок снижает нагрузку на двигатель.Это верно только для крыльчатки с постоянной частотой вращения. Если частота вращения крыльчатки является переменной, анализировать ее становится сложнее, но принципы остаются прежними.

По мере увеличения нагрузки крутящий момент, прилагаемый к двигателю, замедляет его, и «скольжение» увеличивается. Магнитное поле статора чаще перерезает проводники ротора. На ротор создается большая сила, и крутящий момент ротора увеличивается. Из графика и формул электродвигателя видно, что по мере увеличения скольжения электродвигатель потребляет больше электрического тока.Чем больше ток, тем горячее становится двигатель. Если он будет работать слишком горячим или слишком долго сверх проектных возможностей, он сгорит или перегрузит схему или отключится при высокой температуре, если термисторы установлены в двигателе и используются.

Когда двигатель видит внезапное изменение нагрузки, такое как заклинивание оборудования или быстрое открытие клапана, изменение скольжения является значительным, а крутящий момент нарастает быстро. Соответственно, изменение потребляемого электрического тока также происходит быстро. Скорость и величина нарастания электрического тока могут привести к перегрузке и перегоранию предохранителей, отключению автоматических выключателей или сожжению обмоток двигателя.

Правильное обращение с изменениями нагрузки двигателя

Во всех случаях нагрузки на электродвигатели должны увеличиваться медленно и должны быть меньше, чем способность электродвигателя создавать требуемый крутящий момент. Если моторы насоса или вентилятора отключаются, убедитесь, что клапаны или заслонки расположены так, чтобы потоки не превышали допустимую нагрузку на двигатель. Если двигатели на оборудовании отключаются или перегорают, то где-то должно быть что-то, вызывающее большую нагрузку. Найдите нагрузку и снимите ее, прежде чем снова запустить двигатель.

No related posts.