+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

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 Ns – 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 ≡ ФIя, 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 I2п максимальны. Однако, пусковой момент Мп 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 I2п отстает от э. д. с. Е2 велик. Поэтому активная слагающая тока I2п cos Ψ2, а значит и пусковой момент Мп малы. В современных асинхронных двигателях Мп/Мп = 1 — 1,5, хотя I2п/ Iн≈ 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 sм ≈ 0,1—0,15 реактивное сопротивление x2s становится равным активному r2, угол Ψ — 45° и э. д. с. E2s уравновешивает два равных падения напряжения I 2r2 и I2x2s.В это время активная слагающая тока I2 cos Ψ2 и вращающий момент М м становятся максимальными, несмотря на некоторое уменьшение тока I2.

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

При дальнейшем разгоне ротора x2s становится значительно меньшим, чем r2, им можно пренебречь и считать ток ротора активным (I2I2 cos Ψ 2). Так как E2s= E2s тоже продолжает уменьшаться, то вместе с током I2 уменьшается и вращающий момент.

Максимальная скоростьn вращения будет при холостом ходе двигателя и тогда n 2n 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 sм, так как в этом случае при увеличении тормозного момента и значит s вращающий момент возрастает. На участке от s = sм до s = 1 работа двигателя неустойчива. Номинальный момент Мн соответствует обычно номинальному скольжению sн = 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, вызовет уменьшение момента до 0,9 • 0,9 Мн= 0,81 Мн 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. 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:

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

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

f1 — частота пульсации электрического тока, Гц;

p — количество полюсов;

n1 — общее число оборотов в минуту.

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

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

S = P ÷ cos (alpha), где:

S — полная мощность, измеряемая в Вольт-Амперах.

P — активная мощность, указываемая в Ваттах.

alpha — сдвиг фаз.

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

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

Рном — номинальная мощность электрического двигателя, Вт;

нном — номинальное число оборотов, мин -1 .

Соответственно, формула номинальной мощности электродвигателя бедует выглядеть следующим образом:

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

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

M = Mст + J × (d(omega) ÷ dt), где

Отсюда получаем формулу:

M = J × (d(omega) ÷ dt).

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

M = Mп × (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;

Pэл — подведенная электрическая мощность. Вт.

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

Pэл = 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:

Pэл = P мех + Ртеп +Ринд + Ртр, где

Рмех — полезная вырабатываемая мощность, Вт;

Ртеп — потери на образование тепла, ВТ;

Ринд — затраты на заряд в индукционной катушке, Вт;

Рт — потери в результате трения, Вт.

Заключение

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

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 3142 4 4 900 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