Расчет мощности электродвигателя

Значимость расчета мощности для выбора электродвигателя 

При конструировании технологической линии или машины выбор двигателя производят, ориентируясь на ряд эксплуатационных критериев: род тока, вариант вентилирования, скорость вращения вала, тип исполнения, степень защиты от окружающей среды. Выбирая агрегат для замены вышедшего из строя устройства, учитывают номинальную и фактическую мощность, режим нагрузки. 

Электродвигатель, приобретаемый для эксплуатации, должен обеспечить не только бесперебойную работу, но и не превышать габариты, а также не потреблять большее количество энергии, чем предыдущий агрегат. Необходимо учитывать с постоянной или периодической нагрузкой работало устройство, сколько энергии тратило в момент запуска. 

Покупка агрегата с завышенной мощностью нецелесообразна, так как вместе с производительностью электродвигателя увеличиваются размеры и стоимость. КПД снижается за счет необоснованных энергетических потерь. Неоправданно растут затраты на эксплуатацию.

Использование электродвигателя с заниженной мощностью не обеспечит производственную линию, установку, машину энергией в необходимом объеме. Из-за работы с максимальной нагрузкой усилится нагрев, вызывающий оплавление изоляции и пробои на корпус. Новый агрегат выйдет из строя, техника будет простаивать из-за отсутствия энергоснабжения. 

Нагрев правильно выбранного электродвигателя при полной загрузке не должен превышать допустимых нормативами пределов. Требуется также обратить внимание на перегрузочную способность. Устройство должно преодолевать кратковременные перегрузки без повреждений.    

Потребляемое и номинальное значение мощности электродвигателя 

В техпаспорте агрегата указывается значение мощности Р1, которую двигатель способен передать обслуживаемым приборам во время работы. Отдает устройство меньше, чем потребляет само. Энергия, потребляемая электродвигателем, частично расходуется на вентилирование системы, частично затрачивается на механическое сопротивление трущихся деталей, частично уходит на преодоление вихревых токов в обмотке, соединительных проводах, шинах и др.    

Мощность потребления Р2 можно вычислить по упрощенной формуле:

Р2 = Р1 × КПД

Значение КПД у преобладающего числа эксплуатируемых в РФ электродвигателей варьирует среднее в интервале от 0,75 до 0,95 %. У маломощных устройств может быть меньше 0,75 %, у производительных моделей – свыше 0,95 %.

Любой электродвигатель работает в условиях активно-реактивного распределения нагрузки. Более сложный вариант расчетов предполагает, что покупателю известен угол между потребляемой мощностью и активной частью нагрузки (φ). Тогда для выбора устройства расчеты производят по формуле:

Р2 = S × КПД × cos (φ) 

S – мощность устройства, рассчитанная с учетом реактивной компоненты, равная произведению величины номинального тока, значения номинального напряжения и корня из 3.

Практические способы определения мощности на базе измерений

Наиболее распространенной методикой, позволяющей получить сведения о мощности электродвигателя, считается расчет по измеренной силе тока. Измеряют портативным мультиметром, снабженным функцией амперметра, рекомендовано 3-5 раз. Приемлемой для расчетов величиной I является среднее арифметическое, подставленное в следующую формулу:

P = 1, 73 × U × I × cos (φ) × КПД, в которой 

1,73 – стандартный электротехнический коэффициент;

U – напряжение питающей сети.

Итоговое расчетное значение округляется в большую сторону до ближайшей табличной величины из ряда общепринятых номиналов. 

Для вычислений можно воспользоваться показаниями счетчика, который измеряет количество активной мощности, затрачиваемой на работу электродвигателя. Устройство подключают к измерительному прибору и фиксируют показания до и после подключения. По зарегистрированным сведениям определяют Р2 – активную составляющую потребляемой мощности.

Для вычисления мощности, необходимой для питания двигателя, используют формулу:

Р1 = Р2/КПД   

Поиск мощности по геометрическим данным  

Мощностные характеристики можно определить по установочным размерам и по габариту – по высоте оси вращения. Этот геометрический показатель равен диаметру прибора, измеренному по поперечному сечению. Таблицы для поиска параметров производительности по геометрическим показателям двухполюсных асинхронных двигателей, потребляющих от 0,12 до 400 кВт, приводит ГОСТ 31606-2012. 

Для определения варианта установочного размера необходимо также измерить:

• расстояние между монтажными отверстиями в лапах; 

• диаметр фланца для модификаций с фланцевым типом фиксации;

• длину вылета вала;

• диаметр отверстий, предназначенных для установки крепежа. 

Измерения проводятся механическим или электронным штангенциркулем. Показания записывают в мм, так как в таблицах приведены миллиметровые значения. Установочные размеры синхронных двигателей, выпускаемых производителями РФ, декларирует ГОСТ 16264.2-2018. Взаимозависимость установочных размеров и производительности электродвигателей европейского производства приведена в документе 2В/64, который разработан комитетом CENELEK – организацией, занимающейся электротехнической стандартизацией.