Расчет мощности трехфазного двигателя

Способы подключения асинхронного двигателя

Как мы уже с вами узнали, асинхронный двигатель имеет три обмотки. На современный манер они обозначаются английскими буквами U,V,W. Начало каждой обмотки обозначается цифрой “1”, а конец обмотки цифрой “2”.

Поэтому, есть два способа соединения обмоток: звездой и треугольником.

Способ соединения “звезда”

Способ «звезда» подразумевает соединение одинаковых выводов обмоток (начала или концы обмоток) в одну (нулевую) точку.

В клеммной коробке двигателя это соединение будет иметь такой вид.

Как вы видите, в этом случае с помощью железных пластин мы закоротили концы обмоток в одну общую точку.

Соединение таким способом практикуется, в основном, на двигателях промышленного назначения. Часто завод-изготовитель, для таких двигателей, которые не будут реализовываться через розничную сеть, производит соединение «звездой» уже внутри статора. На корпус двигателя выводится не 6 клемм, а 3. В этом случае достаточно просто подать трехфазное напряжение. Поэтому, помните: если вы увидите, что у асинхронного двигателя только 3 провода, это значит, что его обмотки уже соединены по типу “звезда”.

Способ соединения “треугольник”

Соединение «треугольник» выполняется по схеме: конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец второй – с началом третьей, а конец третьей – с началом первой. В места соединения подается питающее трехфазное напряжение.

В двигателе это будет выглядеть вот таким образом.

Пусковой ток электродвигателя

Зная тип и номинальную мощность электродвигателя, можно рассчитать номинальный ток.

где:
PH – номинальная мощность электродвигателя;
UH — номинальное напряжение электродвигателя,
ηH — КПД электродвигателя;
cosfH — коэффициент мощности электродвигателя.

Номинальные значения мощности, напряжения и КПД можно найти в технической документации на конкретную модель электродвигателя.

Зная значение номинального тока, можно рассчитать пусковой ток.

Формула расчета пускового тока электродвигателей

где:
IH – номинальное значение тока;
Кп – кратность постоянного тока к номинальному значению.

Пусковой ток необходимо рассчитывать для каждого двигателя в цепи. Зная эту величину, легче подобрать тип автоматического выключателя для защиты всей цепи.

Для чего необходимо знать мощность двигателя

Из всех технических характеристик электродвигателя (КПД, номинальный рабочий ток, частота вращения и т.д.) самая значимая — мощность. Зная главные данные, вы сможете:

• Подобрать подходящие по номиналам тепловое реле и автомат.
• Определить пропускную способность и сечение электрических кабелей для подключения агрегата.
• Эксплуатировать двигатель согласно его параметрам, не допуская перегрузок.

Мы описали, как замерить мощность электродвигателя разными способами. Используйте тот, который в вашем случае будет оптимальным. Применяя любой из методов, вы подберете агрегат, который будет лучшим образом отвечать вашим требованиям. Но самый эффективный вариант, экономящий ваше время и избавляющий вас от необходимости искать информацию и проводить замеры и расчеты — это сохранить технический паспорт в надежном месте и следить за тем, чтобы шильдик с данными не потерялся.

Климатические исполнения электродвигателей

При выборе электродвигателя учитываются не только его технические характеристики, но и условия окружающей среды, в которых он будет эксплуатироваться.

Современные электроприводы выпускаются в разных климатических исполнениях. Категории маркируются соответствующими буквами и цифрами:

• У
  
  – модели для эксплуатации в умеренном климате;
• ХЛ
  
  – электродвигатели, адаптированные к холодному климату;
• ТС
  
  – исполнения для сухого тропического климата;
• ТВ
  
  – исполнения для влажного тропического климата;
• Т
  
  – универсальные исполнения для тропического климата;
• О
  
  – электродвигатели для эксплуатации на суше;
• М
  
  – двигатели для работы в морском климате (холодном и умеренном);
• В
  
  – модели, которые могут использоваться в любых зонах на суше и на море.

Цифры в номенклатуре модели указывают на тип ее размещения:

• 1
  
  – возможность эксплуатации на открытых площадках;
• 2
  
  – установка в помещениях со свободным доступом воздуха;
• 3
  
  – эксплуатация в закрытых цехах и помещениях;
• 4
  
  – использование в производственных и других помещениях с возможностью регулирования климатических условий (наличие вентиляции, отопления);
• 5
  
  – исполнения, разработанные для эксплуатации в зонах повышенной влажности, с высоким образованием конденсата.

Мощность электродвигателя

В режиме постоянной или незначительно изменяющейся нагрузки работает большое количество механизмов: вентиляторы, компрессоры, насосы, другая техника. При выборе электродвигателя необходимо ориентироваться на потребляемую оборудованием мощность.

Определить мощность можно расчетным путем, используя формулы и коэффициенты, приведенные ниже.

Мощность на валу электродвигателя определяется по следующей формуле:

где:
Рм – потребляемая механизмом мощность;
ηп – КПД передачи.

Номинальную мощность электродвигателя желательно выбирать больше расчетного значения.

где:
K3 – коэффициента запаса, он равен 1,1-1,3;
g –ускорение свободного падения;
Q – производительность насоса;
H – высота подъема (расчетная);
Y – плотность перекачиваемой насосом жидкости;
ηнас – КПД насоса;
ηп – КПД передачи.

Давление насоса рассчитывается по формуле:

Формула расчета мощности электродвигателя для компрессора

Мощность поршневого компрессора легко рассчитать по следующей формуле:

где:
Q – производительность компрессора;
ηk – индикаторный КПД поршневого компрессора (0,6-0,8);
ηп – КПД передачи (0,9-0,95);
K3 – коэффициент запаса (1,05 -1,15).

или взять из таблицы

Формула расчета мощности электродвигателя для вентиляторов

где:
K3 – коэффициент запаса. Его значения зависят от мощности двигателя:

• до 1 кВт – коэффициент 2;
• от 1 до 2 кВт – коэффициент 1,5;
• 5 и более кВт – коэффициент 1,1-1,2.

Q – производительность вентилятора;
H – давление на выходе;
ηв – КПД вентилятора;
ηп – КПД передачи.

Приведенная формула используется для расчета мощности осевых и центробежных вентиляторов. КПД центробежных моделей равен 0,4-0,7, а осевых вентиляторов – 0,5-0,85.

Остальные технические характеристики, необходимые для расчета мощности двигателя, можно найти в каталогах для каждого типа механизмов.

ВАЖНО!
При выборе электродвигателя запас мощности должен быть, но небольшой. При значительном запасе мощности снижается КПД привода

В электродвигателях переменного тока это приводит еще и к снижению коэффициента мощности.

Определение по габаритам

Еще один способ — проведение замеров и вычислений. Многие из тех, кто интересуется, как узнать мощность трехфазного двигателя, предпочитают именно его. Вам понадобятся следующие данные:

Диаметр сердечника в сантиметрах (D). Он измеряется по внутренней части статора. Также необходима длина сердечника с учетом отверстий вентиляции.

Частота валового вращения (n) и частота сети (f).

Через них вычислите показатель полюсного деления. D умножьте на n и на число Пи — назовем это показание А. 120 умножьте на f — это В. Разделите А на В.

Как видите, чтобы подсчитать значение, достаточно вспомнить школьный курс математики.

Ток — холостой ход — асинхронный двигатель

Ток холостого хода асинхронных двигателей достигает 20 — 40 % от номинального тока статора ( / 0 0 2 — 0 4 / IH), между тем как у трансформаторов ток / 0 составляет всего 2 5 — 10 % от / IH. Повышенное значение тока холостого хода асинхронной машины обуслоь-лено наличием воздушного зазора между статором и ротором.
 

Ток холостого хода асинхронных двигателей достигает 20 — 40 % от номинального тока статора ( / 0 2 — 0 4 / IH), между тем как у трансформаторов ток / 0 составляет всего 2 5 — 10 % от / IH. Повышенное значение тока холостого хода асинхронной машины обусловлено наличием воздушного зазора между статором и ротором.
 

Почему ток холостого хода асинхронного двигателя составляет 25 — 50 %, а у трансформатора 3 — 10 % от номинального тока.
 

Почему ток холостого хода асинхронного двигателя составляет 25 — 50 %, а трансформатора — 3 — 10 % от номинального тока.
 

Для определения активной составляющей тока холостого хода асинхронного двигателя необходимо предварительно вычислить: вес активной стали статора и магнитные потери в нем-для трехфазного асинхронного двигателя; вес стали статора и ротора и потери в них — для однофазного двигателя с беличьей клеткой и малоинерционного асинхронного двигателя с немагнитным полым ротором.
 

Для определения активной составляющей тока холостого хода асинхронного двигателя необходимо предварительно вычислить: массу активной стали статора и магнитные потери в нем — для трехфазного асинхронного двигателя; массу стали статора и ротора и потери в них — для однофазного двигателя с беличьей клеткой и малоинерционного асинхронного двигателя с немагнитным полым ротором.
 

Из-за большого магнитного сопротивления цепи с двумя воздушными зазорами ток холостого хода асинхронного двигателя значителен и является в основном реактивным током.
 

Сопротивления Rm и Хт намагничивающего контура значительно меньше соответствующих значений для схемы замещения трансформатора, так как ток холостого хода асинхронного двигателя гораздо больше, чем у трансформатора. Если при рассмотрении работы трансформатора часто можно пренебречь намагничивающим контуром, то при рассмотрении работы асинхронного двигателя этого сделать нельзя, так как ошибка может получиться значительной.
 

При повышении частоты и номинальном напряжении ток холостого хода и магнитный поток уменьшаются, а следовательно, снижается и вращающий момент. На рисунке 249 приведен график зависимости тока холостого хода асинхронного двигателя от частоты, который показывает, что уменьшение частоты влечет за собой резкое увеличение тока холостого хода.
 

Ток холостого хода двигателя и потребляемая им реактивная мощность значительно возрастают в случае работы от сети с напряжением выше номинального. Поэтому во время эксплуатации необходимо следить за напряжением цеховых сетей и не допускать отклонения его от номинального. Величина тока холостого хода асинхронного двигателя возрастает также вследствие низкого качества ремонтных работ: неправильное соединение секций обмоток, изменение при перемотке обмоточных данных по сравнению с паспортными и увеличение величины воздушного зазора.
 

Как определить мощность?

Существует несколько способов определения мощности электродвигателя: диаметру вала, по габариту и длине, по току и сопротивлению, замеру счетчиком электроэнергии.

По габаритным размерам

Какие размеры необходимо замерить:

• Длина, ширина, высота корпуса
• Расстояние от центра вала до пола
• Длина и диаметр вала
• Крепежные размеры по лапам (фланцу)

По диаметру вала

Определение мощности электродвигателя по диаметру вала — частый запрос для поисковых систем. Но для точного определения этого параметра недостаточно – два двигателя в одном габарите, с одинаковыми валами и частотой вращения могут иметь различную мощность.

Таблица с привязкой диаметров валов к мощности и оборотам для двигателей АИР и 4АМ.

По показанию счетчика

Как правило измерение счетчика отображаются в киловаттах (далее кВт). Для точности измерения стоит отключить все электроприборы или воспользоваться портативным счетчиком. Мощность электродвигателя 2,2 кВт, подразумевает что он потребляет 2,2 кВт электроэнергии в час.

Для измерения мощности по показанию счетчика нужно:

1. Подключить мотор и дать ему поработать в течении 6 минут.
2. Замеры счетчика умножить на 10 – получаем точную мощность электромотора.

Расчет мощности по току

Для начала нужно подключить двигатель к сети и замерить показатели напряжения. Замеряем потребляемый ток на каждой из обмоток фаз с помощью амперметра или мультиметра. Далее, находим сумму токов трех фаз и умножаем на ранее замеренные показатели напряжения, наглядно в формуле расчета мощности электродвигателя по току.

• P – мощность электродвигателя;
• U – напряжение;
• Ia – ток 1 фазы;
• Ib – 2 фазы;
• Ic – 3 фазы.

Генераторный режим[править | править код]

Если обмотку статора включить в сеть, а ротор посредством приводного двигателя вращать в направлении вращения магнитного поля с частотой n>n1{\displaystyle n>n_{1}}, то направление движения ротора относительно поля статора изменится на обратное (по сравнению с двигательным режимом), так как ротор будет обгонять поле статора. При этом скольжение станет отрицательным, а ЭДС, наведенная в обмотке ротора изменит свое направление. Таким образом, в генераторном режиме скольжение может изменяться в диапазоне −∞<s<{\displaystyle -\infty <s<0}, то есть оно может принимать любые отрицательные значения.

История

Модель индукционного (двухфазного) двигателя Н. Теслы. Музей Николы Теслы, Белград.

Первый трёхфазный асинхронный двигатель, изобретённый Доливо-Добровольским. Немецкий музей (Мюнхен).

Трёхфазный асинхронный двигатель Н. Теслы. Музей Николы Теслы, Белград.

В 1888 году Галилео Феррарис опубликовал свои исследования в статье для Королевской академии наук в Турине (в том же году Тесла получил патент США), в которой изложил теоретические основы асинхронного двигателя

Заслуга Феррариса в том, что, сделав ошибочный вывод о небольшом КПД асинхронного двигателя и о нецелесообразности применения систем переменного тока, он привлек внимание многих инженеров к проблеме совершенствования асинхронных машин. Статья Галилео Феррариса, опубликованная в журнале «Атти ди Турино», была перепечатана английским журналом и в июле 1888 года попала на глаза выпускнику Дармштадтского высшего технического училища, выходцу из Российской Империи Михаилу Осиповичу Доливо-Добровольскому

Уже в 1889 году Доливо-Добровольский получил патент на трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа «беличье колесо» (германский патент № 51083 от 8 марта 1889 года под названием «Anker für Wechselstrommotoren»), а в 1890-м — патенты в Англии № 20425 и Германии № 75361 на фазный ротор с кольцами и пусковыми устройствами. Данные изобретения открыли эру массового промышленного применения электрических машин. В 1903 году в Новороссийске построен элеватор с первой в мире промышленной сетью переменного трехфазного тока, все установки которой изготовлены под руководством Доливо-Добровольского. На данном элеваторе, также впервые в мире, применены трехфазные трансформаторы и асинхронные двигатели с фазным ротором. В настоящее время асинхронный двигатель Доливо-Добровольского является самым распространенным электродвигателем.

Ссылки по теме

• Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей
  / Нормативный документ от 9 февраля 2007 г. в 02:14
• Библия электрика
  / Нормативный документ от 14 января 2014 г. в 12:32
• Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. Том 10 
  / Нормативный документ от 2 марта 2009 г. в 18:12
• Кабышев А.В., Тарасов Е.В. Низковольтные автоматические выключатели
  / Нормативный документ от 1 октября 2019 г. в 09:22
• Правила устройства воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ с самонесущими изолированными проводами
  / Нормативный документ от 30 апреля 2008 г. в 15:00
• Маньков В.Д. Заграничный С.Ф. Защитное заземление и зануление электроустановок
  / Нормативный документ от 27 марта 2020 г. в 09:05
• Князевский Б.А. Трунковский Л.Е. Монтаж и эксплуатация промышленных электроустановок
  / Нормативный документ от 17 октября 2019 г. в 12:36

Дополнительные режимы работы электродвигателей

Дополнительные режимы обозначены маркерами S4-S8. Они введены для более удобного эквивалентирования произвольных режимов и расширения номенклатуры номинальных режимов.

S4 – повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов. Каждый цикл работы включает в себя:

• длительный период пуска, в течение которого пусковые потери оказывают влияние на температуру узлов агрегата;
• период функционирования при постоянной нагрузке без нагрева до устоявшейся температуры;
• паузу, во время которой не предусмотрено охлаждение двигателя до температуры окружающей среды.

S5 – повторно-кратковременный режим с электрическим торможением. В цикл работы входят:

• долгое время пуска;
• время работы при постоянной нагрузке без нагрева до устоявшейся температуры;
• период быстрого электрического торможения;
• период работы вхолостую без охлаждения до температуры окружающей среды.

S6 – перемежающийся режим работы. Цикл работы состоит из:

• периода функционирования с постоянной нагрузкой;
• паузы.

В течение обоих периодов температура двигателя не достигает установившегося значения.

S7 – перемежающийся режим с электрическим торможением и влиянием пусковых процессов. В каждый цикл включены:

• длительный период пуска;
• время действия машины с постоянной нагрузкой;
• быстрое электрическое торможение.

Паузы данным режимом не предусмотрены.

S8 – перемежающийся режим с разными частотами вращения (2 или более). В цикл входят периоды:

• работы с неизменной частотой вращения и постоянной нагрузкой;
• работы при других неизменных нагрузках, причем каждой из них соответствует определенная частота вращения.

Как и предыдущий, этот режим не содержит пауз.

Если вы знаете характеристики работы электродвигателей, вам не составит труда выбрать агрегат, оптимально подходящий для ваших целей. Указанная в каталогах мощность двигателя предусматривает его эксплуатацию в нормальных условиях в режиме S1 (если это не двигатель с повышенным скольжением). Превышение мощности при режиме S2 допустимо не более чем на 50% в течение 10 минут, 25% в течение 30 минут и 10% в течение 90 минут.

Восстановление маркировки обмоток

Если точнее, маркировка обмоток нужна только для определения направления намотки катушек обмотки. Конец и начало обмотки обозначают только с этой целью. Дело в том, что при включении обмотки в работу в ней начинают возникать вихревые токи, которые движутся по направлению «от начала к концу». Если обмотки включить по принципу «начало с началом, конец с концом», то токи суммируются, обмотки превратятся в один большой резистор и возникнет огромный суммарный ток. Двигатель начнет сильно гудеть и не будет вращаться. Очень быстро начнут нагреваться обмотки, и двигатель сгорит. Причем, вполне возможно, вспыхнет настоящее пламя оранжево-синего цвета с очень вредным и неприятным запахом.

Существует способ определения концов и начал обмоток.

Весь этот процесс очень хорошо показан на видео. Автор этого видео использовал для проверки сетевое напряжения в 220 Вольт, что я крайне не рекомендую делать. Используйте понижающие трансформаторы, либо автотрансформатор.