1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое потребляемая мощность асинхронного двигателя

Мощность электродвигателя. Секреты энергоэкономии.

Мы часто сталкиваемся со спорными точками зрения на достаточно простые вещи, которые касаются физики, поэтому заранее просим прощения у специалистов за простой язык и «разжевывание». В этой статье мы детально разберем понятия мощности электродвигателя, методы нахождения потребляемой мощности из сети, а также попробуем понять как можно сэкономить на электроэнергии. Сразу оговоримся, что разбирать будем асинхронный тип электродвигателя как наиболее часто используемый.

Итак, любой электродвигатель имеет базовые характеристики, которые указывает завод-производитель на шильде каждого своего изделия.

Как видим, на шильде указаны:

1) Тип электродвигателя и заводской номер

2) Количество фаз 3, частота тока 50 Hz, подключение треугольник/звезда 220/380В, номинальные токи 2,7/1,6А

3) Номинальная мощность электродвигателя на валу 0,55кВт, номинальная частота вращения вала 1360 об/мин, КПД 75%, косинус фи 0,71

4) Режим работы S1 (постоянный), класс изоляции обмоток F, ГОСТ

5) Степень защиты от пыли и влаги IP54, год выпуска

Как же определить какова потребляемая мощность электродвигателя от сети? Для начала разберемся в понятиях. Номинальная мощность электродвигателя, которая указывается на шильдике электродвигателя это та мощность, которую электродвигатель выдает в установившемся номинальном режиме работы при условии сбалансированной оптимальной работы всего механизма, который приводят электродвигателем. Каждый механизм имеет свою энергетическую характеристику и оптимальный режим работы с точки зрения энергопотребления. Таким образом, первая задача, которую стоит решить для достижения минимизации потребляемой энергии – это правильный подбор электродвигателя для привода того или иного механизма.

Потребляемая мощность электродвигателя от сети является динамической величиной и зависит от нагрузки на валу электродвигателя и потерь мощности на неполезной работе, такой как трение, нагрев и т.д. Наилучший способ определения потребляемой из сети мощности – это эмпирический, поскольку любые расчетные методики дадут значительную погрешность, а погрешности в вопросах энергоэффективности недопустимы. Таким образом, для максимально точного определения потребляемой мощности электродвигателя от сети рекомендуем «погонять» приводимый механизм в различных стандартных режимах работы, измеряя и фиксируя токи в каждом из режимов при помощи токосъемных инструментов. А еще лучше – воспользоваться цифровым счетчиком электрической энергии.

Легко заметить, что в нагруженных режимах работы таких как пуск, работа под нагрузкой, номинальный режим, торможение, токи в обмотках увеличиваются, повышаются ЭДС, крутящий момент на валу и т.д. Отсюда следует вторая задача, которую следует решить для снижения потребляемой мощности электродвигателя – задача снижения линейных токов в режимах высокого потребления электроэнергии.

Путем регулирования частоты тока

Этот метод получил пока наибольшее распространения ни смотря на высокие расходы на внедрение, частотное регулирование производится при помощи специальных частотных преобразователей, стоимость которых часто превышает в несколько раз стоимость самого электропривода. Очень безопасный и эффективный метод снижения мгновенной мощности электродвигателя.

Регулирование напряжения

Экономия электроэнергии путем регулирования частоты вращения электродвигателя плавным изменением напряжения питания при помощи регулятора напряжения. Этот метод применим в некоторых случаях, однако опасен остановками электродвигателя из-за т.н. опрокидывания, когда момент сопротивления механизма выше, чем мощность электродвигателя на валу вследствие непропорционального снижения питающего напряжения. Также такой метод локально снизить мощность электродвигателя требует дополнительных средств контроля режимов работы электродвигателя, контроля температуры обмоток, контроля частоты вращения, мощности электродвигателя на валу.

Решение вопроса влияния несимметричности напряжения сети на мощность электродвигателя.

Качество напряжения сети непосредственно влияет на потребление электроэнергии. На симметричность напряжения влияют сами потребители электроэнергии неравномерной нагрузкой по фазам, используя устройства нелинейной нагрузки. Самые «весомые» создатели нелинейной нагрузки – подстанции электротранспорта. Из-за несимметричности напряжения в асинхронном двигателе создается эллиптическое магнитное поле и несколько крутящих моментов, один из которых тормозит систему и расходует энергию.

Читать еще:  414 что это за двигатель

Реактивная мощность электродвигателя. Внедрение компенсаторов.

Как известно, потребляемая из сети электрооборудованием мощность состоит из ряда составляющий, главными из которых являются активная и реактивная мощность. Последние годы в мире динамично развивается направление по внедрению компенсаторов реактивной мощности, что позволяет экономить электроэнергию промышленным потребителям.

Микроконтроллеры

Также перспективным направлением по экономии электроэнергии при использовании асинхронных двигателей является внедрение микроконтроллеров, которые позволяют в режиме реального времени мониторить момент сопротивления приводимого оборудования и соотносить его с крутящим моментом электродвигателя. При снижении момента сопротивления, микроконтроллер передает команду регулятору напряжения. Такая компенсацию реализуется без изменения частоты вращения, поэтому применима только для оборудования, не требующего регулировки частоты.

Мощность электродвигателя

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Наиболее распространенным типом промышленных силовых установок являются асинхронные электродвигатели. Один из наиболее важных их параметров — мощность электродвигателя, которая в зависимости от модели может варьироваться в широких пределах. От мощности зависит тип энергосистемы, к которой двигатель можно подключить, а также тип и производительность оборудования, с которым он будет сопряжен. По этой причине, не зная мощность электродвигателя, использовать его практически невозможно.

Определение мощности электромотора по размерам сердечка статора

Если технического паспорта нет, можно произвести расчет мощности электродвигателя, исходя из размеров сердечника статора и частоты вращения. Для этого используется формула P2H = C * D1 2 / N1 * 10 -6 кВт. Здесь:
С —постоянная мощность;
D — размер внутреннего диаметра сердечника статора в см;
l — длина статора в см;
N1 — значение синхронной частоты вращения в об/мин.

Постоянная мощность зависит от частоты вращения и габаритов мотора. Она определяется по величине полюсного деления как зависимость мощности от количества полюсов и размеров полюсного деления τ, если U1 Рисунок 1. Шильдик с параметрами на корпусе электродвигателя Работая с электромоторами, нужно знать, как по шильдику определяется потребляемая мощность электродвигателя. Значение мощности Р — это не электрическая мощность мотора, а механическая мощность на валу, обозначенная в кВт.

Чтобы найти потребляемую мощность, нужно обратить внимание на КПД и cosφ двигателя, указанные на шильдике. Причем КПД может быть обозначен как просто буквами КПД, так и буквой η, что и видно на шильдике. Сначала необходимо найти активную мощность, потребляемую двигателем от сети, по формуле Ра = Р / КПД.

Т. е. в нашем случае (рис. 1) потребляемая электродвигателем из сети активная мощность равна Ра = 0,75кВт/0,75 = 1 кВт. Теперь, чтобы найти полную потребляемую мощность, нужно воспользоваться формулой S = Pa/cosφ = 1/0,78 = 1,28 кВт.

Коэффициент мощности электромотора

Коэффициент мощности электродвигателя, или cos φ — это соотношение активной и полной мощности двигателя. Определяется коэффициент мощности электродвигателя по формуле cosφ = P/S. Здесь:
Р — активная мощность в Вт;
S — полная мощность в ВА.

В большинстве случаев активная мощность имеет меньшее значение, чем полная, из-за чего коэффициент составляет меньше единицы. Только тогда, когда нагрузка будет исключительно активной, cosφ станет равен единице.

Чем ниже коэффициент мощности потребителя, тем более мощными должны быть трансформаторы, электрические станции, а также питающие линии электропередач. Кроме того, моторы с низким коэффициентом имеют меньший КПД и большие энергопотери.

Обозначение мощности электродвигателя и прочих данных

Содержание

  1. Виды асинхронных электродвигателей по их конструктивному исполнению
  2. Как обозначаются электродвигатели различных конструкций
  3. Расшифровка обозначений двигателей серии 4А

Перед использованием электродвигателя необходимо в обязательном порядке ознакомиться с его заводскими данными, которые обычно указываются на щитке, крепящемся к корпусу. В частности, указываются следующие параметры:

  • Номинальное напряжение (В), при этом обозначается схема соединения обмоток.
  • Сила тока (А) для данной схемы соединения.
  • Номинальная мощность на валу (кВт).
  • Частота тока в сети (гц).
  • Номинальная частота вращения (об/мин).
  • Коэффициент полезного действия или к.п.д. (%).
  • Коэффициент мощности (cosf).
  • Класс изоляции.
  • Масса (кг) и тип электродвигателя.
Читать еще:  Газель 406 двигатель карбюратор схема подключение тахометра

Следует учесть, что обозначение мощности электродвигателя согласно его паспортным данным – это номинальная активная мощность, которая потребляется из сети при номинальной нагрузке на валу.

Однако довольно часто в процессе эксплуатации данные на табличке становятся нечитабельны (например, если двигатель подвергался окрашиванию), в таком случае параметры двигателя определяются методами измерений. В частности, мощность измеряется путем подключения электросчетчика (в режиме работы двигателя со штатной нагрузкой), для измерения потребляемого тока используются токоизмерительные клещи, мультиметр или амперметр и т.д.

Виды асинхронных электродвигателей по их конструктивному исполнению

В зависимости от степени защищенности электродвигатели делятся на:

  • Открытые. Они не очень распространены, т.к. не имеют специальных приспособлений, предотвращающих возможность прикосновения к токоведущим и вращающимся механизмам, а также попадания посторонних предметов внутрь агрегата.
  • Защищенные. Имеют вышеуказанные приспособления.
  • Каплезащищенные. Комплектуются элементами, позволяющими предотвратить попадание внутрь капель воды (при их вертикальном падении).
  • Закрытые. Внутренняя полость отделяется особой оболочкой, не позволяющей пыли проникнуть внутрь.
  • Взрывозащищенные. Имеют высшую степень защиты и поэтому могут применяться даже во взрывоопасных помещениях.

Кроме того, электродвигатели различаются по типу монтажа: вертикальные, фланцевые, интегрированные и пр.

Как обозначаются электродвигатели различных конструкций

Обычно используются следующие обозначения:

  • М101 – устанавливается горизонтально и фиксируется на лапах, приваренных к станине либо составляющих с ней единое целое.
  • М201 – также горизонтальная установка, но двигатель подвешивается на лапах, размещенных сверху на станине.
  • М301 – фланцевый двигатель с горизонтальной установкой; кольцевой фланец с центрирующей заточкой и отверстиями для болтов расположен на щите подшипника.
  • М302 – двигатель устанавливается вертикально (рабочий конец вала располагается в нижней части); закрепляется на подшипниковом щите с помощью фланца.
  • М303 – тип установки как у М302, но рабочий конец вала располагается наверху.
  • М102 – как М302, но закрепление производится на лапах.
  • М103 – как М102, но при установке рабочий конец вала находится сверху.
  • М202 – как М302, но закрепление осуществляется фланцем на щите и лапами на станине.
  • М203 – как М202, но конец рабочего вала находится в верхней части.

Расшифровка обозначений двигателей серии 4А

4 – серийный номер.

А – асинхронный двигатель.

2-я буква после А – способ защиты двигателя.

3-я буква после А – материал, из которого изготовлена станина и щиты.

2 или 3 числа – высота оси вращения в миллиметрах (50-355).

Буквы S, M, L – установочные размеры по длине станины (маленькая, средняя, длинная).

Цифры 2, 4, 6, 8, 10, 12 – число полюсов.

Конечные буквы и числа – климатическое выполнение и категория размещения.

Как рассчитать мощность электродвигателя

  1. Расчёты основных параметров асинхронного электродвигателя
  2. Как определить мощность электродвигателя?
  3. Какие бывают виды регуляторов?
  4. Регулятор на переменном резисторе
  5. Электронный регулятор
  6. Заключение

Как выполнить расчёт потребляемой мощности асинхронного электродвигателя из сети, если по шильдикам можно узнать только номинальную мощность? Для этого необходимо:

  • обратить внимание на остальные показатели – это η и cosφ (КПД и коэффициент мощности);
  • учесть связь динамических характеристик вала и КПД.

По имеющимся данным, можно рассчитать затраченную мощность электроэнергии:

Pз=Р/η.

Но нужно помнить, что потребляемая энергия электрическими приборами включает в себя как активную, так и реактивную компоненту.

Расчёты основных параметров асинхронного электродвигателя

Активная мощность тратится на выполнение полезной работы и создание тепла. Обозначается буквой «P», измеряется в W и вычисляется:

P=I*U*cosφ.

Реактивная мощность создаётся колебаниями энергии электрического поля. Она обуславливает способность деталей реактивной машины сохранять и излучать электромагнитную энергию. Речь идёт о токе, который заряжает конденсатор или создает магнитное поле вокруг витков обмотки катушки. Обозначается буквой «Q», измеряется в Var и рассчитывается:

Читать еще:  Электрическая принципиальная схема управления трехфазным асинхронным двигателем

Q=I*U*sinφ.

Полная мощность «S» представляется математической комбинацией по формуле теоремы Пифагора: S*S = Q*Q + P*P. Она измеряется в V*A и вычисляется:

S = P / cosφ = √(P 2 + Q 2 )=I*U.

Реактивную мощность трехфазного асинхронного двигателя можно представить суммой двух составляющих: индуктивной и емкостной.

Лучшее представление данной величины может быть получено в виде векторной диаграммы, индуктивная составляющая – это положительная координата на оси Y, емкостная – отрицательная. Очевидно, что эти два значения несколько компенсируют друг друга, составляя координату вектора, которая будет либо положительной, либо отрицательной. Чем меньше угол между ними, тем полная мощность становится ближе к активной.

Коэффициент мощности cosφ для трёхфазного асинхронного двигателя равен 0,8–0,9. Если его необходимо увеличить, то довольно часто добавляют конденсаторы в цепи двигателя. Функция этих конденсаторов заключается в том, чтобы обеспечить намагничивающий ток, снижающий амплитуду реактивной составляющей. Чем выше cosφ, тем меньше электромашина потребляет энергии.

Как определить мощность электродвигателя?

Для того чтобы выполнить расчёт понадобятся измерительные инструменты и справочная информация. Итак, существуют варианты определения мощности электродвигателя:

  • по току. Подаём питание на асинхронный электродвигатель. Поочередно делаем замеры тока в каждой обвивке амперметром. В итоге среднее значение тока умножается на напряжение и получается потребляемая мощность электродвигателя;
  • по размерам. Замеряем диаметр и длину сердечника статора. Узнаем частоту оборотов вала. Далее, производим приближённый расчёт «постоянной» по формуле:

3,14•D•n/(120•f).

На основе расчёта находим в справочнике константу. Вычисляем

P = C•D²•l•n•10^(-6);

  • по тяговой силе. Измеряем скорость оборотов вала с помощью тахометра, радиус вала обычной линейкой, тяговое усилие движка динамометром. Для расчёта все найденные значения перемножаем

P =Mw= F•2•3,14•nr.

На основе этих математических выражений можно сделать вывод, что асинхронные двигатели могут иметь одинаковую мощность, но различаться по частоте вращения вала, что существенно влияет на его габариты. Рассмотрим также смысл использования регуляторов мощности.

Какие бывают виды регуляторов?

Существует два вида регуляторов, доступных на сегодняшнем рынке:

  • на переменном резисторе,
  • электронный (шаговый и подвижный).

Все они обладают разными способами управления скоростью вращения и, посему, эффективность (потребление электроэнергии) у каждого вида отличается. С этой точки зрения, классический регулятор – самый дешевый, но неэффективный. Давайте рассмотрим все три типа.

Регулятор на переменном резисторе

На самом деле этот реостат имеет внутри огромную катушку. Выбирая низкие параметры скорости, мы, по сути, выбираем более высокое сопротивление цепи. Это приводит к снижению потребляемого тока (так как напряжение является фиксированной величиной). Аппараты громоздкие по размеру и недорогие по цене.

Электронный регулятор

Электронные – это новейшие типы из доступных регуляторов на рынке. Они намного меньше по размерам, чем другие. Для понижения напряжения в них используются вместо резисторов конденсаторы, которые регулируя скорость вращения, управляют сигналом электропитания. В отличие от реостатов не нагреваются и, значит, экономят электроэнергию, когда мотор работает на малых скоростях.

Регуляторы способны сэкономить до 40% на «1» скорости и около 30% на «2-й» скорости по сравнению со своими резисторными аналогами. Существуют электронные разновидности регуляторов:

  1. подвижные с плавным регулированием.

  1. шаговые с пронумерованной скоростью действия (обычно от 1 до 5).

Эти устройства обеспечивают низкий уровень искажений движения мотора и, следовательно, меньше нагреваются. Вариант с лучшей технологией и экономией электричества.

Заключение

Мощность асинхронного двигателя – основная техническая характеристика этого устройства, которая влияет на сферу применения и выполняемые задачи. Для регулирования соотношения физических величин используются регуляторы. Формулы, выражающие связь физических показателей асинхронных двигателей необязательно помнить все, их можно легко выводить самим из тех, что знакомы по школьной программе физики.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector