Расчет мощности асинхронного электродвигателя

Онлайн расчет характеристик трехфазных электродвигателей

1. Расчет мощности электродвигателя

Расчет мощности электродвигателя по току можно произвести с помощью нашего онлайн калькулятора:

Полученный результат можно округлить до ближайшего стандартного значения мощности.

Стандартные значения мощностей электродвигателей: 0,25; 0,37; 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 7,5; 11; 15; 18,5; 22; 30; 37; 45; 55; 75 кВт и т.д.

Расчет мощности двигателя производится по следующей формуле:

P=√3UIcosφη

  • U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);
  • I — Номинальный ток электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателя, а при их отсутствии определяется расчетным путем);
  • cosφ — Коэффициент мощности — отношение активной мощности к полной (принимается от 0,75 до 0,9 в зависимости от мощности электродвигателя);
  • η — Коэффициент полезного действия — отношение электрической мощности потребляемой электродвигателем из сети к механической мощности на валу двигателя (принимается от 0,7 до 0,85 в зависимости от мощности электродвигателя);

2. Расчет тока электродвигателя

Расчет номинального и пускового тока электродвигателя по мощности можно произвести с помощью нашего онлайн калькулятора:

Расчет номинального тока двигателя производится по следующей формуле:

Iном=P/√3Ucosφη

  • P — Номинальная мощность электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателялибо определяется рассчетным путем);
  • U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);
  • cosφ — Коэффициент мощности — отношение активной мощности к полной (принимается от 0,75 до 0,9 в зависимости от мощности электродвигателя);
  • η — Коэффициент полезного действия — отношение электрической мощности потребляемой электродвигателем из сети к механической мощности на валу двигателя (принимается от 0,7 до 0,85 в зависимости от мощности электродвигателя);

Расчет пускового тока электродвигателя производится по формуле:

Iпуск=Iном*K

  • К — Кратность пускового тока, данная величина берется из паспорта электродвигателя, либо из каталожных данных (в приведенном выше онлайн калькуляторе кратность пускового тока определяется приблизительно исходя из прочих указанных характеристик электродвигателя).

3. Расчет коэффициента мощности электродвигателя

Онлайн расчет коэффициента мощности (cosφ) электродвигателя

Расчет cosφ (косинуса фи) двигателя производится по следующей формуле:

cosφ=P/√3UIη

  • P — Номинальная мощность электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателялибо определяется рассчетным путем);
  • U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);
  • I — Номинальный ток электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателя, а при их отсутствии определяется расчетным путем);
  • η — Коэффициент полезного действия — отношение электрической мощности потребляемой электродвигателем из сети к механической мощности на валу двигателя (принимается от 0,7 до 0,85 в зависимости от мощности электродвигателя);

4. Расчет КПД электродвигателя

Онлайн расчет КПД (коэффициента полезного действия) электродвигателя

Расчет коэффициента полезного действия электродвигателя производится по следующей формуле:

η=P/√3UIcosφ

  • P — Номинальная мощность электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателялибо определяется рассчетным путем);
  • U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);
  • I — Номинальный ток электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателя, а при их отсутствии определяется расчетным путем);
  • cosφ — Коэффициент мощности — отношение активной мощности к полной (принимается от 0,75 до 0,9 в зависимости от мощности электродвигателя);

Оказались ли полезны для Вас данные онлайн калькуляторы? Или может быть у Вас остались вопросы? Напишите нам в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Расчет основных параметров двигателя с шильдика

Электродвигатели встречаются в промышленности и быту повсеместно. Если Вы не обращали внимание, то я приведу парочку фото примеров:

Порой возникает необходимость, рожденная будничным любопытством, либо производственной необходимостью в определении мощности электродвигателя по внешнему виду, или значения допустимой температуры в эксплуатации, не говоря уже о значениях тока и напряжения.

Тут возможен вариант, что с него содрана табличка, на которой написаны номинальные параметры, либо же шильдик в таком состоянии, что различить ничего невозможно. Как же быть в такой ситуации…

Одно дело, если Вы всю жизнь работали на производстве движков, и можете определить мощность на глаз. В иных случаях, определить поможет линейка (рулетка) и таблицы с габаритами механизмов.

Если Ваша деятельность больше лежит в теоретических изысканиях, нежели практических, то пригодится формула определения мощности ЭД или таблицы с номинальным данными, именно про это и не только в этой статье.

Бирка (шильдик) электродвигателя

Осмотрев любой, за редким исключением, электродвигатель можно обнаружить табличку, привинченную на болты, саморезы или же заклепки. Что же написано на данном куске металла? Возьмем шильдик, заменив на нем заводской номер на название сайта.

Кстати, редко бывает, что табличка на электрооборудование находится в таком, почти идеальном состоянии. Часто данные выцветают или замазаны краской, ведь задача стоит для обслуживающего персонала покрасить двигатель, а не покрасить двигатель, оставив табличку нетронутой. Но, нам повезло. Пойдем по-порядку.

Первая строчка — число фаз и тип тока (3

), заводской номер, частота сети, форма исполнения и монтажа, класс изоляции

Вторая строчка — тип электродвигателя, косинус фи, возможные схемы соединения, номинальная частота вращения

Третья строчка — возможные номинальные напряжения, номинальная мощность, IP — степень защиты электродвигателя, масса, режим работы электродвигателя (S1).

Четвертая строчка — номинальные токи в зависимости от схемы включения обмоток, далее какому госту соответствует эд.

Рассмотрим отдельные параметры более подробно.

Мощность электродвигателя: полная, активная и на валу

Формула для расчета мощности трехфазного асинхронного двигателя:

S1 — полная мощность, потребляемая двигателем из сети

P1 — активная мощность, потребляемая электродвигателем из сети (указана на шильдике)

P — активная мощность на валу ЭД.

cosf — косинус фи, коэффициент мощности — угол сдвига фаз между активной (P) и полной мощностью (S).

В формулах выше, значение мощности получится в Вт, значение полной мощности в ВА. Чтобы перевести в киловатты необходимо получившееся значение разделить на тысячу. Значение тока и напряжения соответственно в формуле выше в амперах и вольтах.

I1 и U1 — линейные значения тока и напряжения, их еще называют междуфазными. Не стоит путать с фазными. Линейные — это АВ, ВС, СА (380); фазные — АО, ВО, СО (220). Если выразить формулы мощностей через фазные значения тока и напряжения, то вместо корня из трех вначале будет коэффициент 3. Этот коэффициент определяется наглядно через векторную диаграмму трехфазного напряжения.

Для двигателей постоянного тока формула будет просто произведение напряжения на зажимах двигателя умножить на ток, потребляемые двигателем из сети.

Потребляемая мощность p1 больше мощности на валу ЭД из-за потерь, которые возникают при преобразовании электрической энергии в механическую.

Звезда/Треугольник и 220/380, 380/660

Смотреть все значения по порядку как они идут через дробь. То есть написано на шильде Y/D ( треугольник/звезда), значит и токи, напряжения соответственно будут сначала для Y, а после дроби для звезды. Единственно, нюанс, что при 220/380 — треугольник будет 220, А при 380/660 — треугольник будет 380. То есть говорить, что 380 — это всегда звезда — неверно.

Всегда изучайте табличку на движке перед подключением.

Достоинства при подключении звездой и треугольником абстрактны, так как каждая схема имеет свои области применения:

  • Y — меньше рабочий и пусковой ток, больше напряжение, меньше пусковой момент, меньше греется
  • D — больше пусковой момент, пусковой ток, но и больше греется.

Бывают двухскоростные двигатели, где сначала запускаются на звезде, А потом переходят на треугольник. В таком случае механизм легче запускается, А потом работает с большей мощностью.

При подключении трехфазного двигателя на 220В, где есть лишь фаза и ноль, можно прибегнуть к схеме с конденсаторами.

Форма исполнения и способ монтажа

IM 1081 — форма исполнения и способ монтажа согласно ГОСТ 2479 и МЭК60034-5. В нашем примере это обозначает “на лапах с двумя подшипниковыми щитами, с одним циллиндрическим концом вала”.

Это название состоит из латинских букв IM и четырех чисел.

Первая цифра от 1 до 9 — конструктивный способ исполнения

Вторая и третья (00. 99) — способ монтажа

Четвертая (0..9) — условное обозначение конца вала.

Коэффициент полезного действия электродвигателя

КПД показывает эффективность преобразования электродвигателем электрической энергии, которую он берет из сети, в механическую энергию вращения механизма.

Если бы не было потерь при передаче энергии, то КПД равнялся бы 100%. Однако, такого не существует. Однако, существуют виды потерь, которые уменьшают величину коэффициента:

  • потери от нагрева проводников с током при увеличении нагрузки — электрические потери
  • потери на вихревые токи, гистерезис в шихтованных статорах — магнитные потери
  • потери на трение подшипников, вентиляцию — механические потери
  • плюс различные дополнительные менее важные виды потерь.

Часто, но не всегда, чем выше скорость вращения электродвигателя, тем больше его КПД. Это связано с зависимостью КПД и скольжения ЭД. Существуют классы согласно величины КПД по ГОСТ IEC/TS 60034-31—2015: IE1, IE2, IE3, IE4.

Классы изоляции двигателей по нагревостойкости

Здесь нам на помощь придет ГОСТ 8865-93. Класс изоляции электрических машин характеризует максимальную температуру при номинальных параметрах. То есть в нашем примере при номинальных данных с таблички, температура изоляции не должна превышать 155 градусов.

Приведу данные допустимых температур электродвигателей для разных классов изоляции. Следует учитывать, что материалы могут иметь различные классы.

  • Y — 90
  • A — 105
  • E — 120
  • B — 130
  • F — 155
  • H — 180

Далее идут цифровые классы: 200, 220, 250 — а после них плюс 25 градусов с обозначением класса согласно допустимого значения температуры.

Данные температуры определены опытным путем при работе на номинальных параметрах на протяжении срока эксплуатации до величин, при которых увеличивается тангенс дельта и уменьшается напряжение пробоя.

Расчет мощности электродвигателя

Мощность электродвигателя – паспортная характеристика прибора, превращающего электрическую энергию в кинетическую. Это один из ключевых параметров при выборе устройства для обслуживания различного оборудования. Она всегда указывается в сопроводительной документации и дополнительно «штампуется» на шильднике электрического двигателя, закрепленном на его корпусе.

Но документы не всегда сохраняются, а надпись на шильднике может затереться. В таких случаях для дальнейшей эксплуатации, проверки, подключения может потребоваться расчет мощности электродвигателя. Он производится разными способами, о которых и расскажем.

Способы расчета мощности электродвигателя

Учитывая широкое распространение, неудивительно, что формул мощности электродвигателя существует довольно много. Самые простые в плане применения на производстве – следующие три подхода.

  1. Расчет мощности электродвигателя по току. Для определения фактического показателя прибор надо подключить (напряжение – фиксированное) и изменять ток поочередно на каждой из обмоток при помощи амперметра. Алгоритм действий такой:
    • берется количество замеров;
    • определяется сила тока в Амперах для каждого замера;
    • все показатели суммируются и делятся на количество замеров;
    • среднее значение силы тока умножаем на напряжение и получаем мощность электродвигателя в кВт (или Ваттах).
  2. Расчет мощности электродвигателя по размерам. Надо измерить диаметр и длину сердечника статора, узнать частоту оборотов вала.
  3. Расчет мощности электродвигателя асинхронного по силе тяги:
    • тахометром определяем частоту вращения вала;
    • штангенциркулем меряем радиус вала (если нет циркуля, можно взять обычную линейку);
    • динамометр используем, чтобы замерять тяговое усилие устройства;
    • формула мощности электродвигателя выглядит как P = F (тяговая сила)*n (частота вращения)*r (радиус вала)*2*3,14.

Формула мощности электродвигателя

Формула мощности электродвигателя может учитывать массу нюансов технологического процесса. Благодаря развитию IT-технологий сегодня найти способы расчета такого показателя не составляет труда. А вот выбрать в огромном количестве предложенных вариантов тот, который подойдет именно вам, как показывает практика, не так-то просто.

Чтобы вы не растерялись в огромном количестве методичек и рекомендаций интернета, предлагаем универсальный вариант формулы, который подойдет практически для любого случая. Выглядит она следующим образом.

  • P – потребляемая мощность электродвигателя (номинальная);
  • T – необходимый момент вращения на валу;
  • Ω – угловая скорость.

У экспликатов тоже есть свои формулы.

  1. Вращающий момент (T) считается как произведение требуемого усилия тяги и радиуса рабочего органа подключаемого механизма.
    • Усилие тяги (обозначается как Ft) можно рассчитать по формуле Ft = t*M*2,5, где t –коэффициент трения (берется из таблицы данных, для подшипников качения, например, он известен и равняется 0,02), а М – масса груза, который перемещает оборудование. Произведение корректируется на коэффициент Ньютона, который тоже известен и составляет 2,5.
    • Радиус элемента вращения измеряют или берут из проектных/паспортных данных.
  2. Угловую скорость определяют так: Ω = число Пи (π, принимается как 3,14)*n/30 (n – частота вращательного движения механизма, которое приводит в действие электродвигатель – берется из паспорта). Чтобы электродвигателя хватило с учетом возможных перегрузок привода, угловая скорость, рассчитанная приведенным способом, корректируется в большую сторону на коэффициент 1,5.

При расчете мощности электродвигателя надо делать поправку на тип соединения обмоток статора, от которого зависит значение рабочего тока. В соединениях типа «звезда» ток меньше в 1,73 раза, чем в соединениях «треугольник». Соответственно, для «звезды» показатель тоже надо уменьшать в 1,73 раза.

Расчет мощности электродвигателя для оборудования

Чтобы определить, какой мощности электродвигатель нужен для обслуживания конкретного механизма, надо знать его (механизма) потребляемую мощность. Она обычно указывается для каждой категории установок и приборов, прописывается в паспортной документации и известна производителю. Если фактической информации по показателю нет, ее можно получить:

  • по результатам теоретических расчетов;
  • эмпирически, использовав результаты многочисленных опытов;
  • методом снятия нагрузочных диаграмм, если опытной базы эксплуатации еще не накоплено (оборудование малоизученно), здесь нужны самопишущие приборы;
  • через применение нормативов потребления энергии (статистических данных), которые учитывают удельные расходы электрической энергии при создании конкретного продукта.

Когда потребление известно, останется подставить его в формулу следующего вида.

  • Рм – определенная теоретически/эмпирически или паспортная мощность оборудования;
  • – коэффициент полезного действия промежуточной передачи.

Расчетный показатель используется для выбора по каталогу продукции ПТЦ «Привод». При этом ориентироваться следует на номинальные мощностные показатели электродвигателя с небольшим запасом.

Проверять электрический двигатель по нагрузке или перегреву необходимости нет. Наш производственно-технический центр на этапе контроля качества готовых изделий проводит все испытания и расчеты с максимальным использованием материалов, которые заложены в моделях при номинальном расчете мощности электродвигателя. А вот контроль достаточности момента пуска для некоторых видов подключаемых механизмов может быть полезен. Это в особенности касается устройств с увеличенным сопротивлением трения на старте (транспортеры, рабочие узлы станков металлорезки).

Энергетическая эффективность электродвигателя

Как и у всех электроприборов, потребляющих электрическую энергию (платный ресурс), электродвигатель имеет свой класс энергоэффективности. От этого показателя зависят расходы производства на работу устройства. Он, в свою очередь, зависит от коэффициента полезного действия двигателя и указывается в технической документации. Как показывает практика, даже в средней категории электродвигателей (55 кВт) предпочтение версиям с более высоким классом энергоэффективности позволяет существенно снизить расходы энергии (экономия до 10 тыс. кВт в год).

Вы можете подобрать установку оптимального класса энергоэффективности по каталогу продукции ПТЦ «Привод» – в описании моделей есть вся необходимая информация. Здесь же можно заказать регулятор мощности электродвигателя, который тоже помогает сократить расход энергии и обеспечивает плавную работу устройства без рывков (увеличивает срок его службы).

Трёхфазный асинхронный электромотор – расчёт нагрузки в момент работы

Главная страница » Трёхфазный асинхронный электромотор – расчёт нагрузки в момент работы

Трёхфазные асинхронные двигатели традиционно имеют в составе конструкции три отдельных обмотки – катушки индуктивности. Подключение обмоток выполняется схематично «звездой» / «треугольником». Однако конфигурация «звезды» видится более распространённым и предпочтительным вариантом. Конструкцию и размещение катушек трехфазный асинхронный электромотор имеет в таком исполнении, при котором три магнитных поля создают вращающий момент на роторе, заставляя последний вращаться.

Трёхфазный асинхронный электромотор – главные качества

Как таковой — трёхфазный асинхронный электромотор широко применим к различным промышленным устройствам, системам, механизмам. Двигателями с питанием на три фазы обеспечивается эффективная работа при участии самых различных нагрузок:

  • насосы,
  • компрессоры,
  • клапаны,
  • конвейеры,
  • другие приводные устройства.

Трёхфазные асинхронные электромоторы относительно просты по конструкции, эффективны в действии, малые по размерам, не такие дорогостоящие, как однофазные двигатели, наделённые сопоставимыми характеристиками. К тому же трёхфазным асинхронным электромоторам присуще ещё одно ярко выраженное свойство – долговечность.

Как рассчитать факторы мощности трёхфазного электромотора?

Чтобы иметь возможность рассчитать фактор мощности асинхронного электродвигателя на три фазы, можно воспользоваться первой классический формулой:

Hм = √3 * Iл * Vл * Eэф * Pм / 746;

где значения формулы: Hм – параметр мощности, л.с.; Vл – линейное напряжение, В; Iл – линейный ток, А; Eэф – эффективность электромотора; Pм – коэффициент мощности.

Следовательно, если исходить из первой формулы, линейный ток на фазу (Fлт полной нагрузки) для трёхфазного асинхронного электромотора, работающего на максимальной мощности, допустимо рассчитать второй формулой:

Fлт = Iл = Hм * 746 / √3 * Vл * Eэф * Pм;

Аналогичным образом, при условии известного параметра мощности трёхфазного асинхронного электромотора, линейный ток на фазу ( Fлт ) рассчитывается применением третьей формулы:

Fлт = Iл = KW * 1000 / √3 * Vл * Eэф * Pм;

Когда же известно номинальное значение мощности трёхфазного асинхронного электродвигателя (KVA), параметр Fлт доступно рассчитать, применяя четвёртую формулу:

Fлт = Iл = KVA * 1000 / √3 * Vл;

Наконец, если стоит задача выполнить расчёт параметра тока заторможенного ротора трёхфазного асинхронного электромотора ( ARз ), расчёт проводится при помощи пятой формулы:

ARз = 577 * Hм * KVA / Hм / Vр;

где: KVA / Hм — это скольжение ротора асинхронного электромотора на три фазы, рассчитанное как % снижения частоты вращения от синхронной частоты вращения, до фактической частоты вращения (таблица ниже); Vр – это номинальное рабочее напряжение трёхфазного асинхронного электродвигателя.

Таблица: Коды значений параметров скольжения ротора трёхфазного асинхронного электродвигателя

Кодировка для электромотора Значение KVA / Hм
A 0 – 3.14
B 3.15 – 3.54
C 3.55 – 3.99
D 4.0 – 4.49
E 4.5 – 4.99
F 5.0 – 5.59
G 5.6 – 6.29
H 6.3 – 7.09
I 7.1 – 7.99
K 8.0 – 8.99
L 9.0 – 9.99
M 10.0 – 11.19
N 11.2 – 12.49
P 12.5 – 13.99
R 14.0 – 15.99
S 16.0 – 17.99
T 18.0 – 19.99
U 20.0 – 22.39
V 22.4 -> и выше

При условиях, когда фактическое рабочее линейное напряжение отличается, тогда параметр заторможенного ротора трёхфазного асинхронного электромотора изменяется прямо пропорционально изменению сетевого напряжения ( ARз * ( Vл / Vр )).

Понятие важных моментов параметра линейного тока

Очевидно: фактическая мощность асинхронного электродвигателя на три фазы зависит от линейного напряжения ( Vл ), приложенного на клеммы электромотора.

Пример эксплуатации на практике трёхфазного асинхронного электромотора с подключенной высокой нагрузкой, предварительно рассчитанной при помощи рассматриваемых математических формул

Кроме того, линейный ток ( Iл ), потребляемый электродвигателем, также зависит от параметра Vл и от фактической механической нагрузки, приложенной к валу ротора. Важно понимать следующие моменты, касающиеся параметра Iл :

  1. Момент пуска двигателя сопровождается максимальным токовым значением, поскольку мотором преодолевается механическая инерция, вызванная в основном механической нагрузкой. Это значение также известно как токовая составляющая заторможенного ротора ( Aзр ).
  2. Рост частоты вращения ротора уменьшает значение Iл до границы установления рабочего значения, соответствующего мощности Hм, передаваемой нагрузке. Наивысшее значение Iл соответствует номинальному току электродвигателя (параметру полной нагрузки).

Таким образом, с полной уверенностью можно утверждать, что токовое значение, протекающее через нагрузку трёхфазного асинхронного электродвигателя, является суммой значений токов перехода и устойчивого состояния:

Iл = Iп + Iус;

где: Iл — фазный ток, текущий по нагрузке, через переключатель или реле; Iп – переходной ток, который пренебрежимо мал для резистивных нагрузок, поэтому Iл фактически равен Iус .

Однако для нагрузок электродвигателя переходное значение Iп логично считать эквивалентом параметра заторможенного ротора, а значение Iус логично считать эквивалентом полной токовой нагрузки.

Значения тока заторможенного ротора в 5-7 раз превышают токи полной нагрузки в течение короткого временного промежутка (нескольких секунд). Точное завышение зависит от типа электродвигателя и конкретного применения.

Пример расчета линейного тока трёхфазного электромотора

Предположим, стоит задача рассчитать линейные токи фаз при полной нагрузке и заторможенном роторе для трёхфазного асинхронного электромотора мощностью 5 л.с.

Подаваемое на электродвигатель напряжение равно 440 вольтам переменного тока. Параметр КПД равен 85% при коэффициенте мощности — 0,7 с кодом скольжения ротора — «E». Электрический мотор работает при температуре окружающей среды — 40°C.

Для расчётов на первом этапе применяется вторая формула из тех, что рассматривались выше:

Fлт = Iл = Hм * 746 / √3 * Vл * Eэф * Pм;

Fлт = 5 * 746 / 1.73 * 440 * 0.85 * 0.7 = 8.2А (на фазу);

Для определения номинальных характеристик заблокированного ротора в диапазоне от малых до высоких значений, расчет выполняется по пятой формуле:

ARз = 577 * Hм * KVA / Hм / Vр;

ARз = 577 * 5 * 4.5 (нижний предел) / 440 = 29.5А/с;

То есть параметры заблокированного ротора для данного случая расчёта мощности трёхфазного электромотора находятся в диапазоне значений 29.5 — 32.8А/с на каждую фазу.

Расчет мощности электродвигателя

Если вы задались целью создать электрический привод, например, собственную мельницу, насосную станцию, транспортерную ленту или другое полезное в хозяйстве устройство, вам надо найти или купить электродвигатель и убедиться в том, что его мощность соответствует поставленным задачам.

Сегодня мы осветим некоторые аспекты, касающиеся устройства и рабочих качеств электрических машин, что поможет вам сделать правильный выбор.

Как выбрать электродвигатель

Подбор электродвигателя стоит начать со знакомства с типами электрических машин. Основное их отличие состоит в способе взаимодействия магнитных полей статора и ротора. По этому признаку они делятся на два типа:

  1. Синхронные.
  2. Асинхронные.

Синхронные электрические машины

У них магнитное поле статора и ротора создается внешними источниками, они независимы друг от друга, их смена положения их полюсов происходит синхронно.

Двигатели постоянного тока

Исходя из принципа механики Ньютона, утверждающего, что всякое движение относительно, электродвигатель постоянного тока можно назвать синхронной машиной. Хотя магнитные поля статора и ротора в ней неподвижные, а вращение вала происходит за счет эффекта отталкивания одноименных полюсов магнитов и притягивания разноименных.

Синхронизация их положения относительно друг друга происходит особого устройства – коллектора, расположенного на валу ротора. Это кольцо из меди, поделенное на секторы диэлектриком. Концы обмоток ротора подключаются к этим секторам и создают контактные пары.

На них через угольные щетки подается постоянный ток. Во время вращения вала происходит переключение полюсов между парами. Магнитное поле статора может создаваться металлами с остаточным магнетизмом или прохождением тока по обмоткам. Последние применяются в электрических машинах большой мощности.

Их достоинством является большой коэффициент полезного действия, до 98%, а также стабильно высокий вращающий момент и малая зависимость от перегрузок. Двигатели постоянного тока отлично подходят для привода подъемных механизмов, а также в качестве тяговых на электротранспорте.

Ими очень просто управлять: для снижения скорости вращения надо лишь уменьшить величину подаваемого напряжения, а для реверсирования достаточно сменить полярность. Недостатком является сложность устройства и невысокая надежность щеточного узла, его склонность к искрению и шумность. Кроме того, постоянное напряжение сложно передавать на большие расстояния, из-за чего нет магистральных линий такого типа. Питание придется создавать самостоятельно, используя выпрямительные или инверторные схемы. Также про двигатели постоянного тока можно почитать здесь.

Коллекторные двигатели

По своей конструкции они аналогичны двигателям постоянного тока. Однако питаются переменным однофазным током. Статорная обмотка возбуждения у них включена последовательно с обмоткой якоря. Вращение вала происходит за счет синхронной смены полюсов магнитного поля в статорной и роторной обмотках.

К перечисленным выше достоинствам – большому вращающему моменту, нечувствительности к перегрузкам, стоит отнести и то, что это единственная электрическая машина переменного тока, которой можно без проблем управлять.

Для изменения скорости вращения вала достаточно уменьшить питающее напряжение, а для реверсирования поменять местами точки подключения коллекторного узла со статорной обмоткой. Поэтому коллекторные электродвигатели широко применяются в бытовых электроприборах.

Например, в стиральных машинах, дрелях и другом электрифицированном инструменте. К недостаткам, основным из которых является сложность и малая надежность щеточного узла, стоит отнести и невозможность подключения трехфазного напряжения. Просто потому, что в этом случае щеток должно быть шесть. Это ограничивает максимальную мощность двигателей: у однофазных машин при напряжении 220 вольт это значение не бывает более 2,5 киловатта.

Синхронные электродвигатели переменного тока

У них статорная обмотка питается переменным трехфазным током, а роторная – постоянным. Чтобы их магнитные полюса сцепились и вызвали движение вала, такой электродвигатель надо раскрутить вручную или другим мотором. Фактически они являются генератором переменного тока, работающим в режиме вращения. Достоинством машины являются высокий крутящий момент и стабильность частоты вращения.

Недостатками – сложность пуска и наличие коллектора со щеточным узлом, что снижает их надежность. А также невозможность регулирования частоты вращения. Применяются в установках, которые работают постоянно или с очень длительным рабочим циклом. Например, на перекачивающих станциях или транспортерных лентах.

Узнать больше об электродвигателях можно узнать в нашей статье «Электрический двигатель: виды и характеристики».

Асинхронные электрические машины

В них магнитное поле ротора является порождением вращающегося магнитного поля статора. Поскольку между этими деталями машины есть воздушный зазор, передача энергии между ними происходит с потерями. Поэтому фаза тока в роторе отстает от фазы тока в статоре на небольшой угол (не более 100), который определяет величину коэффициента мощности cosφ. Это отставание и является причиной того, что электрическую машину этого типа называют асинхронной.

Двигатели с короткозамкнутым ротором

Обмотка ротора у них – это набор металлических стержней, которые соединяют два кольца. Получившуюся фигуру называют «беличье колесо». В момент подачи напряжения на статорную обмотку в роторе возникает ток короткого замыкания, энергия которого тратится на раскручивании вала и тем самым гасится. У него несколько меньший КПД, чем у синхронных машин, он не превышает 80%.

После набора оборотов он имеет очень стабильный вращающий момент на валу и хорошо выдерживает перегрузки. Главными достоинствами таких двигателей является его простота и надежность, благодаря которым они очень широко распространены. Недостатками – сложность управления.

Для изменения скорости вращения необходимо менять частоту питающего напряжения или количество статорных обмоток, которое определяет количество полюсов электромагнита – чем их больше, тем она ниже. Также электродвигателям с короткозамкнутым ротором свойственен большой пусковой ток, перегружающий сеть, а также резкий рост вращающего момента при подключении питания, что может вызвать поломку редуктора привода.

Двигатели с фазным ротором

Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности (более 30 кВт) связан с чрезвычайной перегрузкой питающей сети. Для устранения этого явления используют машины с фазным ротором, обмотка которых состоит из трех катушек, соединенных звездой. Их концы соединены угольными щетками с тремя контактными кольцами, расположенными на оси двигателя.

В отличие от коллектора двигателя постоянного тока они не поделены на сектора. При запуске такой машины используется трехфазный реостат, сопротивление которого в момент пуска максимальное. Постепенно уменьшая активное сопротивление ротора, добиваются плавной раскрутки вала электродвигателя. При достижении номинальных оборотов его закорачивают.

Изменяя сопротивление ротора, можно добиться изменения частоты вращения. Достоинством машины такого типа является отсутствие перегрузки в момент запуска и плавное нарастание вращающего момента. Поэтому ее применяют в грузоподъемном оборудовании. Недостаток – сложность устройства и более низкий, чем у машин с короткозамкнутым ротором КПД, он не более 60%.

Как рассчитать мощность электродвигателя

При расчете мощности электродвигателя надо ориентироваться на потребности обеспечиваемого технологического процесса. В Сети так много методичек для определения этого параметра, что вы можете запутаться окончательно. Предлагаем вам довольно простую универсальную формулу, пригодную для любых случаев.

P – мощность электродвигателя. Т – потребный вращающий момент на валу, а Ω – угловая скорость.

Ft– потребное тяговое усилие, оно рассчитывается по формуле: Ft= t ∙ M ∙ 2.5, где t – коэффициент трения (для подшипников качения он равен 0.02), М – масса перемещаемого груза, а 2.5 – это коэффициент Ньютона. R – радиус рабочего органа, например, крыльчатки насоса.

Ω = π ∙ n / 30, где π = 3.14, а n – паспортная частота вращения приводимого в действие устройства.
Полученное значение лучше увеличить в 1,5 раза, чтобы предусмотреть возможные перегрузки во время работы привода.

При расчете рабочего тока электродвигателя необходимо учитывать, что при соединении обмоток статора асинхронного электродвигателя звездой он в 1,73 раза меньше, чем при соединении треугольником. На эту же величину уменьшается и мощность.

Окончательно убедиться в работоспособности созданного привода вы сможете только на практике. Но если вы будете следовать изложенным выше рекомендациям, то вероятность того, что все будет работать как надо без дополнительных переделок, значительно повысится.