Электрические двигатели уже давно стали включаться в состав различных мотор-редукторов. Они находят свое применение как в трёхступенчатых типа МЦ3У , так и в двухступенчатых типа МЦ2У . Электромоторы имеют практически 90%-ный коэффициент полезного действия, не требуют постоянного обслуживания. Немаловажным параметром является и исключительная экологичность электрического мотора, вредные выхлопы отсутствуют вовсе, что делает его незаменимым при установке внутри помещения. Словом, в настоящее время электромоторы признаны в 3, а то и в 4 раза эффективнее традиционных двигателей внутреннего сгорания.

Но иногда, в случае выхода из строя электродвигателя, покупатель узнает, что абсолютно никакой сопроводительной документации к нему не прилагается. Маркировочные шильды, если и сохранились, могут находиться в изношенном потертом состоянии, так, что ничего на них рассмотреть попросту бывает невозможно. Как же в таком случае можно определить мощность двигателя и число его оборотов? Здесь поэтапно будут приведены советы, которые помогут это сделать.

Следует иметь в виду, что под числом оборотов подразумевается так называемая асинхронная скорость. Синхронная скорость это скорость вращения магнитного поля. Асинхронная скорость несколько ниже синхронной из-за наличия массы у вращательного элемента, а также воздействия сил трения, которые могут значительно понизить КПД мотора. Впрочем, на практике эти различия практически никогда не имеет решающего значения.

Сейчас на рынке представлено 3 основные категории асинхронных электродвигателей. Первая категория каталога - моторы, работающие при 1000 оборотах. На практике это число составляет порядка 950-970 оборотов, но для наглядности все-таки округляют до тысячи. Вторая категория моторы, выдающие 1500 об/мин. Это также округлено, так как в действительности диапазон лежит в пределах 1430-1470. Третья 3000 оборотов в минуту. Хотя реально такой мотор выдает 2900-2970 вращений.

Способы определения характеристик электромотора.

Чтобы определить, к какой из этих групп относится двигатель, не нужно разбирать его, как это советуют некоторые специалисты, чтобы обеспечить себе заказ на работу. Дело в том, что разбор электродвигателя может осуществить только мастер достаточной квалификации. На самом же деле достаточно открыть защитную крышку (другое название подшипниковый щит) и найти катушку обмотки. Таких катушек может быть несколько, но достаточно одной. В случае если к валу прикреплены полумуфта или шкив, потребуется снять еще и нижний щит.

Если катушки соединены при помощи деталей, которые мешают рассмотреть информацию, эти детали ни в коем случае нельзя отсоединять. Нужно попробовать определить на глаз соотношение размера катушки и статора.

Статором называется неподвижная часть электромотора, подвижная же имеет название ротор. В зависимости от конструктивных особенностей, в качестве ротора может выступать как сама катушка, так и магниты.

Если катушка закрывает собой половину кольца статора, такой двигатель относится к третьей группе, то есть способен выдавать до 3000 оборотов. Если размер катушки составляет треть от размеров кольца, это мотор второго типа, соответственно, он способен развить 1500 оборотов в минуту. Наконец, если катушка только на четверть закрывает собой кольцо, это первый тип. Электромотор развивает мощность в 1000 оборотов.

Существует еще один способ определения частоты вращения вала роторной части. Для этого также нужно снять крышку и найти верхнюю часть обмотки. По расположению секций обмотки и определяется скорость. Обычно внешняя секция занимает 12 пазов. Если сосчитать общее количество пазов и разделить на 12, можно получить число полюсов. Если число полюсов равно 2, двигатель имеет скорость вращения около 3000 об/мин. Если полюсов получилось 4, это соответствует 1500 оборотам в минуту. Если 6, то 1000 об/мин. Если 8, то 700 оборотов.

Третий способ определения количества оборотов внимательно осмотреть бирку на самом двигателе. Цифра на маркировке в конце и соответствует числу полюсов. Например, для маркировки АИР160S6 последняя цифра 6 указывает, сколько полюсов использует катушка.

Проще же всего измерить число оборотов специальным прибором тахометром. Но в силу узкой специализации применения данный способ нельзя рассматривать как общедоступный. Таким образом, даже если не сохранилось никакой технической документации, существует как минимум 4 способа определить число оборотов электрического мотора.

Таблица 4

Данный раздел расчётов необходимо завершить указанием выбранного электродвигателя. Например: «Выбран электродвигатель 4А 112М4 УЗ ГОСТ 19523-81 с мощностью Р дв = 5,5 кВт с синхронной частотой вращения вала электродвигателяn дв = 1500 об/мин.

2.2. Определение передаточного числа редуктора

После выбора электродвигателя определяют передаточное число редуктора

(2.6)

где n дв - частота вращения вала двигателя под нагрузкой (асинхронная);

n 1 =n дв / u о.п. – частота вращения входного (быстроходного)вала редуктора;

n 2 =n вых – частота вращения выходного (тихоходного) вала редуктора.

Передаточное число редуктора необходимо согласовать со стандартным значением, приведенным в табл.5; при этом отклонение Δu , согласно ГОСТ, не должно превышать 4% для цилиндрических передач и 2,5% для конических.

. (2.7)

Таблица 5

Стандартные передаточные числа u по ГОСТ 2185-66

Примечание . 1-ый ряд предпочтителен 2-му.

Если погрешность превышает стандартное значение, то следует принять двигатель той же мощности, но с другой частотой вращения, либо изменить передаточное число открытой передачи (в допустимых пределах) и повторить расчеты.

2.3. Определение мощности и вращающих моментов на валах

Частота вращения входного вала редуктора n 1 =n дв / u о.п.

Частота вращения выходного вала редуктора определяется с учетом принятого стандартного передаточного числаu ст

Мощности (кВт), передаваемые валами, определяются с учетом КПД составляющих звеньев кинематической цепи (см. рис.4):

Р 1 = Р дв ∙ η оп ∙ η п

Р 2 = Р 1 ∙ η зп ∙ η п ∙η м (2.8)

Вращающие моменты (Н∙м) на валах редуктора могут быть определены по следующим зависимостям:

для входного вала -
, (2.9)

для выходного вала -

(2.10)

где Т i – крутящий момент, передаваемый валом, Н. м;

[τ кр ]– допускаемые напряжения на кручение;[τ кр ]=15…20 МПа .

Полученные значения диаметров валов редуктора следует округлить до ближайшего большего значения из ряда нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636-69 . Для удобства дальнейших расчётов найденные параметры редуктора сводятся в таблицу:

Определение мощности электродвигателя по диаметру вала. Использование электрических двигателей нашло свое применение не только в промышленности, но и в быту. Электродвигатель обладает множеством параметров, одними из важных которых, являются мощность и электрический ток при подключении двигателя. Эти параметры позволяют правильно подобрать диаметр проводки необходимой для электропитания двигателя, а также средства автоматической и релейной защиты. Как правильно определить мощность электродвигателя, а также как узнать ток, узнаем прямо сейчас.

Для того чтобы понять мощность двигателя, а также его ток, достаточно посмотреть его паспорт, в котором указаны все технические характеристики, или на специальную информационную табличку наклеенную производителем на электромотор во время его выпуска. Причем, на ней указывается активная мощность двигателя, потребляемая из электрической сети.

Вся потребляемая мощность складывается из и активной мощности, и мощности реактивной электромотора. Например, с помощью домашних электрических счетчиков можно рассчитать расходуемую активную электрическую энергию. А при эксплуатации электромоторов на промышленных предприятиях ведется контроль над электроэнергией реактивной.

В домашней обстановке определяем мощность электрического двигателя

Можно сделать через использование счетчика учета электроэнергии. Прежде чем приступить к измерению, надо выключить все электроприборы из сети, в том числе и освещение, а также оборудование, подключенное к электрощиту, т.е. все потребители электричества должны быть отключены.

Включаем электродвигатель и под нагрузкой даем ему поработать в течение пяти минут. Далее измерения зависят от модели прибора учета электроэнергии:

Если прибор учета электроэнергии электронный, то нагрузка определится в кВт, которая на данный момент подключена к нему;

Если прибор учета дисковой индукционной модели, учет у него ведется в Кв./ч, и для измерения мощности следует зафиксировать последние имеющиеся показатели счетчика и включить двигатель

Для его работы на десять минут. После его отключения надо найти разность показаний и результат умножить на шесть, полученное значение и выражает активная мощность электродвигателя.

Чтобы определить потребление электрического тока электромотором надо:

В однофазных электросетях, надо просто провести математические расчеты: имеющееся значение мощности электромотора разделить на известную величину напряжения;

В трехфазных двигателях, надо известную мощность в киловаттах просто умножить на два.

Включение любого электрического двигателя сопровождается возникновением пускового тока, величина которого зависит от модели электрического двигателя, вращательной скорости и других показателей. Пусковой электрический ток возникает для того, чтобы столкнуть ротор для его раскрутки.

В момент раскрутки появляется индуктивное сопротивление, что приводит к уменьшению значения тока. Скачки энергии влияют на работу других электроприборов, которые питаются от одной линии, могут способствовать нарушению работоспособност и электроники. Снижение пускового тока достигается с помощью специального оборудования. Таким образом, определяется мощность электродвигателя, и узнают его ток.

Кроме того, использование специальных устройств при запуске электродвигателе й способствует долгой их эксплуатации.

Электрический двигатель представляет собой электромеханическое устройство, основанное на электромагнетизме, позволяющем преобразовывать электрическую энергию, например, в рабочую или механическую энергию. Этот процесс является обратимым и может быть использован для выработки электроэнергии. Однако все эти электрические машины являются обратимыми и могут быть «двигателем» либо «генератором» в четырех квадрантах плоскости с крутящим моментом.

Ранние разработки

В 1821 году, после открытия феномена связи электричества и магнетизма, датским химиком Эрстедом, теоремы Ампера и закона Био - Савара, английский физик Майкл Фарадей построил два аппарата, которые он назвал «электромагнитное вращение»: непрерывное круговое движение магнитной силы вокруг провода - это фактическая демонстрация первого электродвигателя.

В 1822 году Питер Барлоу построил то, что можно считать первым электродвигателем в истории: «колесо Барлоу». Это устройство представляет собой простой металлический диск, нарезанный звездой, и концы которого погружаются в чашку, содержащую ртуть, обеспечивающая текущий поток. Однако он создает только силу, способную ее поворачивать, не допуская ее практического применения.

Первый экспериментально используемый коммутатор был изобретен в 1832 году Уильямом Стерджоном. Первый двигатель постоянного тока, изготовленный с целью продажи, был изобретен Томасом Давенпортом в 1834 году и запатентован в 1837 году. Эти двигатели не испытали никакого промышленного развития из-за высокой стоимости батарей в то время.

Электродвигатель с DC

Коммутируемый аппарат постоянного тока имеет набор вращающихся обмоток, намотанных на якорь, установленный на вращающемся валу. На валу также имеется коммутатор, долговременный поворотный электрический выключатель, который периодически меняет поток тока в обмотках ротора при вращении вала. Таким образом, каждый мостовой мотор постоянного тока имеет переменный ток, проходящий через вращающиеся обмотки. Ток протекает через одну или несколько пар щеток, которые несут на коммутаторе; щеточки соединяют внешний источник электроэнергии с вращающейся арматурой.

Вращающаяся арматура состоит из одной или нескольких катушек проволоки, намотанной вокруг ламинированного ферромагнитного сердечника. Ток от щетки протекает через коммутатор и одну обмотку якоря, делая его временным магнитом (электромагнитом). Магнитное поле, создаваемое якорем, взаимодействует со стационарным магнитным полем, создаваемым либо PM, либо другой обмоткой (полевой катушкой), как часть каркаса двигателя.

Сила между двумя магнитными полями имеет тенденцию вращать вал двигателя. Коммутатор переключает питание на катушки при повороте ротора, удерживая магнитные полюса, от когда-либо полностью совпадающего с магнитными полюсами поля статора, так что ротор никогда не останавливается (как стрелка компаса), а скорее вращается пока есть питание.

Хотя большинство коммутаторов являются цилиндрическими, некоторые из них представляют собой плоские диски, состоящие из нескольких сегментов (как правило, не менее трех), установленных на изоляторе.

Большие щетки желательны для большей площади контакта щетки, для максимизации мощности двигателя, но небольшие щеточки желательны для малой массы, чтобы максимизировать скорость, с которой двигатель может работать, без чрезмерного отскока и искрения щеток. Более жесткие пружины для щеток также могут использоваться для создания щеток заданной массы на более высокой скорости, но за счет больших потерь из-за трения и износа ускоренной щетки и коммутатора. Поэтому конструкция электродвигателя постоянного тока влечет за собой компромисс между выходной мощностью, скоростью и эффективностью/износом.

Конструкция двигателей с DC:

• Схема арматуры - обмотка, в ней переносится ток нагрузки, который может быть неподвижной или вращающейся частью двигателя или генератора.
• Полевая схема - набор обмоток, создающих магнитное поле, так что электромагнитная индукция может существовать в электрических машинах.
• Коммутация. Механическая техника, в которой может быть достигнута ректификация, или благодаря чему может быть получен постоянный ток.

Существует четыре основных типов электродвигателей постоянного тока:

1. Электродвигатель с шунтовой намоткой.
2. Электродвигатель постоянного тока.
3. Комбинированный двигатель.
4. Двигатель PM.

Базовые расчетные показатели

О том, как узнать мощность электродвигателя в статье будет показано далее, на примере с исходными данными.

Хороший научный проект не останавливается на конструировании силового аппарата. Очень важно произвести расчет мощности электродвигателя и различные электрические и механические параметры вашего аппарата и рассчитать формулу мощности электродвигателя используя неизвестные значения и полезные формулы.

Для расчета электродвигателя мы будем использовать Международную систему единиц (СИ). Это современная метрическая система, официально принятая в электротехнике.

Одним из важнейших законов физики является основной закон Ома. Он утверждает, что ток через проводник прямо пропорционален приложенному напряжению и выражается как:

I = V / R

где I - ток, в амперах (A);

V - приложенное напряжение, в вольтах (V);

R - сопротивление, в омах (Ω).

Эта формула может использоваться во многих случаях. Вы можете рассчитать сопротивление вашего двигателя, измерив, потребляемый ток и приложенное напряжение. Для любого заданного сопротивления (в двигателях это в основном сопротивление катушки), эта формула объясняет, что ток можно контролировать приложенным напряжением.

Потребляемая электрическая мощность двигателя определяется по следующей формуле:

Pin = I * V

где Pin - входная мощность, измеренная в ваттах (Вт);

I - ток, измеренный в амперах (A);

V - приложенное напряжение, измеренное в вольтах (V).

Как узнать выходную мощность

Двигатели как предполагается, выполняют какую-то работу, и два важных значения, которые определяют, насколько он мощный. Это скорость и сила поворота двигателя. Выходная механическая мощность двигателя может быть рассчитана по следующей формуле:

Pout = τ * ω

где Pout - выходная мощность, измеренная в ваттах (Вт);

τ - момент силы, измеренный в метрах Ньютона (N м);

ω - угловая скорость, измеренная в радианах в секунду (рад / с).

ω = rpm * 2 * П / 60

где ω - угловая скорость (рад / с);

об / мин - скорость вращения в оборотах в минуту;

П - математическая константа (3.14);

60 - количество секунд в минуте.

Если двигатель имеет 100% КПД, вся электрическая энергия преобразуется в механическую энергию. Однако таких двигателей не существует. Даже прецизионные малые промышленные двигатели, имеют максимальную эффективность 50-60%.

Измерение момент силы двигателя является сложной задачей. Для этого требуется специальное дорогостоящее оборудование. Но это возможно сделать и самому обладая специальной информацией и формулами.

Показатели механической эффективности

Эффективность двигателя рассчитывается как механическая выходная мощность, деленная на электрическую входную мощность:

E = Pout / Pin

следовательно,

Pout = Pin * E

после подстановки мы получаем:

Т * ω = I * V * E

Т * rpm * 2 * П / 60 = I * V * E

и формула для расчета момента силы будет равна:

Т = (I * V * E * 60) / (об / мин * 2 * П)

Чтобы определить мощность двигателя необходимо подключить его к нагрузке, для образования момента силы. Измерьте ток, напряжение и об / мин. Теперь вы можете рассчитать момент силы для этой нагрузки с этой скоростью, предполагая, что вы знаете эффективность двигателя.

Оценочная 15-процентная эффективность представляет собой максимальную эффективность двигателя, которая происходит только с определенной скоростью. Эффективность может быть какая угодно между нулем и максимумом; в нашем примере ниже 1000 об / мин может быть неоптимальная скорость, поэтому для расчетов вы можете использовать 10% КПД (E = 0,1).

Пример: скорость 1000 об / мин, напряжение 6 В, а ток 220 мА (0,22 А):

Т = (0,22 * 6 * 0,1 * 60) / (1000 * 2 * 3,14) = 0,00126 Н м

Как результат, обычно он выражается в миллиньютонах умноженные на метры (мН м). 1000 мН м в 1 Н м, поэтому рассчитанный крутящий момент составляет 1,26 мН м. Его можно было бы преобразовать далее в (г-см), умножив результат на 10,2, и. е. Крутящий момент составляет 12,86 г-см.

В нашем примере входная мощность двигателя составляет 0,22 A x 6 V = 1,32 Вт, механическая мощность выхода составляет 1000 об / мин x 2×3,14×0,00126 Н м / 60 = 0,132 Вт.

Момент силы двигателя изменяется со скоростью. При отсутствии нагрузки максимальная скорость и нулевой крутящий момент. Нагрузка добавляет механическое сопротивление. Мотор начинает потреблять больше тока для преодоления этого сопротивления, и скорость уменьшается. Когда это происходит, момент силы максимален.

Насколько точен расчет крутящего момента, определяется следующим образом. В то время как напряжение, ток и скорость могут быть точно измерены, эффективность двигателя может быть неправильной. Это зависит от точности вашей сборки, положения датчика, трения, выравнивания моторов и осей генератора и т. д.

Скорость, крутящий момент, мощность и эффективность не являются постоянными значениями. Обычно производитель предоставляет следующие данные в специальных таблицах.

Линейный двигатель по существу является асинхронным двигателем, ротор которого «разворачивается», так что вместо создания вращательной силы вращающимся электромагнитным полем, он создает линейную силу вдоль своей длины путем установки электромагнитного поля смещения.

Акустический шум

Акустический шум и вибрации электродвигателей обычно возникает из трех источников:

• механические источники (например, из-за подшипников);
• аэродинамические источники (например, благодаря вентиляторам, установленным на валу);
• магнитные источники (например, из-за магнитных сил, таких как силы Максвелла и магнитострикции, действующие на структуры статора и ротора).

Последний источник, который может отвечать за шум электродвигателей, называется электрически-возбужденным акустическим шумом.

Если техническая документация к двигателю утеряна, а надписи на корпусе стерлись или не читаемы, возникает вопрос: как определить мощность электродвигателя без бирки? Существуют несколько методов, о которых мы вам расскажем, и вам останется выбрать из них наиболее удобный в вашем случае.

Практические измерения

Самый доступный способ - проверка показаний бытового счетчика электроэнергии. Сначала следует отключить абсолютно все бытовые приборы и выключить свет во всех помещениях, поскольку даже горящая лампочка на 40Вт будет искажать показания. Проследите, чтобы счетчик не крутился или индикатор не мигал (в зависимости от его модели). Вам повезло, если у вас счетчик «Меркурий» - он показывает величину нагрузки в кВт, поэтому от вас потребуется только включить двигатель на 5 минут на полную мощность и проверить показания.

Индукционные счетчики ведут учет в кВт/ч. Запишите показания до включения мотора, дайте ему поработать ровно 10 минут (лучше воспользоваться секундомером). Снимите новые показания счетчика и путем вычитания узнайте разницу. Умножьте эту цифру на 6. Полученный результат отображает мощность двигателя в кВт.

Если двигатель маломощный, вычислить параметры будет несколько сложнее. Выясните, сколько оборотов (или импульсов) равно 1кВт/ч - информацию вы найдете на счетчике. Допустим, это 1600 оборотов (или вспышек индикатора). Если при работающем двигателе счетчик делает 20 оборотов в минуту, умножьте эту цифру на 60 (количество минут в часу). Получается 1200 оборотов в час. Разделите 1600 на 1200 (1.3) - это и есть мощность двигателя. Результат тем точнее, чем дольше вы измеряете показания, но небольшая погрешность все равно присутствует.

Определение по таблицам

Как узнать мощность электродвигателя по диаметру вала и другим показателям? В интернете нетрудно найти технические таблицы, с помощью которых можно узнать тип мотора и, соответственно, его мощность. Вам потребуется снять следующие параметры:

• диаметр вала;
• частота его вращения или число полюсов;
• крепежные размеры;
• диаметр фланца (если двигатель фланцевый);
• высота до центра вала;
• длина мотора (без выступающей части вала);
• расстояние до оси.

Вычисление по количеству оборотов в минуту

Определите визуально количество обмоток статора. Используйте тестер или миллиамперметр для того чтобы узнать число полюсов - при этом не требуется разбирать мотор. Подключите прибор к одной из обмоток и равномерно вращайте вал. Количество отклонений стрелки - это число полюсов. Учтите, что частота вращения вала при данном методе вычисления несколько ниже полученного результата.

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.

Определение по мощности, выдаваемой двигателем

Здесь опять придется вооружиться калькулятором. Узнайте:

• число оборотов вала в секунду (А);
• показатель тяглового усилия мотора (В);
• радиус вала © - это можно сделать с помощью штангенциркуля.

Определение мощности электродвигателя в Вт осуществляется по следующей формуле: Ах6.28хВхС.

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.