Как рассчитать потребляемую мощность двигателя

Понятие мощности электродвигателя

Мощность – пожалуй, самый важный параметр при выборе электродвигателя. Традиционно она указывается в киловаттах (кВт), у импортных моделей – в киловаттах и лошадиных силах (л.с., HP, Horse Power). Для справки: 1 л.с. приблизительно равна 0,75 кВт.

На шильдике двигателя указана номинальная полезная (отдаваемая механическая) мощность. Это та мощность, которую двигатель может отдавать механической нагрузке с заявленными параметрами без перегрева. В формулах номинальная механическая мощность обозначается через Р2.

Р2 = Р1 · ƞ

Р2 = Р1 · ƞ = S · ƞ · cosϕ

Определение мощности по потребляемому току

1. Деревянное основание. Очевидный выход, принято монтировать розетку на изолятор. Проще достать небольшой обрезок доски.
2. Накладная розетка показана в разобранном виде: основание, корпус лежат отдельно.
3. Со шнура питания снять изоляцию, чтобы охватить каждую жилу отдельно.
4. Найти разборный штекер. Запрещается использовать для мощных приборов, но мы-то выполняем измерения короткий период времени, сопровождая полным контролем. Либо купите стандартный удлинитель в магазине, шнур питания лишите внешней изоляции.

Розетка монтируется на доску, потрудитесь надежно зажать провода, блокируя возможность обрыва, выскальзывания. Проще сделать, воспользовавшись обрезком изоляции, показано фото. Прижимаем саморезом, долгая жизнь тестовой розетке обеспечена. При одевании корпуса понадобиться намотать немного изоляционной ленты вокруг шнура для лучшего прижатия. Получился вспомогательный инструмент проведения измерений токовыми клещами.

Рекомендуем начать приборами, мощность которых известна. Например, возьмите электрическую дрель с коллекторным двигателем, начинайте мерить ток. На холостом ходу значение будет ниже номинального. Замечено, при разгоне, от двигателя требуется полная мощность, мгновенные, выдаваемые экраном клещей, близки номиналу.

Обратите внимание: токовые клещи выдают показания через равные короткие промежутки времени, сложно засечь пик с первого раза. Поставьте самую высокую скорость шпинделя, терпеливо жмите курок, пытаясь поймать вершину. Нам удалось с третьего раза. Чтобы сделать годный снимок, опыт исполнялся полтора десятка раз (затвор спускался с задержкой, было сложно поймать момент).

В результате ориентировочно определяется мощность коллекторного двигателя электрической дрели. Сразу хотим сказать: отсутствует однозначная зависимость тока холостого тока от номинала мощности. В природе существуют достаточно сложные формулы, воспользоваться ими достаточно непросто. Применить практически – того сложнее.

Приводим таблицу примерных соотношений асинхронных типов двигателей, взятую с сайта http://energo.ucoz.ua/. Где достали авторы, остается загадкой, сведения дают возможность понять, как оценить номинальную мощность двигателя по току холостого хода. Напряжение предвидится номинальным, громоздкие приборы потребуется разогреть перед работой. Так говорит ГОСТ Р 53472. Период определен типом подшипников.

Боитесь ошибиться, берите максимальное значение:

1. До 1 кВт мощности время разогрева составляет ниже 10 мин.
2. Номинальная мощность 1 – 10 кВт, время разогрева полчаса.
3. Номинальная мощность 10 – 100 кВт, время разогрева до часа.
4. Номинальная мощность 100 – 1000 кВт, время разогрева до двух часов.
5. Номинальная мощность свыше 1 МВт, время разогрева до трех часов.

Как оценить примерную мощность? Поясняем. Список дан желающим провести измерения поточнее. Для примерной оценки используем таблицу, избегая забивать мозги. Коллекторный двигатель дрели до измерений при комнатной температуре не разогревался вовсе. Большинство читателей лишено токовых клещей. Большинство мультиметров позволяют измерять ток, шкала ограничена размером 10 А. Обратите внимание, при максимальном лимите следует красный провод подключать к другому гнезду (показано фотографией).

Возле отверстия по-русски (английским языком) написано: время работы с измерениями режимом не превышает 10 секунд (MAX 10SEC) с последующим перерывом четверть часа (EACH 15MIN). В противном случае работоспособность мультиметра не гарантируется, вход без предохранителя (UNFUSED). Рассказывает инструкция. Мультиметр врезается в цепь. Один провод потребуется разомкнуть для измерений. Вместе подумаем, выгодно ли экономически.

Посмотрите снимок чеков. Клемметр подразумевает токовые клещи, простенький тестер обозначается 1СК. Видно, оба прибора стоят дешевле 400 рублей, потому хозяйству нужны оба. Мультиметр оценит ток до 10 А, очень короткое время работы. Клещи работают гораздо грубее, одна шкала достигает предела 1000 А.

Мощность двигателя можно определить по потребляемому им току. Для измерения силы тока будем использовать токоизмерительные клещи. 

Перед началом измерений предварительно отключаем подачу напряжения на электродвигатель. После этого снимаем крышку с клеммной коробки и расправляем токопроводящие жилы, чтобы обеспечить удобный доступ к ним. 

Затем подаем напряжение на двигатель и даем поработать в режиме номинальной нагрузки в течение нескольких минут. Устанавливаем предел измерений на значение «200 А» и токовыми клещами выполняем измерение потребляемого тока на одной из фаз. Далее замеряем напряжение на обмотках с помощью щупов, входящих в комплект токоизмерительных клещей.

Колесо выбора режимов и пределов измерений устанавливаем в позицию для измерения переменного напряжения с пределом в 750 В. Щуп красного цвета присоединяем к гнезду для измерения напряжения, сопротивления и силы тока до десяти Ампер, а черного – к гнезду «COM». Замеры выполняем между клеммами «U1-V1» или «V1-W1» или «U1-W1».

S=1.73×I×U,

где S – полная мощность (кВА), I – сила тока (А), U – значение линейного напряжения (кВ).

S=1.73×15.2×0.22=5.78 кВА

S=1.73×8,8×0.38=5.78 кВА

По этой формуле мы определили мощность электродвигателя, потребляемую из электрической сети. 

P=S×сosφ×(η÷100),

где P – мощность двигателя на валу; S – полная мощность двигателя; сosφ – коэффициент мощности асинхронного электродвигателя; η – КПД двигателя.

P=5,78×0,8×0,85=3,93≈4кВт

Таким образом, мы определили мощность электродвигателя, которая равна 4 кВт.

Мы рассказали о самых надежных методах определения мощности электродвигателя. Вы также можете посмотреть наше видео, в котором подробно показано, как определить мощность электродвигателя.

Формула 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 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 = T * Ω

• 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.

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.

, где:

• 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.

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.

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).

Р2 = Р1 · ƞ

Номинальная мощность обычно указывается для температуры окружающей среды 40°С и ограничена предельной температурой нагрева. Поскольку самым слабым местом в двигателе с точки зрения перегрева является изоляция, мощность ограничивается классом изоляции обмотки статора. Например, для наиболее распространенного класса изоляции F допустимый нагрев составляет 155°С при температуре окружающей среды 40°С.

В документации на электродвигатели приводятся данные, из которых видно, что номинальная мощность двигателя падает при повышении температуры окружающей среды. С другой стороны, при должном охлаждении двигатели могут длительное время работать на мощности выше номинала.

Р {amp}lt; Р2 {amp}lt; Р1 {amp}lt; S

Это необходимо для предотвращения перегрева двигателя и наличия запаса по перегрузке. Кратковременные перегрузки допустимы, но они ограничены прежде всего нагревом двигателя. Защиту двигателя по перегрузке также желательно устанавливать не по номинальному току (который прямо пропорционален мощности), а исходя из реального рабочего тока.

Современные производители в основном выпускают двигатели из ряда номиналов: 1,5, 2,2, 5,5, 7,5, 11, 15, 18,5, 22 кВт и т.д.

На практике мощность двигателя можно рассчитать, прежде всего, исходя из рабочего тока. Ток измеряется токовыми клещами в максимальном рабочем режиме, когда рабочая мощность приближается к номинальной. При этом температура корпуса двигателя может превышать 100 °С, в зависимости от класса нагревостойкости изоляции.

Р = 1,73 · U · I · cosϕ · ƞ, где

• U – напряжение питания (380 или 220 В, в зависимости от схемы подключения – «звезда» или «треугольник»),
• I – измеренный ток,
• cosϕ и ƞ – коэффициент мощности и КПД, значения которых можно принять равными 0,8 для маломощных двигателей (менее 5,5 кВт) или 0,9 для двигателей мощностью более 15 кВт.

Если нужно найти номинальную мощность двигателя, то полученный результат округляем в бОльшую сторону до ближайшего значения из ряда номиналов.

Р2 {amp}gt; Р

Р1 = 1,73 · U · I · ƞ

Именно активную мощность измеряют счетчики электроэнергии. В промышленности для измерения реактивной (и полной мощности S) применяют дополнительное оборудование. При данном способе можно не использовать приведенную формулу, а поступить проще – если двигатель подключен в «звезду», измеренное значение тока умножаем на 2 и получаем приблизительную мощность в кВт.

Этот способ прост и не требует дополнительных инструментов и знаний. Достаточно подключить двигатель через счетчик (трехфазный узел учета) и узнать разницу показаний за строго определенное время. Например, при работе двигателя в течении часа разница показаний счетчика будет численно равна активной мощности двигателя (Р1). Но чтобы получить номинальную мощность Р2, нужно воспользоваться приведенной выше формулой.

Другие полезные материалы:Степени защиты IPТрехфазный двигатель в однофазной сетиТипичные неисправности электродвигателей

S=1.73×I×U,

P=S×сosφ×(η÷100),

Мощность электродвигателя составлена активной, реактивной составляющими. Предприятиям установлен штрафной тариф. Потому важно понимать измеряемые величины. Инструкция токовых клещей пишет: оценивают среднеквадратический ток. Чистая математика. Сие означает: прибор делает выборку определенного интервала, берет корень суммы квадратов отдельных измерений, деленной на общее количество. Уподобим усреднению за некоторый период времени.

Активный ток, полный, реактивный (вряд ли). Вопрос полезно выяснить: токовые клещи, показанные фото, с завидной регулярностью дают мощность приборов на 11% ниже номинала. Проверяли электрические обогреватели, утюги, фен. Мощность занижена единой величиной. Литература пишет: среднеквадратическое значение (RMS) показывает полную величину тока. Физически течет по проводу. Расчет ведется для синусоидальной формы, будут отклонения при невыполнении требования.

Измерить мощность электродвигателя

Наверное, хватит маломощным приборам, двигателям будет слоновья дробина. Асинхронные машины дают 40% реактивной мощности, тратится энергия. Пользы грош. Обратите внимание: при изолированной нейтрали проблем добавляется. Ток втекает одной фазой, выходит – другой. Эффект может вычитаться. Токовые клещи нельзя считать лучшим вариантом.

Лучше, если нейтраль заземленная. Суммарный ток вытекает нулевым проводом, где выполняем измерения. Нейтраль изолирована – получается, эффект одного провода будем измерять дважды: вход, выход. Попробуйте три значения сложить, потом поделить на два. Грубая методика окажется приблизительно верной.