Расчет мощности электродвигателя

Мощность двигателя – это паспортный параметр машины, которая преобразует энергию тока в механическую работу. Именно по этому значению выбирают привод для станков, конвейеров, насосов и другого оборудования. Номинальная мощность указывается в документации и дублируется на шильдике, закреплённом на корпусе двигателя.

Со временем бумаги теряются, шильд затирается, а подобрать новый привод или проверить существующий всё равно нужно. В таких случаях помогает самостоятельное определение мощности – по току, геометрии, тяговому усилию и потребности механизма.

Основные способы определения мощности двигателя

Существует много зависимостей, по которым можно оценить мощность. На практике удобнее всего применять три подхода: по току, по геометрическим размерам и по тяге на валу.

1. Определение мощности по току.
   Этот вариант подходит, когда двигатель можно включить в рабочем режиме.
   • Подключаем машину к сети с заданным напряжением.
   • Амперметром поочерёдно выполняем измерения тока в фазах (или на обмотках).
   • Усредняем полученные значения: складываем результаты и делим на число замеров.
   • Средний ток умножаем на напряжение и учитываем схему сети (однофазная / трёхфазная).
   Так получают ориентировочную мощность в кВт или Вт. Чтобы результат был ближе к реальному, желательно, чтобы нагрузка на валу была близка к номинальной, а двигатель работал в обычном для него режиме.
2. Оценка по размерам статора.
   Если подключать привод нельзя, используют косвенный способ:
   • Измеряют диаметр и длину сердечника статора.
   • Уточняют число оборотов в минуту (по паспорту или тахометром).
   • По этим данным подбирают ближайший типоразмер по каталогам производителей.
   Метод не даёт точного значения, но помогает понять, к какому диапазону мощности относится конкретный двигатель и какой аналог стоит искать.
3. Определение мощности по тяговой силе.
   Этот способ удобен, когда механизм уже установлен на рабочем месте, а к валу есть доступ.
   • Измеряют число оборотов тахометром.
   • Штангенциркулем или линейкой определяют радиус вала или рабочего шкива.
   • динамометр используем, чтобы замерять тяговое усилие устройства;
   • Динамометром замеряют тяговое усилие на периферии.
   Далее применяют выражение:
   P = F (тяговая сила)* n (частота вращения)* r (радиус вала)*2*3,14
   Так можно оценить, какую мощность реально развивает привод при существующей нагрузке.

Связь мощности, крутящего момента и скорости

Для более точной оценки удобно пользоваться общей зависимостью

где:

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

Крутящий момент определяют через усилие на рабочем органе и его радиус:

Усилие Ft можно выразить через массу перемещаемого груза и трение в узлах. В инженерных расчётах для этого применяют табличные значения и поправочные множители, учитывающие качество подшипников и характер нагрузки.

Угловая скорость:

где:

• n – число оборотов в минуту.

Чтобы учесть возможные перегрузки, n часто умножают на запас по режиму (например, 1,5), особенно для приводов, работающих при тяжёлой пусковой нагрузке.

Особенности при соединении «звезда» и «треугольник»

При определении мощности важно помнить о типе соединения статорных цепей. В варианте «звезда» ток в фазах примерно в 1,73 раза меньше, чем при соединении «треугольник» для того же линейного напряжения. Следовательно:

• если двигатель рассчитан на «треугольник», а фактически включён «звездой», ток и развиваемая мощность будут ниже;
• при оценке по току для «звезды» результат имеет смысл делить на 1,73 относительно режима «треугольник» или учитывать это как поправку при выборе нового мотора.

Как подобрать мощность двигателя для конкретного механизма

Чтобы понять, какой мощности двигатель нужен станку, транспортеру или насосу, сначала оценивают потребность самого механизма.
Источники данных:

• теоретические расчёты проектировщиков;
• результаты опытов и стендовых испытаний;
• нагрузочные диаграммы, снятые самописцами для малоизученного оборудования;
• статистические удельные нормы расхода энергии на выпуск единицы продукции.

Полученное значение обозначают, как правило, как требуемую мощность механизма Рм. Далее учитывают потери в передаче (муфта, ремень, редуктор, подшипники) и КПД привода в целом.
Схематично зависимость можно представить так:

где:

• Pдв – минимальная мощность двигателя;
• η – КПД промежуточной передачи и всего механического тракта.

На практике выбирают мотор с небольшим запасом по мощности, чтобы уверенно выдерживать рабочую нагрузку и кратковременные перегрузки без сильного нагрева.

Контроль режима работы и температуры

Если привод подобран по каталогу с небольшим запасом, дополнительная проверка по нагрузке и перегреву, как правило, не требуется: завод-изготовитель испытывает продукцию на стендах в тяжёлом режиме.
Тем не менее, для ответственных механизмов полезно:

• периодически контролировать температуру корпуса и подшипников;
• следить за током в фазах при длительном пусковом режиме;
• проверять, хватает ли пускового момента для трогания под полной нагрузкой (особенно для транспортеров и металлорежущих станков).

Если двигатель стабильно работает при допустимой температуре и не выходит на аварийный режим, запас по мощности выбран правильно.

Энергетическая эффективность и выбор по классу

У каждого двигателя есть класс энергоэффективности, напрямую связанный с его КПД. От этого зависят эксплуатационные расходы предприятия: чем выше КПД, тем меньше потери и потребление кВт·ч в год.
Даже для агрегатов средней мощности (около 55 кВт) переход на модель с более высоким классом энергоэффективности даёт заметную экономию – до нескольких десятков тысяч киловатт-часов в год.

В каталоге ПТЦ «Привод» вы можете подобрать привод по:

• требуемой мощности и напряжению;
• режиму работы и стартовым условиям;
• классу энергоэффективности и допустимой температуре окружающей среды.

Здесь же доступны решения для регулирования мощности – например, электронные регуляторы и частотные преобразователи, которые поддерживают оптимальный режим, уменьшают пусковые токи и продлевают ресурс двигателя.

Грамотный выбор мощности двигателя с учётом нагрузки, КПД и реальных рабочих режимов позволяет избежать перегрева, уменьшить расход энергии и обеспечить надёжную, долгую работу всего механического комплекса.