Выбор электродвигателя

Грамотный выбор электродвигателя - первое и одно из ключевых условий его эксплуатации. В каталоге ООО ПТЦ «Привод» данное оборудование предлагается в большом количестве моделей, различающихся по конфигурации, техническим характеристикам, степени защиты корпуса и другим параметрам. Для разных условий эксплуатации требуется свой набор качеств и показателей работы электрического двигателя. Как его выбирать, на что смотреть и по каким формулам считать требуемые характеристики?

Список ключевых параметров, которым надо уделить внимание в первую очередь, выглядит так:

• Питающее оборудование и его совместимость с предпочтительной моделью.
• Вид тока.
• Мощностные показатели.
• Режимы работы.
• Исполнение для регионов с разным климатом.
• Класс защиты корпуса.

Типы электрических двигателей

По типу питания двигатели делят на 2 большие группы: устройства, работающие от постоянного либо переменного тока.

Оборудование первой группы используется реже, хотя не так давно оно пользовалось огромным спросом. Но с появлением электрических двигателей переменного тока ситуация изменилась.

Недостаток выбора электродвигателей постоянного тока - собственно, потребность в доступе к току с постоянным значением напряжения. Для эксплуатации нужен либо его источник, либо мощный прибор-преобразователь напряжения.

При тех характеристиках современных сетей электроснабжения, к каким подключены промышленные и производственные объекты, соблюдение любого из двух условий является для пользователя необоснованно затратным. Хотя в некоторых случаях работа с электрическими двигателями постоянного тока выгодна предприятиям в силу увеличенной по сравнению с аналогами стабильности такого оборудования при его использовании с высокими загрузками.

Основные пользователи таких устройств:

• предприятия металлургии;
• заводы станкостроения;
• производители и постоянные пользователи мощного электротранспорта.

Выбор электродвигателя асинхронного типа производства компании «Привод» обусловлен большим разнообразием его моделей, адаптированных для эксплуатации в разных технико-технологических, климатических и организационных условиях. Несколько примеров для наглядности:

• Для обслуживания механизмов, работающих с остановками (плановыми или вынужденными, когда оборудованию требуется фиксация вала после аварийного отключения энергии), незаменимы асинхронные механизмы, оснащаемые электромагнитным тормозом. Они нашли широкое применение в лебедках, различных станках, в том числе металлообрабатывающих.
• Многоскоростные устройства применяют там, где требуется поступательное регулируемое изменение скорости работы - в подъемниках, лифтах и т. д.
• Выбор электродвигателя с увеличенным скольжением оправдан при работе с техникой, которая эксплуатируется по графику (повторно-кратковременные режимы запуска и остановки), или работает с пульсирующей нагрузкой.

Выбор электродвигателя по типу питания должен учитывать специфику оснащения и организации конкретной рабочей площадки, условия эксплуатации оборудования, технические нюансы его запуска и остановки, режимный фактор. Только определившись с типом по виду тока (и обосновав его фактами), можно переходить к расчетам рабочих характеристик требуемой техники, а именно:

• мощности электродвигателя и его потребления;
• номинальных моментов;
• начальных (пусковых) моментов;
• коэффициентов мощности;
• параметров энергоэффективности.

Обоснованный выбор электродвигателя по мощности

• с нормальным нагревом;
• достаточным пусковым моментом;
• перегрузочной способностью в установленных пределах.

Мощность электродвигателя

Важный критерий выбора – мощность на валу, требуемая с учетом режима работы техники, к которой подключен электрический привод. Это расчетная величина, которую считают по формуле:

где:

• Р - искомая характеристика;
• Pм - мощность, потребляемая механизмом;
• ηп - паспортный коэффициент полезного действия (КПД).

По формуле определяют фактическое требуемое значение, номинал должен быть немного выше. Для наглядности разберем несколько примеров расчета мощности электродвигателя для распространенных и востребованных типов техники.

Формула расчета мощности электродвигателя для насоса

Методика выбора электродвигателя здесь использует следующую двухвариантную формулу:

• P - искомая величина для привода насоса;
• k3 - относительный показатель, учитывающий необходимость небольшого запаса, принимается равным от 1,1 до 1,3;
• g - ускорение силы тяжести (свободного падения);
• Q - производительность оборудования;
• H - расчетная высота;
• y - плотность рабочей среды, которую перекачивает насосная техника при эксплуатации:
• p - уровень давления в насосе;
• ηнас - КПД подключаемого насосного оборудования;
• ηп - КПД привода.

Показатель p (давление) определяется произведением высоты подъема, ускорения свободного падения и плотности перекачиваемой жидкости.

Формула расчета мощности электродвигателя для компрессора

Формула, которую обычно используют для расчета мощности электродвигателя привода компрессора, имеет такой вид:

Экспликация:

• Q - производительность компрессорной техники.
• А - усилие, требуемое для сжатия 1 кубометра воздуха до нужных значений давления, измеряется в Дж/куб. м.
• ηk - индикаторный КПД, выбирается в диапазоне значений 0,6-0,8.
• ηп - коэффициент полезного действия передачи (0,9-0,95).
• k3 - запас (5-15%, показатель принимается равным 1,05-1,15).

Значение А рассчитывается по формуле:

Формула расчета мощности электродвигателя для вентиляторов

При выборе электродвигателей привода осевых и центробежных вентиляторов применяется следующая формула расчета.

• Коэффициент k3 - запас, выбирается из диапазона от 1,1 до 2 в зависимости от паспортной мощности электродвигателя:
  • k3 = 1,1-1,2 для моделей от 5 кВт и выше;
  • k3 = 1,5, если это 1-2 кВт;
  • для моделей до 1 кВт коэффициент принимается равным 2.
• Q - производительность подключаемого оборудования.
• H - уровень выходного давления.
• Показатели ηв и ηп - КПД вентилятора и передачи соответственно. КПД вентилятора ηв зависит от типа оборудования, и находится в диапазоне:
  • 0,4-0,7, если это центробежная модель;
  • 0,5-0,85, если вентилятор осевой.

Соотношение момента M [Нм] и полезной мощности на валу Р2 [кВт]

Соотнести развиваемый момент (M [Нм]) и полезную мощность электродвигателя в кВт можно следующим способом:

Формулы расчета выглядят так.

Полная мощность электродвигателя:

• Для электрического двигателя постоянного тока.

• При выборе электродвигателя переменного тока.
  

2. Активная и Реактивная мощность

Важный момент: если реактивная мощность при расчете для конкретных условий эксплуатации отрицательная, значит, электродвигатель отдает ее в сеть.

Пусковой ток

Номинальный ток определяют так:

Для механизмов постоянного тока.

Для трехфазных синхронных и асинхронных.

Экспликация формул:

• PH - мощность электродвигателя (номинальная, по паспорту);
• ηH - КПД электрического двигателя (в технической документации);
• cosfH - относительный показатель мощности электродвигателя;
• UH - напряжение электрического двигателя (паспортное, номинальное).

Выбор электродвигателя по напряжению начинается с анализа параметров сети энергоснабжения на конкретном предприятии. При высоких мощностных показателях не стоит выбирать устройство с малым напряжением. Это потребует значительных дополнительных вложений, часто неоправданных (от медных питающих проводов до коммутаторов).

Предпочтительная схема подключения в большинстве случаев - «звезда». В отличие от «треугольника», в ней нет контура нулевой последовательности (снижает КПД и приводит к сильному нагреву элементов). В схемах короткозамкнутого асинхронного двигателя, где может применяться пуск с переключением со «звезды» на «треугольник», в клеммную коробку надо вывести все 6 зажимов статорной обмотки. Это необходимо для уменьшения пусковой нагрузки. И применимо, когда если момент сопротивления ей на старте небольшой.

Режимы эксплуатации

Режим эксплуатации привода задает уровень нагрузки на электрический двигатель. Она может быть константной (или почти неизменной) и меняющейся. В любом случае ее характер надо учитывать в расчетах при выборе электродвигателя. База для анализа - режимы, предусмотренные действующими стандартами. Для электрического двигателя их принято 9, обозначаются они буквой S и цифрой.

• S1 - продолжительная нагрузка, постоянная на протяжении всего срока, пока внутренняя температура в корпусе не достигнет предельных значений.
• S2 - кратковременный режим эксплуатации (температура за все время работы привода не достигает установленного уровня). В период простоя двигатель охлаждается до температуры окружения. При выборе электродвигателя для недлительных нагрузок важно учитывать перегрузочную способность электрического привода.
• S3 - периодическая кратковременная нагрузка. В этом случае включение-выключение механизма осуществляется по некоему графику. Во время работы элементы устройства не успевают нагреться до установленных в паспорте значений, а в период остановок они полностью охлаждаются. При выборе важно учесть конкретный график - длительность остановок, потери на переходах и допустимое количество включений привода за установленную единицу времени.
• S4 - кратковременный по графику с частыми запусками.
• S5 - периодический краткосрочный с электроторможением. Как и в случае с режимом S4, особенности выбора электродвигателя для таких условий эксплуатации - те же, что и для S
• S6 (непрерывный периодический кратковременный). Запуски чередуются с холостым ходом.
• S7 (по графику с непрерывной недлительной работой и электроторможением).
• S8 (периодический с непрерывной работой в короткие промежутки времени, предусматривает изменение нагрузки и частоты вращения одновременно).
• S9 - непериодическая работа, меняющаяся одновременно с частотой вращения вала. К ней адаптированы большинство современных двигателей, рассчитанные на продолжительную эксплуатацию.

Энергоэффективность

Энергоэффективность - показатель рациональности эксплуатации оборудования, когда его потребление остается минимально возможным при достаточном уровне нагрузки. Это одно из ключевых условий окупаемости вложений средств в производственное оборудование. Оценить энергоэффективность двигателя можно по его КПД, который определяется по формуле:

η=P2 / P1

Экспликация:

• P2 - полезная мощность электродвигателя на валу;
• P1 - потребление (активная мощность, потребляемая для работы привода из сети).

Современный рынок электрических двигателей стандартизован по классам энергоэффективности. Их определяет международный стандарт IEC 60034-30. Всего таких классов 3 (IE 1-3). Чем выше класс энергоэффективности, тем больше экономит пользователь устройства. К примеру, выбор механизма на 55 кВт повышенного класса энергоэффективности сэкономит предприятию до 8000 кВт ресурса в год.

Защита корпуса привода Ingress Protection (IP)

Еще одно важное условие грамотного выбора электродвигателя - достаточная степень защиты его корпуса. Она стандартизована в ГОСТ Р МЭК 60034-5-2007 и обозначается буквенно-цифровым кодом вида IP54.

Оптимальный класс защиты корпуса электрического двигателя - IP 54 или IP 55

Обозначения климатического исполнения

В	Универсальные модели для использования на суше и в море
М	Приводы для эксплуатации в морском холодном или умеренном климате
О	Эксплуатация на суше
Т	Двигатели для работы в условиях тропического климата
ТВ	Тропический влажный климат
ТС	Эксплуатация в сухих тропиках
У	Самый популярный тип электродвигателей - для эксплуатации в умеренном климате
Х	Электродвигатель для работы в холодных регионах
ХЛ	Электродвигатели, адаптированные к холодному климату

Размещение

1	На открытой территории
2	В помещениях со свободным доступом воздуха
3	Зыкрытые помещения
4	Электродвигатель для установки в цеха, где температурно-влажсностный режим может регулироваться (есть система вентиляции, теплоснабжение)
5	Зоны повышенной влажности с высокой вероятностью образования конденсата

Производство и профессиональная помощь в выборе электродвигателя

ООО ПТЦ «Привод» осуществляет полный цикл производства и продаж электродвигателей различных технических характеристик и исполнения. Мы как никто знаем, насколько важен качественный выбор электродвигателя редуктора компрессора, вентилятора, насоса и других типов оборудования. Потому всегда готовы помочь заказчику с расчетами и подсказать, какую модель стоит выбрать. Задавайте нашим инженерам любые вопросы - они с удовольствием сориентируют вас по ценам, срокам доставки, расчетам характеристик и любым другим моментам.

Заявки на производство и доставку наших изделий можно оставить прямо на сайте (форма обратной связи) или отправить по email. Консультации предоставляются онлайн и в телефонном режиме. Обращайтесь, мы поможем вам подобрать качественное оборудование для применения в конкретных условиях рабочей площадки. ООО ПТЦ «Привод» доставляет свою продукцию по всей России и в страны СНГ.

Как выбрать электродвигатель