Как считается мощность двигателя?

Расчет мощности электродвигателя

Преобразование электрической энергии в кинетическую осуществляется при помощи различных типов электродвигателей. Данные устройства нашли широкое применение в современном производстве и в быту. Чаще всего электродвигатели выполняют функцию электроприводов машин и механизмов, применяются для обеспечения работы насосного оборудования, вентиляционных систем и многих других агрегатов и устройств. В связи с таким широким применением, особую актуальность приобретает расчет мощности электродвигателя. Для этих целей разработано много различных методов, позволяющих выполнить расчеты, применительно к конкретным условиям эксплуатации.

Основные типы электродвигателей

Существует множество типов и модификаций электродвигателей. Каждый из них обладает собственной мощностью и другими параметрами.

Основная классификация разделяет эти устройства на электродвигатели постоянного и переменного тока. Первый вариант применяется значительно реже, поскольку для его эксплуатации требуется обязательное наличие источника постоянного тока или устройства, преобразующего переменное напряжение в постоянный ток. Выполнение данного условия в современном производстве потребует значительных дополнительных затрат.

Но, несмотря на существенные недостатки, двигатели постоянного тока имеют высокий пусковой момент и стабильно работают даже при больших перегрузках. Благодаря своим качествам, эти агрегаты нашли широкое применение на электротранспорте, в металлургической и станкостроительной отрасли.

Тем не менее, большинство современного оборудования работает с двигателями переменного тока. В основе действия этих устройств лежит электромагнитная индукция, которую создает в магнитном поле проводящая среда. Магнитное поле создается с помощью обмоток, обтекаемых токами, или с применением постоянных магнитов. Электродвигатели, работающие на переменном токе, могут быть синхронными и асинхронными.

Использование синхронных электродвигателей практикуется в оборудовании, где требуется постоянная скорость вращения. Это генераторы постоянного тока, насосы, компрессоры и другие аналогичные установки. Различные модели отличаются собственными техническими характеристиками. Например, значение скорости вращения может находиться в пределах 125-1000 оборотов в минуту, а мощность достигает 10 тыс. киловатт.

Во многих конструкциях имеется короткозамкнутая обмотка, расположенная на роторе. С ее помощью, в случае необходимости, производится асинхронный пуск, после чего синхронный двигатель продолжает работу в обычном режиме, максимально сокращая потери электрической энергии. Эти двигатели отличаются небольшими размерами и высоким коэффициентом полезного действия.

Гораздо более широкое распространение в производственной сфере получили асинхронные двигатели переменного тока. Они отличаются очень высокой частотой вращения магнитного поля, значительно превышающей скорость вращения ротора. Существенным недостатком этих устройств считается снижение КПД до 30-50% от нормы при низких нагрузках. Кроме того, во время пуска параметры тока становятся в несколько раз больше по сравнению с рабочими показателями. Данные проблемы устраняются путем использования частотных преобразователей и устройств плавного пуска.

Асинхронные двигатели используются на тех объектах, где требуются частые включения и выключения оборудования, например, в лифтах, лебедках, и других устройствах.

Расчет мощности электродвигателя для насоса

Выбор электродвигателя для насосной установки зависит от конкретных условий, прежде всего – от схемы водоснабжения. В большинстве случаев подача воды производится с помощью водонапорного бака или водонапорного котла. Для приведения в действие всей системы используются центробежные насосы с асинхронными двигателями.

Выбор оптимальной мощности насоса осуществляется в зависимости от потребности в подаче и напоре жидкости. Подача насоса Q_H измеряется в литрах, подаваемых в 1 час, и обозначается как л/ч. Данный параметр определяется по следующей формуле: Qн = Qmaxч = (kч х kсут х Qср.сут) / (24 η), где Qmaxч — возможный максимальный часовой расход воды, л/ч, kч — коэффициент неравномерности часового расхода, kсут — коэффициент неравномерности суточного расхода (1,1 — 1,3), η — КПД насосной установки, с учетом потерь воды), Qср.сут — значение среднесуточного расхода воды (л/сут).

Оптимальный напор воды должен обеспечивать ее подачу в установленное место при условии необходимого давления. Требуемые параметры напора насоса (Ннтр) зависят от высоты всасывания (Нвс) и высоты нагнетания (Ннг), которые в сумме определяют показатели статического напора (Нс), потери в трубопроводах (Hп) и разность давлений верхнего (Рву) и нижнего (Рну) уровней.

Исходя из того, что значение напора будет равно H = P/ρg, где Р — давление (Па), ρ — плотность жидкости (кг/м 3 ), g = 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения, g — удельный вес жидкости (кг/м 3 ), получается следующая формула: Ннтр = Hc + Hп + (1/ρ) х (Рву — Рну).

После вычисления расхода воды и напора по каталогу уже можно выбрать насос с наиболее подходящими параметрами. Чтобы не ошибиться с мощностью электродвигателя, ее нужно определить по формуле: Pдв = (kз х ρ х Qн х Нн) / (ηн х ηп), где kз является коэффициентом запаса, зависящим от мощности электродвигателя насоса и составляет 1,05 — 1,7. Этот показатель учитывает возможные утечки воды из трубопровода из-за неплотных соединений, разрывов трубопровода и прочих факторов, поэтому электродвигатели для насосов должны иметь некоторый запас мощности. Чем больше мощность, тем меньше коэффициент запаса можно принять.

Например,при мощности электродвигателя насоса 2 кВт — kз = 1,5, 3,0 кВт — kз = 1,33, 5 кВт — kз =1,2, при мощности больше 10 кВт- kз = 1,05 — 1,1. Другие параметры означают: ηп — КПД передачи (прямая передача – 1,0, клиноременная – 0,98, зубчатая – 0,97, плоскоременная – 0,95), ηн — КПД насосов поршневых 0,7 — 0,9, центробежных 0,4 — 0,8, вихревых 0,25 — 0,5.

Расчет мощности двигателя формула для компрессора

Выбирая электродвигатель, наиболее подходящий для работы того или иного компрессора, необходимо учитывать продолжительный режим работы данного механизма и постоянную нагрузку. Расчет требующейся мощности двигателя Р_дв осуществляется в соответствии с мощностью на валу основного механизма. В этом случае следует учитывать потери, возникающие в промежуточном звене механической передачи.

Дополнительными факторами являются мощности, назначение и характер производства, на котором будет эксплуатироваться компрессорное оборудование. Они оказывают определенное влияние, в связи с чем оборудование может потребовать незначительных, но постоянных регулировок для поддержки производительности на должном уровне.

Определить мощность двигателя можно по формуле: , в которой:

• Q – значение производительности или подачи компрессора (м 3 /с);
• А – работа по совершению сжатия (Дж/м 3 );
• ηк – индикаторный КПД (0,6-0,8) для учета потерь мощности при реальном сжатии воздуха;
• ηп – механический КПД (0,9-0,95) учитывающий передачу между двигателем и компрессором;
• к_з– коэффициент запаса (1,05-1,15) для учета факторов, не поддающихся расчетам.

Работа А рассчитывается по отдельной формуле: А = (Аи + Аа)/2, где Аи и Аа представляют собой соответственно изотермическое и адиабатическое сжатие.

Значение работы, которую необходимо совершить до появления требуемого давления, можно определить с помощью таблицы:

Мощность двигателя или крутящий момент? Какая характеристика важнее?

Материал подготовлен автором проекта АвтобурУм. Графики можно увидеть здесь: https://autoburum.com/user/stas90/blog/609-moshhnost-dvigate.

Большинство автолюбителей судят о ходовых характеристиках авто по мощности двигателя. Обычно ее измеряют в киловаттах или лошадиных силах. Чем она больше, тем солиднее. Максимальную мощность двигатель внутреннего сгорания развивает на определенных оборотах. Обычно для бензиновых автомобилей это около 6000 оборотов в минуту, для дизельных – около 4000 об./мин. Именно поэтому дизельные движки относятся к классу низкооборотных, бензиновые – высокооборотные. Однако и среди бензиновых двигателей есть низкооборотные, и наоборот – есть дизельные высокооборотные.

Часто водитель сталкивается с ситуацией, когда необходимо придать авто значительное ускорение для выполнения очередного маневра. Жмешь педалью акселератора в пол, а автомобиль практически не ускоряется. Вот тут-то и нужен мощный крутящий момент на тех оборотах, на которых работает в данный момент двигатель. Именно он характеризует приемистость автомобиля. Поэтому каждый автовладелец должен знать, на каких оборотах его авто имеет максимальный крутящий момент перед тем, как садить красивую девушку в свою машину и показывать чудеса пилотирования.

Крутящий момент двигателя, что это?

Из курса физики за 9 класс многие помнят, что крутящий момент М равен произведению силы F, прикладываемой к рычагу длиной плеча L. Формула:

Длина в системе СИ измеряется в метрах, сила – в ньютонах. Нетрудно определить, что момент измеряется в ньютон на метр.

Основная сила в двигателе внутреннего сгорания вырабатывается в камере сгорания в момент воспламенения смеси. Она приводит в действие кривошипно-шатунный механизм коленвала. Рычагом здесь является длина кривошипа, то есть, если эта длина будет больше, то и крутящий момент тоже увеличивается. Однако, увеличивать кривошипный рычаг бесконечно нельзя. Во-первых, тогда надо увеличивать рабочий ход поршня, то есть размеры движка. Во-вторых, при этом уменьшаются обороты двигателя. Двигатели с большим рычагом кривошипного механизма применяют в крупномерных плавательных средствах. В легковых авто с небольшими размерами коленвала не поэкспериментируешь.

В технических характеристиках, указанных на модель двигателя, параметр максимального крутящего момента указывается совместно с величиной оборотов (либо пределами величин оборотов), при которых такой крутящий момент может быть достигнут. Обычно считается: если максимальный крутящий момент может быть достигнут на оборотах до 4500 об./мин., то двигатель низкооборотный, более 4500 – высокооборотный.

От величины крутящего момента напрямую зависит характеристика мощности двигателя автомобиля. Почему считается, что бензиновые движки заведомо могут обеспечить большую, чем дизельные, мощность. Дело в том, что в силу конструктивных особенностей и управляемости системы зажигания бензиновые двигатели могут длительное время работать на оборотах 8000 об./мин и более. Дизельные движки достигают максимального крутящего момента на более низких оборотах. В городском ритме движения, когда нет необходимости развивать предельные обороты, дизельные авто нисколько не уступают бензиновым, наоборот, на малых и средних оборотах спокойно можно двигаться в ритме от 30 до 60 км/час, не переключая третью либо 4-ю передачу.

Пересчитать крутящий момент в мощность двигателя и наоборот можно, руководствуясь упрощенной физической формулой:

По этой формуле получится мощность Р в киловаттах. Вводить надо М – крутящий момент двигателя в ньютон на метр, n– величина оборотов двигателя. Здесь 9549 — число, которое получается после упрощения основной формулы в результате перемножения констант (ускорения свободного падения, числа Пи и т.п.).

Для перевода киловатт в лошадиные силы следует результат умножить на 1,36. В некоторых случаях в технических характеристиках указывается крутящий момент на холостых оборотах.

Зависимости мощности двигателя и крутящего момента от количества оборотов

Типовые характеристики зависимости мощности и крутящего момента от оборотов двигателя приведены на рис.1

Из графика видно, что крутящий момент стабильно увеличивается до 3000 оборотов, затем наступает относительно пологий участок. На оборотах около 4500 об/мин достигается максимум крутящего момента около 178 ньютон*метр. В то же время мощность двигателя продолжает расти до достижения оборотов около 5500 об/мин, и на этих оборотах достигает около 124 лошадиных сил. Это понятно, если обратиться к формуле, в которой видно, что мощность пропорциональна произведению крутящего момента на величину оборотов. После 5500 оборотов в минуту уменьшение крутящего момента превышает крутизну увеличения оборотов, и мощность начинает уменьшаться.

Как это объяснить физически, то есть, без формул. На малых оборотах в область сгорания поступает небольшое количество воздушно-топливной смеси в единицу времени, соответственно, крутящий момент и мощность небольшие. Увеличивая обороты, количество смеси (а вслед за ним и мощность, крутящий момент) возрастает. Достигая больших значений, мощность уменьшается по следующим причинам:

механические потери на трение механизмов;

недостаточное нагнетание воздуха (кислородное голодание).

Из соображений обеспечения максимального количества поступающего воздуха (кислорода) в камеру сгорания даже на небольших оборотах двигателя применяют системы турбонаддува с электронным регулированием. Используя такие системы можно обеспечить равномерность характеристик крутящего момента в широком диапазоне оборотов двигателя, как показано на рис.2

Уровень максимального крутящего момента около 242 ньютон на метр поддерживается в пределах от 2000 до 5000 об/мин коленвала. Это значит, что можно без волнений начинать обгон, двигаясь на относительно низких оборотах двигателя.

Высокооборотные движки позволяют максимально увеличивать мощность за счет уверенной работы на предельно высоких оборотах вплоть да 8000 об/мин, как показано на рис.3

Если вы серьезно подходите к динамическим характеристикам своего или вновь приобретаемого автомобиля, знать характеристики крутящего момента и мощности двигателя в зависимости от оборотов просто необходимо. Их можно найти, покопавшись на различных форумах, сайтах автодилеров и производителей.

Для городского ритма движения лучше подойдут низкооборотные двигатели с турбонаддувом. Если вы любите попалить резину, посоперничать на трассе, лучше выбрать автомобиль с высокооборотным бензиновым движком.

Можно ли увеличить крутящий момент двигателя

Величину необходимого крутящего момента определяют конструкторы еще на предварительном этапе конструкторской разработки двигателя внутреннего сгорания. От нее зависят и другие элементы автомобиля: подвеска, тормозная и рулевая система, аэродинамика. Поэтому, прежде чем приступить к самостоятельному форсированию двигателя, убедитесь, что ваша машина не развалится или не улетит в космос на умощненном двигателе.

Способов увеличения крутящего момента и, соответственно, мощности много:

изменение геометрических свойств поршневой группы, увеличение компрессии;

замена форсунок или инжекторов;

внесение изменений в систему воздухозабора;

чип-тюнинг путем перепрограммирования топливной карты блока управления двигателя.

Опыт показывает, что принудительное увеличение крутящего момента и мощности двигателя на 20% уменьшает ресурс его работы приблизительно в два раза. Поэтому, если вы не фанат дрэг-рейсинга, дрифтинга и красивых девушек, лучше не экспериментировать.

Мощность двигателя или Крутящий момент…

Основной характеристикой двигателя автомобиля обычно считают его Мощность. Именно этот показатель вводит в заблуждение в понимании динамичности разгона автомобиля.

Движение автомобиля происходит за счёт Мощности двигателя и Крутящего момента.

Мощность автомобиля определяется объёмом двигателя. Чем больше объём, тем больше мощность. Чем больше мощность, тем выше максимальная скорость автомобиля в каких-то режимах. Что же такое “Мощность”?

Мощность двигателя – это показатель вырабатываемой двигателем работы (энергии) в единицу времени. Пока двигатель работает, он производит работу, то есть переводит один вид энергии в другой. В данном случае тепловую энергию в крутящую (кинетическую) энергию движения.

Энергия образуется в двигателе за счёт сгорания горючего коктейля состоящего из воздуха и топлива. Чем точнее ингредиенты, тем лучше его сгорание. В разных режимах работы двигателя поджог горючей смеси и его сгорание происходят по-разному. Количество горючей смеси, частота его поджога определяет количество произведённой работы двигателем. Это выражается в количестве оборотов. Чем чаще сгорает смесь, тем больше двигатель производит работы. Менее часто – меньше работы производит. Соответственно и меньше оборотов двигателя.

Крутящий момент – это усилие, развиваемое двигателем. Крутящий момент определяет силу тяги на колесах и обеспечивает обычному автомобилю разгон и движение. Чем больше Крутящий момент, тем лучше динамика разгона автомобиля. Крутящий момент увеличивается с ростом рабочего объема двигателя. Поэтому двигатели, которым необходим значительный Крутящий момент, обладают большим объемом. От двигателя тяга быстрее передаётся к колесам, что позволяет машине интенсивнее разгоняться или же лучше тянуть.

Что же такое Крутящий момент и развиваемое усилие?

Все в детстве, например, крутили колесо велосипеда. Сначала задавали движение колесу. А потом, в определённый момент, прикладывали дополнительное усилие так, чтобы ускорить вращение. То есть своим усилием вы увеличивали Крутящий момент. По такому же принципу — до определённых оборотов — двигателем создаётся Крутящий момент через развиваемое усилие.

Например, чтобы переключиться на повышенную передачу, вам приходится раскручивать двигатель, чтобы создать крутящий момент. И когда вы переключились на повышенную передачу, крутящий момент компенсирует снижение мощности. Обороты снизились, и снизилась мощность. А динамика усилилась за счёт крутящего момента.

Для справки: Чем больше вы жмёте на педаль, тем больше обороты. А чем больше обороты, тем больше двигатель производит работы. А чем больше он производит работы, тем больше ему требуется топлива. Наибольшую мощность двигатель выдаёт при оборотах, близких к максимальным. Мощность двигателя и Крутящий момент зависят от наполняемости камеры сгорания горючей смесью.

Обороты двигателя обычного автомобиля делятся условно на четыре диапазона: холостые обороты — 600-950, малые — 950-2500, средние — 2500-4000, высокие — 4000 до макс.

На оборотах выше средних Крутящий момент достигает своего пика и начинает падать. В этом режиме наполнение камеры сгорания горючей смесью ухудшается, сила давления падает. Работа двигателя тратится на борьбу с инерцией и трением в двигателе. Из-за этого происходит снижение крутящего момента и динамики разгона.

На большинстве автомобилей тяга начинается от 2500 до 3500 об/мин. Возникает закономерный вопрос. Почему двигателю не хватает мощности и усилия до этих оборотов, чтобы задать Крутящий момент и создать инерцию движения? Дело в том, что идёт неправильное приготовление горючей смеси и происходит неполное сгорание топлива.

И на это есть несколько причин. И одна из них — это недостаток воздуха и плохое смешивание топлива с воздухом. И мы как раз занимаемся тем, что устраняем эту причину! Но это так, к слову, на правах рекламы!

Когда мы делаем профессиональный тюнинг дросселя, то горючая смесь на малых-средних оборотах становится правильной. Она лучше сгорает, создавая лучшее давление. Например, все в детстве качались на качелях или кого-то качали. Что бы раскачать качели в определённый момент прикладывали усилие, чтобы усилить движение. Здесь происходит что-то подобное. Сгораемая горючая смесь производит наилучшее усилие.

На дизельных машинах воздуха подаётся столько, сколько нужно. Поэтому у дизельных авто хорошая тяга на малых оборотах. На бензиновых авто водитель подачу воздуха осуществляет нажатием педали газа, которая соединена с дроссельной заслонкой. Насколько педаль нажали, столько воздуха и пропустили. Поэтому приходится нажимать достаточно, чтобы автомобиль поехал. Поэтому у бензиновых авто тяга на малых оборотах оставляет желать лучшего. То есть в диапазоне от 950 до 2500 об/мин воздуха не достаёт, а топлива подаётся больше необходимого. По этой причине в городском цикле расход автомобиля повышенный, потому что не всё топливо сгорает.

Дроссельная заслонка соединена с датчиком положения дроссельной заслонки. Это значит, что положение заслонки сообщает компьютеру авто сколько топлива нужно подать. Когда вы едете равномерно по трассе, то недостача воздуха компенсируется инерцией и крутящим моментом. Но, когда вы пытаетесь начать движение, задать инерцию автомобилю, то недостача воздуха до 2500-3500 об/мин даёт о себе знать. В результате — дёрганье при трогании с места и провалы при резком нажатии на педаль газа.

Резюме. Чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего топлива. Крутящий момент обеспечивает тягу при трогании с места и разгоне, если он достаточно большой и относительно постоянный на низких и средних оборотах. Высокий Крутящий момент в области низких и средних оборотов более экономичен, чем теоретическая максимальная мощность при высоких оборотах. Двигатели, которые выдают высокий Крутящий момент в широкой области оборотов, обеспечивают более равномерную Мощность при разгоне автомобиля, чем двигатели, которые выдают высокую максимальную Мощность в узком диапазоне оборотов. Равномерное нажатие на педаль газа даёт наилучший Крутящий момент при ускорении авто.

Если вы поняли, что причина отсутствия тяги на малых оборотах, это недостаток воздуха и неполное сгорание топлива, то вот вам загадка!

На картинке изображёна условная схема механического дросселя Рено Дастер 1,6л или ВАЗ Ларгус с таким же двигателем К4М. Красным кружочком выделен один из выступов в этом дросселе.

Вопрос! Зачем нужны эти выступы, если они ограничивают подачу воздуха до того момента, пока заслонка не откроется настолько, чтобы выйти за эти выступы? Из-за этих выступов машина тупит и у неё повышенный расход. Чтобы машина ехала, педаль газа надо нажимать от половины до максимума.

Ответ! – А хрен его знает!

Двигатель придушен не только электроникой, но и механически в виде этих выступов. Если убрать эти выступы, то машина станет более живой. А после нашей доработки автомобиль станет динамичным, легким в движении, и расход снизится минимум на 1,5 литра.

Ваш браузер не поддерживает видео
Воспользуйтесь другим браузером

Для справки: выше перечисленные автомобили не являются единственными с данными проблемами. Возможно, ваш автомобиль исключение из правил! Даже владельцы автомобилей с двигателями 3-5,7 л после нашей услуги понимают, каких удовольствий их лишил автопроизводитель. Когда вы понимаете, что значит «автомобиль едет», вы слышите, как мучается чей-то автомобиль при наборе скорости. После нашей услуги двигатель 2 л. не становится 3-х литровым. Мы не увеличиваем заявленную мощность мотора. Мы просто увеличиваем тягу автомобиля на малых и средних оборотах, увеличив крутящий момент, через лучшее сгорание топлива.

Вам нужен автомобиль, который при трогании с места и при разгоне
не напрягаясь «следует» за педалью газа?!

Как считается мощность двигателя?

H — напор вентилятора (давление на выходе), Па;

и — КПД соответственно вентилятора и механической передачи вращательного движения от двигателя на вентилятор.

Расчетная мощность для привода центробежного насоса, кВт,

,

где — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м 3 ;

Q — подача (производительность) насоса, м 3 /с;

H_с — суммарный напор жидкости, т.е. наибольшая высота, на которую может подняться жидкость над точкой выхода из насоса, м;

—потеря напора в магистрали, зависящая от сечения труб, их качества, протяженности, кривизны, м.

Расчетная мощность двигателя для привода поршневого компрессора, кВт,

,

где Q — подача (производительность) компрессора, м 3 /с;

A_и и A_а — соответственно изотермическая и адиабатическая работа сжатия 1 м 3 газа до давления Р, Дж/м 3 .

Значения А_и и А_а для воздуха в зависимости от конечного давления сжатия приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Значения величин A_и и A_а в зависимости от давления воздуха

Расчет мощности двигателя для продолжительного режима

Выбор конкретного типоразмера двигателя ведется на основании технических требований к электродвигателю: расчетной мощности, требуемой частоты вращения, режима работы, допустимых значений воздействия внешней температуры и влажности, вибрационных и ударных воздействий, климатических факторов, места размещения двигателя при эксплуатации и других возможных факторов.

По указанным таблицам из ряда типоразмеров двигателей принятой серии выбирают типоразмер двигателя ближайшей большей номинальной мощности по отношению к рассчитанному значению, учитывающему режим работы электропривода.

Завышение требуемой мощности двигателя ведет к ухудшению его энергетических показателей (КПД и коэффициента мощности) и, как следствие, к увеличению непроизводительных потерь энергии и удорожанию эксплуатации двигателя. При этом также возрастают капитальные затраты.

Если же допустить занижение требуемой мощности двигателя, то его работа будет сопровождаться чрезмерным перегревом, что приведет к его преждевременному выходу из строя, непредвиденной остановке рабочего механизма, дополнительным расходам на ремонт или замену двигателя. Для обеспечения надежной работы двигателя необходимо также, чтобы перегрузочная способность и начальная

величина пускового момента выбранного типоразмера двигателя соответствовали предъявляемым требованиям.

Значительный опыт расчета требуемой мощности двигателя позволил создать общепринятую методику подобных расчетов для различных номинальных режимов работы двигателей.

1. Нагрузка продолжительная неизменная (см. рис. 5.11, а). Расчетная мощность двигателя определяется по (5.17). Затем по каталогу на предварительно выбранную серию двигателей определяют типоразмер двигателя с большим ближайшим значением номинальной мощности P_ном требуемой частоты вращения n_ном.

При тяжелых условиях пуска и возможных перегрузках выбранный двигатель следует проверить на достаточность начального пускового момента и перегрузочную способность. Проверка двигателя на нагрев не требуется, поскольку нагрузка двигателя не превышает номинального значения, на которое проектировался двигатель, а следовательно, и нагрев двигателя не должен превышать допустимые значения.

Рисунок 5.11 — Нагрузочные диаграммы для длительного режима работы:

а – с постоянной нагрузкой, б – с переменной нагрузкой

2. Нагрузка продолжительная переменная (см. рис. 5.11, б). Расчет номинальной мощности двигателя выполняют либо методом средних потерь, либо методом эквивалентных величин (мощности, момента или тока).

Метод средних потерь. Используя нагрузочную диаграмму, определяют среднее значение мощности, кВт,

, (5.18)

;

.

Мощность на участках P_x с продолжительностью t_x задается нагрузочной диаграммой. Затем, используя полученное среднее значение мощности, по каталогу выбирают предварительную номинальную мощность двигателя, кВт,

, (5.19)

и определяют соответствующие этой мощности значение КПД для предварительно выбранного двигателя, а затем рассчитывают потери при номинальной нагрузке, кВт,

, (5.20)

Определяют потери на участках нагрузочной диаграммы P₁P₂ . P_N:

, (5.21)

Если в каталоге или справочнике на выбранный типоразмер двигателя приведены график или таблица зависимости КПД от нагрузки, то определение для разных значений мощностиP_x не составляет труда. Если же таких данных нет, то полные потери для разных значений коэффициента нагрузки по току

,

с некоторым приближением можно определить на участках нагрузочной диаграммы по формуле:

, (5.22)

где — отношение постоянных потерьк переменным:

. (5.23)

Приблизительные значения для различных двигателей:

Асинхронные двигатели общего назначения с короткозамкнутым ротором ……0,5 — 0,7

Асинхронные двигатели крановые:

с короткозамкнутым ротором …………………………………………………0,4 — 0,5

Двигатели постоянного тока независимого возбуждения …………………………0,5 — 0,9

Двигатели постоянного тока крановые ………………………………………………1,0—1,5

Здесь большие значения соответствуют двигателям большей мощности.

Затем в соответствии с нагрузочной диаграммой определяют средние потери двигателя, кВт,

, (5.24)

. (5.25)

Полученное значение должно быть не больше номинальных потерь предварительно выбранного двигателя. В этом случае предварительно выбранный типоразмер принимают за окончательный. Если же оказалось, что, то по таблице технических данных этой же серии двигателей выбирают двигатель смежного типоразмера большей мощности и повторяют расчет. Окончательно выбранный типоразмер двигателя следует проверить на величину начального пускового момента и перегрузочную способность. Поскольку в принятом типоразмере средние потери не превышают величину номинальных потерь, проверки двигателя на нагрев не требуется.

Следует отметить, что выбор мощности двигателя по участку нагрузочной диаграммы с наибольшим значением мощности (участок P₄ = 17 кВт, по каталогу ближайшее значение P_ном = 18,5 кВт) был бы ошибочным, так как это привело бы к значительному недоиспользованию двигателя по мощности, а следовательно, вызвало бы увеличение капитальных затрат на электропривод и снижение его экономических показателей (КПД, и коэффициента мощности).

Метод средних потерь универсален и применим для всех режимов работы двигателей. Он является более точным по сравнению с методом эквивалентных величин, хотя и более трудоемок.

Метод эквивалентных величин. Эквивалентными считают такие условные значения тока, момента или мощности, при которых величина потерь в двигателе, работающем в продолжительном режиме с неизменной нагрузкой, равна потерям мощности при его работе в реальных условиях продолжительного режима с переменной нагрузкой.

Рассмотрим сначала метод эквивалентного тока, который основан на замене изменяющегося во времени тока нагрузки двигателя неизменным эквивалентным током,

. (5.26)

Так как эквивалентный ток создает в двигателе такие же потери, что и фактические токи нагрузки, это дает основание по каталогу выбрать типоразмер двигателя, номинальный ток которого равен или несколько больше эквивалентного тока. Выбранный типоразмер двигателя следует проверить по перегрузочной способности и на величину пускового момента.

Метод эквивалентного тока применим лишь при постоянстве мощности магнитных и механических потерь, а также постоянстве сопротивления обмоток в течение всего рабочего цикла. Такому условию, например, не удовлетворяют двигатели последовательного возбуждения, у которых при изменениях нагрузки в значительной степени меняются основной магнитный поток и частота вращения, а следовательно, изменяются магнитные и механические потери.

Более универсальным является метод эквивалентного момента

. (5.27)

Наиболее простым является метод эквивалентной мощности, когда расчет эквивалентной мощности ведется непосредственно по нагрузочной диаграмме

. (5.28)

Метод эквивалентной мощности может быть успешно применен для двигателей постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения и асинхронных двигателей, работающих на естественной механической характеристике, а также синхронных двигателей.

Расчет требуемой мощности двигателя методом эквивалентных величин менее трудоемок по сравнению с методом средних потерь, но уступает ему в точности.

Расчет мощности двигателя для кратковременного режима

Задача расчета сводится к определению мощности двигателя , способного выдержать перегрузкуP_кр, работая в кратковременном режиме в течение времениt_кр(см. рис. 5.2). При этом перегрев двигателя не должен превысить значения, соответствующего продолжительному режиму работы этого двигателя с номинальной нагрузкойP_ном(см. рис. 5.11, а). Полученная в результате расчета мощностьменьше мощности кратковременного режимаP_крна величину коэффициента механической перегрузкиp_м:

, (5.29)

Допустим, нагрузочная диаграмма кратковременного режима содержит две ступени нагрузки (рис. 5.12, а). В этом случае мощность P_кропределяют методом средних потерь.

Коэффициент механической перегрузки по мощности определяют по графику (рис. 5.12,б), где— относительное значение времени работы кратковременного режима (t_р=t₁+t₂);T_н— постоянная времени нагревания.