Знание технических характеристик необходимо для того, чтобы корректно выбрать двигатель для определенных условий эксплуатации. Рассмотрим далее основные характеристики, которые необходимо учитывать.
Момент
Это параметр, отражающий величину той силы, которая заставляет вращаться вал. Чем сила больше, тем момент выше – следовательно, выше и мощность мотора. На практике это отражается, например, в легкости запуска – машина с более мощным мотором быстрее и проще трогается с места.
Расчет вращательного момента производится по формуле "мощность, поделенная на обороты". Полученный результат выражается в Ньютонах на метр.
Виды вращательных моментов:
- номинальный – имеет место при условии работы двигателя на номинальной мощности и при стандартной нагрузке,
- пусковой (начальный) – значение момента, свойственное данному конкретному мотору при запуске,
- максимальный – это значение отражает ту величину момента, при которой двигатель может быть остановлен.
Физическая формула расчета: М=Fr, где F – сила, r – радиус-вектор.
Для расчета номинального момента используется следующая формула: 
,
Pном – номинальная мощность мотора, а nном – номинальная частота его вращения.
Обратите внимание: номинальная мощность отражает то значение мощности, которое определено изготовителем и при котором двигатель работает в стандартных условиях. Данное значение берется для расчета отклонений.
Мощность
Еще одна важнейшая характеристика. Мощность отражает работу мотора за конкретный отрезок времени, то есть показывает, как двигатель преобразует тепловую энергию в кинетическую (энергию вращения вала). Обозначение мощности – P или W, единица измерения – Ватт (Вт). Иными словами, мощность отражает ту работу, которую двигатель совершает за единицу времени.
Расчет мощности:
, где
- P – мощность, Вт,
- A – работа, Дж,
- t - время, с
Чтобы применить данную формулу, необходимо вычислить значение работы. Работа – физическая величина, рассчитываемая следующим образом:
,
- (проекция силы умножается на направление и на расстояние, которое проходит точка приложения этой силы).
Если речь идет о вращательном движении, то формула расчета выглядит так:
,
- где
– угол, рад,
,
Угловая скорость определяется следующим образом:
- где
– угловая скорость, рад/с,
Использование приведенных выше формул позволяет определить механическую мощность мотора:
КПД
КПД (коэффициент полезного действия) – величина, отражающая производительность мотора. данное значение часто применяется для того, чтобы сравнить работу различных электродвигателей.
В самом общем смысле, КПД выражает отношение полезной работы к общей работе. Вычисление КПД предполагает использование формулы потребляемой мощности.
Снижение КПД происходит из-за следующих факторов:
- нагревание токопроводников – электрические потери,
- магнитные потери – вызваны чрезмерным намагничиванием сердечника, а также образованием вихревых токов и так называемым магнитным последействием,
- механические потери, обусловленные трением,
- высшие гармоники магнитных полей, которые образуются в обмотках.
Уровень КПД электрических двигателей колеблется в пределах 10-99%.
Формула расчета:
,
- где
– коэффициент полезного действия электродвигателя, - P1 - подведенная мощность (электрическая), Вт,
- P2 - полезная мощность (механическая), Вт
- При этом
потери в электродвигатели обусловлены:
- электрическими потерями - в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
- магнитными потерями - потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
- механическими потерями - потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
- дополнительными потерями - потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.
КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.
На сегодняшний день Международной электротехнической комиссией установлены конкретные требования к КПД электрических моторов. Стандарт IEC 60034-31:2010 выделяет 4 основных класса эффективности, применимых к асинхронным и синхронным типам двигателей.
Частота вращения
Данный параметр выражается в оборотах в минуту (об\мин) и вычисляется по следующей формуле:
- где n - частота вращения электродвигателя, об/мин
Инерционный момент
Это величина, отражающая меру инертности вращающегося тела, которое совершает обороты вокруг неподвижного тела. Данная величина может быть рассчитана для мотора любого типа и является для него постоянной. Выражается в кг*м2.
Формула расчета:
,
- где J – момент инерции, кг∙м2,
- m - масса, кг
Инерционный момент имеет связь с моментом силы. Данное соотношение отражено в следующей формуле:
,
- где
– угловое ускорение, с-2
Номинальное напряжение
Данный параметр показывает, каковы характеристики сети, для работы в которой рассчитан данный конкретный двигатель.
Электрическая постоянная времени
Эта характеристика отражает период, прошедший от подачи тока на мотор. За это время ток поднимается до уровня 63,21% от конечного значения. Электрическая постоянная времени выражается в секундах (с).
Чтобы рассчитать данную характеристику, используется формула:
,
- где
– постоянная времени, с
Механическая характеристика
График, отражающий взаимосвязь частоты, с которой вращается вал мотора, и электромагнитного момента. Напряжение в сети при этом является постоянным.
Сфера использования электрических двигателей
Сегодня трудно назвать область, в которой не использовались бы электромоторы. Двигатели применяются практически на любом оборудовании – начиная от промышленных установок и заканчивая бытовой техникой для дома.
|
Тип двигателя |
Тип оборудования |
Сфера использования |
|
Вращающийся |
Насос |
Водоснабжение объектов |
|
Водоотведение, канализация |
||
|
Перекачивание воды, в том числе нагретой или охлажденной, отопление, орошение |
||
|
Перекачка нефти и нефтепродуктов |
||
|
Вентилятор |
Приточно-вытяжные системы |
|
|
Компрессор |
Системы охлаждения, морозильные камеры |
|
|
Распределение сжатого воздуха |
||
|
Сжижение и перекачка природного газа |
||
|
Промышленное оборудование |
Прокатные станки для металлообработки, резки и обработки камня, работы с пластиком |
|
|
Прессы для работы с металлом и пластиком |
||
|
Обработка и производство тканей |
||
|
Оборудование для смешивания пищевых и непищевых составов |
||
|
Транспорт |
Лифты, траволаторы и эскалаторы |
|
|
Краны, конвейеры, лебедки и другие типы промышленных подъемных устройств |
||
|
Наземный транспорт |
||
|
Шаговые и серводвигатели для осуществления угловых перемещений |
Вентили |
|
|
Серво |
||
|
Линейный |
Оборудование для открытия\закрытия |
Вентиль |
|
Оборудование для сортировки |
Промышленное оборудование |
|
|
Манипуляторы и другие устройства захвата и перемещения |
Роботы |
-
ЭД - электродвигатель
-
ОВК - системы отопления, вентиляции и кондиционирование воздух
