Что такое номинальная мощность двигателя постоянного тока

Рабочие характеристики

Рабочие характеристики ДПТ параллельного возбуждения малой мощности приведены на рис. 5.8.

Рис. 5.8

Рабочие характеристики двигателя представляют собой зависимости скорости вращения n, потребляемого тока I и мощности P₁, момента на валу двигателя M, коэффициента полезного действия η от полезной мощности P₂ при неизменном значении напряжения питания U_н = const, тока обмотки возбуждения I_вн=const и отсутствии добавочного сопротивления в якорной цепи R_{д я} = 0. Они дают возможность судить об эксплуатационных свойствах двигателей и определять наиболее экономичные их режимы работы в условиях производства.

Механическая характеристика двигателя постоянного тока

Механическими характеристиками двигателя называются зависимости установившейся частоты вращения от момента на валу двигателя – n=f₁(M) или ω=f₂(M).

Характеристики называют естественными, если они получены при номинальных условиях питания (при номинальном напряжении), номинальном возбуждении и отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря.

Характеристики двигателя называются искусственными при изменении любого из перечисленных выше факторов.

Подставим в уравнение ,выражения для определения тока и ЭДС ДПТ

Механическая характеристика двигателя постоянного тока с независимым и параллельным возбуждением имеет вид:

,

где R_яц = R_я + R_доб – полное сопротивление цепи якоря, Ом;

R_Я – сопротивление обмотки якоря, Ом;

R_доб – добавочное сопротивление в цепи якоря, Ом.

Анализируя выражение для построения механической характеристики, видим, что математически это уравнения прямой линии, пересекающей ось скоростей в точке n₀, где

n₀ = U/(·Ф) – скорость холостого хода.

где P_н – номинальная мощность двигателя, Вт;

ω_н – номинальная частота вращения, рад/сек.

Естественная механическая характеристика показана на рис. 5.9.

Для построения естественной механической характеристики (ЕМХ) необходимо найти две точки.

Одна из них определяется из паспортных данных двигателя для номинальных значений n_н и М_н:

где P_н – номинальная мощность двигателя, Вт;

ω_н – номинальная частота вращения, рад/сек .

Вторая точка соответствует идеальному холостому ходу, когда I = 0 и М=0.

Скорость холостого хода можно найти из следующего уравнения при подстановке паспортных данных двигателя:

.

Регулирование скорости вращения дпт

Существует три основных способа регулирования частоты вращения машин постоянного тока: реостатное регулирование, регулирование изменением магнитного потока, регулирование изменением напряжения сети.

Реостатное регулирование частоты вращения осуществляется путем введения в цепь якоря дополнительных активных сопротивлений – резисторов, т.е. R_яц = (R_я + R_доб) = var при U = U_н, Ф = Ф_н. Как видно из уравнения механической характеристики

при изменении величины добавочного сопротивления R_доб в цепи якоря скорость идеального холостого хода n₀ остается постоянной изменяется лишь жесткость характеристики.

Искусственные механические характеристики (ИМХ) при введении добавочного сопротивления в цепь ротора двигателя постоянного тока независимого возбуждения показаны на рис. 5.10.

Регулирование частоты вращения при изменении магнитного потока осуществляется преимущественно за счет ослабления магнитного потока Ф возбуждения двигателя, т.е. за счет уменьшения тока возбуждения i_в.

При уменьшении магнитного потока обычно соблюдаются условия: U = U_н; R_дя= 0. В этом случае для скорости идеального холостого хода имеем

, тогда ,

где — скорость холостого хода для искусственной механической характеристики;

— скорость холостого хода для естественной механической характеристики.

Искусственные механические характеристики при уменьшении магнитного потока представлены на рис. 5.11.

Для регулирования частоты вращения двигателя постоянного токанезависимого возбуждения изменением питающего напряжения необходимы регулируемые источники напряжения.

Из уравнения механической характеристики видно, что с регулированием напряжения связано изменение скорости идеального холостого хода n₀ = U_н/(·Ф_н) при сохранении жесткости характеристик. Это позволяет существенно расширить диапазон регулирования. Регулирование частоты вращения идет, как правило, вниз от основной характеристики.Искусственные характеристики при изменении (уменьшении) напряжения будут иметь вид прямых. Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения при изменении напряжения питания показаны на рис. 5. 12.

Номинальная мощность электродвигателя и его расчет

Одна из естественных характеристик электродвигателя – его номинальная (эффективная) мощность (Pном), которая для машин переменного и постоянного тока является механической мощностью на валу.

Это мощность двигателя, с которой он мог бы работать в номинальном режиме — режиме эффективной работы на протяжении длительного времени (не менее нескольких часов). Номинальная мощность измеряется в Вт (кВт) или лошадиных силах (л.с.) и указывается на щитке электрической машины вместе с остальными основными характеристиками.

При нагрузках, меньших Pном, мощность двигателя развивается в полной мере. При загрузке двигателя до номинальной мощности на сравнительно короткий промежуток времени, можно считать, что он не используется в полную силу. В такой ситуации бывает целесообразна его кратковременная перегрузка, предел которой определяется перегрузочной мощностью двигателя.

В паспорте электродвигателя заводом-изготовителем всегда указываются номинальные величины мощности Pном, напряжения Uном, коэффициента мощности cosϕном, номинальная угловая скорость двигателя ωном.

Расчет номинальной мощности

Метод эквивалентного тока

Применим для расчета номинальной мощности при обязательном соблюдении во время работы неизменности показателей мощности потерь в обмотках двигателя, складывающейся из постоянной и переменной величин мощности, сопротивлений обмоток ротора и статора, потерь на механическое трение. Зная номинальный коэффициент мощности, показатели эквивалентного тока и номинального напряжения, возможно рассчитать номинальную мощность электродвигателя:

Pном ≥ Iэк ∙ Uном ∙cosϕном,

где Iэк – показатель эквивалентного тока,

Uном – номинальное напряжение,

cosϕном – номинальный коэффициент мощности, повышающийся с увеличением мощности и номинальной угловой скорости вращения ротора, а также зависящий от нагрузки. Для большинства электродвигателей составляет 0,8-0,9.

Метод эквивалентного момента

Электродвигатели любого типа имеют пропорциональный произведению тока и величине магнитного потока вращающий момент. Метод эквивалентного момента для расчета номинальной мощности используется в тех случаях, когда условия применяемой нагрузки определяют непосредственно требуемый от двигателя момент, а не ток. Для синхронных и асинхронных машин переменного тока, коэффициент мощности cosϕ приближенно принимается за постоянную величину:

Pном = Мвр ∙ ωном,

где Мвр – значение вращающего момента,

ωном – номинальная угловая скорость двигателя.

Определение номинальной мощности опытным путем

Указанная в паспорте или щитке устройства номинальная мощность будет равна этому значению только при оптимальной нагрузке на вал, определяемой заводом-изготовителем для номинального режима. На что ориентироваться, если по каким-то причинам не сохранился паспорт или стерлись надписи на табличке?

Помогут практические измерения и счетчик электроэнергии:

1. Необходимо полностью отключить все прочие источники потребления электроэнергии: освещение, электроприборы и т.д.
2. В случае использования электронного счетчика, следует подключить двигатель под нагрузкой на 5-6 минут, на электронном дисплее отобразиться величина нагрузки в кВт.

Дисковый счетчик проводит измерения в кВт∙час. Следует записать последние показания и включить двигатель на 10 минут с точностью до секунды. После остановки электромашины, отнять из полученного значения записанные показания и умножить на 6. Полученное число и будет являться активной механической мощностью двигателя.

Для маломощных двигателей можно подсчитать количество оборотов диска счетчика, для каждого из которых указана, чему равна величина полных оборотов в единицах мощности. Несложные расчеты помогут определить искомую величину мощности.

При использовании этого метода важно правильно подобрать нагрузку, поскольку при ее недостаточности или перегрузке, определяемый показатель будет далек от номинальной мощности электродвигателя.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

Электродвигатели постоянного тока и области их применения

Подписка на рассылку

• ВКонтакте
• Facebook
• ok
• Twitter
• YouTube
• Instagram
• Яндекс.Дзен
• TikTok

Электродвигатель постоянного тока (ДПТ) представляют собой механизм, преобразующий поступающую на него электрическую энергию в механическое вращение. Работа агрегата базируется на явлении электромагнитной индукции — на проводник, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера: F = B*I*L, где L — длина проводника, I — ток, протекающий по проводнику, B — индукция магнитного поля. Данная сила обуславливает возникновение крутящего момента, который может быть использован для неких практических целей.

• Практически линейные регулировочные и механические характеристики, благодаря чему обеспечивается удобство эксплуатации.
• Большая величина пускового момента.
• Компактные размеры (особенно сильно выражено у двигателей на постоянных магнитах).
• Возможность использования одного и того же механизма как в режиме двигателя, так и генератора.
• КПД при полной нагрузке, как правило, выше на 1–2 % чем у асинхронных и синхронных машин, а при неполной нагрузке преимущество может возрастать до 15 %.

Основным недостатком данных устройств является высокая цена их изготовления. Также стоит отметить необходимость регулярного обслуживания коллекторно-щеточного узла и определенное ограничение срока эксплуатации, вызванные его износом, однако на современных моделях эти недостатки практически полностью нивелированы.

Стоит отметить, что механическая характеристика, а значит, и все эксплуатационные показатели во многом зависят от схемы подключения обмотки возбуждения. Всего их четыре:

Способы возбуждения: а — независимое, б — параллельное, в — последовательное, г — смешанное.

Области применения ДПТ

Несмотря на то, что подавляющее большинство электрических сетей обеспечивают переменное напряжение, электродвигатели постоянного тока используются весьма и весьма широко. Собственно говоря, все промышленные приводы, где требуется точная регулировка частоты вращения, реализованы именно на базе ДПТ. Кроме того, электрические машины на постоянных магнитах благодаря своей эффективности и большой плотности мощности широко используются в оборонительной отрасли.

Впрочем, не стоит думать, что вы не сталкивались вживую с данными механизмами. Отсутствие жестких ограничений по размерам приводит к тому, что мы зачастую их не замечаем. Например, в автомобилестроении используются только электродвигатели постоянного тока, причем, несмотря на различие в мощности, на всем грузовом транспорте и спецтехнике они запитаны от 24 вольт, в то время как на легковых автомобилях их рабочее напряжение составляет 12 вольт. Получая энергию от аккумуляторной батареи или генератора, они отвечают за позиционирование сидений, управление зеркалами, поднятие и опускание стекол, а также поддержание в салоне заданной температуры.

Впрочем, электродвигатели постоянного тока могут и сами приводить в движение транспортные средства, и это далеко не только игрушечные автомобили-аттракционы с 12-вольтным аккумулятором. Для того чтобы ощутить, насколько мощными могут быть эти устройства, достаточно оказаться вблизи проходящей мимо пригородной электрички, а мягкость и точность регулировки оборотов наглядно демонстрирует плавный разгон троллейбусов.

Данные электродвигатели широко применяются как в электрическом транспорте (метро, троллейбус, трамвай, пригородные электрические железные дороги, электровозы), так и в подъемных устройствах (электрические подъемные краны).

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Номинальная мощность — электродвигатель

По эквивалентной мощности Рэ выбирают номинальную мощность электродвигателя по нагреву. [31]

Лопастной вал рассчитывают на прочность по номинальной мощности электродвигателя 7V8JI привода с учетом его КПД. На лопастной вал действуют равномерно распределенная нагрузка дм от сопротивления перемешиваемой массы, равномерно распределенная нагрузка qs от собственной массы, лопастного вала, крутящий момент Мк и осевые силы Q на лопастях вала. Осевые силы на отдельных лопастях вала зетобразной мешалки противоположно направлены; выбором углов подъема лопастей сумму сил Q делают равной нулю. [32]

В начальной стадии расчета при выборе потребной номинальной мощности электродвигателя обычно не учитывают сопротивление от сил инерции в период разгона машины, поскольку электродвигатели допускают значительную кратковременную перегрузку. [33]

Лопастной вал рассчитывают на прочность по номинальной мощности электродвигателя N . На лопастной вал действуют равномерно распределенная нагрузка дм от сопротивления перемешиваемой массы, равномерно распределенная нагрузка qa от собственной массы лопастного вала, крутящий момент М, и осевые силы Q на лопастях вала. Осевые силы на отдельных лопастях вала зетобразной мешалки противоположно направлены; выбором углов подъема лопастей сумму сил Q делают равной нулю. [34]

Отношение действительной нагрузки в киловольт-амперах к присоединенной номинальной мощности электродвигателей называется коэффициентом спроса. [35]

Лопастной вал рассчитывают на прочность по номинальной мощности электродвигателя Nnn привода с учетом его КПД. На лопастной вал действуют равномерно распределенная нагрузка qm от сопротивления перемешиваемой массы, равномерно распределенная нагрузка qn от собственной массы лопастного вала, крутящий момент М и осевые силы Q на лопастях вала. Осевые силы на отдельных лопастях вала зетобразной мешалки противоположно направлены; выбором углов подъема лопастей сумму сил Q делают равной нулю. [36]

Итак, при выборе электродвигателя учтено: номинальная мощность электродвигателя превышает требуемую по условиям статического момента; номинальная частота вращения и диапазон ее регулирования удовлетворяют требованиям механизма; максимальный момент меньше допустимого момента перегрузки. [37]

Нужно иметь в виду, что если указана номинальная мощность электродвигателя для определенной величины ПВ ( например, для 15 %), то этот двигатель для повторно-кратковременной нагрузки, характеризуемой большим ПВ ( например, 25 %), не может быть использован ( будет перегреваться), а должен быть выбран электродвигатель другой мощности. [38]

При расчете механических передач следует исходить не из номинальной мощности электродвигателя , а из требуемой, которую на самом деле будет развивать электродвигатель при установившемся режиме работы. [39]

После определения на основе приведенных выше методов величины номинальной мощности электродвигателя необходимо дополнительно проверить, может ли двигатель данной мощности развивать в процессе пуска ( разгона) и в процессе работы вращающий момент, равный обусловленному нагрузкой вращающему моменту или превышающий его. [40]

Средняя потребляемая мощность составляет от 50 до 75 % номинальной мощности электродвигателя и зависит от крепости руды и ширины выходной щели, пиковая — достигает 200 — 220 % номинала. [41]

В соответствии с основными режимами работы электропривода различно определяется и номинальная мощность электродвигателя . Условия нагрева и охлаждения двигателя при повторно-кратковременном режиме существенно отличаются от условий работы в продолжительном режиме. Например, условия охлаждения обмотки возбуждения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения практически остаются неизменными и при остановке двигателя, а условия охлаждения якоря при остановке сильно ухудшаются. По этой причине двигатель постоянного тока, рассчитанный для продолжительной работы с неизменными условиями охлаждения, при повторно-кратковременном режиме будет использоваться нерационально; при предельно допустимом нагреве обмотки якоря и коллектора обмотка возбуждения будет нагреваться значительно ниже допустимой температуры. [42]

В соответствии с основными режимами работы электропривода различно определяется и номинальная мощность электродвигателя . Условия нагрева и охлаждения двигателя при повторно-кратковременном режиме существенно отличаются от условий работы в продолжительном режиме. Например, условия охлаждения обмотки возбуждения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения практически остаются неизменными и при остановке двигателя, а условия охлаждения якоря при остановке сильно ухудшаются. По этой причине двигатель постоянного тока, рассчитанный дли продолжительной работы с неизменными условиями охлаждения, при повторно-кратковременном режиме будет использоваться нерационально; при предельно допустимом нагреве обмотки якоря и коллектора обмотка возбуждения будет нагреваться значительно ниже допустимой температуры. [43]

В соответствии с основными режимами работы электропривода различно определяется и номинальная мощность электродвигателя . Условия нагрева и охлаждения двигателя при повторно-кратковременном режиме существенно отличаются от условий работы в продолжительном режиме. Например, условия охлаждения обмотки возбуждения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения практически остаются неизменными и при остановке двигателя, а условия охлаждения якоря при остановке сильно ухудшаются. По этой причине двигатель постоянного тока, рассчитанный для продолжительной работы с неизменными условиями охлаждения, при повторно-кратковременном режиме будет использоваться нерационально; при предельно допустимом нагреве обмотки якоря и коллектора обмотка возбуждения будет нагреваться значительно ниже допустимой температуры. [44]

Так как при одинаковых размерах машины и одинаковых электромагнитных нагрузках номинальная мощность электродвигателя пропорциональна скорости вращения ротора, то с уменьшением ее габариты и стоимость машины при одной и той же номинальной мощности возрастают, что часто препятствует применению электродвигателей с пониженными скоростями вращения. [45]