Что такое номинальное и рабочее напряжение в двигателях

Устройство и принцип работы электродвигателя

Электродвигатель – устройство для преобразования электроэнергии во вращательное движение вращающейся части электрической машины. Преобразование энергии в двигателях происходит за счет взаимодействия магнитных полей обмоток статора и ротора. Эти электрические машины широко используются во всех отраслях промышленности, в качестве привода электротранспорта и инструментов, в системах автоматизации, бытовой техники и так далее.

Существует множество видов электродвигателей, различающихся по принципу действия, конструкции, исполнению и другим признакам. Рассмотрим основные типы этих электрических машин.

По принципу действия различают магнитоэлектрические и гистерезисные электрические машины. Несмотря на простоту конструкции, высокий пусковой момент, последние не получили широкого распространения. Эти электродвигатели имеют высокую цену, низкий коэффициент мощности, ограничивающие их применение. Подавляющее большинство выпускаемых электродвигателей – магнитоэлектрические.

По типу напряжения питания различают:

• Электродвигатели постоянного тока.
• Двигатели переменного тока.
• Универсальные электрические машины.

По конструкции различают электродвигатели с горизонтально и вертикально расположенным валом. Кроме того, электрические машины классифицируют по назначению, климатическому исполнению, степени защиты от попадания влаги и посторонних предметов, мощности и другим параметрам.

Классы электродвигателей:

• Постоянного тока
  • Бесщеточные ЕС (электронно-коммутируемые)
  • Со щетками
    • С последовательным возбуждением
    • С параллельным возбуждением
    • Со смешанным возбуждением
    • С постоянными магнитами

• Переменного тока
  • Универсальные
  • Синхронные
  • Индукционные
    • Однофазные
    • Трехфазные

Таблица классификации электронных двигателей:

Электродвигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока широко применяются в качестве привода электротранспорта, промышленного оборудования, а также микропривода исполнительных механизмов. Такие электрические машины обладают следующими преимуществами:

• Возможность регулировки частоты вращения путем изменения напряжения в обмотке возбуждения. При этом крутящий момент на валу ДПТ (двигатели постоянного тока) остается неизменным.
• Высокий к.п.д. (коэффициент полезного действия) у машин постоянного тока несколько выше, чем у самых распространенных асинхронных двигателей переменного тока. При неполной нагрузке на валу к.п.д. ДПТ выше на 10-15%.
• Возможность изготовления ДПТ небольших габаритов. Практически все используемые микроприводы рассчитаны на постоянный ток.
• Простота схем управления. Для пуска, реверса и регулирования скорости и момента не требуется сложного электронного оборудования и большого количества аппаратов для коммутации.
• Возможность работы в режиме генератора. Электродвигатели такого типа можно использовать в качестве источников постоянного тока.
• Высокий пусковой момент. ДПТ используют в составе электроприводов кранов, тяговых и грузоподъемных механизмов, где требуется запуск под значительной нагрузкой.

ДПТ различают по способу возбуждения, они бывают:

• С постоянными магнитами. Такие двигатели отличаются малыми габаритами. Основная область их применения – микроприводы.
• С электромагнитным возбуждением.

Электрические машины с электромагнитами такого типа получили самое широкое распространение. Их классифицируют по способу подключения обмотки статора:

• Двигатели с параллельным возбуждением. Обмотки якоря и статора в электрической машине такого типа соединены параллельно. Такие электрические машины не требуют дополнительного источника питания для обмотки возбуждения, скорость вращения ротора практически не зависит от нагрузки. Их используют для привода металлорежущих станков и другого оборудования.
• Электродвигатели с последовательно включенной обмоткой статора. ДПТ этого типа имеют значительный пусковой момент. Их применяют в качестве привода электротранспорта и промышленных установок с необходимостью пуска под нагрузкой.
• Двигатели с независимым возбуждением. Для питания обмотки статора таких электромашин используется независимый источник постоянного тока. ДПТ такого типа отличаются широким диапазоном регулирования скоростей.
• Электрические машины со смешанным возбуждением. Электромагнит возбуждения в таких двигателях поделен на 2 части. Одна из них включена параллельно, вторая последовательно обмотке якоря. Электрические машины такого типа используются в механизмах и оборудовании, где необходим высокий пусковой момент, а также переменная и постоянная скорость при переменном моменте.

Электродвигатели переменного тока

Электрические машины такого типа широко используют для приводов всех типов технологического оборудования, электроинструментов, автоматических регуляторов. По наличию разности между скоростью вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора различают синхронные и асинхронные двигатели.

Асинхронные электродвигатели

Благодаря дешевизне и простоте конструкции электрические машины такого типа получили самое широкое распространение. Их принципиальное отличие – наличие так называемого скольжения. Это разность между частотой вращения магнитного поля неподвижной части электрической машины и скоростью вращение ротора. Напряжение на вращающейся части индуцируется за счет переменного магнитного поля обмоток статора двигателя. Вращение вызывает взаимодействие поля электромагнитов неподвижной части и магнитного поля ротора, возникающего под влиянием наведенных в нем вихревых токов. По особенностям обмоток статора выделяют:

• Однофазные двигатели переменного тока. Двигатели такого типа требуют для пуска наличия внешнего фазосдвигающего элемента. Это может быть пусковой конденсатор или индуктивное устройство. Область применения однофазных двигателей – маломощные приводы.
• Двухфазные электрические машины. Такие двигатели имеют 2 обмотки со смещенными относительно друг друга фазами. Их также используют для бытовых устройств и оборудования, имеющего небольшую мощность.
• Трех- и многофазные электродвигатели. Наиболее распространенный тип асинхронных машин. Электрические двигатели такого типа имеют от 3-х и более обмоток статора, сдвинутых по фазе на определенный угол.

По конструкции ротора асинхронные электрические машины делят на двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором.

Обмотка ротора электрических машин первого типа представляет собой несколько неизолированных стержней, выполненных из сплавов меди или алюминия, замкнутых с двух сторон кольцами (конструкция “беличья клетка”). Асинхронные двигатели такого типа обладают следующими преимуществами:

• Достаточно простая схема пуска. Такие электрические машины можно подключать непосредственно к электрической сети через аппараты коммутации.
• Допустимость кратковременных перегрузок.
• Возможность изготавливать электрические машины высокой мощности. Двигатель такого типа не содержит скользящих контактов, препятствующих наращиванию мощности.
• Относительно простое ТО и ремонт. Асинхронные электромашины имеют несложную конструкцию.
• Невысокая цена. Двигатели асинхронного типа стоят дешевле синхронных машин и ДПТ.

Электрические машины с короткозамкнутым ротором имеют свои недостатки:

• Предельная скорость вращения составляет не более 3000 об/мин при входе в синхронный режим.
• Технически сложная реализация регулирования частоты вращения.
• Высокие пусковые токи при прямом запуске.

Электродвигатели с фазным ротором частично лишены недостатков, присущих машинам с ротором конструкции “беличья клетка”. Вращающаяся часть электрической машины такого типа имеет обмотки, соединенные в схему “звезда”. Напряжение подводится к обмотке через 3 контактных кольца, закрепленных на роторе и изолированных от него.

Такие электродвигатели обладают следующими достоинствами:

• Возможность ограничивать пусковые токи при помощи резистора, включенного в цепь электромагнитов ротора.
• Больший, чем у электромашин с короткозамкнутым ротором, пусковой момент.
• Возможность регулировки скорости.

Недостатками таких двигателей являются относительно большие габариты и масса, высокая цена, более сложный ремонт и сервисное обслуживание.

Синхронные двигатели переменного тока

Как и в асинхронных электродвигателях, вращение ротора в синхронных машинах достигается взаимодействием полей ротора и статора. Скорость вращения ротора таких электрических машин равна частоте магнитного поля, создаваемого обмотками статора.

Обмотка неподвижной части двигателя рассчитана на питание от трехфазного напряжения. К электромагнитам ротора подключается постоянное напряжение. Различают явнополюсные и неявнополюсные обмотки. В синхронных двигателях малой мощности используют постоянные магниты.

Запуск и разгон синхронной машины осуществляется в асинхронном режиме. Для этого на роторе двигателя имеется обмотка конструкции “беличья клетка”. Постоянное напряжение подается на электромагниты только после разгона до номинальной частоты асинхронного режима. Синхронные двигатели имеют следующие особенности:

• Постоянная скорость вращения при переменной нагрузке.
• Высокий к.п.д. и коэффициент мощности.
• Небольшая реактивная составляющая.
• Допустимость перегрузки.

К недостаткам синхронных электродвигателей относятся:

• Высокая цена, относительно сложная конструкция.
• Сложный пуск.
• Необходимость в источнике постоянного напряжения.
• Сложность регулировки скорости вращения и момента на валу.

Все недостатки электрических машин переменного тока можно исправить установкой устройства плавного пуска или частотного преобразователя. Обоснование выбора того или иного устройства обусловлено экономической целесообразностью и требуемыми характеристиками электропривода.

Универсальные двигатели

В отдельную группу выделяют универсальные электродвигатели, которые могут работать от сети переменного тока и от источников постоянного напряжения. Они используются в электроинструментах, бытовой технике, а также других маломощных устройствах. Конструкция такой электрической машины принципиально не отличатся от двигателя постоянного тока. Главное отличие – конструкция магнитной системы и обмоток ротора. Магнитная система состоит из изолированных друг от друга секций для снижения магнитных потерь. Обмотка ротора такой машины поделена на 2 части. При питании от переменного тока напряжение подается только на ее половину. Это делается в целях снижения радиопомех, улучшения условий коммутации.

К преимуществам таких машин относятся:

• Высокая скорость вращения. Универсальные электродвигатели развивают скорость до 10 000 об/мин и более.
• Питание от переменного и постоянного напряжения. Двигатели такого типа широко применяют для электроинструментов, имеющих дополнительные аккумуляторные батареи.
• Возможность регулирования скорости без использования дополнительных устройств.

Однако, такие электромашины имеют свои недостатки:

• Ограниченная мощность.
• Необходимость обслуживания коллекторного узла.
• Тяжелые условия коммутации при питании от переменного напряжения из-за наличия трансформаторной связи между обмотками.
• Электромагнитные помехи при подключении к сети переменного тока.

Каждый тип двигателя имеет свои достоинства и недостатки. Выбор электрической машины для привода любого оборудования делается исходя из условий эксплуатации, требуемой частоты вращения, экономической целесообразности, типа нагрузки и других параметров.

Номинальное напряжение (электрической установки): определение, особенности, диапазоны

Определение.

Номинальное напряжение (электрической установки) (nominal voltage (of an electrical installation)) — это значение напряжения, которым обозначают и идентифицируют электрическую установку или часть электрической установки (определение на основе ГОСТ 30331.1-2013) [1]. Принято краткое обозначение — U_n .

Примечание к определению: переходные напряжения, вызванные, например, коммутационными переключениями, и временные колебания напряжения из-за ненормальных условий, таких как повреждения в системе питания, не учитываются.

Харечко Ю.В. в своей книге [4] подытоживает:

« То есть каждая электроустановка, включая электроустановку здания, характеризуется одним или несколькими значениями номинального напряжения. Фактическое значение напряжения в электроустановке может отличаться от номинального напряжения в пределах допустимых отклонений. »

Особенности

О некоторых особенностях использования номинального напряжения писал в своей книге [2] Харечко Ю.В.

« Электроустановку здания, как правило, подключают к низковольтной распределительной электрической сети. Сама электроустановка здания представляет собой совокупность взаимосвязанного электрооборудования, выполняющего определенные функции. Поэтому посредством, в том числе, номинального напряжения выполняют согласование характеристик всего электрооборудования, применяемого и в распределительной электрической сети, и в электроустановке здания с целью обеспечения его нормального функционирования. »

Значения номинального напряжения для электроустановок зданий, а также для других низковольтных и высоковольтных электроустановок установлены стандартом ГОСТ 29322-2014 [2], который распространяется на:

• на электрические системы переменного тока номинальным напряжением более 100 В и стандартной частотой 50 Гц или 60 Гц, используемые для передачи, распределения и потребления электроэнергии, и электрооборудование, применяемое в таких системах;
• на тяговые системы переменного и постоянного тока;
• на электрооборудование переменного тока с номинальным напряжением менее 120 В и частотой (как правило, но не только) 50 или 60 Гц, электрооборудование постоянного тока с номинальным напряжением менее 750 В. К такому оборудованию относятся батареи (из элементов или аккумуляторов), другие источники питания переменного или постоянного тока, электрическое оборудование (включая промышленное и коммуникационное) и бытовые электроприборы.

Диапазоны значений

Стандарт ГОСТ 29322-2014 устанавливает значения стандартного напряжения, которые предназначены для применения в качестве [2]:

• предпочтительных значений для номинального напряжения электрических систем питания;
• эталонных значений для электрооборудования и проектируемых электрических систем.

В таблице 1 подраздела 3.1 «Системы и электрооборудование переменного тока с номинальным напряжением от 100 В до 1000 В включительно» стандарта ГОСТ 29322-2014 приведены номинальные напряжения систем переменного тока в диапазоне от 100 В до 1000 В, которыми следует руководствоваться при выборе номинального напряжения в распределительных электрических сетях и подключаемых к ним электроустановках зданий.

a) Значение 230/400 В является результатом эволюции систем 220/380 В и 240/415 В, которые завершили использовать в Европе и во многих других странах. Однако системы 220/380 В и 240/415 В до сих пор продолжают применять.

b) Значение 400/690 В является результатом эволюции системы 380/660 В, которую завершили использовать в Европе и во многих других странах. Однако систему 380/660 В до сих пор продолжают применять.

c) Значение 200 или 220 В также используют в некоторых странах.

d) Значения 100/200 В также используют в некоторых странах в системах с частотой 50 или 60 Гц.

В стандарте ГОСТ 29322-2014 [2] указано, что таблицей 1 учтено наличие однофазных электрических цепей, представляющих собой ответвления от трехфазных четырехпроводных и однофазных трехпроводных электрических систем. Меньшие значения в первой и второй колонках таблицы 1 являются напряжениями между фазой и нейтралью 1 , большие значения – напряжениями между фазами 2 . Если указано одно значение, оно относится к трехфазным трехпроводным электрическим системам и устанавливает напряжение между фазами. Меньшее значение в третьей колонке таблицы 1 является напряжением между фазой и нейтралью, большее значение – напряжение между фазными проводниками 3 .

Стандартом ГОСТ 29322-2014 установлено, что при нормальных условиях оперирования напряжение питания 4 не должно отличаться от номинального напряжения системы больше чем на ±10%. В стандарте также указано, что диапазон используемых напряжений 5 зависит от изменений напряжения на зажимах питания и падения напряжения, которое может быть в потребительской электроустановке 6 .

Например, номинальное напряжение 230/400 В обозначает следующее: 230 В – напряжение между фазой и нейтралью, 400 В – напряжение между фазами. Напряжение в точке подключения однофазной электроустановки здания к низковольтной электрической сети должно быть равным 230 В ± 10 %, трёхфазной электроустановки здания – 400 В ± 10 %.

Напряжения, превышающие 230/400 В, предназначены для применения в электроустановках промышленных и больших торговых предприятий, поскольку они характеризуются большими нагрузками и протяженными электрическими цепями.

Пояснения к написанному выше:

« 1) Напряжение между фазой и нейтралью – напряжение между фазным и нейтральным проводниками в заданной точке электрической цепи. »

« 2) Напряжение между фазами – напряжение между двумя фазными проводниками в заданной точке электрической цепи. »

« 3) В однофазной трехпроводной электрической системе, сети или цепи имеются два фазных проводника и нейтральный проводник или PEN-проводник, а также может быть защитный проводник. »

« 4) Термин «напряжение питания» определен стандартом ГОСТ 29322-2014 следующим образом: напряжение между фазами или напряжение между фазой и нейтралью на зажимах питания. »

« 5) Термин «диапазон используемых напряжений» определен стандартом ГОСТ 29322-2014 следующим образом: диапазон напряжений в штепсельных розетках или в точках фиксированных электроустановок, к которым должны быть присоединены электроприемники. »

« 6) К потребительским электроустановкам, в том числе, относятся электроустановки зданий. »

Номинальное напряжение трехфазных электроустановок жилых и общественных зданий, медицинских учреждений и торговых предприятий, как правило, равно 400 В, однофазных – 230 В. Это значение было установлено ГОСТ 29322 еще в 1993 г. Однако до сих пор указанное номинальное напряжение не нашло должного применения в нашей стране. Даже на уровне нормативных документов употребляют значения 220 и 380 В.

Наибольшие и наименьшие значения напряжения на зажимах питания и на зажимах электроприемника приведены в справочном приложении А «Наибольшие и наименьшие значения напряжения на зажимах питания и электроприемников для систем переменного тока с номинальным напряжением от 100 В до 1000 В включительно» стандарта ГОСТ 29322-2014.

a) , b) , c) , d) — смотрите текст из таблицы 1

2) Термин «используемое напряжение» (utilization voltage) определен стандартом ГОСТ 29322-2014 так: напряжение между фазами или напряжение между фазой и нейтралью в штепсельных розетках или в точках фиксированных электроустановок, к которым должны быть присоединены электроприемники.

В таблице A.1 указаны наибольшие и наименьшие значения напряжения на зажимах питания и выводах электроприемников. Они рассчитаны по данным таблицы 1 стандарта ГОСТ 29322-2014 и следующим указаниям, приведенным в подразделе 525 «Падение напряжения в установках потребителя» стандарта МЭК 60364-5-52:2001: при отсутствии других соображений, рекомендуется, чтобы на практике падение напряжения между вводом в электроустановку пользователя и электрооборудованием было не более 4% от номинального напряжения электроустановки.

Однако в таблице G.52.1 действующего стандарта ГОСТ Р 50571.5.52-2011 для низковольтных электроустановок, подключаемых к электрическим сетям общего пользования, установлены иные значения максимального падения напряжения:

• для электрических светильников – 3%;
• для других электроприемников – 5%.

Поэтому значения наименьшего используемого напряжения, приведенные в таблице A.1 стандарта МЭК 60038, необходимо согласовать с требованиями стандарта ГОСТ Р 50571.5.52-2011. Для этого последнюю колонку таблицы A.1 следует заменить двумя колонками, в которых привести значения наименьшего используемого напряжения, которые рассчитаны с учетом максимального падения напряжения, равного 3 и 5% от номинального напряжения электроустановки.

Стандартом МЭК 60449 и его национальным аналогом – ГОСТ 32966-2014 [3] для электроустановок зданий установлено два диапазона напряжения переменного и постоянного тока. В таблице 1 раздела 3 «Диапазоны напряжения переменного тока» приведены два диапазона напряжения переменного тока, а в таблице 2 раздела 4 «Диапазоны напряжения постоянного тока» приведены два диапазона напряжения постоянного тока. По этим диапазонам напряжения классифицируют электроустановки в зависимости от их номинального напряжения.

Эти 2 таблицы в объединенном виде смотрите ниже:

При этом в трехфазной четырехпроводной и однофазной трехпроводной электрических системах переменного тока заземляют нейтрали. В трехфазной трехпроводной и однофазной двухпроводной электрических системах переменного тока, в которых нет нейтралей, заземляют фазные проводники.

В трехпроводной электрической системе постоянного тока заземляют среднюю часть, находящуюся под напряжением. В двухпроводной электрической системе постоянного тока, в которой нет средней части, находящейся под напряжением, заземляют полюсный проводник.

2) Под изолированной или неэффективно заземленной системой понимают электрическую систему, в которой все части, находящиеся под напряжением, изолированы от земли или одна из частей, находящихся под напряжением, заземлена через большое полное сопротивление.

3) Напряжение между фазой и землей – напряжение между фазным проводником и эталонной землей в заданной точке электрической цепи.

4) Напряжение между полюсом и землей – напряжение между полюсным проводником и эталонной землей в заданной точке электрической цепи.

Диапазон II в таблице 1 стандарта ГОСТ 32966-2014 [3] охватывает все номинальные напряжения, указанные в таблице 1 стандарта ГОСТ 29322-2014. Диапазон I устанавливает верхнюю границу сверхнизкого напряжения переменного тока, которое применяют в электроустановках зданий в таких мерах защиты от поражения электрическим током, как «сверхнизкое напряжение, обеспечиваемое БСНН и ЗСНН». В таблице 1 стандарта ГОСТ 29322-2014 указаны номинальные напряжения переменного тока от 100 В до 1000 В, а в низковольтных электроустановках применяют электрооборудование и электрические цепи, функционирующие при напряжении менее 100 В.

Кроме того, в стандарте ГОСТ 29322-2014 не указаны номинальные напряжения постоянного тока для низковольтных электроустановок. Поэтому в таблице 6 подраздела 3.6 «Электрооборудование переменного тока с номинальным напряжением менее 120 В и постоянного тока с номинальным напряжением менее 750В» стандарта ГОСТ 29322-2014 приведены номинальные напряжения электрооборудования переменного тока, попадающие в диапазон I, и электрооборудования постоянного тока, попадающие в оба диапазона напряжения (I и II).

1) Поскольку напряжение элементов или аккумуляторов менее 2,4 В и выбор типа применяемого элемента или аккумулятора для различных областей использования основан на иных критериях, чем его напряжение, эти напряжения не указаны в таблице. Соответствующие технические комитеты МЭК могут устанавливать типы элементов или аккумуляторов и соответствующие напряжения для конкретных применений

2 По техническим и экономическим причинам для специфических областей применения могут потребоваться другие напряжения.

Согласно данным таблицы 6 стандарта ГОСТ 29322-2014 в электрических цепях переменного тока электроустановок зданий, функционирующих при сверхнизком напряжении, обычно применяют электрооборудование, которое имеет номинальное напряжение 6, 12, 24 и 48 В. Возможно также использование электрооборудования с номинальным напряжением 5, 15 и 36 В. Если в электроустановке здания используют электрооборудование постоянного тока, то оно, как правило, имеет значения номинального напряжения, указанные в первых двух колонках таблицы 6 стандарта ГОСТ 29322-2014.

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение сети

Номинальным напряжением приемников электрической энергии: генераторов, трансформаторов, электродвигателей, электроламп, нагревательных приборов и т.д. называется такое напряжение, при котором приемники работают нормально и дают наибольший экономический и технический эффект.

На рисунке 1 приведена схема изменения напряжений в электрической сети, поясняющая принцип назначения номинальных напряжений на зажимах электроприемников исходя из допустимой величины падения напряжения в конце линии. Вследствие изменения нагрузки на отдельных участках линии и возможных изменений ее параметров (сопротивлений) по длине график напряжений по участкам должен быть изображен ломаной линией, а не прямой, как это условно показано на рисунке 1. Номинальное напряжение на зажимах источников питания должно быть выше напряжения на зажимах приемников питания.

Передача электроэнергии на более высоком напряжении позволяет уменьшить потери энергии и снизить сечения проводов. Однако использование высокого напряжения для подключения приемников электроэнергии в большинстве случаев сопряжено с необходимостью усиления изоляции и проведения специальных мер по обеспечению безопасности эксплуатации электроустановок. как правило, энергия высокого напряжения трансформируется на более низкое, при котором безопасность обслуживания может быть достигнута относительно простыми средствами. С этой точки зрения все электротехнические установки условно делятся на установки высокого и низкого напряжений. К установкам низкого напряжения относятся такие установки, в которых действующее напряжение в местах потребления электроэнергии между токоведущим проводом и землей не превышает 250 В. Все установки, в которых это напряжение выше 250 В, называются установками высокого напряжения. Оценка по значению напряжения «провод — земля» принята потому, что вероятность прикосновения человека, стоящего на земле, к одному проводу значительно большая, чем к двум проводам одновременно.

Значительно большую опасность представляет собой эксплуатация установок высокого напряжения, к работам на которых допускается только специально обученный персонал.

Наиболее распространенным видом сетей низкого напряжения является четырехпроводная трехфазная система (рисунок 2). При этой системе мелкие нагревательные и бытовые приборы, электрические лампы, радиоприемники, телевизоры и т.д. включаются между фазным и нейтральным проводами. Трехфазные двигатели отключаются к трем фазным одновременно. В нормальных условиях эксплуатации при одинаковой проводимости фаз напряжение каждого провода по отношению к земле равно фазному напряжению установки. При длительном замыкании одной фазы на землю напряжение между неповрежденной фазой и поврежденной окажется равным линейному. Следовательно, к установкам низкого напряжения могут быть отнесены только те устройства трехфазного тока с незаземленной нейтралью, у которых линейное напряжение в местах присоединения электроприемников не превышает 250 В.

Сказанное о четырехпроводной системе в равной мере относится и к трехпроводной системе не имеющей нейтрального провода (рисунок 3).

По технико-экономическим соображениям целесообразно сооружение сетей с линейным напряжением выше 250 В и соблюдением достаточной безопасности обслуживания установок. Это достигается заземлением нейтральной точки трансформатора (рисунок 4).

Глухое заземление нейтрали с дополнительным заземлением нулевого провода и присоединением к нему корпусов электродвигателей, электромонтажных конструкций, арматуры осветительных и бытовых приборов позволяет относить установки с линейным напряжением 400 В к установкам низкого напряжения, так как при нормальной работе линейные провода имеют по отношению к земле напряжение, равное 400 * корень 3 = 230. В таких установках длительное повышение напряжения при заземлении одной из фаз исключается установкой на каждой фазе плавких предохранителей, расплавляющихся при прохождении токов КЗ и разрывающих цепь. Этим также предотвращается длительное повышение напряжения относительно земли в неповрежденных фазных проводах.

Онлайн помощник домашнего мастера

Характеристики электродвигателей: основные параметры и расшифровка маркировки современных электродвигателей

• Электродвигатели

Основной составной частью любого производственного механизма является электродвигатель. Правильный подбор этого устройства обеспечивает надежность и экономичность работы всей системы в целом. Простота управления электроприводом, а также его стоимость, зависят от технических характеристик электродвигателей.

Как правило, электропривод отвечает за значение таких характеристик движения как скорость, ускорение, пусковой и тормозной момент и другие.

При оценке электродвигателя учитываются следующие параметры:

• Мощность;
• КПД;
• Вращающий момент;
• Частота;
• Линейная скорость;
• Угловая скорость.

Значения этих параметров влияют на особенности проектирования и архитектуры промышленного оборудования.

Рассмотрим подробнее основные характеристики двигателей.

Краткое содержимое статьи:

Номинальная механическая мощность

Этот параметр электродвигателя записывается в паспортную табличку и измеряется в киловаттах. На фото характеристик электродвигателей показан внешний вид паспортной таблички (шильдика).

Номинальная механическая мощность относится к валу электродвигателя, и это понятие отличается от электрической мощности, рассчитываемой в зависимости от количества потребляемой электроэнергии.

Например, если на шильдике указана мощность 2200 ватт, это означает, что при оптимальной скорости работы устройство в секунду производит механическую работу, равную 2200 джоулей.

Номинальная активная электрическая мощность

Следующая характеристика двигателей переменного тока рассчитывается с помощью значения КПД, которое также указано на паспортной табличке. Чем больше КПД, тем больше мощности из сети переводится в механическую мощность движения вала. Допустим, если КПД равен 80%, то номинальная активная мощность равна 2200/0.8 = 2750 Вт.

Номинальная полная электрическая мощность

Для ее нахождения используется косинус фи, который прописан на шильдике электродвигателя. Полная электрическая мощность равна отношению активной мощности и косинуса фи. При косинусе фи равном 0,87 полная мощность равна 2750/0,87=3160 Вт.

Номинальная реактивная электрическая мощность

Мощность, которая возвращается в электрическую сеть, называется реактивная мощность. Она рассчитывается как квадратный корень из разности квадратов полной и активной электрической мощностей. В нашем примере она равна 2750 ВАР (вольт-ампер реактивных).

Механические характеристики электродвигателей также важны при выборе и покупке устройства. Рассмотрим правила, по которым они рассчитываются.

Частота вращения ротора

Для вычисления этого параметра электродвигателей нам понадобится частота переменного тока и количество оборотов в минуту при оптимальной нагрузке. Пусть в паспортной табличке указаны следующие данные: частота тока составляет 50 Гц, а количество оборотов – 2800.

Переменный ток создает магнитное поле, которое имеет частоту 50*60=3000 оборотов в секунду. Известно, что электродвигатель асинхронный, а это означает, что наблюдается отставание от номинальной частоты вращения на некоторую величину. Назовем ее скольжением и обозначим за s.

Величина скольжения определяется следующей формулой: s = ((3000 – 2800) / 3000) * 100% = 6,7%.

Угловая скорость

Следующей немаловажной характеристикой асинхронного электродвигателя является угловая скорость. Для того, чтобы ее вычислить, в первую очередь нужно перевести частоту вращения ротора в другие единицы измерения. Сначала посчитаем количество оборотов в секунду: 2800 / 60 = 46,7.

Далее нужно умножить полученное число на 2 Пи: 46,7 * 2 * 3,14 = 293,276 радиан в секунду. Полученная величина характеризует угловую скорость электродвигателя. Иногда, для удобства вычислений, угловую скорость переводят в градусы. Получаем: 46,7 * 360 = 16812 градусов в секунду.

Линейная скорость

Этот механический параметр характеризует оборудование, в устройстве которого используется данный асинхронный двигатель. Допустим, что к валу двигателя присоединен диск определенного радиуса R. В этом случае величина линейной скорости может быть определена по следующей формуле:

• Линейная скорость = Угловая скорость * R.
• Рассчитаем линейную скорость для нашего примера. Возьмем R = 0.3 м.
• Линейная скорость = 293,276 * 0,3 = 87,9828 м/c.

Номинальный вращающий момент

Такой параметр, как вращающий момент электродвигателя, показывает, каким образом механическая мощность устройства зависит от угловой скорости. Эту зависимость иллюстрирует простое соотношение: вращающий момент – это отношение мощности к угловой скорости.

Существует также соотношение между вращающим моментом и радиусом шкива: Момент = Сила * Радиус.

Это равенство говорит о том, что меньшем радиусе вращения сила увеличивается, и наоборот. То есть при проектировании устройства с асинхронным двигателем следует учесть тот факт, что действующая сила увеличивается с приближением к оси вала. В некоторых случаях эта особенность может сыграть важную роль.

Таким образом, для расчета всех необходимых электрических и механических характеристик электродвигателя достаточно знать данные, которые указаны на паспортной табличке или, другими словами, шильдике. Простые формулы помогут правильно настроить работу электрооборудования и оптимально использовать производственные ресурсы.