Как выбрать электродвигатель?

Правильный выбор электродвигателя обеспечивает стабильную работу электропривода с заданной нагрузкой и выполнение поставленной задачи. Если учесть все параметры, можно обеспечить эффективное взаимодействие в системе «двигатель-нагрузка», от работоспособности которых будет зависеть преобразование электрической энергии в кинетическую и движение исполнительного механизма. Рассмотрим подробнее, как выбрать электродвигатель, и на какие особенности такого оборудования нужно обратить внимание в первую очередь. Существует целый ряд параметров, которые нужно будет учитывать при выборе.

Основные особенности

Промышленное производство и бытовые приборы невозможно представить без электродвигателей – устройств, которые используют электрическую энергию для вращения вала, с последующей передачей крутящего момента к исполнительному механизму. Такие двигатели обладают высоким КПД, способны долгое время работать без остановки, могут выдерживать продолжительную интенсивную нагрузку. Целый набор преимуществ обеспечил им постоянный спрос на рынке электрооборудования, они используются в различных промышленных отраслях и в бытовых приборах. Также они нашли применение в различных видах электротранспорта.

Производители выпускают десятки моделей с разными техническими параметрами. Среди них нужно учитывать следующие основные особенности:

• Мощность, от которой будет зависеть максимальная допустимая нагрузка. Чем мощнее двигатель, тем большую силу вращения он сможет передать исполнительному механизму.
• Тип тока, который будет использоваться в качестве источника энергии. Он может быть постоянным или переменным.
• Климатическое исполнение. Электромотор может быть рассчитан на эксплуатацию в умеренном или холодном климате, от этого будут зависеть некоторые конструктивные особенности.
• Энергоэффективность. Чем выше этот показатель, тем меньше энергии будет расходоваться напрасно. В последние годы показателям энергоэффективности уделяется повышенное внимание, так как предприятия все больше заинтересованы в экономии электроэнергии.
• Режим работы. Он может быть продолжительным, кратковременным, периодически кратковременным или с частыми пусками – во всех случаях у моторов есть конструктивные особенности. Нельзя использовать двигатель с неподходящим режимом – это приведет к быстрому износу и появлению различных неисправностей.

Рассмотрим ключевые показатели подробнее, чтобы разобраться, как выбрать наиболее подходящую модель по всем параметрам. Необходимо учитывать целый комплекс показателей – двигатель должен соответствовать условиям эксплуатации по всем параметрам.

Типы электрических двигателей

Одним из ключевых параметров при выборе является тип электромотора. В продаже сегодня можно встретить следующие разновидности:

Двигатели постоянного и переменного тока

Когда-то были широко распространены электромоторы постоянного тока. Их основным преимуществом была возможность плавной регулировки скорости вращения. Однако сейчас появилось большое количество недорогих частотных преобразователей, стали широко распространенными полупроводники – все это привело к снижению спроса на такие двигатели. Обязательным условием их использования является наличие в доступе источника постоянного тока, а это на современных предприятиях требует дополнительных расходов. Однако они не исчезли из продажи, так как они обладают несколькими плюсами, которых нет у более современных разновидностей электромоторов.

Ключевыми преимуществами таких приводов остаются:

• Высокий пусковой момент, позволяющий работать с мощным электрооборудованием.
• Стабильная эксплуатация при постоянных повышенных нагрузках.

Такие преимущества обеспечили двигателям постоянного тока спрос в тяжелой промышленности, например, в металлургии или в станкостроении. Также они используются для обеспечения работы городского электротранспорта.

В других отраслях им на смену пришли более удобные в эксплуатации электродвигатели переменного тока. Принцип их работы основан на природном явлении электромагнитной индукции, которая возникает при движении в магнитном поле проводящей среды. Чтобы создать магнитное поле с требуемыми параметрами, могут использоваться проводниковые обмотки или сильные магниты. Такие моторы принято делить еще на 2 подгруппы – они могут быть синхронными или асинхронными.

Синхронные электромоторы

Такое оборудование наиболее подходит для оборудования, имеющего постоянные рабочие параметры. Это могут быть насосы, компрессоры, генераторы и другая техника, широко распространенная на предприятиях и в быту. Скорость вращения таких устройств может составлять от 125 до 1000 оборотов в минуту, мощность достигает 10000 кВт.

У таких моторов есть несколько важных преимуществ:

• Увеличение коэффициента мощности сети.
• Способность сохранять большую перегрузочную способность при снижении напряжения в электросети.
• Высокая надежность работы даже при резком аварийном понижении напряжения.
• Постоянная скорость вращения при увеличении или уменьшении момента нагрузки.
• Увеличенный КПД, по сравнению с асинхронными аналогами.

Такие плюсы обеспечивают сохраняющийся спрос на моторы такого типа. Они активно используются для энергоустановок большой мощности – она обычно превышает 100 кВт. Однако у них есть и существенные минусы, которые нужно учитывать при выборе – это достаточно высокая цена, сложность запуска, сложная конструкция, в которой чаще возникают неполадки, чем у асинхронных моторов.

Асинхронные электромоторы

Электромоторы асинхронного типа стали намного более распространенными в различных отраслях промышленности. Их ключевым отличием является увеличенная частота вращения магнитного поля, в сравнении с частотой движения ротора. Такие моторы имеют меньший вес, так как ротор в них изготавливается из алюминия – этот металл намного легче стали.

У моторов такого типа есть существенный недостаток – высокий пусковой ток. Он в несколько раз превышает стандартные рабочие показатели. Чтобы сгладить напряжение, используются преобразователи частоты, также техника может оснащаться устройствами плавного пуска.

Такие двигатели широко применяются для устройств самых разных типов:

• Для лифтов, а также для различной техники, в которой требуется ступенчатое управление скоростью.
• Для лебедок и станков, применяемых в процессе металлообработки. Для такого оборудования применяются моторы, снабженные электромагнитной системой торможения.
• Для производственных линий с пульсирующим изменением нагрузки могут использоваться моторы с увеличенными параметрами скольжения.

Мощность и моменты

Не менее важным параметром при выборе является потребляемая мощность. Расчет мощности проводится с помощью целого ряда формул и коэффициентов:

Номинальная мощность на валу рассчитывается по следующей формуле:

Р = Рм/ηп, в которой

Рм – это мощность, которая потребляется механизмом;

ηп – КПД передачи.

При выборе электродвигателя желательно приобретать устройство с небольшим запасом номинальной мощности. Оно не должно постоянно работать на пределе возможностей, иначе оно очень быстро выйдет из строя.

Для каждой разновидности электротехники существуют свои формулы, по которым определяется мощность электромотора. Для насоса она будет рассчитываться следующим образом:

Р=k3(gQHY/ηнасоса*ηпередачи)10^-3, в которой

• P – номинальная мощность электродвигателя;
• K3 – коэффициент запаса, который устанавливается в пределах от 1,1 до 1,3;
• g – ускорение свободного падения (гравитационная постоянная);
• Q – производительность насосного оборудования;
• H – высота, на которую будет подниматься жидкость;
• Υ – плотность жидкости, которая будет перекачиваться с помощью насоса;
• ηнасоса – КПД насосного оборудования;
• ηпередачи – КПД передачи.

Для вентилятора номинальная мощность двигателя рассчитывается по следующей формуле:

Р=k3(QH/ηвентилятора*ηпередачи)10^-3

В этом случае значение коэффициента запаса К3 будет зависеть от мощности мотора. Если она составляет до 1 кВт, то коэффициент будет равен 2, при диапазоне мощности от 1 до 2 кВт он составит 1,5, при мощности более 5 кВт он уменьшается до 1,1-1,2.

Q в формуле обозначает производительность вентилятора, а H – уровень давления на выходе. В знаменателе используются КПД вентилятора и КПД передачи. Такая формула используется преимущественно при расчете номинальной мощности вентиляционного оборудования осевого или центробежного типа. У каждого из них свои показатели КПД, представленные в документации производителей.

При подборе подходящей модели двигателя не нужно выбирать устройства с чрезмерно большим запасом мощности. Это приведет к уменьшению значений КПД двигателя, электроэнергия будет расходоваться напрасно. Если речь идет о двигателях переменного тока, это станет причиной еще и напрасных потерь мощности. Достаточно выбрать устройство с небольшим запасом номинальной мощности, чтобы предотвратить перегрузку во время работы.

Пусковой ток электродвигателя

Если известен тип электромотора и его номинальная мощность, можно рассчитать значение номинального тока. Для двигателей постоянного тока он рассчитывается по формуле

IH = 1000PH / ηHUH, в которой:

• PH – значение номинальной мощности электромотора;
• UH – значение номинального напряжения;
• ηH – КПД электродвигателя.

Для переменного тока формула будет иметь несколько иной вид:

IH = 1000PH / UHcosφH √ηH,

в которой cosφH указывает на коэффициент мощности электродвигателя.

Значения номинального напряжения, коэффициента полезного действия и мощности указана в документации производителя для конкретной модели электродвигателя.

После расчета номинального тока можно подсчитать пусковой ток по формуле IП = IH * Кп, в которой IH – это номинальный ток, а КП – кратность постоянного тока к номинальному значению.

Если в электроцепь подключено несколько электродвигателей, нужно рассчитывать пусковой ток для каждого из них, а затем суммировать полученные значения. Это позволит определить, какая мощность автомата будет достаточной для безопасной работы участка электрической цепи.

Режимы работы электродвигателей

От рабочего режима будет зависеть значение нагрузки на двигатель. В стандартах эксплуатации предусмотрены следующие варианты режимов:

• S1 – продолжительная эксплуатация. Она предполагает равномерный уровень нагрузки в течение всего периода использования. Мотор может работать без остановки до тех пор, пока он не начнет перегреваться.
• S2 – кратковременная эксплуатация. В этом случае температура не достигает максимальных значений, а после отключения мотор успевает охладиться естественным путем.
• S3 – кратковременная работа с периодическими отключениями. При расчете мощности нужно учитывать, что она будет частично теряться из-за пауз при отключениях. Также нужно учитывать, какое количество включений двигатель может выдержать в течение определенного времени.
• S4 – кратковременная работа с периодическими частыми пусками.
• S5 – кратковременная периодическая работа с электрическим торможением.
• S6 – периодическая работа в условиях кратковременной нагрузки. В этом случае двигатель работает с холостыми периодами.
• S7 – периодически-непрерывная работа, предусмотрено электрическое торможение.
• S8 – периодически-непрерывная работа с меняющейся частотой вращения и нагрузкой.
• S9 – работа с непериодически меняющейся частотой вращения и нагрузкой.

Класс энергоэффективности

При выборе повышенное внимание уделяется классу энергоэффективности. Чем она выше, тем более эффективно расходуется электроэнергия при работе устройства. Этот показатель рассчитывается по следующей формуле:

Энергоэффективность = полезная мощность / потребляемая мощность из сети.

В соответствии со стандартом IEC 60034-30 различают следующие классы энергоэффективности: IE1, IE2, IE3. Чем выше класс, тем больше электроэнергии можно будет сэкономить в процессе эксплуатации.

Климатические исполнения электродвигателей

При выборе подходящего электромотора нужно учитывать, в каких условиях окружающей среды его предстоит использовать. Производители предусматривают следующие варианты климатического исполнения:

• У — это моторы, рассчитанные на работу в умеренном климате;
• ХЛ — электродвигатели, предназначенные для установки в холодном климате;
• ТС — модели, предназначенные для тропического сухого климата;
• ТВ — модели, которые предстоит использовать в условиях влажного тропического климата;
• Т — двигатели для любых тропических климатических условий;
• О — моторы, рассчитанные на эксплуатацию в условиях суши;
• М — двигатели для работы в морских климатических условиях. Климат может быть умеренным или холодным.

Кроме того, нужно учитывать тип размещения техники. Цифра 1 в маркировке говорит о том, что она предназначена для установки на открытом воздухе. Цифра 2 – о необходимости устанавливать двигатель только в помещениях, в которые открыт свободный доступ воздуха. Моторы с маркировкой 3 рассчитаны на работу в закрытых помещениях, цифра 4 говорит о возможности установки в вентилируемых и отапливаемых цехах. Двигатели с маркировкой 5 могут работать во влажных зонах, в которых на поверхностях образуется конденсат.

Что будет, если при выборе Вы ошиблись?

Неправильный выбор электромотора может привести к различным сложностям при запуске промышленного оборудования. Например, если мощность окажется меньше, чем необходимо, двигатель начнет постоянно перегреваться и очень скоро выйдет из строя. Если мотор будет работать в условиях неподходящей температуры или при неправильном напряжении, это тоже может быстро привести к серьезным неисправностям.

Кроме того, важно правильно подбирать мотор по рабочему режиму. Если он рассчитан на продолжительную эксплуатацию, но периодически отключается, это значительно сокращает срок службы обмоток. Чтобы правильно выбрать электродвигатель, который будет соответствовать всем требуемым параметрам, получите подробные консультации специалистов компании «Мир привода». Мы поможем найти модель, которая гарантированно будет работать долго и безотказно.