Как определить силу тока зная мощность: Расчёт величины тока по мощности и напряжению

Схема соеди-нения

l М =М МАХ /

m 1 =I ПУСК /I НОМ

голь-ником

Данные можно ввести в любое из полей. Когда вы закончили ввод данных, щелкните количество, которое вы хотите рассчитать, в активной формуле выше. Количество не будет принудительно согласованным, пока вы не нажмете на выбор. Для неопределенных параметров будут введены значения по умолчанию, но все значения могут быть изменены.

После того, как вы рассчитали генерируемое напряжение, разумным последующим вопросом будет «Какой ток и мощность я могу получить от генератора?».Несмотря на то, что это не будет практичной геометрией генератора, она может служить идеализация для обсуждения принципов генерации напряжения при взаимодействии с магнитным полем. Принимая это простая геометрия, электрический ток в амперах, возникающий при перемещении провода через магнитное поле будет определяться сопротивлением цепи, к которой он подключен. связаны, используя закон Ома, I = V / R. Если вы сгенерировали 10 вольт и были подключены к цепи сопротивление 1 Ом, результирующий ток будет 10 ампер, а передаваемая мощность P = VI = 10 вольт x 10 амперы = 100 Вт (см. соотношение мощности).Но бесплатного обеда не бывает, и вам придется усерднее двигаться. провод через магнитное поле с такой скоростью — вы, по сути, торгуете механической энергией толкания для выработки электроэнергии, всегда ограничиваясь принципом сохранения энергии. Вам придется приложите (по крайней мере) 100 Вт механической мощности толкания, чтобы получить 100 Вт электроэнергии. Практические генераторы почти всегда используют геометрию вращающейся катушки, а крупномасштабные генераторы энергии используют что-то вроде паровой турбины или водяной турбины, чтобы повернуть катушку провода в спираль. магнитное поле, получающее напряжение, генерируемое с обеих сторон вращающейся катушки.

Если указанный выше генератор был подключен к цепи с сопротивлением R = Ом,

электрический ток будет I = V / R = амперы для скорости, перпендикулярной B.

Мощность, подаваемая в схему, будет P = VI = Вт.

В идеальном случае, когда не было потерь, механическая мощность P = Fv, необходимая для проталкивания провода через магнитное поле, была бы равна электрической мощности. Для указанной выше скорости требуемая сила равна

Идеальная минимально необходимая сила:

F = P / v = ньютоны = фунты.

Расчет мощности переменного тока — Видео и стенограмма урока

Power Equations

Но этот урок называется «Мощность переменного тока», так как же нам рассчитать мощность, используемую цепью переменного тока? Как обсуждалось в другом видеоуроке, мощность — это энергия, используемая в секунду, измеряемая в ваттах (или джоулях в секунду). А в схеме его можно вычислить, умножив ток на напряжение. Мы можем сделать то же самое для цепи переменного тока; мы просто используем среднеквадратичное значение тока и среднеквадратичное напряжение.Итак, ниже представлено наше основное уравнение для мощности в цепи переменного тока: действующее значение напряжения, измеренное в вольтах, умноженное на действующее значение тока, измеренное в амперах.

Но что, если вы не знаете действующее значение напряжения или тока? Что, если вместо этого вы знаете пиковое напряжение V-ноль и пиковое значение тока I-ноль? Что ж, тогда нам нужно будет использовать предыдущие уравнения для среднеквадратичного напряжения и действующего тока. Но чтобы не использовать более одного уравнения, мы можем подставить эти уравнения в уравнение мощности, например:

Это упрощает представление о том, что мощность, используемая в цепи переменного тока, равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение, деленному на два.

Пример расчета

Хорошо, давайте попробуем пример! Вы проводите испытания энергосберегающей лампочки. Вы обнаружите, что максимальное напряжение, которое он когда-либо использует, составляет 240 вольт, а максимальный ток, который проходит через него, составляет 0,12 ампер. Для обычной лампочки вы просматриваете некоторые значения и обнаруживаете, что среднеквадратичное напряжение составляет 120 вольт, а среднеквадратичный ток — 0,5 ампер. Какая разница в мощности, используемой двумя лампочками?

Хорошо, нам нужно выяснить, сколько энергии потребляет каждая лампочка, а затем сравнить их.Для первого нам даны максимальные значения, а для второго — среднеквадратичные значения. Итак, нам нужно использовать разные уравнения для каждого, а затем сравнить два значения мощности.

Что касается энергосберегающей лампочки, мы знаем, что V-ноль составляет 240 вольт, а I-ноль — 0,12 ампер. Итак, мы можем вычислить мощность, используя это уравнение: (240 * 0,12) / 2 = 14,4 Вт.

Для обычной лампочки известно, что среднеквадратичное напряжение составляет 120 вольт, а среднеквадратичное значение — 0,5 ампер. Итак, все, что нам нужно сделать здесь, это использовать это уравнение и умножить два вместе: 120 * 0.5 = 60 Вт.

Наконец, чтобы найти разницу между ними, вычтите меньшее число из большего: 60 — 14,4 = 45,6 Вт. Таким образом, разница в потребляемой мощности между двумя лампочками составляет 45,6 Вт. И все — готово!

Краткое содержание урока

Почти каждое электрическое устройство, которое мы используем в повседневной жизни, работает от переменного тока. Переменный ток (или переменный ток) — это когда ток очень быстро переключает направление, а не течет только в одну сторону по цепи — в одну сторону, а затем в противоположную, снова и снова.Это создает ток, который изменяется синусоидально, что означает, что он изменяется в форме синусоидальной кривой, например, этой:

Поскольку ток переключается, изменяется и напряжение, и мощность. Все они следуют синусоиде. Из-за этого мы склонны выражать ток и напряжение в виде специальных средних значений, называемых среднеквадратичных значений (или среднеквадратичных значений ). Цепь переменного тока будет иметь среднеквадратичный ток и среднеквадратичное напряжение, и эти значения определяются следующими уравнениями, где V-ноль — пиковое или максимальное напряжение, а I-ноль — пиковый или максимальный ток.Это вершина и основание синусоиды.

Как обсуждалось в другом уроке, мощность — это энергия, используемая в секунду, измеряемая в ваттах (или джоулях в секунду). В цепи переменного тока есть два основных уравнения, которые вы можете использовать для расчета мощности: верхнее уравнение, в котором вы умножаете среднеквадратичное напряжение на среднеквадратичное значение тока; или нижний, где вы умножаете пиковое напряжение на пиковый ток, а затем делите на два.Основываясь на том, что вам задают в вопросе, вы можете выяснить, какое из двух уравнений использовать.

Результаты обучения

По завершении этого урока вы должны уметь:

• Определить переменный ток (AC), среднеквадратичное значение и мощность
• Определите синусоидальную кривую переменного тока, напряжения и мощности
• Объясните, как использовать два основных уравнения для расчета мощности в цепи переменного тока.

Измерение и анализ мощности электродвигателя

Билл Гэтеридж, менеджер по продукции, Power Measuring Instruments, Yokogawa Corporation of America

Часть 1: Основные измерения электрической мощности

Электродвигатели — это электромеханические машины, преобразующие электрическую энергию в механическую.Несмотря на различия в размере и типе, все электродвигатели работают примерно одинаково: электрический ток, протекающий через катушку с проволокой в ​​магнитном поле, создает силу, которая вращает катушку, создавая крутящий момент.

Понимание выработки электроэнергии, потерь мощности и различных типов измеряемой мощности может быть пугающим, поэтому давайте начнем с обзора основных измерений электрической и механической мощности.

Что такое мощность? В самом простом виде мощность — это работа, выполняемая в течение определенного периода времени.В двигателе мощность передается на нагрузку путем преобразования электрической энергии в соответствии со следующими законами науки.

В электрических системах напряжение — это сила, необходимая для перемещения электронов. Ток — это скорость потока заряда в секунду через материал, к которому приложено определенное напряжение. Умножив напряжение на соответствующий ток, можно определить мощность.

P = V * I, где мощность (P) в ваттах, напряжение (V) в вольтах, а ток (I) в амперах

Ватт (Вт) — единица мощности, определяемая как один джоуль в секунду.Для источника постоянного тока расчет — это просто напряжение, умноженное на ток: W = V x A. Однако определение мощности в ваттах для источника переменного тока должно включать коэффициент мощности (PF), поэтому W = V x A x PF для переменного тока. системы.

Коэффициент мощности представляет собой безразмерное отношение в диапазоне от -1 до 1 и представляет собой количество реальной мощности, выполняемой при работе с нагрузкой. При коэффициенте мощности меньше единицы, что почти всегда имеет место, будут потери в реальной мощности. Это связано с тем, что напряжение и ток цепи переменного тока имеют синусоидальную природу, а амплитуда тока и напряжения цепи переменного тока постоянно смещается и обычно не идеально совмещена.

Поскольку мощность равна напряжению, умноженному на ток (P = V * I), мощность является максимальной, когда напряжение и ток выстраиваются вместе, так что пики и нулевые точки на сигналах напряжения и тока возникают одновременно. Это типично для простой резистивной нагрузки. В этой ситуации две формы сигналов находятся «в фазе» друг с другом, а коэффициент мощности будет равен 1. Это редкий случай, поскольку почти все нагрузки не просто обладают идеальным сопротивлением.

Два сигнала считаются «не в фазе» или «сдвинутыми по фазе», если два сигнала не коррелируют от точки к точке.Это может быть вызвано индуктивными или нелинейными нагрузками. В этой ситуации коэффициент мощности будет меньше 1, и реальная мощность будет меньше.

Из-за возможных колебаний тока и напряжения в цепях переменного тока мощность измеряется несколькими способами.

Реальная или истинная мощность — это фактическая мощность, используемая в цепи, и измеряется в ваттах. В цифровых анализаторах мощности используются методы оцифровки сигналов входящего напряжения и тока для расчета истинной мощности в соответствии с методом, показанным на Рисунке 1.

В этом примере мгновенное напряжение умножается на мгновенный ток (I), а затем интегрируется за определенный период времени (t). Истинный расчет мощности будет работать с любым типом сигнала независимо от коэффициента мощности (рисунок 2).

Гармоники создают дополнительную сложность. Несмотря на то, что электрическая сеть номинально работает на частоте 60 Гц, существует много других частот или гармоник, которые потенциально могут существовать в цепи, а также может присутствовать составляющая постоянного или постоянного тока.Общая мощность рассчитывается путем рассмотрения и суммирования всего содержимого, включая гармоники.

Методы расчета, показанные на Рисунке 2, используются для обеспечения истинного измерения мощности и истинных измерений среднеквадратичного значения для любого типа сигнала, включая все гармонические составляющие, вплоть до полосы пропускания прибора.

Измерение мощности

Далее мы посмотрим, как на самом деле измерить мощность в данной цепи. Ваттметр — это прибор, который использует напряжение и ток для определения мощности в ваттах.Теория Блонделя утверждает, что общая мощность измеряется минимум на один ваттметр меньше, чем количество проводов. Например, однофазная двухпроводная схема будет использовать один ваттметр с одним измерением напряжения и одним измерением тока.

Однофазная трехпроводная двухфазная система часто встречается в проводке общего корпуса. Эти системы требуют двух ваттметров для измерения мощности.

В большинстве промышленных двигателей используются трехфазные трехпроводные схемы, которые измеряются двумя ваттметрами.Таким же образом потребуются три ваттметра для трехфазной четырехпроводной схемы, при этом четвертый провод является нейтралью.

На рисунке 3 показана трехфазная трехпроводная система с нагрузкой, подключенной с использованием метода измерения двух ваттметров. Измеряются два линейных напряжения и два связанных фазных тока (с помощью ваттметров Wa и Wc). Четыре измерения (линейный и фазный ток и напряжение) используются для достижения общего измерения.

Поскольку этот метод требует контроля только двух токов и двух напряжений вместо трех, установка и конфигурация проводки упрощаются.Он также может точно измерять мощность в сбалансированной или несбалансированной системе. Его гибкость и низкая стоимость установки делают его подходящим для производственных испытаний, при которых необходимо измерить только мощность или несколько других параметров.

Для инженерных и научно-исследовательских работ лучше всего подходит трехфазный трехпроводной метод с тремя ваттметрами, поскольку он предоставляет дополнительную информацию, которая может использоваться для балансировки нагрузки и определения истинного коэффициента мощности. В этом методе используются все три напряжения и все три тока.Измеряются все три напряжения (от a до b, от b до c, от c до a), и контролируются все три тока.

Рис. 4. При проектировании двигателей и приводов ключевым моментом является просмотр всех трех значений напряжения и тока, что делает метод трех ваттметров на рисунке выше лучшим выбором.

Измерение коэффициента мощности

При определении коэффициента мощности для синусоидальных волн коэффициент мощности равен косинусу угла между напряжением и током (Cos Ø). Это определяется как коэффициент мощности «смещения» и подходит только для синусоидальных волн.Для всех других форм сигналов (несинусоидальных волн) коэффициент мощности определяется как активная мощность в ваттах, деленная на полную мощность в напряжении-амперах. Это называется «истинным» коэффициентом мощности и может использоваться для всех форм сигналов, как синусоидальных, так и несинусоидальных.

Однако, если нагрузка несимметрична (фазные токи разные), это может привести к ошибке при вычислении коэффициента мощности, поскольку в расчете используются только два измерения ВА. Два VA усредняются, потому что предполагается, что они равны; однако, если это не так, будет получен ошибочный результат.

Следовательно, лучше всего использовать метод трех ваттметров для несимметричных нагрузок, поскольку он обеспечивает правильный расчет коэффициента мощности как для сбалансированных, так и для несбалансированных нагрузок.

от Yokogawa и некоторых других компаний используют описанный выше метод, который называется методом подключения 3V-3A (три напряжения и три тока). Это лучший метод для инженерных и проектных работ, поскольку он обеспечивает правильные измерения общего коэффициента мощности и ВА для симметричной или несимметричной трехпроводной системы.

Основные измерения механической мощности

В электродвигателе механическая мощность определяется как скорость, умноженная на крутящий момент. Механическая мощность обычно определяется как киловатты (кВт) или лошадиные силы (л.с.), причем один ватт равен одному джоулю в секунду или одному ньютон-метру в секунду.

Лошадиная сила — это работа, выполняемая за единицу времени. Один л.с. равен 33 000 фунт-футов в минуту. Преобразование л.с. в ватты достигается с использованием этого соотношения: 1 л.с. = 745,69987 Вт.Однако преобразование часто упрощается за счет использования 746 Вт на л.с. (Рисунок 9).

Для асинхронных двигателей переменного тока фактическая скорость вращения ротора — это скорость вращения вала (ротора), обычно измеряемая с помощью тахометра. Синхронная скорость — это скорость вращения магнитного поля статора, рассчитанная как 120-кратная частота сети, деленная на количество полюсов в двигателе. Синхронная скорость — это теоретическая максимальная скорость двигателя, но ротор всегда будет вращаться немного медленнее, чем синхронная скорость из-за потерь, и эта разница скоростей определяется как скольжение.

Скольжение — это разница в скорости ротора и синхронной скорости. Для определения процента скольжения используется простой процентный расчет синхронной скорости минус скорость ротора, деленная на синхронную скорость.

КПД можно выразить в простейшей форме как отношение выходной мощности к общей входной мощности или КПД = выходная мощность / входная мощность. Для двигателя с электрическим приводом выходная мощность является механической, в то время как входная мощность является электрической, поэтому уравнение эффективности выглядит следующим образом: КПД = механическая мощность / входная электрическая мощность.

Часть 2: Выбор приборов для измерения и анализа мощности электродвигателя

Различные ассоциации разработали стандарты тестирования, которые определяют точность приборов, необходимых для соответствия их стандарту: IEEE 112 2004, NVLAP 160 и CSA C390. Все три включают стандарты для измерения входной мощности, напряжения и тока, датчиков крутящего момента, скорости двигателя и т. Д. Трансформаторы тока (CT) и трансформаторы напряжения (PT) являются одними из основных контрольно-измерительных приборов, используемых для выполнения этих измерений.

Соответствующие стандарты очень похожи, за некоторыми исключениями. Допустимые инструментальные ошибки для стандартов IEEE 112 2004 и NVLAP 150 идентичны; однако CSA C390 2006 имеет некоторые отличия в отношении температуры и показаний.

Например, входная мощность для CSA C390 2006 составляет ± 0,5% от показания и должна включать ошибки CT и PT, тогда как для IEEE 112 2004 и NVLAP 150 требуется только ± 0,5% от полной шкалы.

Датчики тока

Датчики тока обычно требуются для тестирования, потому что сильный ток не может быть подан непосредственно в измерительное оборудование.Существует множество датчиков, подходящих для конкретных приложений. Накладные датчики могут использоваться с анализаторами мощности. Также можно использовать щупы для осциллографа, но при их использовании следует соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что прибор не подвергается воздействию высоких токов.

Для трансформаторов тока подводящий провод может быть подключен через окно (трансформаторы тока обычно имеют форму пончика или продолговатую, с отверстием или внутренней частью, называемым окном), или слаботочные соединения могут быть выполнены с клеммами в верхней части устройство.Шунты обычно используются для приложений постоянного тока, но не переменного тока или искаженных частот, хотя их можно использовать для синхронных двигателей с частотой до нескольких сотен Гц. Доступны специализированные трансформаторы тока, которые хорошо работают на высоких частотах, которые чаще встречаются в осветительных приборах, а не в двигателях и приводах.

Yokogawa вместе с LEM Instruments разработали уникальную систему трансформаторов тока, которая обеспечивает высокую точность в диапазоне от постоянного тока до кГц. Это трансформатор активного типа, использующий блок кондиционирования источника питания и обеспечивающий точность около 0.05 до 0,02% от показания. Этот тип системы трансформатора тока обеспечивает очень высокую точность измерений, особенно для частотно-регулируемых приводов, которая может изменяться от 0 Гц до рабочей скорости подключенного двигателя.

Трансформаторы напряжения просто преобразуют напряжение с одного уровня на другой. В измерительных приложениях иногда требуются понижающие трансформаторы для снижения напряжения, подаваемого на измерительный прибор, хотя многие приборы могут работать с относительно высокими напряжениями и не требуют понижающего трансформатора.

Измерительные трансформаторы обычно представляют собой комбинацию трансформатора тока и трансформатора напряжения и могут уменьшить количество требуемых преобразователей в некоторых измерительных приложениях.

Рекомендации и меры предосторожности при выборе

При принятии решения, какое устройство использовать, первым вопросом является частотный диапазон измеряемых параметров. Для синусоидальных волн постоянного тока можно использовать шунты постоянного тока, которые обеспечивают высокую точность и простую установку. Для приложений переменного и постоянного тока можно использовать эффект Холла или измерительный трансформатор активного типа.Технология эффекта Холла имеет более низкий уровень точности, в то время как активный тип обеспечивает большую точность. Различные измерительные трансформаторы могут работать на высоких частотах 30 Гц и более, но их нельзя использовать для постоянного тока.

Следующее соображение — требуемый уровень точности. Для измерительного трансформатора это обычно указывается как точность передаточного числа. Фазовый сдвиг — еще один важный фактор, и он очень важен, потому что многие трансформаторы предназначены только для измерения тока и не имеют компенсации фазового сдвига.

Фазовый сдвиг в основном зависит от коэффициента мощности для измерения мощности и, таким образом, влияет на расчет мощности. Например, трансформатор тока, который имеет максимальный фазовый сдвиг 2 ° как часть своей спецификации, внесет ошибку косинуса (2 °) или ошибку 0,06%. Пользователь должен решить, приемлем ли этот процент ошибок для приложения.

Источником тока является трансформатор тока. Согласно закону Ома, напряжение (E) равно току через проводник (I), умноженному на сопротивление (R) проводника в омах.Открытие вторичной обмотки трансформатора тока эффективно увеличивает сопротивление до бесконечности. Это означает, что внутренний ток насыщает катушку, напряжение также стремится к бесконечности, и устройство повреждается или разрушается. Что еще хуже, трансформатор тока со случайно разомкнутой вторичной обмоткой может серьезно травмировать рабочих.

Никогда не размыкайте вторичную обмотку трансформатора тока. Пользователи могут получить серьезные травмы, а CT может быть поврежден или разрушен.

Совместимость приборов

Для определения совместимости прибора необходимо определить выходной уровень ТТ.Клеммные и другие трансформаторы тока обычно имеют выходную мощность, указанную в милливольтах на ампер, миллиампер на ампер или в амперах. Типичный выходной ток измерительного ТТ может быть указан в диапазоне от 0 до 5 ампер.

Необходимо учитывать импеданс и нагрузку на ТТ, которые являются факторами, на которые влияет количество проводов, используемых для подключения ТТ к прибору. Эта проводка является сопротивлением или нагрузкой на прибор и, следовательно, может повлиять на измерения.

при неправильном использовании могут создавать собственный набор проблем.Многие пробники осциллографа рассчитаны на работу с входным сопротивлением осциллографа, но диапазоны входного сопротивления анализатора мощности могут отличаться, и это необходимо учитывать.

Еще один аспект, который следует учитывать при определении совместимости прибора, — это физические требования к устройству. Размер необходимо учитывать вместе с типом трансформатора тока, например, зажимного или кольцевого типа, каждый из которых будет лучше работать в конкретной ситуации.

Пример системы трехфазного двигателя

Теперь мы рассмотрим типичное трехфазное трехпроводное измерение мощности двигателя с использованием метода двух ваттметров.Теорема Блонделя утверждает, что количество требуемых измерительных элементов на единицу меньше количества токонесущих проводников. Это позволяет измерять мощность в трехфазной трехпроводной системе с использованием двух преобразователей при отсутствии нейтрали. Однако, когда есть нейтраль, используются три преобразователя, поскольку теперь имеется четыре проводника.

Трехфазное питание используется в основном в коммерческих и промышленных средах, особенно для питания двигателей и приводов, поскольку более экономично эксплуатировать большое оборудование с трехфазным питанием.Для расчета трехфазной мощности напряжение каждой фазы умножается на ток каждой фазы, который затем умножается на коэффициент мощности, и это значение умножается на квадратный корень из трех (квадратный корень из 3 равен равно 1,732).

Для измерения трехфазной мощности, потребляемой нагруженным двигателем, подключается анализатор мощности. На рисунке 1 показано типичное соединение с дисплеем, на котором показаны все три напряжения, все три тока, общая мощность и коэффициент мощности.

На рисунке 2 показано трехфазное трехпроводное измерение мощности, выполненное с использованием метода двух ваттметров.Перечислены все три тока и напряжения, а также общие ВА и ВАР. Эта конфигурация может отображать отдельные показания мощности фазы, но их не следует использовать напрямую, потому что для этого метода измерения только полная мощность является точным показанием.

В основном, при использовании метода двух ваттметров в трехпроводной трехфазной системе невозможно измерить мощность отдельной фазы или измерить какие-либо параметры фазы, включая коэффициенты мощности фазы. Однако можно измерить все параметры фазы.

Для трехфазного двигателя с трехпроводным соединением в треугольник можно измерять линейные напряжения и токи отдельных фаз. Поскольку нейтрали нет, измерять фазные напряжения невозможно. Эта ситуация приводит к некоторым показаниям, которые необходимо пояснить.

Глядя на отображение формы сигнала на Рисунке 3, можно увидеть линейные напряжения Vab, Vbc и Vac. Линейные напряжения, измеряемые прибором, в сбалансированной системе разнесены на 60 °. Токи — это фазные токи, которые приборы видят под углом 120 °.

Другое представление этой системы изображено на векторной диаграмме Phasor, показанной на рисунке 4. Треугольник в верхней части этого рисунка показывает измерения линейного напряжения черным цветом, значения фазного напряжения — красным (но это теоретические потому что нейтрали нет), а фазные токи синим цветом.

В нижней части рисунка показаны разности фаз между напряжениями и токами. Опять же, обратите внимание, что линейные напряжения разнесены на 60 °, а фазные токи разнесены на 120 °.Еще одна деталь заключается в том, что если бы верхняя диаграмма представляла чисто резистивную нагрузку, то синие токи были бы синхронизированы с красными напряжениями. Однако при индуктивной нагрузке (например, в двигателе) синие векторы тока не совпадают по фазе с напряжениями.

Кроме того, для этого метода измерения на нижней диаграмме векторы тока всегда будут иметь дополнительный сдвиг на 30 ° от напряжения. Суть в том, что правильно настроенный анализатор мощности учтет все эти условия.

Что, если фазовая мощность и фазовый коэффициент мощности должны быть точно измерены в трехфазной трехпроводной системе, а не просто приблизительно? На рисунке 5 показан метод, позволяющий измерять фазовые параметры трехфазного трехпроводного двигателя путем создания плавающей нейтрали.

Однако у этой техники есть ограничения. Он будет хорошо работать на входе асинхронного двигателя, синхронного двигателя или аналогичного двигателя без привода с регулируемой скоростью. Следует соблюдать осторожность при использовании этого метода в системе привода с регулируемой скоростью, поскольку высокочастотные искаженные формы сигналов и гармоники могут привести к несогласованным измерениям.

Более того, метод плавающей нейтрали работает только для оборудования с сигналами синусоидального типа. С помощью привода с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) можно включить линейный фильтр 500 Гц (фильтр нижних частот), который затем позволит отображать показания для основной частоты, но не для общей частоты.

Трехпроводные и четырехпроводные измерения мощности

Важно понимать, что мощность будет считываться одинаково независимо от того, измерена ли она трехфазным трехпроводным или трехфазным четырехпроводным методом.Однако при трехфазном четырехпроводном соединении измеряемые значения напряжения представляют собой фазные напряжения от линии к нейтрали.

Рисунок 6 — снимок экрана анализатора мощности, который показывает, насколько близки показания мощности и коэффициента мощности для ШИМ-привода, работающего с двигателем, сравнивая трехфазный трехпроводной вход с фильтром 500 Гц с трехфазным четырехпроводным. вход с плавающей нейтралью.

В альтернативном решении используется функция измерения дельты, которая есть в анализаторах мощности Yokogawa.Функция измерения дельты использует мгновенные измерения линейного напряжения и фазного тока для получения истинного линейного напряжения, даже если фазы не сбалансированы. Это возможно благодаря вычислению векторной амплитуды внутри процессора. Эта функция также обеспечивает измерения фазной мощности в трехпроводной цепи. Решение для измерения дельты также обеспечивает ток нейтрали.

Часть 3: Измерения электрической мощности для трехфазного двигателя переменного тока

Полное тестирование системы привода и двигателя на основе ШИМ (широтно-импульсной модуляции) представляет собой трехэтапный процесс.Шаг 1 — это точное измерение входной и выходной мощности привода с регулируемой скоростью ШИМ для определения эффективности привода и потерь мощности. Шаг 2 — это точное измерение входной мощности двигателя, а шаг 3 — точное измерение механической мощности двигателя.

Оптимальный метод — объединить все три шага с помощью одного анализатора мощности, чтобы исключить временной сдвиг. Это также обеспечивает отличные расчеты эффективности в едином программно-аппаратном решении.

Рисунок 7: Этот снимок экрана анализатора мощности показывает, как функцию измерения дельты можно использовать для получения истинных показаний и мощности фазы, даже если фазы не сбалансированы.

Некоторые анализаторы мощности имеют опцию двигателя, в которой сигналы скорости и момента могут быть интегрированы таким образом. Эти анализаторы мощности могут измерять электрическую мощность и механическую мощность и отправлять данные на ПК с запущенным программным обеспечением от оригинального производителя анализатора или заказным программным обеспечением от системного интегратора.

Измерения привода ШИМ для двигателей переменного тока

При использовании частотно-регулируемого привода с ШИМ для управления двигателем часто бывает необходимо измерить как входной, так и выходной сигнал частотно-регулируемого привода с помощью шестифазного анализатора мощности.Эта установка может не только измерять трехфазную мощность, она также может измерять мощность постоянного или однофазного тока. См. Рисунок 1.

В зависимости от анализатора режим настройки будет выполняться в нормальном или среднеквадратичном режиме. Конфигурация проводки должна соответствовать применению, например, трехфазный вход и трехфазный выход.

Любой линейный фильтр или фильтр нижних частот должны быть отключены, поскольку фильтрация затрудняет измерения. Однако фильтр пересечения нуля или частотный фильтр должен быть включен, потому что он будет фильтровать высокочастотный шум, чтобы можно было измерить основную частоту.Это измерение необходимо при отслеживании частоты привода.

На рис. 2 показана форма выходного напряжения ШИМ с сильно искаженным напряжением, срезанными высокими частотами и с большим количеством шумов на токовой стороне, что затрудняет измерение. Высокочастотное переключение сигнала напряжения создает сильно искаженную форму волны с высоким содержанием гармоник. Частота варьируется от 0 Гц до рабочей скорости.

Для такого зашумленного сигнала нужны специальные датчики тока для измерения.Для точных измерений мощности с ШИМ также необходимы анализаторы мощности с широкой полосой пропускания, способные измерять эти сложные сигналы.

На рисунке 3 показан пример содержания гармоник напряжения на выходе ШИМ. Присутствуют частоты биений, а содержание гармоник напряжения превышает 500 порядков (примерно 30 кГц). Большая часть гармоник приходится на нижние частоты на токовой стороне.

Проблемы измерения привода двигателя с ШИМ

Напряжение инвертора обычно измеряется одним из двух способов.Можно использовать истинное среднеквадратичное измерение, которое включает полное содержание гармоник. Однако, поскольку основная форма волны — это в первую очередь то, что способствует крутящему моменту двигателя, можно выполнить и использовать более простые измерения. В большинстве приложений требуется только измерение основной формы волны.

Существует два основных метода измерения основной амплитуды волны напряжения. Первый и самый простой — использовать фильтр нижних частот для удаления высоких частот. Если в анализаторе мощности есть этот фильтр, просто включите его.Правильная фильтрация даст среднеквадратичное значение напряжения основной частоты инвертора. Однако этот тип фильтрации не обеспечивает истинного измерения полной мощности, поэтому фильтрация — не самый требовательный метод.

Второй метод — это метод измерения выпрямленного среднего, который выдает среднеквадратичное значение напряжения основной волны без фильтрации с использованием определения среднего значения напряжения, масштабированного до среднеквадратичного напряжения. Алгоритм выпрямленного среднего среднего за цикл обеспечит эквивалент основного напряжения, который будет очень близок к среднеквадратичному значению основной волны.

С помощью этого метода можно измерить полную мощность, общий ток и напряжение основной гармоники.

Измерение амплитуды основной волны с помощью гармонического анализа

Функцию гармонического анализа можно использовать для определения истинного основного напряжения с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) для определения амплитуды каждой гармонической составляющей, включая основную волну. Это дает точное измерение среднеквадратичного напряжения основной волны. Новейшие анализаторы мощности могут выполнять одновременные измерения истинных среднеквадратичных значений и гармонических составляющих.

На рисунке 4 Urms2 (среднеквадратичное значение на выходе ШИМ) является очень большим числом, а F2 (среднее значение основной гармоники) несколько ниже. Значение Urms3 (фильтрация основного) дает аналогичный результат. Наконец, U2 (1) получается из анализа гармоник или вычислений FFT основной гармоники. F2, Urms3 и U2 (1) дают очень близкие результаты, но расчет U2 (1) FFT считается наиболее точным.

Инверторный ток обычно измеряется только одним способом, и это как истинный среднеквадратичный сигнал, потому что все гармонические токи вносят вклад в повышение температуры в двигателе и ответственны за него, поэтому все должны быть измерены.

Еще одно важное измерение связано с приводом В / Гц (Вольт-на-Герц). Привод с ШИМ должен поддерживать постоянное соотношение В / Гц по сравнению с рабочей скоростью двигателя. Анализатор мощности может рассчитывать В / Гц, используя среднеквадратичное значение или значение основного напряжения. Определенная пользователем математическая функция анализатора используется для построения уравнения для этого измерения.

Измерение напряжения шины постоянного тока

Напряжение на шине постоянного тока в ШИМ может быть измерено для проверки условий повышенного и пониженного напряжения.Это измерение может быть выполнено внутри привода на клеммах конденсаторной батареи. Однако более простой способ — использовать отображение формы сигнала анализатора мощности с измерением курсора.

При отображении формы сигнала с помощью курсорного измерения необходимо убедиться, что курсор не находится прямо над небольшими выступами на дисплее. Вместо этого курсор должен находиться поперек осциллограммы, чтобы выполнить точное измерение. На рисунке 5 показано измерение напряжения ШИМ с высокоскоростным переключением.Курсор устанавливается для чтения значения, например 302,81 В.

Измерения механической мощности

Механическая мощность измеряется как скорость двигателя, умноженная на крутящий момент двигателя. На рынке существует множество различных типов датчиков скорости и крутящего момента, которые работают с различными двигателями. Хотя анализаторы Yokogawa могут взаимодействовать с большинством датчиков скорости и крутящего момента, все же целесообразно подтверждать совместимость в каждом случае. Эти датчики могут использоваться для предоставления информации о механических измерениях для расчета измерений механической мощности в анализаторе мощности.

Многие датчики поставляются с интерфейсной электроникой для правильной обработки сигнала для работы с анализаторами мощности или другим оборудованием. Условный сигнал может быть аналоговым выходом или выходом последовательной связи, который идет на ПК и его прикладное системное программное обеспечение.

Одним из вариантов измерения механической мощности является использование как датчика, так и соответствующего измерительного прибора от данного производителя. Такой подход имеет преимущества, поскольку датчики будут точно согласованы с прибором.Будут доступны показатели крутящего момента, скорости и мощности, и, вероятно, будут варианты подключения к ПК вместе с соответствующим прикладным программным обеспечением.

Более интегрированный подход изображен на рисунке 6. В этой конфигурации выходные сигналы скорости и крутящего момента от измерительных приборов датчика подключаются непосредственно к входам скорости и крутящего момента анализатора мощности. Это дает большое преимущество, заключающееся в том, что измерения электрической и механической мощности могут оцениваться одновременно, а расчеты эффективности могут выполняться непрерывно.

КПД двигателя, привода и системы

КПД инвертора в простейшей форме рассчитывается как выходная мощность, деленная на входную мощность, и выражается в процентах. Один из методов, используемых для измерения входной и выходной мощности, заключается в простом подключении измерителей мощности на входе и выходе, при этом показания двух измерителей используются для расчета эффективности.

Более комплексным методом является использование анализатора мощности с несколькими входами для одновременного измерения входа и выхода, как показано на рисунке 1.Это приводит к более точному расчету эффективности, поскольку он использует один анализатор мощности для устранения потенциальных ошибок, вызванных измерениями временного сдвига.

С помощью внутренних математических вычислений, предоставляемых анализатором, можно настроить очень простое вычисление через меню для расчета потерь привода и эффективности привода.

Какой метод мне следует использовать?

IEEE 112 — это промышленный стандарт США для тестирования двигателей, в котором описаны несколько методов.На рисунке 7 показан дисплей анализатора мощности, поддерживающий «Метод A» стандарта IEEE 112, в котором вся механическая мощность делится на общую мощность, потребляемую двигателем. Стандарт определяет многие параметры, помимо измерений тока и напряжения двигателя, и предоставляет инструкции по проведению общепринятых испытаний многофазных и асинхронных двигателей и генераторов и составлению отчетов по ним. Кроме того, стандарт содержит 11 методов испытаний, чтобы определить, как проводить измерения эффективности двигателей.

Метод испытаний A — ввод-вывод, определенный в IEEE 112: КПД рассчитывается как отношение выходной мощности измерения к измеренной входной мощности после корректировки температуры и динамометра, если применимо.Испытания проводятся при номинальной нагрузке с помощью механического тормоза или динамометра. Этот рейтинг должен быть ограничен двигателями с номинальной полной нагрузкой не более 1 кВт.

Метод испытаний B — ввод-вывод с разделением потерь: в методе B выполняются измерения как входной, так и выходной мощности, но различные потери разделяются. Большинство этих потерь просто производят тепло, которое должно рассеиваться двигателем в сборе, и представляют собой энергию, недоступную для выполнения работы. Этот метод является признанным стандартом тестирования U.S. автомобилестроение для двигателей с полной нагрузкой от 1 до 300 кВт.

Хотя оба метода A и B работают, метод B требует большого количества приборов и обычно выполняется только производителями двигателей. Поскольку большинство производителей используют метод B, а большинство пользователей предпочитают метод A, расчеты эффективности между ними могут отличаться. Данные производителей двигателей и приводов могут использовать разные скорости двигателя, испытательные нагрузки или другие условия испытаний.

Заключение

При измерении мощности электродвигателя необходимо учитывать множество факторов, например, полный и истинный коэффициент мощности.Эти измерения включают сложные уравнения, поэтому большинство компаний используют анализаторы мощности для автоматического получения результатов.

После принятия решения об использовании анализатора мощности необходимо принять решение о частотном диапазоне и уровне точности. Совместимость приборов — еще один важный аспект безопасного получения точных показаний, особенно с трансформаторами тока, и это та область, где необходимо учитывать ввод / опции анализатора. При правильных входных сигналах датчиков измерения механической мощности также можно проводить с помощью анализатора мощности.Выбор правильных датчиков скорости и крутящего момента — это первый шаг в определении механической мощности.

Некоторые анализаторы мощности также позволяют выполнять измерения с широтно-импульсной модуляцией. Однако настройка анализатора для измерения ШИМ также требует знания о том, как токи и напряжения будут влиять на измерения мощности.

Прецизионный высокочастотный анализатор мощности — важный инструмент для измерения как механической, так и электрической мощности. Его функции анализа и показания могут помочь улучшить работу и даже продлить срок службы двигателя.Выбор подходящего анализатора и его правильная реализация требуют знаний; однако при правильном использовании данные анализатора мощности предоставят точные и очень ценные данные.

как это сделать и что это такое.

Для проведения расчетов потребуются элементарные знания школьного курса электродинамики, касающиеся напряжения, тока, мощности.

Параметры для расчета

Формула для расчета

Вызывается величина электрического заряда, который проходит через заданную площадь проводника за единицу времени.

Напряжение — электрическое поле, создаваемое током.

Единица измерения мощности — Вт, которая является произведением 1А на 1В.

Функции расчета

В качестве автономного устройства используйте вольт-ампер. Пытаются указать питание на автоматических выключателях (автоматических выключателях). Это максимальное значение, при котором выключатель сработает.

Кроме того, параметры напряжения и значения тока всегда присутствуют в документации, прилагаемой к устройству, и написаны на его корпусе.

Значения этих физических величин, характерные для основных электроприборов, можно найти в специализированных справочниках. Например, для бытовых осветительных приборов нормой считается ток в пределах пятнадцати ампер. Для мощных бытовых приборов сила тока может достигать 60 ампер. Показатель напряжения в сети 220 В.

Математические действия

Как рассчитать потребление тока, зная мощность? Максимальный ток в цепи можно определить по величине мощности и электрического напряжения.Например, при 100 Вт и 2 В для расчета тока делим мощность на напряжение, получаем 50 А.

Правила расчета потребляемой мощности

Поговорим о том, как рассчитать потребляемую мощность устройств, используемых в повседневной жизни . Для начала нужно его внимательно изучить. Часто указывают питание на самом устройстве, для этого производитель проставляет специальную наклейку. Что можно прочитать на такой этикетке? Величина силы тока, параметры напряжения, а также максимальная мощность этого устройства.В некоторых случаях такая информация указывается производителем на паспортной табличке бытового прибора.

Потребители платят за электроэнергию на основе потребляемой мощности, выраженной в киловаттах. Его номинальный показатель предполагает количество мощности, необходимое для стабильной работы устройства. Например, для бытовых холодильников этот параметр составляет 500 Вт.

Для экономии электроэнергии и денег важно производить полные расчеты. Как рассчитать энергопотребление всего дома? Рассмотрим конкретный образец.

Расчет мощности лампочек

Например, при использовании двух лампочек мощностью 100 Вт и 23 Вт можно оценить экономическую целесообразность приобретения лампы меньшей мощности. Попробуем уточнить это предположение на конкретном расчете. Таким образом, если вычесть меньший параметр из большего, мы получим разницу в 77 В. При оплате счета за потребленную электроэнергию начисляется плата за потребленные кВт / ч.Когда лампы работают длительное время, можно путем умножения определить разницу в оплате для 23- и 100-ваттных ламп.

Всего лампы потребляют 1000 Вт, то есть 1 кВт. Если за год сжигают 2000 часов, это 2000 кВт. При средней стоимости одного киловатт-часа 5 рублей придется заплатить 50 000 рублей за годовое использование ламп. В целях снижения материальных затрат многие владельцы квартир и домов давно установили энергосберегающие лампы.

Некоторые приборы потребляют электроэнергию, даже когда они не работают, но остаются включенными. Если прибор продолжает светиться, это означает, что он потребил определенную мощность.

При расчете потребляемой мощности по формуле результат очень условный. Поэтому в том случае, когда необходимо получить достоверный результат, используются ваттметры.

Заключение

В связи с постоянным ростом цен на электроэнергию вопросы, связанные с расчетом энергопотребления и поиском способов экономии, актуальны и актуальны.

Практичные хозяева городских квартир и загородных особняков стараются заранее проанализировать энергопотребление приобретаемых устройств, чтобы потом не оплачивать огромные счета за электроэнергию. Фундаментальные расчеты общей потребляемой мощности электрической энергии для индивидуального дома выполняются по системам электрификации. В этом случае можно не только избежать ненужных затрат на электроэнергию, но и предотвратить перегрузки, которые могут привести к повреждению устройств и даже к возгоранию.

Среди обычных бытовых приборов, которые необходимо учитывать при расчете общей потребляемой мощности, отметим лампы накаливания, электрическую плиту, холодильник, кухонный комбайн, пылесос, персональный компьютер, кофеварку, кондиционер. гриль, электрочайник, вытяжка, посудомоечная машина, бойлер.

Каждый из них рассчитан на потребление определенной мощности, то есть будет «включаться» в квитанцию ​​за электрическую энергию. Самым простым способом добиться экономии семейного бюджета можно считать приобретение бытовой техники, имеющей класс энергосбережения А ++.

Иногда можно услышать такой простой вопрос: «какая мощность в розетке?». Ответ, как ни странно, чаще всего следующий: 10 ампер. Или — 220 вольт. Понятно, что вопрос глупый.Но объяснение не лучше — «А на розетке написано».

Мощность и ток

Если правильно ответить на вопрос, то для читателей, прогуливающих уроки физики в детстве, можно сказать, что мощность электричества зависит от двух величин:

• значений напряжения;
• сила тока.

Как правило, эти две величины определяют величину мощности как переменного, так и постоянного тока. Память может сказать вам что-то вроде: для участка схемы, для полной схемы.Это отголоски того же школьного учебника физики, в котором говорится о законе Ома.

Да, этот знаменитый закон позволяет рассчитать мощность электрического тока. Конечно, в школьной программе этот закон был представлен для цепей постоянного тока, но суть от этого не меняется. Формула вечна и неизменна: P = U x I.

Перефразируя закон Ома на простой язык, мы получаем простой ответ на вопрос о мощности в розетке: сила тока зависит от нагрузки.

Тривиальная концепция этого тезиса позволит нам не выполнять элементарных действий, которые постоянно выполняются нами или окружающими нас людьми:

• включить один электрический удлинитель в другой, воткнув в оба все имеющиеся вилки от разных, иногда довольно мощные, потребители электроэнергии;
• подключить еще к севшему автомобильному аккумулятору, соединив их проводами от старой проводки;
• накапливает провода от электрочайника витой парой;
• установить в гараже обогреватель мощностью 5 кВт, подключив его к обычной розетке.

Подобные примеры неграмотных действий можно приводить до бесконечности. Человеческая беспечность не знает границ. Чтобы больше не допускать подобных ошибок, давайте разберемся, как правильно рассчитать электрическую мощность.

Чайник и электроэнергия

Не забивая голову простейшими формулами (есть вещи поважнее этого), запомним простую пропорцию, достаточную для применения ее в повседневной жизни.Его точность не соответствует расчетной формуле, но можно помнить, что: 1 кВт электроэнергии — это примерно 5 ампер тока в сети 220 вольт.

Таким образом становится понятно, что электрочайник, включенный в кухонную розетку, потребляет около 5 ампер тока. А лампа накаливания мощностью 100 Вт в десять раз меньше: 0,5 ампера. Конечно, такие примитивные знания нужны хозяйкам, расчет мощности электрического тока производится по формулам.

Потребность в расчетах мощности

Человек имеет мало общего с потребностями в вычислениях (мощность постоянного тока) в повседневной жизни. Чаще всего такая необходимость возникает при ремонте авто, где источником тока служит аккумулятор. Или какой-то продвинутый пользователь начинает подбирать новый кулер для своего процессора в компьютере.

Чаще всего возникает необходимость проводить элементарные расчеты при ремонтных работах в квартире, при выборе перегоревшего блока питания и т. Д.

Расчет мощности электрического тока по формулам

Есть формула для расчета электрического тока для однофазной и трехфазной сети. Вряд ли кто-то захочет и сможет их использовать — выяснять, что такое cosφ при замене электропроводки в доме или квартире, нецелесообразно.

Фактически, вы можете произвести все необходимые расчеты онлайн. В Интернете полно разных таблиц, соответствующих графиков и калькуляторов.Для очень нуждающихся читателей добавим, что сечение кабеля для осветительной сети составляет 1,5 кв. мм А для питания розеток используется кабель сечением 2,5 кв. мм

Остальные расчеты, необходимые для электромонтажных работ в различных сферах деятельности, лучше доверить специалистам, использующим в своей работе различные приборы: амперметры, вольтметры, индикаторы фаз, измерители сопротивления изоляции, измерители сопротивления заземления и т. д.

Ремонт и строительство домов и квартир, особенности расчетов

Для расчета разводки в квартире недостаточно подобрать сечение электрических проводов. В электрощите устанавливаются электрические щиты, защитные устройства и электросчетчик. Эти изделия для монтажа также выбираются и рассчитываются при разработке проекта электроснабжения, в котором также рассчитывается количество и параметры устройств защитного заземления.

Для расчетов и выбора типов электропроводки, применяемой при изготовлении удлинителей, организации временных схем питания, необходимо понимать, что силовые кабели для однофазной и трехфазной цепи отличаются количеством жилы, условия прокладки, текущие нагрузки и другие параметры.

При использовании кабелей и проводов необходимо учитывать материал изготовления токопроводящих жил.

Наличие в загородном доме, коттедже трехфазных потребителей электроэнергии, таких как скважинный насос, электродвигатели, сварочное оборудование, требует учета пусковых токов при выборе электропроводки. А при выборе счетчика электроэнергии — активная и реактивная составляющие в потребляемой мощности, если предполагается, что трехфазное оборудование будет работать непрерывно.

Обойтись сегодня без участия электричества, мягко говоря, невозможно.Каждый современный дом зависит от электросети, а потому расчет потребляемой мощности электроэнергии — основная задача для каждого домовладельца, который не хочет переплачивать за услуги компаний, предоставляющих электроэнергию.

Ближе к делу: как производится расчет?

Размещение заказа на проект электрификации дома или квартиры позволяет собственнику недвижимости получить приблизительное представление о потребляемой мощности. Однако часто бывает полезно заранее узнать ориентировочную цифру энергопотребления.Предварительная презентация позволяет добиться уверенности в стоимости приобретаемой мощности, дает возможность не переплачивать личные средства за неизрасходованную энергию. В условиях роста цен на электроэнергию актуальным становится вопрос экономии, целесообразности энергопотребления в доме, поэтому практические собственники хотят знать о таких вопросах заранее. Иногда выгоднее доплачивать лишние киловатты (величина измеряемой электроэнергии, кВт) при отказе некоторых потребителей энергии, бытовых электроприборов.

Основой для расчета суммарной потребляемой мощности электроэнергии для частного дома, который проводится на этапе проектирования системы электрификации, являются нагрузки конечных потребителей электроэнергии. Стоит отметить, что данные о примерном показателе расхода электроэнергии силовым оборудованием, бытовой техникой, позволят желающему провести независимую оценку энергопотребления дома.

Для того, чтобы рассчитать мощность самостоятельно, потребуется умение пользоваться таблицей, а также базовые знания физики из школьного курса.Представленные в таблице данные основаны на практическом опыте проектирования систем водоснабжения, а также освещения частных домов. Несмотря на то, что данные ориентировочные, значения таблицы по потребляемой мощности могут точно отражать реальные показатели, так как они взяты из техпаспортов на спецтехнику.

В таблице приведены наименования наиболее распространенных бытовых электроприборов, потребителей электроэнергии, в том числе люминесцентных, ламп накаливания, галогенных, светодиодных ламп, электроплиты, холодильника, розетки, посудомоечной машины, вытяжки (кухонной), электрочайника. , воздушный гриль, кофеварка, духовка, стиральная машина, электрический бойлер и т. д.С увеличением количества электроприборов вопрос экономии энергопотребления становится все более актуальным! Для каждого потребителя энергии, бытового прибора дается примерный показатель мощности, которую он потребляет при работе, а также параметры сетевого напряжения (однофазная сеть переменного тока — 220В, трехфазная — 380В).

Помимо данных, приведенных в таблице примерного расчета потребляемой мощности частного дома, при расчете потребуется использование от заинтересованного лица коэффициента спроса, значение которого определяется посредством нормативной документации.Чтобы произвести расчет самостоятельно, вам нужно будет сделать выбор из представленного списка потребителей, планирующих использовать, а затем суммировать данные. Следующим шагом будет умножение полученной суммы на коэффициент одновременного использования в зависимости от потребляемой мощности.

Например, стоит сказать следующее: при приеме количества потребителей 32,8 кВт таблица №1 показывает, что коэффициент спроса равен 0,6. Произведение 32,8 кВт на коэффициент 0,6 позволяет получить ориентировочный показатель мощности, которую будет потреблять дом, то есть 19.68 кВт. Оценка, полученная в результате такого расчета мощности, может быть использована в будущем для корректировки стоимости покупной мощности ее потребителей, если выделенная мощность имеет меньшее значение от полученного показателя.

Самостоятельный предварительный расчет потребляемой электроэнергии дома. Советы потребителю

Основным показателем, рассчитываемым в проекте электрика частного дома, является общая потребляемая мощность. Заказав проект электрика, владелец частного дома обязательно получит цифру потребляемой мощности, которая будет в ней указана.Но часто бывает полезно понять расчетное энергопотребление еще до заказа проекта, на этапе покупки «киловатт». Предварительный расчет поможет вам определить количество покупаемой мощности (при наличии различных предложений), а также осмысленно подойти к вашим потребностям с точки зрения энергопотребления. Иногда некоторым потребителям энергии выгоднее отказаться, чем платить за лишние киловатты.

Основой для расчета суммарной потребляемой мощности частного дома, выполняемой при проектировании электриков, являются нагрузки конечных потребителей электроэнергии.Именно данные о примерном потреблении электроэнергии осветительными элементами, силовым оборудованием и бытовой техникой, используемыми в вашем доме, дадут возможность самостоятельно оценить требуемые киловатты.

Для самостоятельного расчета необходимой электроэнергии для вашего дома представляем таблицу «Список потребителей электроэнергии (примерный)» (Таблица №1). Данные, приведенные в таблице, основаны на нашем опыте проектирования систем электроснабжения и освещения частных домов.Приведенные значения потребляемой мощности, являясь ориентировочными, точно отражают их реальные значения, так как они взяты из техпаспортов на соответствующее оборудование.

Таблица 1. Отчет о потребителях электроэнергии (примерный)

Помимо данных, приведенных в таблице 1, для расчета также потребуется коэффициент спроса, значение которого четко определено нормативными документами и приведено в таблице №2.

Таблица 2. Коэффициенты спроса (по нормативам)

Для самостоятельного расчета примерной потребляемой мощности необходимо выбрать из списка потребителей, которых планируется использовать, и просуммировать их (предварительно умножив каждую позицию на количество потребителей одного типа).Далее нужно полученную сумму умножить на коэффициент одновременного использования, который зависит от потребляемой мощности (таблица №2).

Пример: если по сумме потребителей получается 32,8 кВт, то согласно таблице №1 коэффициент потребности будет 0,6. Умножив 32,8 кВт на 0,6, получаем расчетное значение потребляемой мощности (на дом) 19,68 кВт.

Вы можете использовать полученную оценку энергопотребления вашего дома, чтобы скорректировать стоимость купленной мощности или ваши потребности, если выделенная мощность меньше полученного значения.

Основная формула для определения силы тока — это классический закон Ома, который гласит, что сила тока равна напряжению, деленному на сопротивление. И это основная формула любого электрика и электронщика, которая постоянно используется для быстрого расчета силы тока в цепи. Из любых двух известных величин закона Ома (это ток, напряжение и сопротивление) всегда можно найти третье. В случае нахождения напряжения мы умножаем ток на сопротивление, но при вычислении тока или сопротивления мы всегда делим напряжение на известное значение (ток или сопротивление).

Стоит сказать, что данная формула тока подходит как для переменного, так и для постоянного тока. Хотя по переменной есть свои нюансы. А именно: это случаи, когда мы используем активную нагрузку (обогреватели, лампочки). Формула тока показывает зависимость напряжения, сопротивления и самой силы тока.

Поскольку электрическая мощность также является важной характеристикой, используемой в области электричества, ее также можно использовать для определения силы тока. Электроэнергия — это произведение тока и напряжения.А чтобы найти силу тока, необходимо разделить мощность на известное напряжение. Например, нам известна мощность нагревательного элемента, которая составляет 880 Вт. Мы также знаем напряжение, которое будет на него подаваться, равное 220 В. Нам нужно найти силу тока, которая будет протекать через силовую цепь этого нагревателя. Для этого просто делим 880 Вт на 220 вольт, что даст ток 4 ампера.

Теперь, как можно рассчитать по формуле тока (согласно закону Ома) этот самый ток, зная напряжение и сопротивление.Итак, у нас осталось то же напряжение 220 вольт, и у нас такой же нагревательный элемент. Используем мультиметр, тестер для измерения сопротивления элемента (для ТЭНа мощностью 880 Вт и рассчитанного на напряжение 220 вольт будет 55 Ом). А чтобы найти силу тока, делим напряжение 220 вольт на сопротивление нагревателя 55 Ом, в результате получаем все ту же силу тока 4 ампера.

Вам просто нужно хорошо запомнить эти две формулы тока (его нахождение через мощность и через сопротивление при известном напряжении).Тогда вы сможете быстро и легко в уме вычислить как силу тока в электрической цепи, так и любые другие электрические величины (напряжение, сопротивление, мощность).

Ну а если больше тренируетесь, то просто снимайте метры и измеряйте. Напомню, что мы измеряем напряжение, параллельно прикладывая щупы тестера, мультиметра к контактам, на которых будет измеряться разность потенциалов. Сила тока измеряем уже разрывом цепи, где необходимо измерить силу тока, то есть разрываем электрическую цепь в начале (ближе к источнику питания) и подключаем щупы нашего измерителя тока (амперметра) между этим промежутком.Не забывайте, что переменный ток должен соответствовать своему положению на переключателе тестера, а постоянный — своему месту (иначе вы получите неверные значения измеряемого тока).

П.С. Чтобы лучше запомнить закон Ома, вы просто имейте в виду, что при делении напряжение всегда наверху, то есть если мы находим напряжение по закону Ома, то умножаем ток на сопротивление, ну, в двух других случаях (при нахождении сопротивления или тока) мы всегда делим на известное значение, получая секунду, которая ранее была неизвестна.

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. Сила тока — это физическая скалярная величина, которая показывает величину заряда, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени. Для измерения этой характеристики используется амперметр.

Расчет силы тока можно производить для ограниченной площади или полностью замкнутой электрической цепи. Определить его значение можно, зная потребляемую мощность устройств, включенных в схему.

Быстрая навигация по статьям

Расчет сопротивления

Участок цепи

Закон, определяющий зависимость силы тока от ЭДС источника и сопротивления проводника, сформулированный в 1826 году, назван в честь немецкого ученого Георга Ома.По его словам, сила тока в участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка. Для его использования необходимо:

Полная цепь

Закон Ома в этом случае формулируется следующим образом: «Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно пропорциональна сумме внутреннего и внешнего сопротивления.«Для расчета нужно:

Мощность

Отношение работы, выполненной током, к периоду времени, в течение которого она была завершена, называется мощностью электрического тока. Зная его, можно рассчитать силу тока по формуле:

— Расчет двигателей для двигателей постоянного тока без сердечника

Расчет двигателей для двигателей постоянного тока без сердечника с щеткой

При выборе бесщеточного двигателя постоянного тока без сердечника для приложения или при разработке прототипа с приводом необходимо учитывать несколько основных принципов физики двигателя, которые необходимо учитывать для создания безопасной, хорошо функционирующей и достаточно мощной прецизионной приводной системы.В этом документе мы представили некоторые важные методы, формулы и детали расчетов для определения выходной мощности двигателя без сердечника, кривую скорость-крутящий момент двигателя, графики тока и эффективности, а также теоретические расчеты в холодном состоянии, которые оценивают характеристики двигателя.

являются преобразователями, поскольку они преобразуют электрическую энергию ( P, , _в ) в механическую энергию ( P, , _из ). Частное обоих членов соответствует КПД двигателя.Потери на трение и потери в меди приводят к общей потере мощности ( P _потери ) в Джоулях / сек (потери в железе в двигателях постоянного тока без сердечника пренебрежимо малы). Есть дополнительные потери из-за нагрева, но мы обсудим их ниже:

В физике мощность определяется как скорость выполнения работы. Стандартная метрическая единица измерения мощности — «ватт» Вт. Как рассчитывается мощность? Для линейного движения мощность — это произведение силы и расстояния в единицу времени P = F · (d / t) .Поскольку скорость — это расстояние во времени, уравнение принимает вид P = F · s . В случае вращательного движения аналогичный расчет мощности представляет собой произведение крутящего момента и углового расстояния в единицу времени или просто произведение крутящего момента и угловой скорости.

Где:

P = Мощность в Вт
M = Крутящий момент в Нм
F = Сила в Н
d = Расстояние в м
t = Время в с
ω _рад = Угловая скорость в рад / с

Символ, используемый для крутящего момента, обычно представляет собой строчную греческую букву «τ» (тау) или иногда просто букву «T» .Однако, когда он называется «Момент силы», его обычно обозначают буквой «М» .

часто используется строчная буква « n » для обозначения скорости вокруг оси. Обычно « n » выражается в единицах оборотов в минуту или об / мин.

При расчете механической мощности важно учитывать единицы измерения. При вычислении мощности, если « n » (скорость) находится в мин. ^-1 , то вы должны преобразовать его в угловую скорость в единицах рад / с .Это достигается путем умножения скорости на коэффициент преобразования единиц 2π / 60 . Кроме того, если « M » (крутящий момент) находится в мНм , то мы должны умножить его на 10 ^-3 (разделить на 1 000), чтобы преобразовать единицы в Нм для целей расчета.

Где:

n = Скорость в мин ^-1
M = Крутящий момент в мНм

Предположим, что необходимо определить мощность, которую конкретный двигатель 2668W024CR должен выдавать при холодной работе с крутящим моментом 68 мНм при скорости 7 370 мин. ^-1 .Произведение крутящего момента, скорости и соответствующего коэффициента преобразования показано ниже.

Расчет начальной требуемой мощности часто используется в качестве предварительного шага при выборе двигателя или мотор-редуктора. Если механическая выходная мощность, необходимая для данного приложения, известна, то можно изучить максимальную или продолжительную номинальную мощность для различных двигателей, чтобы определить, какие двигатели являются возможными кандидатами для использования в данном приложении.

Ниже приведен метод определения параметров двигателя на примере двигателя постоянного тока без сердечника 2668W024CR.Сначала мы объясним более эмпирический подход, а затем проведем теоретический расчет.

Одним из широко используемых методов графического построения характеристик двигателя является использование кривых крутящий момент-скорость. Хотя использование кривых крутящий момент-скорость гораздо более распространено в технической литературе для более крупных машин постоянного тока, чем для небольших устройств без сердечника, этот метод применим в любом случае.

Обычно кривые крутящий момент-скорость генерируются путем построения графиков скорости двигателя, тока двигателя, механической выходной мощности и эффективности в зависимости от крутящего момента двигателя.Следующее обсуждение будет описывать построение набора кривых крутящего момента-скорости для типичного двигателя постоянного тока на основе серии измерений необработанных данных.

2668W024CR имеет номинальное напряжение 24 В. Если у вас есть несколько основных частей лабораторного оборудования, вы можете измерить кривые крутящий момент-скорость для бессердечникового двигателя постоянного тока серии 2668 CR в заданной рабочей точке.

Шаг 1. Измерьте основные параметры

Многие параметры можно получить напрямую с помощью контроллера движения, такого как один из контроллеров движения FAULHABER MC3.Большинство производителей контроллеров предлагают программное обеспечение, такое как FAULHABER Motion Manager, которое включает функцию записи трассировки, которая отображает напряжение, ток, положение, скорость и т. Д. Они также могут предоставить точный снимок работы двигателя с мельчайшими подробностями. Например, семейство контроллеров движения MC3 (MC 5004, MC 5005 и MC 5010) может измерять множество параметров движения. Это, вероятно, самый быстрый метод получения данных для построения кривой крутящего момента-скорости, но это не единственный метод.

Если контроллер с возможностью записи трассировки недоступен, мы также можем использовать некоторое базовое лабораторное оборудование для определения характеристик двигателя в условиях остановки, номинальной нагрузки и холостого хода. Используя источник питания, установленный на 24 В, запустите 2668W024CR без нагрузки и измерьте скорость вращения с помощью бесконтактного тахометра (например, стробоскопа). Кроме того, измерьте ток двигателя в этом состоянии без нагрузки. Токовый пробник идеально подходит для этого измерения, поскольку он не добавляет сопротивления последовательно с работающим двигателем.Используя регулируемую крутящую нагрузку, такую ​​как тормоз для мелких частиц или регулируемый гистерезисный динамометр, нагрузка может быть связана с валом двигателя.

Теперь увеличьте крутящий момент двигателя точно до точки. где происходит срыв. При остановке измерьте крутящий момент от тормоз и ток двигателя. Ради этого обсуждение, предположим, что муфта не добавляет нагрузки к двигатель и что нагрузка от тормоза не включают неизвестные фрикционные компоненты. Это также полезно в этот момент, чтобы измерить оконечное сопротивление мотор.Измерьте сопротивление, соприкоснувшись с двигателем. клеммы с омметром. Затем раскрутите вал двигателя. и сделайте еще одно измерение. Измерения должны быть очень близки по стоимости. Продолжайте крутить вал и сделайте не менее трех измерений. Это обеспечит что измерения не проводились в точке минимальный контакт на коммутаторе.

Теперь мы измерили:

n ₀ = Скорость холостого хода
I ₀ = Ток холостого хода
M _H = Момент остановки
R = Терминальное сопротивление

Шаг 2: Постройте график зависимости тока отКрутящий момент и скорость в зависимости от крутящего момента

Вы можете подготовить график с крутящим моментом двигателя по абсциссе (горизонтальная ось), скоростью по левой ординате (вертикальная ось) и током по правой ординате. Масштабируйте оси на основе измерений, которые вы сделали на первом шаге. Проведите прямую линию от левого начала графика (нулевой крутящий момент и нулевой ток) до тока останова на правой ординате (крутящий момент при останове и ток останова). Эта линия представляет собой график зависимости тока двигателя от крутящего момента двигателя.Наклон этой линии представляет собой постоянную тока k _I , которая является константой пропорциональности для отношения между током двигателя и крутящим моментом двигателя (в единицах тока на единицу крутящего момента или А / мНм). Обратной величиной этому наклону является постоянная крутящего момента k _M (в единицах крутящего момента на единицу тока или мНм / А).

Где:
k _I = Постоянная тока
k _M = Постоянная момента

В целях данного обсуждения предполагается, что двигатель не имеет внутреннего трения.На практике момент трения двигателя M _R определяется умножением постоянной крутящего момента k _M двигателя на измеренный ток холостого хода I ₀ . Линия зависимости крутящего момента от скорости и линия зависимости крутящего момента от тока затем начинается не с левой вертикальной оси, а со смещением по горизонтальной оси, равным расчетному моменту трения.

Где:
M _R = Момент трения

Шаг 3: Построение графика Power vs.Крутящий момент и эффективность в зависимости от крутящего момента

В большинстве случаев можно добавить две дополнительные вертикальные оси для построения графика зависимости мощности и КПД от крутящего момента. Вторая вертикальная ось обычно используется для оценки эффективности, а третья вертикальная ось может использоваться для мощности. Для упрощения этого обсуждения КПД в зависимости от крутящего момента и мощность в зависимости от крутящего момента будут нанесены на тот же график, что и графики зависимости скорости от крутящего момента и тока от крутящего момента (пример показан ниже).

Составьте таблицу механической мощности двигателя в различных точках от момента холостого хода до момента остановки.Поскольку выходная механическая мощность — это просто произведение крутящего момента и скорости с поправочным коэффициентом для единиц (см. Раздел о вычислении начальной требуемой мощности), мощность может быть рассчитана с использованием ранее построенной линии для зависимости скорости от крутящего момента.

Примерная таблица расчетов для двигателя 2668W024CR показана в таблице 1. Затем на график наносится каждая расчетная точка мощности. Результирующая функция представляет собой параболическую кривую, показанную ниже на Графике 1. Максимальная механическая мощность достигается примерно при половине крутящего момента сваливания.Скорость в этот момент составляет примерно половину скорости холостого хода.

Создайте таблицу в электронной таблице КПД двигателя в различных точках от скорости холостого хода до крутящего момента при остановке. Приведено напряжение, приложенное к двигателю, и нанесен график силы тока при различных уровнях крутящего момента. Произведение тока двигателя и приложенного напряжения является мощностью, потребляемой двигателем. В каждой точке, выбранной для расчета, КПД двигателя η представляет собой выходную механическую мощность, деленную на потребляемую электрическую мощность.Опять же, примерная таблица для двигателя 2668W024CR показана в Таблице 1, а примерная кривая — на Графике 1. Максимальный КПД достигается примерно при 10% крутящего момента двигателя при остановке.

Определения сюжета

• Синий = скорость в зависимости от крутящего момента ( n против M )
• Красный = ток в зависимости от крутящего момента ( I против M )
• Зеленый = эффективность в зависимости от крутящего момента ( η против M )
• Коричневый = мощность в зависимости от крутящего момента ( P vs. М )

Характеристики двигателя

Теоретический расчет параметров двигателя

Еще одним полезным параметром при выборе двигателя является постоянная двигателя. Правильное использование этой добротности существенно сократит итерационный процесс выбора двигателя постоянного тока. Он просто измеряет внутреннюю способность преобразователя преобразовывать электрическую мощность в механическую.

Максимальный КПД достигается примерно при 10% крутящего момента двигателя при остановке. Знаменатель называется потерей резистивной мощности. С помощью некоторых алгебраических манипуляций уравнение можно упростить до:

Имейте в виду, что k _m (постоянная двигателя) не следует путать с k _M (постоянная крутящего момента).Обратите внимание, что индекс константы двигателя — это строчная буква « m », в то время как индекс постоянной крутящего момента использует заглавную букву « M ».

Для щеточного или бесщеточного двигателя постоянного тока относительно небольшого размера отношения, которые управляют поведением двигателя в различных обстоятельствах, могут быть выведены из законов физики и характеристик самих двигателей. Правило Кирхгофа по напряжению гласит: «Сумма возрастаний потенциала в контуре цепи должна равняться сумме уменьшений потенциала.При применении к двигателю постоянного тока, соединенному последовательно с источником питания постоянного тока, правило Кирхгофа может быть выражено как «Номинальное напряжение питания от источника питания должно быть равно по величине сумме падений напряжения на сопротивлении обмоток. и обратная ЭДС, генерируемая двигателем ».

Где:

U = Электропитание в В
I = Ток в А
R = Терминальное сопротивление в Ом
U _{E = Обратная ЭДС в В}

Обратная ЭДС, создаваемая двигателем, прямо пропорциональна угловой скорости двигателя.Константа пропорциональности — это постоянная обратной ЭДС двигателя.

Где:

ω = Угловая скорость двигателя
k _E = Постоянная обратной ЭДС двигателя

Следовательно, путем подстановки:

Постоянная противо-ЭДС двигателя обычно указывается производителем двигателя в В / об / мин или мВ / об / мин. Чтобы получить значимое значение для обратной ЭДС, необходимо указать скорость двигателя в единицах, совместимых с указанной постоянной обратной ЭДС.

«Сумма возрастаний потенциала в контуре цепи должна равняться сумме уменьшений потенциала».
(Правило напряжения Кирхгофа)

Постоянная двигателя зависит от конструкции катушки, силы и направления магнитных линий в воздушном зазоре. Хотя можно показать, что три обычно указанные постоянные двигателя (постоянная противо-ЭДС, постоянная крутящего момента и постоянная скорости) равны, если используются соответствующие единицы, расчет облегчается указанием трех констант в общепринятых единицах.

Крутящий момент, создаваемый ротором, прямо пропорционален току в обмотках якоря. Константа пропорциональности — это постоянная крутящего момента двигателя.

Где:

M _m = крутящий момент, развиваемый на двигателе
k _M = постоянная крутящего момента двигателя

Подставляя это соотношение для получения текущего ресурса:

Крутящий момент, развиваемый на роторе, равен моменту трения двигателя плюс момент нагрузки (из-за внешней механической нагрузки):

Где:

M _R = Момент трения двигателя
M _L = Момент нагрузки

Предполагая, что на клеммы двигателя подается постоянное напряжение, скорость двигателя будет прямо пропорциональна сумме момента трения и момента нагрузки.Константа пропорциональности — это наклон кривой крутящий момент-скорость. Моторные характеристики лучше, когда это значение меньше. Чем круче спад наклона, тем хуже производительность, которую можно ожидать от данного двигателя без сердечника. Это соотношение можно рассчитать по формуле:

Где:

Δn = Изменение скорости
ΔM = Изменение крутящего момента
M _H = Тормозной момент
n ₀ = Скорость холостого хода

Альтернативный подход к получению этого значение — найти скорость, n :

Используя исчисление, мы дифференцируем обе стороны относительно M , что дает:

Хотя здесь мы не показываем отрицательный знак, это подразумевается что результат приведет к уменьшению (отрицательному) склон.

Пример расчета теоретического двигателя

Давайте немного углубимся в теоретические расчеты. Двигатель постоянного тока без сердечника 2668W024CR должен работать с напряжением 24 В на клеммах двигателя и крутящим моментом 68 мНм. Найдите результирующую константу двигателя, скорость двигателя, ток двигателя, КПД двигателя и выходную мощность. Из таблицы данных двигателя видно, что скорость холостого хода двигателя при 24 В составляет 7 800 мин ^-1 .Если крутящий момент не связан с валом двигателя, двигатель будет работать с этой скоростью.

Во-первых, давайте получим общее представление о характеристиках двигателя, вычислив постоянную двигателя k _m . В этом случае мы получаем константу 28,48 мНм / кв.рт. (Вт).

Скорость двигателя под нагрузкой — это просто скорость холостого хода за вычетом снижения скорости из-за нагрузки. Константа пропорциональности для отношения между скоростью двигателя и крутящим моментом двигателя — это крутизна зависимости крутящего момента от крутящего момента.Кривая скорости, заданная делением скорости холостого хода двигателя на крутящий момент при останове. В этом примере мы вычислим снижение скорости (без учета температурных эффектов), вызванное нагрузкой крутящего момента 68 мНм, исключив единицы измерения мНм:

Теперь через замену:

В этом случае скорость двигателя под нагрузкой должна быть приблизительно:

Ток двигателя под нагрузкой складывается из тока холостого хода и тока, возникающего в результате нагрузки.

Константа пропорциональности тока и крутящего момента нагрузки — это постоянная крутящего момента ( k _{M )} . Это значение составляет 28,9 мНм / А. Взяв обратную величину, мы получаем постоянную тока k _I , которая может помочь нам рассчитать ток при нагрузке. В этом случае нагрузка составляет 68 мНм, а ток, возникающий в результате этой нагрузки (без учета нагрева), приблизительно равен:

Полный ток двигателя можно приблизительно определить, суммируя это значение с током холостого хода двигателя.В таблице данных указан ток холостого хода двигателя как 78 мА. После округления общий ток будет примерно:

Выходная механическая мощность двигателя — это просто произведение скорости двигателя и крутящего момента с поправочным коэффициентом для единиц (при необходимости). Следовательно, выходная мощность двигателя будет примерно:

Подводимая к двигателю механическая мощность является произведением приложенного напряжения и общего тока двигателя в амперах. В этом приложении:

Так как КПД η — это просто выходная мощность, деленная на входящую мощность, давайте посчитаем ее в нашей рабочей точке:

Оценка температуры обмотки двигателя во время работы:

Ток I , протекающий через сопротивление R , приводит к потере мощности в виде тепла I ² · R .В случае двигателя постоянного тока произведение квадрата полного тока двигателя и сопротивления якоря представляет собой потерю мощности в виде тепла в обмотках якоря. Например, если общий ток двигателя составлял 0,203 А, а сопротивление якоря 14,5 Ом, потери мощности в виде тепла в обмотках составят:

Тепло, возникающее в результате потерь в катушке I ² · R , рассеивается за счет теплопроводности через компоненты двигателя и воздушного потока в воздушном зазоре. Легкость, с которой это тепло может рассеиваться в двигателе (или любой системе), определяется тепловым сопротивлением.

Термическое сопротивление (которое является обратной величиной теплопроводности) показывает, насколько хорошо материал сопротивляется теплопередаче по определенному пути. Производители двигателей обычно указывают способность двигателя рассеивать тепло, предоставляя значения теплового сопротивления R _th . Например, алюминиевая пластина с большим поперечным сечением будет иметь очень низкое тепловое сопротивление, тогда как значения для воздуха или вакуума будут значительно выше. В случае двигателей постоянного тока существует тепловой путь от обмоток двигателя к корпусу двигателя и второй тепловой канал между корпусом двигателя и окружающей средой двигателя (окружающий воздух и т. Д.).). Некоторые производители двигателей указывают тепловое сопротивление для каждого из двух тепловых путей, в то время как другие указывают только их сумму в качестве общего теплового сопротивления двигателя. Значения термического сопротивления указаны в увеличении температуры на единицу потери мощности. Суммарные потери I ² · R в катушке (источнике тепла) умножаются на тепловые сопротивления для определения установившейся температуры якоря. Повышение температуры в установившемся режиме двигателя ( T ) определяется по формуле:

Где:

ΔT = Изменение температуры в К
I = Ток через обмотки двигателя в А
R = Сопротивление обмоток двигателя в Ом
R _th2 = Тепловое сопротивление от обмоток к корпусу в к / Вт
R _th3 = Тепловое сопротивление корпуса к окружающей среде, к / Вт

Давайте продолжим наш пример, используя двигатель 2668W024CR, работающий с током 2458 А в обмотках двигателя, с сопротивлением якоря 1, 03 Ом, тепловое сопротивление между обмоткой и корпусом составляет 3 к / Вт, а тепловое сопротивление между корпусом и окружающей средой — 8 к / Вт.Повышение температуры обмоток рассчитывается по формуле ниже; мы можем заменить Ploss на I ² · R :

Поскольку шкала Кельвина использует то же приращение единиц, что и шкала Цельсия, мы можем просто подставить значение Кельвина, как если бы оно было значением Цельсия. Если предполагается, что температура окружающего воздуха составляет 22 ° C, то конечная температура обмоток двигателя может быть приблизительно равна:

Где:

T _теплый = Температура обмотки

Важно убедиться, что конечная температура обмоток не превышает номинальное значение двигателя, указанное в техническом паспорте.В приведенном выше примере максимально допустимая температура обмотки составляет 125 ° C. Поскольку расчетная температура обмотки составляет всего 90,4 ° C, тепловое повреждение обмоток двигателя не должно быть проблемой в этом приложении.

Можно использовать аналогичные вычисления, чтобы ответить на вопросы другого типа. Например, приложение может потребовать, чтобы двигатель работал с максимальным крутящим моментом, в надежде, что он не будет поврежден из-за перегрева. Предположим, требуется запустить двигатель с максимально возможным крутящим моментом при температуре окружающего воздуха 22 ° C.Дизайнер хочет знать, какой крутящий момент двигатель может безопасно обеспечить без перегрева. Опять же, в техническом описании двигателя постоянного тока без сердечника 2668W024CR указана максимальная температура обмотки 125 ° C. Итак, поскольку температура окружающей среды составляет 22 ° C, максимально допустимое повышение температуры ротора составляет: 125 ° C — 22 ° C = 103 ° C

Теперь мы можем рассчитать увеличение сопротивления катушки из-за рассеивания тепловой мощности:

Где:

α _Cu = Температурный коэффициент меди в единицах K ^-1
(Обратный Кельвин)

Таким образом, из-за нагрева катушки и магнита из-за рассеивания мощности от потерь I ² · R сопротивление катушки увеличилось с 1,03 Ом до 1,44 Ом.Теперь мы можем пересчитать новую постоянную крутящего момента k _M , чтобы увидеть влияние повышения температуры на характеристики двигателя:

Где:

α _M = Температурный коэффициент магнита в единицах K ^-1
(Обратный Кельвин)

Теперь мы пересчитываем новую константу обратной ЭДС k _E и наблюдаем за результатами. Из формулы, полученной нами выше:

Как мы видим, постоянная крутящего момента ослабевает в результате повышения температуры, как и константа обратной ЭДС! Таким образом, сопротивление обмотки двигателя, постоянная крутящего момента и постоянная обратная ЭДС — все это отрицательно сказывается по той простой причине, что они зависят от температуры.

Мы могли бы продолжить вычисление дополнительных параметров в результате более горячей катушки и магнита, но наилучшие результаты дает выполнение нескольких итераций, что лучше всего выполняется с помощью программного обеспечения для количественного анализа. По мере того, как температура двигателя продолжает расти, каждый из трех параметров будет изменяться таким образом, что ухудшает характеристики двигателя и увеличивает потери мощности. При непрерывной работе двигатель может даже достичь точки «теплового разгона», что потенциально может привести к невозможности ремонта двигателя.Это может произойти, даже если первоначальные расчеты показали приемлемое повышение температуры (с использованием значений R и k _M при температуре окружающей среды).

Обратите внимание, что максимально допустимый ток через обмотки двигателя может быть увеличен за счет уменьшения теплового сопротивления двигателя. Тепловое сопротивление между ротором и корпусом R _th2 в первую очередь определяется конструкцией двигателя. Тепловое сопротивление корпуса R _th3 можно значительно уменьшить, добавив радиаторы.Тепловое сопротивление двигателя для небольших двигателей постоянного тока обычно указывается для двигателя, подвешенного на открытом воздухе. Поэтому обычно наблюдается некоторый отвод тепла, который возникает в результате простой установки двигателя в теплопроводящий каркас или шасси. Некоторые производители более крупных двигателей постоянного тока указывают тепловое сопротивление, когда двигатель установлен на металлической пластине известных размеров и из материала.

Для получения дополнительной информации о расчетах электродвигателя без сердечника постоянного тока и о том, как на производительность электродвигателя может повлиять рассеяние тепловой мощности, обратитесь к квалифицированному инженеру FAULHABER.Мы всегда готовы помочь.