поиск электродвигателя по параметрам

Двигатели: характеристики, типы, виды

Топливо

Топливо, на которое рассчитан двигатель, определяет многие особенности его конструкции и использования.

— Бензин. Бензиновые двигатели относительно недороги, к тому же заметно проще в эксплуатации, обслуживании и ремонте, чем дизельные, благодаря чему весьма популярны. Их главный недостаток — более высокая цена горючего.

— Дизель. Дизельное топливо (солярка) обходится заметно дешевле, чем бензин, что считается одним из главных достоинств данного типа двигателей. Помимо этого, они имеют хороший КПД и невысокие значения удельного расхода топлива, а также обеспечивают более высокий крутящий момент на малых оборотах, чем бензиновые того же объёма, благодаря чему хорошо подходят для тяжёлых работ. С другой стороны, сами моторы получаются довольно дорогими и сложными в эксплуатации, а для их запуска требуются мощные электростартеры. Как следствие, дизельных двигателей общего назначения выпускается относительно немного, в основном это агрегаты средней и высокой мощности.

Мощность

Номинальная мощность двигателя в лошадиных силах (по сути — максимальная мощность, которую может выдать агрегат в нормальном режиме работы, без перегрузок). Несмотря на популярность обозначения в ваттах (см. ниже), лошадиная сила (л.с.) до сих пор довольно широко используется для указания мощности двигателей внутреннего сгорания. 1 л.с. приблизительно составляет 735 Вт.

В целом чем мощнее двигатель — тем большую скорость и тяговое усилие он способен развить. С другой стороны, данный показатель напрямую влияет на вес, габариты, а главное — стоимость агрегата, притом что реальная потребность в высокой мощности имеется сравнительно редко. Поэтому выбирать по данному показателю стоит с учётом особенностей планируемого применения; конкретные рекомендации по подбору двигателя под определённую технику и задачи можно найти в специальных источниках. Отметим только, что модели одинаковой мощности могут различаться по скорости и «тяговитости»; подробнее см. «Частота вращения вала».

В целом показатели до 8 л.с. считаются невысокими, до 13 л.с. — средними, более 13 л.с. — высокими.

Мощность

Номинальная мощность двигателя (наибольшая выдаваемая им на нормальном режиме мощность) в киловаттах. Изначально мощность двигателей внутреннего сгорания (ДВС) принято было обозначать в лошадиных силах, однако сейчас нередко встречается также запись в ваттах/киловаттах; это, в частности, облегчает сравнение по мощности ДВС и электромоторов. Одни единицы можно перевести в другие: 1 л.с. приблизительно равна 0,735 кВт.

В целом чем мощнее двигатель — тем большую скорость и тяговое усилие он способен развить. С другой стороны, данный показатель напрямую влияет на вес, габариты, а главное — стоимость агрегата, притом что реальная потребность в высокой мощности имеется сравнительно редко. Поэтому выбирать по данному показателю стоит с учётом особенностей планируемого применения; конкретные рекомендации по выбору двигателя под определённую технику и задачи можно найти в специальных источниках. Отметим только, что модели одинаковой мощности могут различаться по скорости и «тяговитости»; подробнее см. «Частота вращения вала».

Макс. крутящий момент

Максимальный крутящий момент, развиваемый двигателем при работе. Отметим, что такой показатель обычно достигается только на определенных оборотах — этот нюанс может уточняться в характеристиках.

Крутящий момент можно упрощенно описать как усилие, выдаваемое двигателем на вал. Чем выше это усилие — тем более «тяговитым» является мотор, тем лучше он преодолевает сопротивление и справляется с высокими нагрузками. Значение крутящего момента напрямую связано с мощностью. К примеру, для моделей на 5 л.с. и менее крутящий момент до 10 Нм считается вполне нормальным показателем, двигатели на 4 – 7 л.с. выдают от 10 до 20 Нм, а значения в 20 Нм и более встречаются в агрегатах мощностью не менее 8 л.с. В то же время двигатели одинаковой мощности могут различаться по фактическому усилию. Так что данный показатель неплохо характеризует возможности агрегата в сравнении с аналогами.

Стоит сказать, что многие считают крутящий момент более достоверным и наглядным параметром, чем мощность: последняя может указываться по разному (номинальная, максимальная и т.п.), тогда как крутящий момент — характеристика вполне однозначная.

Тип вала

Тип вала, точнее — тип крепления под ступицу, предусмотренного на хвостовике вала.

Напомним, ступицей называют деталь с отверстием, которая надевается на вал; именно через эту деталь вращение передается на механизм, с которым используется двигатель. Общее правило в данном случае таково: тип вала должен соответствовать типу крепления на ступице, иначе нормальная работа будет невозможна. В наше время встречаются агрегаты с валами под шпонку, под шлиц, под конус и под резьбу. Вот более подробное описание каждого из вариантов:

— Шпонка. Соединение с использованием шпонки — продолговатой детали, размещенной в специальном продольном пазу. Если точнее, то пазов два: один располагается на валу, другой — на ступице, а шпонка плотно устанавливается в пространстве, образованном пазами, и соединяет вал и ступицу. Такие соединения просты и в то же время вполне функциональны, благодаря чему широко распространены и встречаются в двигателях всех ценовых и «весовых» категорий. С другой стороны, шпоночное соединение менее надежно, чем шлицевое, и хуже подходит для работы на высоких оборотах и/или больших нагрузках.

— Конус. Вал с хвостовиком в виде конуса (сужающийся к концу), в центре которого выполнено отверстие с внутренней резьбой. Применяется довольно редко, в основном на довольно мощных агрегатах — от 7 л.с. и выше.

— Резьба. Хвостовик цилиндрической формы с наружной резьбой. Достаточно специфический вариант, не получивший особого распространения — в частности, из-за того, что резьба по мере использования склонна ослабляться от вибраций, а для соединения и разъединения хвостовика и ступицы могут потребоваться значительные усилия.

Расположение вала

Штатное рабочее расположение вала двигателя. Для разных видов техники оптимальным будет разное расположение: так, газонокосилки рассчитаны на вертикальный вал, а вот мотоблоки обычно делаются под «горизонтальные» двигатели. В любом случае выбор по данному параметру определяется прежде всего требованиями механизма, для которого покупается двигатель.

Существуют агрегаты со свободным расположением, нормально работающие в любом положении — как горизонтальном, так и вертикальном. Такая универсальность будет особенно полезна, если двигатель планируется переставлять с одного механизма на другой, и может потребоваться разная ориентация вала — либо если агрегат предполагает использование в разных рабочих положениях, и двигатель должен будет нормально переносить наклоны и повороты. Последнее актуально прежде всего для мотокос (бензотриммеров).

Вращение вала

Частота вращения вала

Наибольшая скорость вращения вала, обеспечиваемая двигателем. Перед покупкой стоит убедиться, что данный показатель соответствует характеристикам техники, в которую планируется устанавливать двигатель — слишком высокая частота вращения может привести к повреждению рабочего инструмента, узлов трансмиссии и т.п.

Также стоит учитывать, что большая скорость вращения (при той же мощности двигателя и характеристиках передачи) означает меньший крутящий момент, и наоборот. Поэтому этот параметр позволяет сравнивать двигатели по соотношению «скорость/тяга» (правда, только при условии, что они не имеют понижающих редукторов — см. «Функции»).

Длина вала

Диаметр вала

Диаметр вала двигателя, точнее — диаметр внешней его части, находящейся за корпусом. Данные о диаметре вала нужны для уточнения совместимости двигателя с механизмом, для которого он покупается.

Сейчас на рынке представлены валы с таким диаметром: 16 мм, 19 мм, 20 мм, 22 мм, 25 мм.

Внутренняя резьба вала

Рабочий цикл

Данный показатель определяется количеством движений поршня (тактов) за один цикл. Отметим, что дизельные моторы (см. «Топливо») на сегодняшний день делаются только четырёхтактными, поэтому ниже речь пойдёт только о сравнении бензиновых ДВС

— Двухтактный. Двухтактная схема работы позволяет создавать относительно простые, недорогие, компактные и в то же время мощные двигатели. С другой стороны, она приводит к повышению шума и расхода топлива, к тому же для заправки используется бензино-масляная смесь, готовить которую нужно вручную (лишь в единичных случаях имеется функция автосмешивания). Из-за этого данный вариант не получил особой популярности.

— Четырехтактный. Четырехтактные двигатели, по сравнению с двухтактными, имеют меньшую мощность на единицу объёма, несколько более сложную конструкцию и, соответственно, стоят дороже. В то же время такие агрегаты просты в эксплуатации, отличаются меньшим уровнем шума и потреблением топлива, а заправка бензина и масла в них осуществляется раздельно.

Рабочий объем

Кол-во цилиндров

Количество цилиндров в двигателе. Данный параметр подбирается производителем с таким расчётом, чтобы рабочий объём (см. выше) оптимально распределялся между отдельными цилиндрами. Поэтому в целом он является второстепенным, и при выборе стоит смотреть не столько на количество цилиндров, сколько на общий уровень двигателя и отдельные практически значимые характеристики — прежде всего топливо, мощность и расположение вала (см. выше). Отметим только, что чем больше объём и выше мощность — тем больше может быть предусмотрено цилиндров.

Сейчас на рынке представлены двигатели с таким количеством цилиндров: 1, 2, 3, 4, 6.

Охлаждение

Способ охлаждения двигателя.

— Воздушное. Охлаждение за счёт воздуха, контактирующего с нагревающимися частями двигателя; также в конструкции часто предусматривается вентилятор, обеспечивающий обдув таких частей и улучшающий отвод тепла. Главными достоинствами воздушного охлаждения являются простота, компактность, минимальная стоимость и в то же время высокая надёжность: в конструкции отсутствуют сложные жидкостные контуры, требующие герметичности, а многие модели способны безопасно проработать довольно длительное время даже при выходе вентилятора из строя (особенно при низких температурах окружающего воздуха). В то же время подобные системы имеют довольно невысокую эффективность и слабо подходят для агрегатов высокой мощности со значительным тепловыделением.

Степень сжатия

Степень сжатия, обеспечиваемая двигателем.

Степенью сжатия называют соотношение полного объема каждого цилиндра (надпоршневого пространства при крайнем нижнем положении поршня) к объему камеры сгорания (надпоршневого пространства при крайнем верхнем положении поршня). Проще говоря, данный параметр описывает, во сколько раз уменьшается надпоршневое пространство при перемещении поршня из нижней точки в верхнюю.

Более высокая степень сжатия, с одной стороны, способствует повышению эффективности двигателя и позволяет добиться большей мощности (по сравнению с аналогами того же объема) и меньшего расхода топлива (по сравнению с аналогами той же мощности). С другой стороны, при увеличении степени сжатия повышается также вероятность детонации («стука в двигателе»), что выдвигает повышенные требования к качеству горючего.

Наименьшая степень сжатия, встречающаяся в современных двигателях, составляет около 5,6:1, наибольшая — порядка 19:1.

Диаметр поршня

Рабочий ход поршня

Объем топливного бака

Номинальный объём топливного бака двигателя — то есть наибольшее количество топлива, которое можно туда безопасно залить. Зная расход топлива (см. ниже), по объёму бака можно оценить время работы агрегата на одной заправке — разделив вместимость бака на расход.

Крупные резервуары для горючего, с одной стороны, позволяют долгое время работать без дозаправки, с другой — заметно сказываются на габаритах и весе двигателя. Также отметим, что многие модели допускают дозаправку «на ходу». При выборе объёма бака производители учитывают эти моменты, а также «весовую категорию» и специфику применения двигателя.

Объем масла в картере

Расход топлива

Удельный расход топлива

Тип запуска

Штатный способ запуска двигателя. Для запуска двигателя внутреннего сгорания требуется проворот коленвала, а разные типы запуска различаются в зависимости от того, каким способом обеспечивается этот проворот:

— Ручной. Запуск за счёт мускульной силы оператора: обычно для проворота вала нужно дёрнуть за специальный тросик, хотя возможны и другие варианты (например, пусковая рукоятка). Ручные системы не требуют аккумуляторов и в целом отличаются простотой, компактностью, невысокой стоимостью и надёжностью; собственно, кроме человека, для запуска ничего не требуется. С другой стороны, процедура получается не очень удобной для самого пользователя: дёргать за тросик нужно довольно сильно и резко, что может оказаться затруднительным, особенно с непривычки. Также отметим, что данный способ малопригоден для мощных тяжёлых двигателей.

— Электростартер. Запуск за счёт отдельного электромотора (стартера), проворачивающего вал. Питание для мотора обеспечивается от специального аккумулятора. Такой способ значительно удобнее ручного, т.к. пользователю, по сути, достаточно нажать кнопку; при этом он пригоден даже для самых «солидных» моторов. В то же время стартер и аккумулятор заметно сказываются на цене, весе и габаритах двигателя, а при севшей батарее вся система становится бесполезной (впрочем, на этот случай может предусматриваться «аварийный» ручной запуск).

Турбонаддув

Наличие системы турбонаддува в конструкции двигателя.

Принцип работы турбонаддува заключается в использовании энергии выхлопных газов для повышения давления топливо-воздушной смеси на входе в цилиндры. За счёт этого можно добиться заметного роста мощности без увеличения рабочего объёма двигателя; да и удельный расход топлива (см. выше) получается меньше, чем у нетурбированного двигателя того же объёма. В то же время технические особенности турбонаддува таковы, что в двигателях общего назначения его имеет смысл устанавливать только в наиболее мощные модели (от 20 л.с.) на дизельном топливе. При этом стоит также учитывать, что подобные агрегаты довольно дороги и сложны в эксплуатации/ремонте.

Функции

— Понижающий редуктор. Приспособление, понижающее обороты вала на выходе из двигателя (относительно той скорости, с которой он вращается непосредственно внутри). Смысл такого понижения заключается в том, что при снижении оборотов пропорционально возрастает вращающий момент и тяговое усилие, что бывает весьма полезно при тяжёлых работах — например, вспашке земли на мотоблоке. Правда, за это приходится платить уменьшением скорости работы.

— Шкив на валу. Наличие шкива на валу пригодится в том случае, если двигатель планируется использовать с ременной передачей. Как правило, шкив можно снять при необходимости.

— Предохранитель электроцепи. Приспособление, защищающее электрические цепи двигателя (а в некоторых случаях — и внешнего оборудования) от повреждений при коротких замыканиях и других подобных неполадках. В случае критического повышения силы тока предохранитель срабатывает, размыкая цепь. Данная особенность встречается преимущественно в моделях с электростартерами (см. «Тип запуска»). Отметим, что предохранители часто делаются одноразовыми и после срабатывания требуют замены.

Уровень шума

Уровень шума, производимого двигателем при работе. Данный параметр является довольно приблизительным, т.к. в характеристиках обычно указывается некое среднее значение. А в некоторых ситуациях (например, резком возрастании нагрузки на валу) шум может заметно усиливаться. Также не стоит забывать, что узлы и механизмы машины, в которой установлен двигатель, также производят определённый шум, который добавляется к шуму двигателя. Тем не менее, чем меньше шума выдаёт мотор — тем, как правило, комфортнее его использование.

Уровень шума принято измерять в децибелах; это нелинейная величина, поэтому оценивать громкость проще всего по сравнительным таблицам, которые можно найти в специальных источниках. Самые «тихие» двигатели общего назначения выдают порядка 70 дБ, это можно сравнить с проездом грузовика на расстоянии 8 – 10 м; самые громкие — чуть меньше 100 дБ (шум поезда метро).

Источник

Как правильно подобрать электродвигатель по типу, мощности и другим параметрам

Электродвигатель — механизм, преобразующий энергию электрического тока в кинетическую энергию. Современное производство и быт сложно представить без машин с электроприводом. Они используются в насосном оборудовании, системах вентиляции и кондиционирования, в электротранспорте, промышленных станках различных типов и т.д.

При выборе электродвигателя необходимо руководствоваться несколькими основными критериями:

Типы двигателей

Электродвигатели постоянного и переменного тока

В зависимости от используемого электрического тока двигатели делятся на две группы:

Электродвигатели постоянного тока сегодня применяются не так часто, как раньше. Их практически вытеснили асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Главный недостаток электродвигателей постоянного тока — возможность эксплуатации исключительно при наличии источника постоянного тока или преобразователя переменного напряжения в постоянный ток. В современном промышленном производстве обеспечение данного условия требует дополнительных финансовых затрат.

Тем не менее, при существенных недостатках этот тип двигателей отличается высоким пусковым моментом и стабильной работой в условиях больших перегрузок. Приводы данного типа чаще всего применяются в металлургии и станкостроении, устанавливаются на электротранспорт.

Принцип работы электродвигателей переменного тока построен на электромагнитной индукции, возникающей в процессе движения проводящей среды в магнитном поле. Для создания магнитного поля используются обмотки, обтекаемые токами, либо постоянные магниты.

Электродвигатели переменного тока подразделяются на синхронные и асинхронные. У каждой подгруппы есть свои конструктивные и эксплуатационные особенности.

Синхронные электродвигатели

Синхронные двигатели — оптимальное решение для оборудования с постоянной скоростью работы: генераторов постоянного тока, компрессоров, насосов и др.

Технические характеристики синхронных электродвигателей разных моделей отличаются. Скорость вращения колеблется в диапазоне от 125 до 1000 оборотов/мин, мощность может достигать 10 тысяч кВт.

В конструкции приводов предусмотрена короткозамкнутая обмотка на роторе. Ее наличие позволяет осуществлять асинхронный пуск двигателя. К преимуществам оборудования данного типа относятся высокий КПД и небольшие габариты. Эксплуатация синхронных электродвигателей позволяет сократить потери электричества в сети до минимума.

Асинхронные электродвигатели

Асинхронные электродвигатели переменного тока получили наибольшее распространение в промышленном производстве. Особенностью данных приводов является более высокая частота вращения магнитного поля по сравнению со скоростью вращения ротора.

В современных двигателях для изготовления ротора используется алюминий. Легкий вес этого материала позволяет уменьшить массу электродвигателя, сократить себестоимость его производства.

КПД асинхронного двигателя падает почти вдвое при эксплуатации в режиме низких нагрузок — до 30-50 процентов от номинального показателя. Еще один недостаток таких электроприводов состоит в том, что параметры пускового тока почти втрое превышают рабочие показатели. Для уменьшения пускового тока асинхронного двигателя используются частотные преобразователи или устройства плавного пуска.

Асинхронные электродвигатели удовлетворяют требованиям разных промышленных применений:

Вентильные электродвигатели

Группа вентильных электродвигателей включает в себя приводы, в которых регулирование режима эксплуатации осуществляется посредством вентильных преобразователей.

К преимуществам данного оборудования относятся:

Мощность электродвигателя

В режиме постоянной или незначительно изменяющейся нагрузки работает большое количество механизмов: вентиляторы, компрессоры, насосы, другая техника. При выборе электродвигателя необходимо ориентироваться на потребляемую оборудованием мощность.

Определить мощность можно расчетным путем, используя формулы и коэффициенты, приведенные ниже.

Мощность на валу электродвигателя определяется по следующей формуле:

где:
Рм — потребляемая механизмом мощность;
ηп — КПД передачи.

Номинальную мощность электродвигателя желательно выбирать больше расчетного значения.

Формула расчета мощности электродвигателя для насоса

где:
K₃ — коэффициента запаса, он равен 1,1-1,3;
g — ускорение свободного падения;
Q — производительность насоса;
H — высота подъема (расчетная);
Y — плотность перекачиваемой насосом жидкости;
η_нас — КПД насоса;
η_п — КПД передачи.

Давление насоса рассчитывается по формуле:

Формула расчета мощности электродвигателя для компрессора

Мощность поршневого компрессора легко рассчитать по следующей формуле:

Значение A можно рассчитать по формуле:

или взять из таблицы

Формула расчета мощности электродвигателя для вентиляторов

где:
K₃ — коэффициент запаса.
Его значения зависят от мощности двигателя:

Q — производительность вентилятора;
H — давление на выходе;
η_в — КПД вентилятора;
η_п — КПД передачи.

Приведенная формула используется для расчета мощности осевых и центробежных вентиляторов. КПД центробежных моделей равен 0,4-0,7, а осевых вентиляторов — 0,5-0,85.

Остальные технические характеристики, необходимые для расчета мощности двигателя, можно найти в каталогах для каждого типа механизмов.

Важно! При выборе электродвигателя запас мощности должен быть, но небольшой. При значительном запасе мощности снижается КПД привода. В электродвигателях переменного тока это приводит еще и к снижению коэффициента мощности.

Пусковой ток электродвигателя

Зная тип и номинальную мощность электродвигателя, можно рассчитать номинальный ток.

Номинальный ток электродвигателей постоянного тока

Номинальный ток трехфазных электродвигателей переменного тока

где:
PH — номинальная мощность электродвигателя;
UH — номинальное напряжение электродвигателя,
ηH — КПД электродвигателя;
cos φ H — коэффициент мощности электродвигателя.

Номинальные значения мощности, напряжения и КПД можно найти в технической документации на конкретную модель электродвигателя.

Зная значение номинального тока, можно рассчитать пусковой ток.

Формула расчета пускового тока электродвигателей

где:
IH — номинальное значение тока;
Кп — кратность постоянного тока к номинальному значению.

Пусковой ток необходимо рассчитывать для каждого двигателя в цепи. Зная эту величину, легче подобрать тип автоматического выключателя для защиты всей цепи.

Режимы работы электродвигателей

Режим работы определяет нагрузку на электродвигатель. В некоторых случаях она остается практически неизменной, в других может изменяться. Характер предполагаемой нагрузки обязательно учитывается при выборе двигателя. Действующими стандартами предусмотрены следующие режимы эксплуатации:

Режим S1 (продолжительный). При таком режиме эксплуатации нагрузка остается постоянной в течение всего времени, пока температура электродвигателя не достигнет необходимого значения. Мощность привода рассчитывается по формулам, приведенным выше.

Режим S2 (кратковременный). При эксплуатации в этом режиме температура двигателя в период его включения не достигает установившегося значения. За время отключения электродвигатель охлаждается до температуры окружающей среды. При кратковременном режиме эксплуатации необходимо проверять перегрузочную способность электропривода.

Режим S3 (периодически-кратковременный). Электродвигатель работает с периодическими отключениями. В периоды включения и отключения его температура не успевает достигнуть заданного значения или охладиться до температуры окружающей среды. При расчете мощности двигателя обязательно учитывается продолжительность пауз и потерь в переходные периоды. При выборе электродвигателя важным параметром является допустимое количество включений за единицу времени.

Режимы S4 (периодически-кратковременный, с частыми пусками) и S5 (периодически-кратковременный с электрическим торможением). В обоих случаях работа двигателя рассматривается по тем же параметрам, что и в режиме эксплуатации S3.

Режим S6 (периодически-непрерывный с кратковременной нагрузкой). Работа электродвигателя в данном режиме предусматривает эксплуатацию под нагрузкой, чередующуюся с холостым ходом.

Режим S7 (периодически-непрерывный с электрическим торможением)

Режим S8 (периодически-непрерывный с одновременным изменением нагрузки и частоты вращения)

Режим S9 (режим с непериодическим изменением нагрузки и частоты вращения)

Большинство моделей современных электроприводов, эксплуатируемых продолжительное время, адаптированы к изменяющемуся уровню нагрузки.

Климатические исполнения электродвигателей

При выборе электродвигателя учитываются не только его технические характеристики, но и условия окружающей среды, в которых он будет эксплуатироваться.

Современные электроприводы выпускаются в разных климатических исполнениях. Категории маркируются соответствующими буквами и цифрами:

Цифры в номенклатуре модели указывают на тип ее размещения:

Энергоэффективность

Рациональное потребление энергии при сохраняющейся высокой мощности сокращает текущие производственные затраты при одновременном увеличении производительности электродвигателя. Поэтому при выборе привода обязательно учитывается класс энергоэффективности.

В технической документации и каталогах обязательно указывается класс энергоэффективности двигателя. Он зависит от показателя КПД.

Проводимые в тестовом и рабочем режимах экспериментальные исследования показывают, что электродвигатель мощностью 55 кВт высокого класса энергоэффективности сокращает потребление электроэнергии на 8-10 тысяч кВт ежегодно.

Источник: Компания «Техпривод»

Источник