Стандартный ряд мощностей электродвигателей

Характеристики электродвигателей: основные параметры и расшифровка маркировки современных электродвигателей

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

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

При оценке электродвигателя учитываются следующие параметры:

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

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

Рассмотрим подробнее основные характеристики двигателей.

Номинальная механическая мощность

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

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

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

Номинальная активная электрическая мощность

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

Номинальная полная электрическая мощность

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

Номинальная реактивная электрическая мощность

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

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

Частота вращения ротора

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

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

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

Угловая скорость

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

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

Линейная скорость

Этот механический параметр характеризует оборудование, в устройстве которого используется данный асинхронный двигатель. Допустим, что к валу двигателя присоединен диск определенного радиуса R.

В этом случае величина линейной скорости может быть определена по следующей формуле:

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

Номинальный вращающий момент

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

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

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

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

Основные параметры электродвигателя

Стандартный ряд мощностей электродвигателей

Мощность электродвигателя – это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

Механическая мощность

Мощность – физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

где P – мощность, Вт,
A – работа, Дж,
t – время, с

Работа – скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы.

Для вращательного движения

где ω – углавая частота, рад/с,

Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

Справка: Номинальное значение – значение параметра электротехнического изделия (устройства), указанное изготовителем, при котором оно должно работать, являющееся исходным для отсчета отклонений.

где n – частота вращения электродвигателя, об/мин

Момент инерции – скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

где J – момент инерции, кг∙м2,
m – масса, кг

Справка: В английской системе мер момент инерции измеряется в унция-сила-дюйм (oz∙in∙s2)

1 oz∙in∙s2 = 0,007062 kg∙m2 (кг∙м2)

Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

где ε – угловое ускорение, с-2

Справка: Определение момента инерции вращающейся части электродвигателя описано в ГОСТ 11828-86

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя – характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

где η – коэффициент полезного действия электродвигателя,
P1 – подведенная мощность (электрическая), Вт,
P2 – полезная мощность (механическая), Вт

потери в электродвигатели

электрическими потерями – в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
магнитными потерями – потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
механическими потерями – потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
дополнительными потерями – потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение (англ. rated voltage) – напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики.

Электрическая постоянная времени

Электрическая постоянная времени – это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

где – постоянная времени, с

Момент электродвигателя

Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) – векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

где M – вращающий момент, Нм;
F – сила, Н;
r – радиус-вектор, м

Справка: Номинальный вращающий момент Мном, Нм, определяют по формуле

где Pном – номинальная мощность двигателя, Вт,
nном – номинальная частота вращения, мин-1

Начальный пусковой момент – момент электродвигателя при пуске.

Справка: В английской системе мер сила измеряется в унция-сила (oz, ozf, ounce-force) или фунт-сила (lb, lbf, pound-force)

1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
1 lb = 4,448222 N (Н)

момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

Области применения электродвигателей

Электродвигатели являются крупнейшими потребителями электроэнергии в мире, на них приходится около 45% от всей потребляемой электроэнергии.

промышленность: насосы, вентиляторы, компрессоры, конвейеры, движущая сила для других машин и др.
строительство: насосы, вентиляторы, конвейеры, лифты, системы отопления, вентиляции и кондиционирование воздуха и др.
потребительские устройства: холодильники, кондиционеры, персональные компьютеры и ноутбуки (жесткие диски, вентиляторы), пылесосы, стиральные машинки, миксеры и др.

ЭД1ФункцииОбласти примененияВращающиеся электродвигателиНасосы

Вентиляторы

Компрессоры

Вращение, смешивание, движение

Транспорт

Угловые перемещения (шаговые двигатели, серводвигатели)

Линейные электродвигателиОткрыть/закрыть

Сортировка

Хватать и перемещать

Системы водоснабжения и водоотведения

Системы перекачки охлажденной или нагретой воды, системы отопления, ОВК2, системы полива

Системы канализации

Перекачка нефтепродуктов

Приточно-вытяжная вентиляция, ОВК2, вентиляторы

Системы вентиляции, холодильные и морозильные установки, ОВК2

Накопление и распределение сжатого воздуха, пневматические системы

Системы сжижения газа, системы перекачки природного газа

Прокатный стан, станки: обработка металла, камня, пластика

Прессовое оборудование: обработка алюминия, пластиков

Обработка текстиля: ткачество, стирка, сушка

Смешивание, взбалтывание: еда, краски, пластики

Пассажирские лифты, эскалаторы, конвейеры

Грузовые лифты, подъемные краны, подъемники, конвейеры, лебедки

Транспортные средства: поезда, трамваи, троллейбусы, автомобили, электромобили, автобусы, мотоциклы, велосипеды, зубчатая железная дорога, канатная дорога

Вентили (открыть/закрыть)

Серво (установка положения)

Вентили

Производство

Роботы

Примечание:

ЭД – электродвигатель
ОВК – системы отопления, вентиляции и кондиционирование воздуха

Гост 12139-84 (ст сэв 4434-83) машины электрические вращающиеся. ряды номинальных мощностей, напряжений и частот, гост от 29 октября 1984 года №12139-84

Стандартный ряд мощностей электродвигателей

ГОСТ 12139-84(СТ СЭВ 4434-83)Группа Е60

OКП 01 1000

Дата введения 1986-01-01

ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 29 октября 1984 г.

N 3735

ВЗАМЕН ГОСТ 12139-74

Настоящий стандарт распространяется на вращающиеся электрические машины с номинальными мощностями до 10000 кВт, напряжением до 10500 В и частотой до 18000 Гц.

Стандарт в части номинальных мощностей не распространяется на генераторы для летательных аппаратов, в части номинальных напряжений и частот – на машины, предназначенные для применения в бортовых системах средств наземного и воздушного транспорта и специального назначения.

Стандарт полностью соответствует требованиям СТ СЭВ 4434-83, Публикациям МЭК 72 (1971 г.), 72А (1970 г.) в части рядов номинальных мощностей. В стандарте учтены требования Публикаций МЭК 38 (1975 г.) и 196 (1965 г.).

1. НОМИНАЛЬНЫЕ МОЩНОСТИ

1.1. Номинальные мощности электрических машин должны соответствовать значениям, указанным в табл.1 в соответствии с ГОСТ 8032-56.

Для модификаций электрических машин допускается применение мощностей, выбранных из ряда R20 или R40.

1.2. Номинальные мощности синхронных двигателей, начиная с 1 кВт, указывают при коэффициенте мощности 0,9 (при опережающем токе).

1.3. Для генераторов электроагрегатов и электростанций устанавливают дополнительный ряд мощностей: 0,5; 1,0; 2,0; 8,0; 16,0; 60,0; 100,0 кВт.

1.4. Номинальные мощности электрических машин должны соответствовать их работе при номинальных значениях напряжения, частоты переменного тока, коэффициента мощности, а также условий и режимов работы, установленных в стандартах или отраслевой нормативно-технической документации.

1.5. Для рольганговых, краново-металлургических и тяговых двигателей, двигателей погруженных насосов и электробуров, а также для электрических машин, характеризуемых не мощностью, а током или входным и выходным сопротивлениями, приведенный в стандарте ряд является рекомендуемым.

1.6. По согласованию с потребителем номинальные выходные мощности электромашинных усилителей и однокорпусных преобразователей могут отличаться от значений, приведенных в табл.1.

Таблица 1

Вт	кВт
0,010	0,10	1,0	10	–	(10)	(100)	1000	10000
–	–	–	–	–	1,1	11	110	(1120)	–
–	–	–	–	0,12	–	–	(125)	1250	–
–	–	–	–	–	–	(13)	132	–	–
–	–	–	–	–	–	–	–	(1400)	–
–	–	–	–	–	1,5	15	150	–	–
–	0,16	1,6	16	–	–	(17)	160	1600	–
–	–	–	–	0,18	(1,8)	18,5	185	(1800)	–
–	–	–	–	–	–	(20)	200	2000	–
–	–	–	–	2,2	22	220	(2250)	–
0,025	0,25	2,5	25	0,25	–	(25)	250	2500	–
–	–	–	–	–	–	–	280	(2800)	–
–	–	–	–	–	3,0	30	300	–	–
–	–	–	–	–	–	–	315	3150	–
–	–	–	–	–	–	(33)	335	–	–
–	–	–	–	–	–	–	355	3550	–
–	–	–	–	0,37	3,7	37	375	–	–
–	0,4	4,0	40	–	4,0	(40)	400	4000	–
–	–	–	–	–	–	–	425	–	–
–	–	–	–	–	–	45	450	(4500)	–
–	–	–	–	–	–	–	475	–	–
–	–	–	–	–	–	(50)	500	5000	–
–	–	–	–	–	–	–	530	–	–
–	–	–	–	0,55	5,5	55	560	(5600)	–
0,060	0,60	6,0	60	–	–	–	600	–	–
–	–	–	–	–	6,3	63	630	6300	–
–	–	–	–	–	–	–	670	–	–
–	–	–	–	–	–	–	710	(7100)	–
–	–	–	–	0,75	7,5	75	750	–	–
–	–	–	–	–	–	(80)	800	8000	–
–	–	–	–	–	–	–	850	–	–
–	–	–	90	–	(9)	90	900	(9000)	–
–	–	950	–	–

Примечание. Значения, указанные в скобках, применять по согласованию между изготовителем и потребителем.

1.7. Допускается вместо мощности двигателей указывать момент на валу в Н·м, при этом численное значение номинального момента должно соответствовать указанному в табл.1.

2. НОМИНАЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

2.1. Номинальные напряжения электрических машин должны соответствовать значениям, указанным в табл.2.

Таблица 2

Генератор постоянноготока	Двигатель постоянноготока	Генератор переменноготока	Двигатель переменноготока
–	1,0	–	–
–	1,5	–	–
–	2,0	–	–
–	3,0	–	–
–	4,0	–	–
6,0	6,0	6,0	6,0
9,0	9,0	–	–
12,0	12,0	12,0	12,0
24,0	24,0	24,0	24,0
28,5	27,0	(28,5)	(27,0)
36,0	36,0	(36,0)	(36,0)
(42,0)	(42,0) (40,0)	42,0	42,0 (40,0)
48,0	48,0	–	–
62,0	60,0	62,0	60,0
115	110	115	110
230	220	230	220 (127/220)
375	340	–	–
–	–	230/400	220/380
–	–	240/415	230/400
–	–	400	380
460	440	400/690	380/660
–	–	(525)	(500)
630	600	–	–
690	660	690	660
–	–	1050	1000
–	–	1200	1140
3300	3000	3150	3000
–	–	6300	6000
–	–	10500	10000

Примечание. Значения, указанные в скобках, применять по согласованию между изготовителем и потребителем.

2.2. Кроме указанных в таблице значений, двигатели переменного тока могут изготавливаться на напряжения 115 и 220/440 В.

3. НОМИНАЛЬНЫЕ ЧАСТОТЫ

3.1. Номинальные частоты электрических машин должны соответствовать значениям 50, 400, 1000, 2000, 4000,10000, 18000 Гц.

Дополнительно допускается применение следующих частот: 60, 100, 150, 200, 250, 300, 500, 600, 800, 1200, 1600, 2400, 8000 Гц.

3.2. Допускаемые отклонения номинальных частот – по ГОСТ 6697-83.

Приложение (справочное). номинальные частоты вращения

ПРИЛОЖЕНИЕ
Справочное

Номинальные частоты вращения должны соответствовать приведенным в ГОСТ 10683-73.

Дополнительно допускается применение следующих частот вращения:

для синхронных генераторов – номинальные частоты вращения 1800 и 3600 об/мин;

для синхронных двигателей – номинальные частоты вращения 900, 1200, 1800, 3600, 4800, 18000, 36000, 48000, 72000, 96000, 144000, и 300000 об/мин;

для асинхронных двигателей – синхронные частоты вращения 214,3, 900, 1200, 1800, 3600 и 4800 об/мин.

Текст документа сверен по:официальное издание

М.: Издательство стандартов, 1985

Гост 12139-84 машины электрические вращающиеся. ряды номинальных мощностей, напряжений и частот

Стандартный ряд мощностей электродвигателей

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
ВРАЩАЮЩИЕСЯ

РЯДЫ НОМИНАЛЬНЫХ МОЩНОСТЕЙ,
НАПРЯЖЕНИИ И ЧАСТОТ

ГОСТ 12139-84
(СТ СЭВ 4434-83)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
Москва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ

Ряды номинальных мощностей
напряжений и частот

Electric rotary machines. Ranges of rated
output, voltages and frequencies

ГОСТ
12139-84

(СТ СЭВ 4434-83)

Взамен
ГОСТ 12139-74

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 29 октября 1984 г. № 3735 срок введения установлен

с 01.01.86

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Стандарт в части номинальных мощностей не распространяется на генераторы для летательных аппаратов; в части номинальных напряжений и частот – на машины, предназначенные для применения в бортовых системах средств наземного и воздушного транспорта и специального назначения.

Стандарт полностью соответствует требованиям СТ СЭВ 4434-83, Публикациям МЭК 72 (1971 г.) 72А (1970 г.) в части рядов номинальных мощностей. В стандарте учтены требования Публикаций МЭК 38 (1975 г.) и 196 (1965 г.).

1. НОМИНАЛЬНЫЕ МОЩНОСТИ

1.1. Номинальные мощности электрических машин должны соответствовать значениям, указанным в табл. 1 в соответствии с ГОСТ 8032-84.

Для модификаций электрических машин допускается применение мощностей, выбранных из ряда R20 или R40.

1.3. Для генераторов электроагрегатов и электростанций устанавливают дополнительный ряд мощностей: 0,5; 1,0; 2,0; 8,0; 16,0; 60,0; 100,0 кВт.

Таблица 1

Вт	кВт
0,010	0,10	1,0	10	–	–	(10)	(100)	1000	10000
–	–	–	–	–	1,1	11	110	(1120)	–
–	–	–	–	0,12	–	–	(125)	1250	–
–	–	–	–	–	–	(13)	132	–	–
–	–	–	–	–	–	–	–	(1400)	–
–	–	–	–	–	1,5	15	–	–	–
–	0,16	1,6	16	–	–	(17)	160	1600	–
–	–	–	–	0,18	(1,8)	18,5	185	(1800)	–
–	–	–	–	–	–	(20)	200	2000	–
–	–	–	–	–	2,2	22	220	(2250)	–
0,025	0,25	2,5	25	0,25	–	(25)	250	2500	–
–	–	–	–	–	–	–	280	(2800)	–
–	–	–	–	–	3,0	30	300	–	–
–	–	–	–	–	–	–	315	3150	–
–	–	–	–	–	–	(33)	335	–	–
–	–	–	–	–	–	–	355	3550	–
–	–	–	–	0,37	3,7	37	375	–	–
–	0,4	4,0	40	–	4,0	(40)	400	4000	–
–	–	–	–	–	–	–	425	–	–
–	–	–	–	–	–	45	450	(4500)	–
–	–	–	–	–	–	–	475	–	–
–	–	–	–	–	–	(50)	500	5000	–
–	–	–	–	–	–	–	530	–	–
–	–	–	–	0,55	5,5	55	560	(5600)	–
0,060	0,60	6,0	60	–	–	–	600	–	–
–	–	–	–	–	6,3	63	630	6300	–
–	–	–	–	–	–	–	670	–	–
–	–	–	–	–	–	–	710	(7100)	–
–	–	–	–	0,75	7,5	75	750	–	–
–	–	–	–	–	–	(80)	800	8000	–
–	–	–	–	–	–	–	850	–	–
–	–	–	90	–	(9)	90	900	(9000)	–
–	–	–	–	–	–	–	950	–	–

Примечание. Значения, указанные в скобках, применять по согласованию между изготовителем и потребителем.

а током или входным и выходным сопротивлениями, приведенный в стандарте ряд является рекомендуемым.

2. НОМИНАЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

2.1. Номинальные напряжения электрических машин должны соответствовать значениям, указанным в табл. 2.

Таблица 2

Генератор постоянного тока	Двигатель постоянного тока	Генератор переменного тока	Двигатель переменного тока
–	1,0	–	–
–	1,5	–	–
–	2,0	–
–	3,0	–	–
–	4,0	–	–
6,0	6,0	6,0	6,0
9,0	9,0	–	–
12,0	12,0	12,0	12,0
24,0	24,0	24,0	24,0
28,5	27,0	(28,5)	(27,0)
36,0	36,0	(36,0)	(36,0)
(42,0)	(42,0) (40,0)	42,0	42,0 (40,0)
48,0	48,0	–	–
62,0	60,0	62,0	60,0
115	110	115	110
230	220	230	220 (127/220)
375	340	–	–
–	–	230/400	220/380
–	–	240/415	230/400
–	–	400	380
460	440	400/690	380/660
–	–	(525)	(500)
630	600	–	–
690	660	690	660
–	–	1050	1000
–	–	1200	1140
3300	3000	3150	3000
–	–	6300	6000
–	–	10500	10000