Отдел продаж

Телефоны: (3532) 25-27-22, 93-60-02, 93-50-02

E-mail: [email protected]

г.Оренбург, ул.Беляевская, д.50/1, стр.1

 

Разное

Как рассчитать мощность электрического автомата: Как рассчитать, на сколько ампер нужен автомат?

Содержание

Примеры расчета автоматических выключателей в электрической цепи

Вводная часть

Любая электрическая цепь в квартире и доме, должна защищаться автоматом защиты от перегрузок и сверхтоков короткого замыкания. Эту нехитрую истину можно наглядно продемонстрировать в любом электрическом щите квартиры, этажном щите, вводно-распределительном щите дома и т.п. электрическим шкафам и боксам.

Вопрос не в том, ставить автомат защиты или нет, вопрос, как рассчитать автомат защиты, чтобы он правильно выполнял свои задачи, срабатывал, когда нужно и не мешал стабильной работе электроприборов.

Примеры расчета автоматических выключателей

Теорию расчетов автоматических выключателей вы можете почитать в статье: Расчет автоматов защиты. Здесь несколько практических примеров расчета автоматических выключателей в электрической цепи дома и квартиры.

Пример 1. Расчет вводного автомата дома

Примеры расчета автоматических выключателей начнем с частного дома, а именно рассчитаем вводной автомат. Исходные данные:

  • Напряжение сети Uн = 0,4 кВ;
  • Расчетная мощность Рр = 80 кВт;
  • Коэффициент мощности COSφ = 0,84;

1-й расчет:

Чтобы выбрать номинал автоматического выключателя считаем номинал тока нагрузки данной электросети:

Iр = Рр / (√3 × Uн × COSφ) Iр = 80 / (√3 × 0,4 × 0,84) = 137 А

2-й расчет

Чтобы избежать, ложное  срабатывание автомата защиты, номинальный ток автомата защиты (ток срабатывания теплового расцепителя) следует выбрать на 10% больше планируемого тока нагрузки:

  • Iток.расцепителя = Iр × 1,1
  • Iт.р = 137 × 1,1 = 150 А

Итог расчета: По сделанному расчету выбираем автомат защиты (по ПУЭ-85 п. 3.1.10) с током расцепителя ближайшим к расчетному значению:

  • I ном.ав = 150 Ампер (150 А).

Такой выбор автомата защиты позволит стабильно работать электрической цепи дома в рабочем режиме и срабатывать, только в аварийных ситуациях.

Пример 2.

Расчет автоматического выключателя групповой цепи кухни

примеры расчета автоматических выключателей

Во втором примере посчитаем, какой автоматический выключатель нужно выбрать для кухонной электропроводки, которую правильно называть розеточная групповая цепь электропроводки кухни. Это может быть кухня квартиры или дома, разницы нет.

Аналогично первому примеру расчет состоит из двух расчетов: расчет тока нагрузки электрической цепи кухни и расчет тока теплового расцепителя.

Расчет тока нагрузки

Исходные данные:

  • Напряжение сети Uн = 220 В;
  • Расчетная мощность Рр = 6 кВт;
  • Коэффициент мощности COSφ = 1;

1. Расчетную мощность считаем, как сумму мощностей всех бытовых приборов кухни, умноженной на коэффициент использования, он же коэффициент использования бытовой техники.

2. Коэффициент использования бытовой техники это поправочный коэффициент, уменьшающий расчетную (полную) потребляемую мощность электроцепи и учитывающий количество одновременно работающих электроприборов.

То есть, если на кухне установлено 10 розеток для 10 бытовых приборов (стационарных и переносных), нужно учесть, что все 10 приборов одновременно работать не будут.

Коэффициент использования

Рассчитать коэффициент использования для простой группы можно самостоятельно.

  • Выпишите на листок планируемые бытовые приборы.
  • Рядом с прибором поставьте его мощность по паспорту.
  • Просуммируйте все мощности приборов по паспорту. Это Pрасчет.
  • Подумайте, какие приборы могут работать одновременно: чайник+ тостер, микроволновка+блендер, чайник+микроволновка+тостер, и т.д.
  • Посчитайте суммарные мощности этих групп. Рассчитайте среднюю суммарную мощность групп одновременно включаемых приборов. Это будет Pноминал (номинальная мощность).
  • Разделите  Pрасчет на Pноминал, получите коэффициент использования кухни.

На самом деле, в теории расчетов коэффициент использования внутри дома (без инженерных сетей) и квартиры принимается равным, единице, если количество розеток не больше 10. Это так, но на практике, именно коэффициент использования позволяет работать современным бытовым приборам кухни на старой электропроводке.

Примечание:

В теории расчетов 1 бытовая розетка планируется на 6 кв. метров квартиры (дома). При этом:

  • коэффициент использования=0,7 –для розеток от 50 шт.;
  • коэффициент использования=0,8 –розеток 20-49 шт.;
  • коэффициент использования=0,9 –розеток от 9 до 19шт.;
  • коэффициент использования=1,0 –розеток ≤10шт.

Вернемся к автоматическому выключателю кухни. Считаем номинал тока нагрузки кухни:

  • Iр = Рр / 220В;
  • Iр = 6000 / 220= 27,3 А.

Ток расцепителя:

  • Iрасчет.= Iр×1,1=27,3×1,1=30А

По сделанному расчету выбираем номинал автомата защиты для кухни в 32 Ампер.

Вывод

Приведенный пример расчета кухни получился несколько завышенным, обычно для электропроводки кухни хватает 16 ампер если учесть, что плиту, стиральную машину, посудомоечную машину выводят в отдельные группы.

Эти примеры расчета автоматических выключателей для групповых цепей, лишь показывают общий принцип расчетов, причем не включают расчет инженерных цепей включающий работу насосов, станков и других двигателей частного дома.

Фотогалерея автоматов защиты

©Ehto.ru

Статьи по теме

Вводной автомат. Расчет, выбор вводного автомата для квартиры

 

Вступление

Здравствуйте. Вводной автомат это обязательное устройство электропроводки квартиры предназначенное для защиты всей электропроводки от перегрева и токов короткого замыкания, а также общего отключения электропитания квартиры. О выборе, расчете вводного автомата пойдет речь в этой статье.

Назначение вводного автомата

Вводной автомат должен обеспечить защиту проводов и кабелей от перегрева, способного вызвать их разрушение или пожар. Причинами перегрева могут быть длительные перегрузки или значительные токи короткого замыкания.

Для предотвращения перегрева проводов используют хорошо испытанное решение : вводной автоматический выключатель (автомат защиты), содержит тепловой и электромагнитный расцепитель. Вводной автомат также обеспечивает выполнение функций отключения всей электросети квартиры и разделение питающей линии от групповых электрических цепей квартиры.

Выбор вводного автомата для электропроводки квартиры

Выбор вводного автомата зависит от следующих условий и величин:

  • Величины линейного напряжения;
  • Режима нейтрали;
  • Частоты тока;
  • Характеристик токов короткого замыкания;
  • Установленной мощности;

Величина линейного напряжения

Для нашей электросети значение фазного и линейного напряжения для квартиры величины постоянные. Это 220 Вольт или 380 Вольт соответственно.

Частота тока

Частоты тока величина тоже постоянная. Это 50 Герц (Гц).

Режим нейтрали

Режим нейтрали это тип заземления, используемый в вашем доме. В подавляющем большинстве это система TN ,система с глухозаземленной нейтралью c различными ее вариациями (TN-C; TN-C-S; TN-S).

Характеристики токов короткого замыкания

Короткое замыкание это несанкционированное соединение двух фазных проводников или фазного и нулевого рабочего проводников или фазного проводника с системой заземления. Самое опасное короткое замыкание (КЗ), которое учитывается в расчетах электросхем, это замыкание трех фазных проводников находящихся под напряжением.

Ток короткого замыкания это важная характеристика для выбора автомата защиты. Для выбора вводного автомата рассчитывается ожидаемый ток короткого замыкания.

Расчет ожидаемого тока короткого замыкания для трехфазной сети, короткое замыкание (КЗ) между фазами:

  • I-ожидаемый ток короткого замыкания, A.
  • U-Линейное напряжение,
  • p-Удельное сопротивление жилы кабеля, для меди 0, 018, для алюминия 0,027;
  • L-Длина защищаемого провода;
  • S-Площадь сечения жилы кабеля, мм2;

Расчет ожидаемого тока короткого замыкания (КЗ) между фазой и нейтралью

  • Uo-Напряжение между фазой и нейтралью;
  • m-Отношение сопротивления нейтрального провода и сопротивлением фазного проводи или площадью сечения фазного и нейтральных проводов, если они изготовлены из одного материала.
  • P-Удельное сопротивление жилы кабеля, для меди 0, 018, для алюминия 0,027

Режим нейтрали для выбора вводного автомата

Для различных режимов нейтрали применяются следующие вводные автоматы

Выбор вводного автомата для системы TN-S:

Вводной автомат для системы TN-S должен быть

  • Однополюсной с нулем или двухполюсной,
  • Трехполюсной с нейтралью или четырехполюсной.

Это необходимо для одновременного отключения электросети квартиры от нулевого рабочего и фазных проводников со стороны ввода электропитания. так как нулевой и защитный проводники разделены на всем протяжении.

Выбор вводного автомата для системы TN-C:

Для системы питания TN-C вводной автомат защиты устанавливается однополюсной (при электропитании 220 В) или трехполюсной (при питании 380В). Устанавливаются они на фазные рабочие проводники.

Расчет вводного автомата для электросети квартиры

Расчет вводного автомата для электросети квартиры 380 Вольт

Для выбора вводного автомата рассчитываем ток нагрузки:

  • Uн-Напряжение сети;
  • Pp-Расчетная мощность;
  • Cosф-(Косинус фи)Коэффициент мощности;
  • Для отстойки от ложного срабатывания номинальный ток теплового расцепителя вводного автомата выбираем на 10% больше:
  • Iт. р.=Iр×1,1

Расчет вводного автомата для электросети квартиры 220 Вольт

  • Iр=Pр/Uф×cosф
  • Uф –фазное напряжение;
  • Iт.р.=Iр×1,1

Примечание: Cosф (Косинус фи) Коэффициент мощности: Безразмерная величина характеризирующая наличие в нагрузке реактивной мощности. По сути отношение активной к реактивной мощности. 

©Elesant.ru

Нормативные документы

  • ГОСТ Р 50571.5-94 (ГОСТ 30331.5-95) Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Защита от сверхтока
  • ПУЭ, часть 3, (изд.шестое) Защита и автоматика.

Другие статьи раздела: Электромонтаж

 

 

Похожие статьи

Пример расчета для электрощитка / Хабр

Домашняя электросеть Part Deux

В этой статье я хочу привести пример выбора оборудования для щитка в квартире, условное продолжение

предыдущей статьи

(некоторые теоретические моменты были там рассказаны более полно). Потому такой подзаголовок.

Исходные данные

Так как есть, по сути, множество возможных условий, то здесь я введу ряд ограничений, чтобы пример был более конкретный. Кому-то может повезти больше, кому-то меньше, но такова жизнь.

Итак, имеется однофазное электроснабжение, в щитке установлен счетчик с номинальным током 50 А. Энергокомпания разрешает максимальную мощность входного устройства с защитой от перегрузок 40 А. Вся проводка меняется полностью. Заменить проводку можно от исходных клемм счетчика (для этого следует вызывать монтера для снятия пломб). Если дом нормально спроектирован и построен, то уже от счетчика до щитка проложено что-то нормальное, вроде 4 мм² меди.

Как и в предыдущей статье, я исхожу из напряжения согласно нормам МЭК в 230 В.

Потребление

Важно определить, что будет потреблять и какие токи могут ожидаться. Для этого нужно составить список потребителей с их максимальным потреблением для определения сечения кабеля. Нужно понимать, что максимальная мощность подключения в приведенном выше случае составит всего 9200 Вт, потому одновременно включать все в электроплите (от 8800 до 10200 Вт) и потом еще утюг (до 2400 Вт) и пылесос (900-2000 Вт) не стоит. Здесь необходимо соблюдать баланс между удобством и возможностью и чем-то жертвовать.

В принципе нужно понимать, что как работает и с какой мощностью. Та же стиральная машина потребляет полную мощность первые 15-20 минут, пока идет нагрев воды и полоскание с порошком, далее мощность составляет 10-15% от заданной в паспорте. Так как это все очень индивидуально, то примем следующее для дальнейших расчетов крупных потребителей (из собственного опыта):

  • стиральная машина 2300 Вт (загрузка 6 кг, новые модели)
  • плита 9200 Вт
  • электрочайник 2000 Вт
  • утюг 2400 Вт
  • пылесос 1600 Вт

Это было то, что касалось нагрузки. Теперь перейдем к токам короткого замыкания.

Токи короткого замыкания

Щиток

Как я упоминал в предыдущей статье, расчет покажет какую-то величину, которая в реальной жизни малоприменима, особенно, если сети, к которым подключен дом, уже не новые. В любом случае для получения данных, от которых можно отталкиваться для расчета, являются измерения. Существуют специальные устройства, которые по сути своей включаются в розетку и измеряют сопротивление сети до этой точки. Также устройство показывает расчетное значение тока короткого замыкания в месте измерения, но данную величину можно всего лишь использовать для общей оценки, так как она высчитывается исходя из текущих параметров (например, напряжения в сети). Потому за основу следует брать только измеренное сопротивление.

Само же измерение также не является окончательным ответом, так как токи короткого могут изменяться вследствие модификаций в сети, вроде ремонтов или замен оборудования, или изменения режимов в сетях среднего напряжения. Потому измеренной значение следует «ухудшить», чтобы гарантировать защиту даже на потом.

Есть ряд факторов, которые можно учесть, пересчитав измеренную величину.

Во-первых, измерение проходит в нормальных условиях, а при коротком замыкании провода разогреваются и из-за этого увеличивается их электрическое сопротивление.

Во-вторых, есть погрешность измерений самого прибора, которая в отдельных случаях могут быть до 30%.

В-третьих, влияние сети среднего напряжения. Максимальное изменение токов короткого замыкания в сети низкого напряжения из-за изменений в сети среднего напряжения составляет 10-12%.

Все эти факторы приводят к тому, что измеренное значение сопротивления следует увеличить в 1,6-1,7 раз.

Допустим, прибор показал величину 0,74 Ом и ток короткого замыкания 308 А при подключении на входных клеммах нашего щитка. Цифра довольно большая, теперь пересчитаем для худшего варианта.

Корректируем сопротивление сети:

Далее, считаем согласно МЭК 60038 минимальный ток короткого замыкания для сети до 1000В с изменением напряжения плюс-минус 10%

Как видно, минимальный возможный ток короткого замыкания почти в 2 раза меньше расчетного.

Примечание

Для обычного бытового потребителя важен именно минимальный ток, так как для него время отключения критично. Если отключит минимальный, то максимальный проблем не составит.

Конечные потребители

Итак, у нас есть ток короткого замыкания на входе в щиток. Но встраиваемое там оборудование должно защищать провода по всей их длине, а не только возле щитка. Дальше есть два варианта: измерение или расчет. Так как я исхожу из полной замены проводки, то и токи короткого можно высчитать. В случае, если меняется щиток и только часть проводки, то советуют провести измерения и расчеты, как указано выше.

Итак, расчет. Имеет смысл его проводить перед началом работ и покупки проводов для оценки параметров в любом случае. Как исходные величины для сопротивлений возьмем максимальные допустимые величины сопротивлений из тех же стандартов МЭК (ниже приведены данные только по меди):






Сечение, мм² Сопротивление, Ом/км
1,5 12,2
2,5 7,56
4 4,70
6 3,11

Далее расчет. Примем следующее: до нашей розетки нужно проложить 50 м кабеля от щитка. Допустим, что мы выбираем кабель сечением 2,5 мм² с сопротивлением 12,2 Ом/км.

Сопротивление сети в точке подключения данной розетки составит:

Здесь есть несколько моментов, которые важно отметить. Сопротивление кабеля следует умножать на 2, так как сопротивление имеет два проводниках в проводе, и, хотя измеренное сопротивление является комплексной величиной, для расчета можно пренебречь реактивной составляющей. Также величины приведены в Ом/км в таблице, потому требуется пересчет в метры.

С помощью ранее приведенной формулы высчитываем минимальный ток короткого замыкания:

И из этого результата видно, что для гарантированного отключения нужно брать максимум С-автомат на 8 А или В-автомат на 16А.

Интересный факт

Стандартными являются выключатели на 10 и 16 А (в общем-то неважно, какой тип). И если брать автоматы на 8 или меньше ампер, то может оказаться, что их цена в 1,5-2 раза выше. Это следует учитывать при планировании, так как исключить поломку выключателя нельзя, а искать потом тот же С4А на замену может быть дорого и банально сложно из-за их редкости. У некоторых производителей есть автоматы на 13А, но тут тяжело говорить о ценовой политике, кто-то делает, как и 10А, кто-то дороже.

Здесь важно вновь отметить –

автоматы защищают только кабель, они не защищают от короткого замыкания то, что подключено в розетку

.

Какие главные недостатки такого расчета? Мы не учитываем сопротивления клемм, например, или сопротивление устройств защиты. Их сопротивление маленькое, и в принципе добавив 0,1-0,15 Ом к расчету можно скомпенсировать эту неточность ( в примере выше ток короткого будет 83А, что для данного случая роли уже не играет).

К сожалению реальны случаи (в постсоветском пространстве, по крайней мере), когда покупаешь кабель, а его реальное сечение меньше, чем написанное (например, 2,1 вместо 2,5 мм²). И если на одножильном проводе это еще проверить можно (штангенциркулем, например), то для многожильного провода можно забыть об этом. Здесь поможет только измерение.

Кабель продается большими отрезками, можно увечить длину, соединив последовательно все проводники. Так можно будет измерить и высчитать реальное сопротивление провода и в дальнейшем использовать эту величину для расчета и выбора автоматов.

Подбор устройств защиты по токам короткого и нагрузке

Вначале выполним расчет для подключения ряда потребителей, чтобы пример был более конкретный и начнем от более крупных потребителей к более мелким:

Электроплита

Проложен медный кабель 6 мм², от щитка до розетки 15 метров.

Ток короткого замыкания:

Возможен В-автомат на 32А или С-автомат на 16А (для плиты вполне нормально подойдет В-автомат, да 16А С-автомат маловат). Как я ранее писал, полная мощность плиты 9200 Вт, что означает 40А. Так как максимально возможный автомат 32 А, то нужно исходить из того, что все сразу включать нельзя. Что именно – зависит от потребления. В принципе для некоторых плит комбинация 2 конфорки и духовка дает 25 А, можно и так сделать.

Стиральная машина

Проложен кабель 2,5 мм², от щитка до розетки 30 метров.

Ток короткого замыкания:

Так как в машинке встроен электромотор, стоит выбрать С-автомат, в данном случае С10А.

Электрочайник

Проложен кабель 2,5 мм², от щитка до розетки 20 метров.

Ток короткого замыкания:

Так как электрочайник обычно не один там включен (это кухня), то здесь бы я советовал выбрать что-то вроде В16А-В20А.

Прочие электроприборы

Здесь речь идет в первую очередь об утюге или пылесосе (из упомянутых мною ранее крупных потребителей). В принципе их могут включить в любую розетку, потому в общем случае достаточно посчитать ток для самой отдаленной розетки (пример выше с 88,2 А и В16А именно тот случай). Если не выходит – нужно брать большее сечение, сделать надписи на розетках и предусмотреть специальные розетки для того же утюга (у пылесосов провода бывают достаточно длинные).

С одной стороны можно подобрать автомат под каждую розетку, с другой – иногда хочется унификации, да и проще при покупке кабелей и выключателей, здесь каждый решает для себя сам.

Для освещения расчет аналогичный, но тут чаще используется провод сечением 1,5 мм², так как клеммы в комплекте могут подходить для многожильного 2,5 мм² и то со скрипом. Но там и не такие большие токи, особенно если речь о светодиодном освещении.

Дополнение на основе комментариев от 27.11.18

Речь идет исключительно об осветительных приборах и их питании. В данном случае физически может быть так плохо спроектирован светильник, что туда 2,5 мм² просто не влезут по причине недостаточного места для нормального сгибания провода (я сам с таким сталкивался).

Выключатель в таком случае следует также выбирать по токам короткого замыкания, так как сопротивление проводника будет больше, то и токи короткого выйдут меньше, а значит и выключатель потребуется меньшего тока (В10А вместо В16А, например).

Координация устройств в щитке

Итак, есть следующие важные данные:

  • Вводное устройство максимум 40А
  • Ток короткого замыкания в щитке 173,7 А
  • Электроплита – максимум В32А
  • Стиральная машина – С10А
  • Розетки – В16А

Остальные устройства на данный момент не важны.

Итак, в первую очередь выберем вводное устройство. Для начала возьмем несколько различных типов выключателей на 40А (здесь и далее будет использоваться программа Siemens Simaris Curves, детальнее про программы я написал в конце статьи) и рассмотрим ситуацию для системы заземления TN.

На этом графике представлены ток короткого замыкания на входе в щиток и кривые выключателей типов В, С и Е. Последний еще известен, как «селективный автоматический выключатель» (селективный к ниже расположенным выключателям, так как отключает даже большие токи короткого с задержкой во времени). В данной системе (TN) время 0,4 секунды определяется для кабелей к розеткам, в то время как для распределительной сети (чем является сеть между вводным выключателем и выключателями на отдельные ветви) это время составляет 5 секунд. Во всех случаях время отключения слишком высокое, а именно более 5 секунд.

Маленькое напоминание

Временно-токовый график выключателя и предохранителя (в примере ниже рассмотрен выключатель) имеет 3 зоны: в зоне 1 он не должен срабатывать, в зоне 2 — должен сработать обязательно, зона 3 — допуск по нормам, «серая зона»:

Решением в данном случае может стать использование разъединителя с плавкой вставкой. По сути обычный плавкий предохранитель, но с внешним видом, как автоматический выключатель.

Выглядит следующим образом:

Взял для примера первую попавшуюся картинку из интернета, разъединитель от Hager со встраиваемыми предохранителями типа D02 («пробки»). На нем написано 63А, но так как типоразмер одинаковый, то в этот разъединитель можно установить любой предохранитель D02.

Итак, временно-токовая характеристика выглядит следующим образом (gG обозначает плавкий предохранитель общего назначения):

Максимальное время отключения 3,2 секунды, что соответствует нормам. Теперь посмотрим по селективности ниже, а именно сравним с В32, В16 и С10 с соответствующими, рассчитанными выше токами. Вначале В32 и плавкий предохранитель:

Здесь все хорошо, из графика явно видно время срабатывания каждого из защитных устройств. Естественно, что ситуация для маленьких выключателей будет лучше:

В16 и предохранитель

С10 и предохранитель

В целом существуют для каждого производителя таблицы селективности устройств защиты, например, как приведенная ниже.

Маленькая таблица для выключателей с характеристикой В, большая — С. Синим выделен номинальный ток выключателя, черный на светлом фоне — граничный ток селективности. Обе таблицы представляют селективность автоматических выключателей от Siemens к его же плавкому предохранителю 40А. Недостаток подобных таблиц — проверить все комбинации очень сложно, потому некоторые случаи даже не рассмотрены, хотя и не исключена селективность.

Ситуация для системы заземления ТТ

В данной ситуации отключение в распределительной сети должно произойти за 1 секунду, у конечных потребителей — за 0,2 секунды (исторически сложились такие величины). И если мы примем, что токи короткого замыкания соответствуют рассмотренным ранее, то потребители будут отключены вовремя (время срабатывания выключателя до 0,1 секунды), то для вводного устройства ситуация похуже. Тот же плавкий предохранитель на 40А сработает за целых 3,2 секунды. В общем нужно идти вниз по номиналу:

Как видно, предохранитель даже на 32А не отвечает нормам по времени отключения, но все устройства на 25А можно использовать. В данном случае имеет смысл остановиться на селективном выключателе и в целом получиться следующая картинка:

Автоматы В16А и С10А селективны, В20А — только для случая короткого замыкания, но не в случае длительной работы. Последнее в принципе можно применить, нужно только помнить, что если выбило селективный выключатель, то вполне могла быть проблема на нагрузке за В20А.

Дополнительная информация

Устройство дифференциального тока УДТ

Согласно рекомендации норм отдельные УДТ стоит ставить к каждому устройству защиты от токов короткого замыкания и перегрузок. Обязательными по требованию норм являются розетки, особенно там, где есть контакт электроприборов с водой или где высокая влажность.

Рекомендованы автоматические выключатели, управляемый дифференциальным током, со встроенной защитой от сверхтока (дифференциальные автоматы, RCBO), как универсальное и компактное решение. Хотя цена на них выше, чем на комбинацию выключатель+УДТ. Также существует обоснованное требования применения подобных устройств в ТТ-системах. Причина такого для ТТ-систем в том, что есть одна особенность замыканий по сравнению с TN-системами. Так как в случае ТТ-системы заземление выполняется не от источника питания, а в месторасположении потребителя, то фактически ток замыкания между фазой и корпусом может (и чаще всего бывает) меньше, чем между фазой и нейтралью (в TN-системах эти величины практически идентичны). Фактически это очень большой дифференциальный ток, но иногда недостаточно большой, чтобы сработал выключатель, но вполне достигающих величин, слишком высоких для простого УДТ.

Примечание. УДТ ранее в нормах называлось УЗО, согласно МЭК правильное название устройство дифференциального тока.

Размер щитка

Актуально для тех, у кого в квартире (энергокомпания может требовать основной выключатель возле счетчика, но иногда им все равно, тогда можно все дома держать). Здесь не нужно экономить место. Лучше взять щиток, который будет полупустой, но с ним будет и удобнее работать и всегда будет возможность для расширения.

Программы

Известные мне программы я привел ниже. Единственный естественный недостаток – использование исключительно собственного оборудования для сетей низкого напряжения. Все приведенные ниже программы бесплатны, но иногда требуют бесплатной регистрации для скачивания или первого запуска. Расположены они в порядке личных предпочтений.

  • Siemens Simaris Curves – использованная выше программа, уже много лет неизменная, хотя сравнение той же ограничивающей функции можно и улучшить (тут много нужно делать вручную).
  • ABB Curves – последнее время сильно улучшилась, количество функций выше, чем у предыдущей программы, но иногда немного заморочена. Также есть возможность использовать плавкие предохранители по МЭК для сравнения, не только собственные, пусть и довольно ограничено.
  • Eaton CurveSelect – Excel-файл с кривыми срабатывания защит. Увы, только с кривыми обязательного срабатывания, но не минимальных, потому применимость довольно ограничена в вопросе селективности.
  • Онлайн-ресурс от Schneider Electric не работает под Мозиллой, в целом не очень удобная. Здесь вставил ссылку, так как ее очень сложно найти и чаще перебрасывает на неработающую нынче отдельную программу.

Ссылки

Расчет домашней сети, определение мощности


Современная внутренняя система электроснабжения дома или квартиры обязана удовлетворять нескольким требованиям. Она должна быть:

  • Рассчитана на длительную безаварийную эксплуатацию
  • Обеспечена устройствами защиты от перегрузки, короткого замыкания, поражения человека электрическим током и значительных скачков напряжения
  • Обеспечена различными приборами, позволяющими повысить комфортность проживания
  • Рассчитана на возможность подключения самых различных устройств


Создание такой системы — непростая задача, требующая вдумчивого и системного подхода. Она предполагает реализацию следующих этапов: расчет, комплектация и монтаж.


В процессе расчета в помещениях выявляются определенные функциональные зоны, требующие подключения каких-либо электрических приборов. Эту работу удобнее всего выполнять с использованием плана квартиры или дома. На плане можно «расставить» предполагаемую мебель, «разместить» люстры и светильники, «установить» электроплиту, холодильник, стиральную машину и т. д. Это позволит определить расположение розеток, а также их тип. Размещение люстр, светильников и подсветок позволит, в свою очередь, найти удобные места для соответствующих выключателей. На этом же плане следует указать мощность оборудования, планируемого к установке.


Разделение всех потребителей на группы


Расчет домашней электрической сети, как правило, начинается с разделения всех потребителей на группы. Под группой понимается несколько потребителей, подключенных параллельно к одному питающему проводу, идущему от распределительного щита. Это группы освещения, группы розеток и т. д. Отдельными линиями запитываются агрегаты большой мощности (стиральные машины и электрические плиты). В отдельную группу выделяются розетки кухни, где подключаются микроволновые печи, электрические духовки, посудомоечные машины, электрические чайники и многое другое.


Результат разделения потребителей на группы вначале лучше отобразить в таблице, дополняя ее в дальнейшем новыми данными (табл. 1).


Группы потребителей электрической энергии с отдельными устройствами защиты могут формироваться тремя способами:

  • По помещениям в квартире (каждому помещению предоставляют отдельную линию)
  • По видам потребителей: освещение, розетки, электроплиты, стиральные машины и т. д
  • Для каждого потребителя, будь то розетка или светильник, проводится отдельная линия электропитания с устройствами защиты (европейский вариант)


Как показывает практика, любая разводка в доме или квартире является комбинацией вышеназванных вариантов в зависимости от конкретных потребностей и условий.


Определение установленной мощности и тока нагрузки


Важным этапом проектирования является определение суммарной потребляемой мощности установленного оборудования в каждой группе.


Величина установленной мощности позволяет рассчитать номинальный ток нагрузки на данную цепь. Номинальный ток — это тот максимальный ток, который будет протекать по фазному проводу. Во внутренней сети квартиры или дома с напряжением 220 В он легко определяется по максимальной потребляемой мощности.


При однофазной нагрузке номинальный ток In ~ 4,5Pm, где Pm — максимальная потребляемая мощность в киловаттах. Например, при Pm = 5кВт In = 4,5 * 5 = 22,5 А.


При распределении потребителей по группам необходимо исходить из следующих условий:

  • Кондиционер, теплые полы, электроплита, стиральная машина и другие мощные потребители с открытыми токопроводящими элементами должны подключаться к отдельным линиям, каждая из которых защищается автоматом защиты и УЗО
  • В отдельную группу выделяются розетки зон с повышенной влажностью (кухни и ванные комнаты)
  • Розетки жилых комнат можно объединить в одну группу
  • Систему освещения жилых комнат желательно разделить на две (или более) группы


Разделение на группы выполняется в распределительном шкафу, где на каждую группу устанавливается автоматический выключатель, а в некоторых случаях и УЗО. Таким образом, каждая из групп за пределами распределительного щита представляет собой отдельную электрическую цепь.


Значение номинального тока нагрузки позволяет определить и характеристики защитных устройств, и сечение жил провода.


Самым простым является расчет группы с одним прибором, например электрической духовкой. Ее потребляемая мощность 2 кВт (определяется по паспорту). Номинальный ток нагрузки In = 4,5 * 2 = 9 А. Таким образом, в цепь питания духовки должен устанавливаться автоматический выключатель с номинальным током не менее 9 А. Ближайшим по номиналу является автомат 10 А.


Расчет токовой нагрузки и выбор автоматического выключателя для группы с несколькими потребителями усложняется введением коэффициента спроса, определяющего вероятность одновременного включения всех потребителей в группе в течение длительного промежутка времени.


Конечно, величина коэффициента спроса зависит от множества объективных и субъективных факторов: типа квартиры, назначения электрических устройств и т. д. Например, коэффициент спроса для телевизора обычно принимается за 1, а коэффициент спроса для пылесоса — 0,1. Существуют даже целые системы расчета коэффициента спроса как для отдельных квартир, так и для многоэтажных домов.


Понятно, что одновременное включение и работа всех электроприборов в квартире или частном доме маловероятны. Поэтому в нашем случае коэффициент спроса для каждой группы можно определить по таблице усредненных значений (табл. 2).


Для расчета розеточной группы кухни примем, что там будут включаться следующие приборы:

  • Электрический чайник — 700 Вт
  • Овощерезка — 400 Вт
  • Микроволновая печь — 1200 Вт
  • Холодильник — 300 Вт
  • Морозильник — 160 Вт
  • Прочее — 240 Вт


Суммарная номинальная мощность этих приборов в группе составляет 3000 Вт.


С учетом коэффициента спроса (равного 0,7) номинальная мощность будет равна 3000 * 0,7 = 2100 Вт.


Номинальный ток нагрузки в цепи этой розеточной группы будет равен 4,5 х 2,1 = 9,45 А.


После аналогичных расчетов дополним табл. 3 полученными значениями потребляемой мощности и номинального тока для остальных групп.


Выбор сечений жил и типа провода


Сечение жил провода для каждой группы рассчитывается в зависимости от предполагаемой суммарной мощности устанавливаемых в ней приборов и расчетных значений силы тока (конечно, с некоторым запасом). Необходимые рекомендации можно получить в «Правилах устройства электроустановок» (ПУЭ) — главном документе электрика.


Табл. 4 отражает соответствие нагрузочных токов и допустимых сечений проводов, регламентированных ПУЭ (применяется для медных проводов, потому что использование алюминиевых в электропроводке жилых помещений в настоящее время запрещено).


Для более точного расчета нужных сечений жил проводов необходимо не только руководствоваться мощностью нагрузки и материалом изготовления жил, но и учитывать способ их прокладки, длину, вид изоляции, количество жил в проводе, условия эксплуатации и другие факторы. Поэтому опытные электрики считают оптимальным вариантом применение жил сечением 1,5 мм2 — для осветительной группы (4,1 кВт и 19 А), 2,5 мм2 — для розеточной группы (5,9 кВт и 27 А) и 4—6 мм2 — для приборов большой мощности (свыше 8 кВт и 40 А). Такой вариант выбора сечений для проводов является, пожалуй, наиболее распространенным при монтаже электропроводки квартир и домов. Он позволяет повысить надежность скрытой проводки, а также создать некоторый «резерв» в случае увеличения мощности нагрузки, например при подключении дополнительных устройств В табл. 5 приведены сечения жил проводов, выбранные для нашего примера.


При выборе типа и марки провода необходимо исходить, прежде всего, из соображений надежности и долговечности. Также следует учитывать допустимое напряжение пробоя изоляции. Особенно это актуально при скрытой проводке. Сегодня для внутренней проводки в доме или квартире лучше всего использовать электрические провода с однопроволочными медными жилами (плоские или круглые) марки ВВГ, ВВгнг и NYM.


Выбор устройств защиты


Дальнейшая работа заключается в проектировании многоуровневой защиты внутренней электрической сети и оборудования от различных аварийных ситуаций. Эта важная и ответственная задача требует определенной подготовки и включает в себя выбор защитных устройств по типу и характеристикам, а также способ их подключения. Для защиты внутриквартирной сети используются, как правило, автоматические выключатели,
устройства защитного отключения (УЗО), дифференциальные автоматы, реле напряжения.


Для сети частного дома кроме указанных устройств используются
стабилизаторы, а также
устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). В квартирной проводке устройство защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов не требуется, так как она, как правило, входит в защитную систему всего дома.


Для выбора характеристик защитных устройств используются значения установленной мощности и номинальных токов, полученные в предыдущих расчетах, и принятые сечения проводов. Более подробные сведения о защитных устройствах приведены в разделе «Защитные устройства».


Автоматический выключатель


Автоматический выключатель служит для защиты проводки от токов перегрузки и короткого замыкания. УЗО является эффективным средством защиты от поражения электрическим током и возникновения пожаров, связанных с нарушением проводки. Включение в схему реле напряжения позволяет обеспечить надежную защиту дорогостоящего оборудования от аварийных скачков напряжения.


Выбор автоматического выключателя выполняется в первую очередь по допустимой величине номинального тока для проводки. При этом следует иметь в виду, что автоматический выключатель служит для защиты от сверхтоков именно электропроводки, идущей к розетке, а не подключенного к ней оборудования. Любая техника, как правило, имеет свою встроенную защиту от перегрузок или замыканий. Не защищает автоматический выключатель и людей от поражения электрическим током. Поэтому номинальный ток автоматического выключателя выбирается, прежде всего, исходя из возможностей проводки и ни в коем случае не должен превышать максимально допустимый ток для данного сечения провода. Для бытовых сетей изготавливаются автоматические выключатели с номинальными токами 6; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63 А


При выборе автомата необходимо учитывать также класс прибора, его отключающую способность и класс токоограничения.


Автоматические выключатели класса В необходимо применять для защиты цепей с лампами накаливания и нагревательными приборами. Для всех остальных бытовых нагрузок используют автоматы с характеристикой С. Отключающая способность автоматического выключателя должна быть не менее 4,5 кА и не менее 6 кА для медной проводки сечением 2,5 мм2 и выше. Класс токоограничения следует выбирать не ниже 2, а лучше 3.


Итак, исходя из табл. 6, для нашего примера подойдут автоматические выключатели ВА 63 класса С с током короткого замыкания от 4000 до 6000 А и номинальными токами, соответствующими сечению жил по каждой группе. При этом следует помнить, что номинальный ток автомата должен быть на один порядок меньше значения допустимого тока для защищаемого провода.


Технические характеристики автоматических выключателей отражены в маркировке, имеющейся на корпусе. На рисунке изображен автоматический выключатель на 16 А, класса С с отключающей способностью до 4500 А.


Среди автоматических выключателей различных производителей наибольшее распространение получили устройства серии ВА фирм IEK, ДЭК, ИНТЭС, EKF. Они достаточно надежны и вполне удовлетворяют критерию цена/качество. К более дорогим устройствам премиум класса относятся автоматические выключатели серий ABB, Legrand, Siemens. Они имеют перегрузочную способность по току около 6—8 кА, механическую износостойкость и наработку на отказ, а также дополнительный сервис (крышечки, индикаторы и т. д.). Однако выбор дорогих автоматов предполагает использование и других элементов электрической системы той же ценовой категории.


Устройство защитного отключения (УЗО)


Для правильного выбора УЗО вначале нужно определиться с его конструктивными особенностями (электромеханическое или электронное). Электромеханические УЗО стоят гораздо дороже, но они отличаются высокой степенью надежности и способны гарантированно срабатывать при любом уровне напряжения в сети. Электронные УЗО на порядок дешевле, но их работоспособность (в силу конструктивных особенностей) зависит от стабильности напряжения в сети, что в редких случаях не исключает возникновение аварийной ситуации. Однако чаще всего они работают вполне стабильно, поэтому предпочтение отдается электронным УЗО в силу их доступности и дешевизны. Следует отметить, что их использование вполне оправданно при дополнительной установке стабилизатора напряжения.


Основными характеристиками УЗО являются ток утечки (ток срабатывания), время срабатывания и максимальная величина тока короткого замыкания. Расчетный ток утечки для бытовой сети, как правило, выбирается в пределах от 10 до 30 мА При этом время срабатывания должно составлять в среднем от 10 до 30 мс Максимальная величина тока короткого замыкания
Inc — характеристика, определяющая способность прибора выдерживать сверхтоки, возникающие в цепи при коротком замыкании. Понятно, что автоматический выключатель, соединенный в цепи последовательно с УЗО, сработает на отключение, но это произойдет через 10 мс, а за это время УЗО будет находиться под воздействием сверхтока. И если оно сохраняет при этом работоспособность, то его качество считается высоким. Значения максимального тока короткого замыкания для различных УЗО лежат в пределах от 3000 до 10 000 А, а минимально допустимое значение Inc — 3000 А.


При выборе типа УЗО (АС, А, В, S, G) следует учитывать характер нагрузки в защищаемой группе. Если в цепь включаются современные стиральные машины, микроволновки, телевизоры, компьютеры, кондиционеры и т. д, имеющие в своем составе импульсные блоки питания, выпрямители, тиристорные регуляторы, то предпочтительнее устанавливать УЗО типа А. Применение УЗО типа АС допускается в случаях, когда заведомо известно, что в зону защиты УЗО не будут входить устройства с выпрямительными элементами. Селективное УЗО типа S устанавливается, как правило, на вводе после главного автоматического выключателя при организации многоуровневой защиты. Они служат для защиты всей сети дома или квартиры и должны срабатывать с задержкой во времени по отношению к УЗО, защищающим отдельные группы потребителей.


Окончательный выбор УЗО можно выполнить с достаточной точностью, используя значение номинального тока в цепи конкретной группы. Номинальный ток УЗО выбирается из следующего ряда; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 40; 63; 80; 100; 125 А


В нашем примере (табл. 7) на группы № 1, 2, 3, 5 устанавливается УЗО с током утечки 30 мА и номинальными токами, на порядок превышающими токи автоматических выключателей.


Кроме того, после главного автомата устанавливается общее УЗО с током утечки 300 мА.


Для защиты УЗО от токов короткого замыкания и токов перегрузки перед ним обязательно устанавливается автоматический выключатель. При этом номинальный ток УЗО должен быть на ступень больше. Смысл такого требования заключается в следующем. Если УЗО и автоматический выключатель имеют равные номинальные токи, то при протекании тока, превышающего номинальный, например на 45 % , т. е. тока перегрузки, автоматический выключатель может сработать в течение одного часа. Это означает, что УЗО длительный период времени будет работать в режиме перегрузки.


Наиболее вероятными местами поражения электрическим током в квартирах и домах являются помещения с повышенной влажностью — кухня и ванная комната. Здесь достаточно много электробытовых приборов с открытыми токопроводящими элементами и естественных заземлителей (водопроводные, газовые трубы). Группы розеток таких помещений требуют установки УЗО в первую очередь.


Все важнейшие характеристики УЗО должны содержаться в маркировке прибора на его лицевой панели и в сопроводительной технической документации.


Эффективная работа УЗО в значительной степени зависит от правильной его установки. Устройство, как правило, подключается в распределительных щитах после главного (вводного) автомата. Допускается установка одного УЗО с током утечки 30 мА на всю квартиру или дом. Недостатками данного решения являются трудность обнаружения места утечки и полное отключение напряжения в квартире при срабатывании устройства.


Приобретая защитные устройства, необходимо обратить внимание не только на параметры приборов, но и на качество их изготовления, подтвержденное соответствующими сертификатами.
В любом случае предпочтение следует отдавать фирме-изготовителю, которая предлагает полный ассортимент защитных устройств.


Вместо комбинации из двух устройств — УЗО + автомат — можно использовать дифференциальный автомат, сочетающий в себе функции обоих приборов. Такое решение в значительной степени упрощает их подбор и последующий монтаж.


Для наглядности полученные результаты можно изобразить в виде однолинейной схемы, где хорошо видны взаимосвязи всей электрической сети, а также характеристики ее элементов. Такая схема поможет избежать возможных сшибок при сборке распределительного щита. Следует отметить, что на этой схеме отсутствует система защиты от скачков напряжения (реле напряжения).
В ней также не отражены тип электропитания (трехфазный или однофазный) и способ заземления.


В случае деления энергопотребителей на группы рекомендуется устанавливать по одному УЗО 30 мА на группу розеток и на группу освещения, а также по одному УЗО 30 мА на каждую линию, питающую энергоемкие приборы. Такой вариант позволяет избежать неудобств при срабатывании устройства и локализовать аварийную зону. Кроме того, рекомендуется установка одного УЗО с током утечки в 300 мА — на вводе.


Оно устанавливается после автоматического выключателя, а его номинальный ток будет зависеть от расчетной нагрузки и номинального тока автомата. В этом случае лучше применить не обычное, а так называемое селективное УЗО, время срабатывания которого составляет 0,3—0,5 с. Более длительное время срабатывания даст возможность среагировать на возникшую утечку устройствам, защищающим отдельные электроприборы или группы. Только в том случае, если они не сработают, оно отключит всю схему электроснабжения целиком.


Реле напряжения (PH)


Реле напряжения (PH) предназначено для отключения внутренней сети при недопустимых колебаниях напряжения с последующим автоматическим включением после его восстановления. Оно, как правило, оснащается устройством регулировки верхнего и нижнего порога срабатывания


Главным параметром реле напряжения является быстродействие. Это весьма эффективное устройство для защиты оборудования при аварийных ситуациях, которые возникают в результате обрыва нейтрали, перегрузки, перекоса фаз и т. п.


В зависимости от нагрузки устройства могут быть рассчитаны на номинальные токи в 16; 30; 40; 60; 80 А. Эта характеристика обозначает силу тока, которую реле способно пропустить без выхода из строя. Реле напряжения выбирают по значению номинального тока в цепи с 20—30%-ным запасом. То есть, если главный автоматический выключатель имеет номинальный ток в 25 А, то реле напряжения должно быть рассчитано на 32 или 40 А Обычно в домах и квартирах достаточно 30 или 40 А, что соответствует мощности примерно 6 и 8 кВт.


На трехфазном вводе чаще всего устанавливают по однофазному реле напряжения на каждую фазу (при отсутствии трехфазных потребителей).


Схемы вводно-распределительных устройств


Результаты расчетов и подбора защитных устройств, как правило, отражаются в схемах, которые становятся основным документом, позволяющим выполнить правильный монтаж распределительного щита. По схеме можно еще раз проверить правильность выбора защитных устройств и наметить последовательность их монтажа.


Схема распределительного щита. Однофазное питание приходит от вводного устройства с разделенными проводниками РЕ и N. На вводе установлены два вводных однополюсных автомата защиты на 50 А. На схеме они спаренные и вместо них можно использовать один двухполюсный автомат. Далее электропитание поступает на счетчик учета электроэнергии, а затем распределяется по группам. Проводник защитного заземления соединяется с шиной РЕ, от которой осуществляется разводка по помещениям. Рабочий нуль соединяется с шиной N и затем распределяется по группам.


Недостаткам этой схемы является отсутствие после электросчетчика дифференциального автомата защиты, объединяющего в себе функции устройства защитного отключения (УЗО) и автомата защиты электропроводки от сверхтоков (токов короткого замыкания) и перегрузки. Номинал этого дифференциального автомата должен быть 50 А, номинал по току утечки — 30 мА, его время отключения при коротком замыкании должно быть меньше времени отключения вводных автоматов.


На группе розеток кухни и стиральной машины установлен автомат защиты на 16 А и УЗО на 20 А, так как номинал УЗО должен быть больше номинала автомата защиты, установленного с ним в паре.


Схема вводно-распределительного устройства трехфазного тока для среднего частного дама с хозяйственной постройкой. В пластиковый или металлический шкаф вводится кабель с проводниками L1, L2,L3, и PEN. Проводник PEN расщепляется (на главной заземляющей шине) на проводники N (рабочая нейтраль) и РЕ (защитное заземление), которые присоединяются к двум медным шинам. К шине N приходят рабочие нейтрали от всех групп, к шине РЕ подключаются провода защитного заземления, приходящие от устройств большой мощности.


Фазные провода через главный трехфазный автоматический выключатель приходят к счетчику. К нему же подключается и рабочая нейтраль. Затем устанавливается трехфазное УЗО, которое защищает всю электрическую цепь дома. Далее электрический ток распределяется по линиям, защищенным, в свою очередь, автоматами или УЗО.


Первые три автоматических выключателя предназначены для защиты осветительных цепей от перегрузки и короткого замыкания. Отдельная линия, защищенная дифференциальным автоматом, выделена для розеточной группы кухни. Далее следует группа розеток для других помещений, защищенная УЗО и тремя автоматическими выключателями. Последняя линия, состоящая из одного УЗО и двух автоматических выключателей, предназначена для защиты цепей отдельно стоящего помещения. Все группы запитываются от разных фаз L1, L2,L3, а защитные приборы подбираются в соответствии с предварительно разработанной схемой с учетом нагрузок на каждую группу и условиями эксплуатации оборудования.


Схема квартирного распределительного щита, оснащенного (наряду с другими защитными устройствами) реле напряжения. В ней указаны номиналы всех автоматов защиты и сечений электрических кабелей. Энергопотребители разделены на отдельные группы с учетом их функциональных особенностей. Ввод выполнен по трехпроводной системе (с PE-проводником защитного заземления).


Для электропроводки здесь принят кабель марки ПВС. Это круглый гибкий кабель с двойной изоляцией и многопроволочными токопроводящими жилами, который не рекомендуется для скрытой проводки. Кроме того, концы жил такого кабеля в многочисленных соединениях требуют лужения. Разумнее использовать кабель марки ВВГ или NYM. Подобная схема вполне может быть полезна для организации электропитания небольшого частного дома.


Схема распределительного щита может быть выполнена с использованием условных обозначений, принятых правилами ПУЭ. На такой схеме указываются типы и характеристики защитных устройств, а также установка их на конкретные группы.


Тип ввода на приведенной схеме однофазный, с защитным проводником РЕ. Марка и сечения проводов здесь приняты в соответствии с номиналами защитных устройств и типом нагрузки.


Простейшая электрическая схема распределительного щита в квартире при однофазном вводе. Она не предусматривает установку счетчика энергии. В квартиру входят три провода — L, N и РЕ. На фазный провод установлен автоматический выключатель. Далее следует УЗО, которое защищает всю систему от возможности поражения человека электрическим током. Система разделена на девять групп потребителей, защищенных автоматами. Каждая группа подключена к проводнику защитного заземления РЕ.


Схема распределительного щита частного дома с сауной с трехфазным вводом без защитного проводника заземления РЕ, что является ее основным недостатком. В этом случае замыкание фазного провода на любой открытый токопроводящий корпус не вызывает короткого замыкания, необходимого для отключения автомата защиты. Кроме того, на линиях сауны, стиральной машины и группы розеток кухни установлены УЗО, что не защищает цепи от сверхтоков, вызванных перегрузкой или коротким замыканием (УЗО на короткое замыкание не реагирует). Здесь должны быть установлены УЗО + автомат или дифференциальные автоматы, совмещающие функции автомата и УЗО.


Для квартир различной планировки и степени комфортности можно предложить несколько электрических схем распределительных щитов с подбором номиналов устройств защиты.








Примеры оформления схем электропроводки


Каждый проект электроснабжения квартиры составляется с учетом особенностей жилья, типов электропитания, а также индивидуальных запросов. В общем случае для качественного последующего монтажа электрику необходимы:

  • Схема распределительного щита
  • План с размещением осветительных приборов, выключателей и регулирующих устройств
  • План размещения розеток и распределительного щита
  • Планы и схемы могут быть выполнены в достаточно упрощенном виде с использованием условных графических обозначений конкретных устройств. Их наличие поможет подобрать провода, а также электромонтажные и алектроустановочные изделия, необходимые для монтажа


Схема подключения дифференциального автомата, выполняющего функции УЗО и автоматического выключателя.


Схема подключения общего УЗО с выводом нулевого проводника на нулевую шину. Номинал УЗО принят на порядок выше номинала общего защитного автомата.


Однолинейная электрическая схема. Представляет собой систему электропитания однокомнатной квартиры с трехфазным вводом и защитным проводником РЕ. Она включает в себя результаты расчетов сети и наиболее полно отражает все ее особенности. Здесь указаны типы и характеристики защитных устройств, марка и сечения проводов, мощность потребителей. Такая схема позволит правильно укомплектовать и качественно смонтировать распределительный щит.

Смотрите также:

6 кв какой автомат.

Расчет автоматов защиты. Каким производителям стоит доверять

Автоматический выключатель
— это устройство, обеспечивающее защиту электропроводки и потребителей (электрических приборов) от коротких замыканий и перенагрузки электросети. Бытует ошибочное мнение, что автоматический выключатель обеспечивает защиту электроприборов от неполадок в сети. Это чушь, тут скорее наоборот, автоматический выключатель защищает проводку от самих потребителей, ведь перенагрузку электросети создают сами потребители.

У каждого автоматического выключателя есть свои технические характеристики, но чтобы сделать правильный выбор автоматического выключателя, нужно понимать и учитывать всего три: это номинальный ток, класс автомата и отключающая способность
.

Разберем их по порядку.

Номинальный ток In

— это сила тока, которую может пропустить через себя автомат. При превышении номинального тока, происходит размыкание контактов автоматического выключателя, вследствие чего обесточивается участок цепи. По стандартам, отключение автоматического выключателя должно происходить при силе тока в 145% от номинального. Самые распространенные автоматы с номинальным током в 6; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63 А.

Класс автомата
— это кратковременное значение силы тока, при котором автомат не срабатывает. Что это значит? Существует такое понятие как пусковой ток
. Пусковой ток — это ток, который кратковременно потребляет электроприбор при запуске. Пусковой ток может во много раз превосходить номинальный ток прибора. Например, при включении лампочки в 60 Вт, создается пусковой ток в 10-12 раз больше от рабочего. Это значит, что на протяжении нескольких секунд, лампочка будет потреблять не 0.27 А, а 2.7-3.3 А. Для того чтобы компенсировать пусковые токи и используются классы автоматов.

Существуют 3 класса автоматических выключателей:

  1. класс B
    (превышение пускового тока в 3-5 раз от номинального)
  2. класс C
    (превышение пускового тока в 5-10 раз от номинального)
  3. класс D
    (превышение пускового тока в 10-50 раз от номинального)

Самый оптимальный класс для жилых и коммерческих помещений — это C класс.

Отключающая способность
— это предельное значение тока короткого замыкания, которое может выдержать автоматический выключатель без потери работоспособности. На нашем рынке распространенны автоматические выключатели с отключающей способностью в 4,5 кА (килоампер). Но в Европе такие автоматы к установке запрещены, там они должны быть минимум в 6 кА. Если посмотреть на практике, то вполне хватает и 4,5 кА, так как в быту ток короткого замыкания редко превышает 1 кА. Если хотите соответствия стандартам, то выбирайте автомат на 6 кА и больше, если хотите по экономней, то автомат на 4,5 кА самое то.

Расчет автоматического выключателя.

Автоматический выключатель можно рассчитывать двумя методами: по силе тока потребителей или по сечению используемой проводки.

Рассмотрим первый способ — расчет автомата по силе тока
.

Первым шагом, нужно подсчитать общую мощность, которую нужно повесить на автомат. Для этого суммируем мощность каждого электроприбора. Например, нужно рассчитать автомат на жилую комнату в квартире. В комнате находится компьютер (300 Вт), телевизор (50 Вт), обогреватель (2000 Вт), 3 лампочки (180 Вт) и еще периодически будет включаться пылесос (1500 Вт). Плюсуем все эти мощности и получаем 4030 Вт.

Вторым шагом рассчитываем силу тока по формуле I=P/U

P —
общая мощность
U
— напряжение в сети

Рассчитываем I=4030/220=18,31 А

Выбираем автомат, округляя значение силы тока в большую сторону. В нашем расчете это автоматический выключатель на 20 А.

Рассмотрим второй метод — подбор автомата по сечению проводки .

Этот метод намного проще предыдущего, так как не нужно производить никаких расчетов, а значения силы тока брать из таблицы (ПУЭ табл.1.3.4 и 1.3.5.)

Допустимый длительный ток для проводов и кабелей с медными жилами

в одной трубе

двух одножильных

трех одножильных

четырех одножильных

одного двухжильного

одного трехжильного

Допустимый длительный ток для проводов и кабелей с алюминиевыми жилами

Сечение токопроводящей жилы, мм 2

Ток, А, для проводов, проложенных

в одной трубе

двух одножильных

Проектируя электропроводку в помещении, начинать надо с расчета силы тока в цепях. Ошибка в этом расчете может потом дорого обойтись. Электрическая розетка может расплавиться под действием слишком сильного для нее тока. Если ток в кабеле больше расчетного для данного материала и сечения жилы, проводка будет перегреваться, что может привести к расплавлению провода, обрыва или короткого замыкания в сети с неприятными последствиями, среди которых необходимость полной замены электропроводки – еще не самое плохое.

Знать силу тока в цепи надо и для подбора автоматических выключателей, которые должны обеспечивать адекватную защиту от перегрузки сети. Если автомат стоит с большим запасом по номиналу, к моменту его срабатывания оборудование может уже выйти из строя. Но если номинальный ток автоматического выключателя меньше тока, возникающего в сети при пиковых нагрузках, автомат будет доводить до бешенства, постоянно обесточивая помещение при включении утюга или чайника.

Формула расчета мощности электрического тока

Согласно закону Ома, сила тока(I) пропорциональна напряжению(U) и обратно пропорциональна сопротивлению(R), а мощность(P) рассчитывается как произведение напряжения и силы тока. Исходя из этого, ток в участке сети рассчитывается: I = P/U.

В реальных условиях в формулу добавляется еще одна составляющая и формула для однофазной сети приобретает вид:

а для трехфазной сети: I = P/(1,73*U*cos φ),

где U для трехфазной сети принимается 380 В, cos φ – это коэффициент мощности, отражающий соотношение активной и реактивной составляющих сопротивления нагрузки.

Для современных блоков питания реактивная компонента незначительна, величину cos φ можно принимать равной 0,95. Исключение составляют мощные трансформаторы (например, сварочные аппараты) и электродвигатели, они имеют большое индуктивное сопротивление. В сетях, где планируется подключение подобных устройств, максимальную силу тока следует рассчитывать с использованием коэффициента cos φ, равного 0,8 или рассчитать силу тока по стандартной методике, а потом применить повышающий коэффициент 0,95/0,8 = 1,19.

Подставив действующие значения напряжения 220 В/380 В и коэффициента мощности 0,95, получаем I = P/209 для однофазной сети и I = P/624 для трехфазной сети, то есть в трехфазной сети при одинаковой нагрузке ток втрое меньше. Никакого парадокса тут нет, так как трехфазная проводка предусматривает три фазных провода, и при равномерной нагрузке на каждую из фаз она делится натрое. Поскольку напряжение между каждым фазным и рабочим нулевым проводами равно 220 В, можно и формулу переписать в другом виде, так она нагляднее: I = P/(3*220*cos φ).

Подбираем номинал автоматического выключателя

Применив формулу I = P/209, получим, что при нагрузке с мощностью 1 кВт ток в однофазной сети будет 4,78 А. Напряжение в наших сетях не всегда равно в точности 220 В, поэтому не будет большой ошибкой силу тока считать с небольшим запасом как 5 А на каждый киловатт нагрузки. Сразу же видно, что в удлинитель, промаркированный «5 А», утюг мощностью 1,5 кВт включать не рекомендуется, так как ток будет в полтора раза превышать паспортную величину. А еще сразу можно «проградуировать» стандартные номиналы автоматов и определить, на какую нагрузку они рассчитаны:

  • 6 А – 1,2 кВт;
  • 8 А – 1,6 кВт;
  • 10 А – 2 кВт;
  • 16 А – 3,2 кВт;
  • 20 А – 4 кВт;
  • 25 А – 5 кВт;
  • 32 А – 6,4 кВт;
  • 40 А – 8 кВт;
  • 50 А – 10 кВт;
  • 63 А – 12,6 кВт;
  • 80 А – 16 кВт;
  • 100 А – 20 кВт.

С помощью методики «5 ампер на киловатт» можно оценить силу тока, возникающую в сети при подключении бытовых устройств. Интересуют пиковые нагрузки на сеть, поэтому для расчета следует использовать максимальную потребляемую мощность, а не среднюю. Эта информация содержится в документации на изделия. Вряд ли стоит самому рассчитывать этот показатель, суммируя паспортные мощности компрессоров, электродвигателей и нагревательных элементов, входящих в устройство, так как есть еще такой показатель, как коэффициент полезного действия, который придется оценивать умозрительно с риском сильно ошибиться.

При проектировании электропроводки в квартире или загородном доме не всегда доподлинно известны состав и паспортные данные электрооборудования, которое будет подключаться, но можно воспользоваться ориентировочными данными обычных для нашего быта электроприборов:

  • электросауна (12 кВт) — 60 А;
  • электроплита (10 кВт) — 50 А;
  • варочная панель (8 кВт) — 40 А;
  • электроводонагреватель проточный (6 кВт) — 30 А;
  • посудомоечная машина (2,5 кВт) — 12,5 А;
  • стиральная машина (2,5 кВт) — 12,5 А;
  • джакузи (2,5 кВт) — 12,5 А;
  • кондиционер (2,4 кВт) — 12 А;
  • СВЧ-печь (2,2 кВт) — 11 А;
  • электроводонагреватель накопительный (2 кВт) — 10 А;
  • электрочайник (1,8 кВт) — 9 А;
  • утюг (1,6 кВт) — 8 А;
  • солярий (1,5 кВт) — 7,5 А;
  • пылесос (1,4 кВт) — 7 А;
  • мясорубка (1,1 кВт) — 5,5 А;
  • тостер (1 кВт) — 5 А;
  • кофеварка (1 кВт) — 5 А;
  • фен (1 кВт) — 5 А;
  • настольный компьютер (0,5 кВт) — 2,5 А;
  • холодильник (0,4 кВт) — 2 А.

Потребляемая мощность осветительных приборов и бытовой электроники невелика, в целом суммарную мощность осветительных приборов можно оценить в 1,5 кВт и автомата на 10 А на группу освещения достаточно. Бытовая электроника подключается к тем же розеткам, что и утюги, дополнительные мощности резервировать для нее нецелесообразно.

Если просуммировать все эти токи, цифра получается внушительная. На практике, возможности подключения нагрузки ограничивает величина выделенной электрической мощности, для квартир с электрической плитой в современных домах она составляет 10 -12 кВт и на квартирном вводе стоит автомат номиналом 50 А. И эти 12 кВт надо распределить, учитывая то, что самые мощные потребители сосредоточены на кухне и в ванной комнате. Проводка будет доставлять меньше поводов для беспокойства, если разбить ее на достаточное количество групп, каждая со своим автоматом. Для электроплиты (варочной панели) делается отдельный ввод с автоматом на 40 А и устанавливается силовая розетка с номинальным током 40 А, ничего больше туда подключать не надо. Для стиральной машины и другого оборудования ванной комнаты делается отдельная группа, с автоматом соответствующего номинала. Эту группу обычно защищают УЗО с номинальным током на 15% большим, чем номинал автоматического выключателя. Отдельные группы выделяют для освещения и для настенных розеток в каждой комнате.

На расчет мощностей и токов придется потратить некоторое время, но можно быть уверенным, что труды не пропадут даром. Грамотно спроектированная и качественно смонтированная электропроводка – залог комфорта и безопасности вашего жилища.

При проведении электромонтажных работ основным критерием всегда должна выступать безопасность. Ведь от этого зависит очень многое, вплоть до жизни и здоровья человека. И совершенно не имеет значения причина подобного мероприятия. В любом случае необходимо правильно подобрать защитные устройства. Именно в связи с этим придётся провести расчёт автомата по мощности, учитывая некоторые важные нюансы.


Каждому, кто сталкивался с электропроводкой, приходилось слышать об автоматических выключателях или автоматах. В первую очередь грамотный электрик всегда посоветует отнестись к выбору столь важной части электросети с особой щепетильностью. Так как впоследствии именно этот нехитрый прибор может избавить от многих неприятностей.

Совершенно неважно, какого рода проводятся электромонтажные работы — ложится ли новая проводка в только что построенном доме, заменяется старая, модернизируется щиток или прокладывается отдельная ветка для слишком энергоёмких приборов — в любом случае особое внимание необходимо уделить подбору автомата по мощности и прочим параметрам.

Любой современный автомат имеет две степени защиты. Это означает, что помочь он сможет в двух, наиболее распространённых ситуациях
.

Таким образом, автомат способен защитить не только личное имущество, но в некоторых случаях и жизнь. Хотя для этого необходимо провести грамотный расчёт автоматического выключателя по мощности и ряду других параметров. А также не стоит брать автомат «с запасом», так как при критических значениях токов в сети он банально может не сработать, что равнозначно его отсутствию.

Что же касается защиты человека от поражения электрическим током в результате прикосновения к токоведущим частям, то здесь предпочтительнее использовать УЗО.

Принцип работы

Основной задачей защитного выключателя является отсечение подачи электрического тока от подающего кабеля в сеть потребителя. Происходит это благодаря расцепителям, находящимся в теле автомата. Причём существуют два вида таких частей:

  1. Электромагнитные, представляющие собой катушку, пружину и сердечник, который при превышении номинальных токов втягивается и через пружину разъединяет контакты. Происходит это практически мгновенно — от 0,01 до 0,001 секунды, что способно обеспечить надёжную защиту.
  2. Биметаллические тепловые — срабатывают при прохождении токов, превышающих предельные значения. При этом биметаллическая пластина, являющаяся основой такого расцепителя, изгибается и происходит разрыв контактов.

Для более надёжного отключения в большинстве современных моделей автоматов стараются применять оба вида расцепителей.

Учитывая разнообразие электросетей и определённых ситуаций, автоматы могут быть разных видов
. Принцип их работы ничем существенным не отличается — срабатывают всё те же расцепители, но в зависимости от ситуации и ряда других нюансов используют разные их вариации.

Так, для стандартной однофазной сети напряжением 220 вольт выпускаются однополюсные и двухполюсные АВ. Первые способны разрывать лишь один провод — фазу. Вторые могут работать и с фазой, и с нулём. Безусловно, предпочтительнее использовать второй вариант. Особенно, если дело касается помещений с повышенной влажностью. Конечно, и однополюсный автомат вполне справится со своей задачей, но могут возникнуть ситуации, когда перегоревшие провода замкнут между собой. В таком случае, естественно, фаза будет отсечена, но вот нулевой провод окажется под напряжением, что может быть крайне опасно.

Для трёхфазных сетей напряжением 380 вольт используются трёх- или четерёхполюсные автоматы. Устанавливать их необходимо и на входе, и непосредственно перед потребителем. Как понятно, такие автоматы отсекают все три фазы, подключённые к ним. В редких случаях возможно использование одно- или двухполюсных защитных устройства для отсекания, соответственно, одной или двух фаз.

Конечно, любой автомат превосходно справится с возложенными на него задачами — это не вызывает сомнения, если он исправен. Но дело в том, что подбирать АВ необходимо с учётом нескольких параметров.

Если выбранный автомат слишком «слабый», то будут происходить постоянные ложные срабатывания. И наоборот, слишком «сильная» модель, будет иметь довольно сомнительную полезность.

Мощность нагрузки

Одной из возможностей подобрать защитное устройство является выбор автомата по мощности нагрузки. Для этого необходимо узнать значение тока нагрузки. И уже из этих данных выбирать соответствующий номинал. Проще всего (да и точнее) это сделать с помощью закона Ома по формуле:

где P — мощность потребителя (холодильник, микроволновая печь, стиральная машина и т. п.), а U — напряжение сети.

Для примера потребитель будет взят 1,5 кВт, а напряжение сети обычное 220 В. Имея эти данные, подставив их в формулу, получится:

I = 1500/220 = 6,8 А.

В случае с трёхфазной сетью 380 вольт, напряжение будет 380 В.

Опираясь на закон Ома, можно без труда посчитать мощность нагрузки, из которой подбирать требуемый номинал автомата. Однако не стоит забывать, что, выбирая таким образом АВ, необходимо сложить нагрузку всех потребителей.

Существует и ещё одна формула для выбора автоматического выключателя по току, но она немного сложнее, но и конечный результат будет куда более точен. На практике это не принципиально, но в ознакомительных целях всё же стоит её привести:

Значения I, P, U будут теми же, что и в законе Ома, а вот cos φ — это коэффициент мощности, который учитывает в нагрузке реактивную составляющую. Это значение помогает определить таблица 6.12 нормативного документа СП 31−110−2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий».

Для примера данные будут использованы те же, т. е. потребитель 1,5 кВт, а напряжение всё те же 220 В. Согласно таблице, cos φ будет равен 0,65, как для вычислительных машин. Следовательно:

I = 1500 Вт/220 В * 0,65 = 4,43 А.

Выбирать автомат лишь по мощности нагрузки будет непростительной ошибкой, которая может дорого стоить. Ведь если не учесть при этом сечение кабеля, то теряется всякий смысл в подборе автомата. Однако полученные значения нагрузки и номинал АВ смогут помочь в подборе необходимого кабеля.

Для этого не понадобится делать никаких расчётов, так как достаточно воспользоваться таблицей № 1.3.6 и 1.3.7 ПУЭ, где понятие длительно допустимый ток означает проходящее длительное время по проводнику напряжение, не вызывающее чрезмерного его нагрева. Проще говоря, за это значение можно принять рассчитанную мощность нагрузки. И получить требуемое сечение медного или алюминиевого провода.

По току короткого замыкания

Чтобы выбрать автоматический выключатель по мощности хотя и понадобились некоторые расчёты, но они были крайне просты. Этого совсем нельзя сказать о расчётах при выборе автомата по токам короткого замыкания.

Но при подборе номинала АВ для дома, коттеджа, квартиры или офиса, подобные расчёты будут излишни, так как основной показатель, особенно влияющий на данные, это длинна проводника. Но в подобных ситуациях она крайне мала, чтобы существенно повлиять на результат. Поэтому такие расчёты проводят лишь при проектировании подстанций и других подобных сооружений, где длина кабелей значительная.

Поэтому при выборе автоматического выключателя обычно приобретают модели с обозначением «С», где учитываются значения пусковых токов.

Подбор номинала

Выбор номинала автоматического выключателя должен соответствовать определённым требованиям. А конкретнее, автомат обязан сработать прежде, чем токи смогут превысить допустимые значения проводки. Из этого следует, что номинал автомата должен быть чуть меньше, нежели сила тока, которую способна выдержать проводка.

Выбрать нужный АВ довольно просто. Тем более что существует таблица номиналов автоматов по току, а это значительно упрощает задачу.

Исходя из всего этого, можно составить алгоритм
, по которому проще всего подобрать автомат нужного номинала:

  • Для отдельно взятого участка вычисляется сечение и материал провода.
  • Из таблицы берётся значение максимального тока, который способен выдержать кабель.
  • Остаётся с помощью таблицы лишь выбрать автомат со значением чуть меньшим длительно допустимого тока.

Таблица содержит пять номиналов АВ 16 А, 25 А, 32 А, 40 А, 63 А, из которых и будет выбираться защитное устройство. Автоматы же меньших значений практически не используются, так как нагрузки современных потребителей просто не позволят этого сделать. Таким образом, имея необходимы значения, очень легко выбрать автомат, соответствующий конкретно взятому случаю.

Любая электрическая цепь в квартире и доме, должна защищаться автоматом защиты от перегрузок и сверхтоков короткого замыкания. Эту нехитрую истину можно наглядно продемонстрировать в любом электрическом щите квартиры, этажном щите, вводно-распределительном щите дома и т.п. электрическим шкафам и боксам.

Вопрос не в том, ставить автомат защиты или нет, вопрос, как рассчитать автомат защиты, чтобы он правильно выполнял свои задачи, срабатывал, когда нужно и не мешал стабильной работе электроприборов.

Примеры расчета автоматических выключателей

Теорию расчетов автоматических выключателей вы можете почитать в статье: . Здесь несколько практических примеров расчета автоматических выключателей в электрической цепи дома и квартиры.

Пример 1. Расчет вводного автомата дома

Примеры расчета автоматических выключателей начнем с частного дома, а именно рассчитаем вводной автомат. Исходные данные:

  • Напряжение сети Uн = 0,4 кВ;
  • Расчетная мощность Рр = 80 кВт;
  • Коэффициент мощности COSφ = 0,84;

1-й расчет:

Чтобы выбрать номинал автоматического выключателя считаем номинал тока нагрузки данной электросети:

Iр = Рр / (√3 × Uн × COSφ) Iр = 80 / (√3 × 0,4 × 0,84) = 137 А

2-й расчет

Чтобы избежать, ложное срабатывание автомата защиты, номинальный ток автомата защиты (ток срабатывания теплового расцепителя) следует выбрать на 10% больше планируемого тока нагрузки:

  • Iток. расцепителя = Iр × 1,1
  • Iт.р = 137 × 1,1 = 150 А

Итог расчета:
По сделанному расчету выбираем автомат защиты (по ПУЭ-85 п. 3.1.10) с током расцепителя ближайшим к расчетному значению:

  • I ном.ав = 150 Ампер (150 А).

Такой выбор автомата защиты позволит стабильно работать электрической цепи дома в рабочем режиме и срабатывать, только в аварийных ситуациях.

Пример 2. Расчет автоматического выключателя групповой цепи кухни

Во втором примере посчитаем, какой автоматический выключатель нужно выбрать для кухонной электропроводки, которую правильно называть розеточная электропроводки кухни. Это может быть кухня квартиры или дома, разницы нет.

Аналогично первому примеру расчет состоит из двух расчетов: расчет тока нагрузки электрической цепи кухни и расчет тока теплового расцепителя.

Расчет тока нагрузки

Исходные данные:

  • Напряжение сети Uн = 220 В;
  • Расчетная мощность Рр = 6 кВт;
  • Коэффициент мощности COSφ = 1;

1.
Расчетную мощность
считаем, как сумму мощностей всех бытовых приборов кухни, умноженной на коэффициент использования, он же коэффициент использования бытовой техники. 1.
Коэффициент использования
бытовой техники это поправочный коэффициент, уменьшающий расчетную (полную) потребляемую мощность электроцепи и учитывающий количество одновременно работающих электроприборов.

То есть, если на кухне установлено 10 розеток для 10 бытовых приборов (стационарных и переносных), нужно учесть, что все 10 приборов одновременно работать не будут.

Коэффициент использования

  • Выпишите на листок планируемые бытовые приборы.
  • Рядом с прибором поставьте его мощность по паспорту.
  • Просуммируйте все мощности приборов по паспорту. Это Pрасчет
    .
  • Подумайте, какие приборы могут работать одновременно: чайник+ тостер, микровоновка+блендер, чайник+микроволновка+тостер, и т.д.
  • Посчитайте суммарные мощности этих групп. Рассчитайте среднюю суммарную мощность групп одновременно включаемых приборов. Это будет Pноминал
    (номинальная мощность).
  • Разделите Pрасчет
    на Pноминал
    , получите коэффициент использования кухни.

На самом деле
, в теории расчетов коэффициент использования внутри дома (без инженерных сетей) и квартиры принимается равным, единице, если количество розеток не больше 10. Это так, но на практике, именно коэффициент использования позволяет работать современным бытовым приборам кухни на старой электропроводке.

Примечание:

В теории расчетов 1 бытовая розетка планируется на 6 кв. метров квартиры (дома). При этом:

  • коэффициент использования=0,7 –для розеток от 50 шт.;
  • коэффициент использования=0,8 –розеток 20-49 шт.;
  • коэффициент использования=0,9 –розеток от 9 до 19шт.;
  • коэффициент использования=1,0 –розеток ≤10шт.

Вернемся к автоматическому выключателю кухни. Считаем номинал тока нагрузки кухни:

  • Iр = Рр / 220В;
  • Iр = 6000 / 220= 27,3 А.

Ток расцепителя:

  • Iрасчет.= Iр×1,1=27,3×1,1=30А

По сделанному расчету выбираем для кухни в 32 Ампер.

Вывод

Приведенный пример расчета кухни получился несколько завышенным, обычно для хватает 16 ампер если учесть, что плиту, стиральную машину, посудомоечную машину выводят в отдельные группы.

Эти примеры расчета автоматических выключателей для групповых цепей, лишь показывают общий принцип расчетов, причем не включают расчет инженерных цепей включающий работу насосов, станков и других двигателей частного дома.

Фотогалерея автоматов защиты

Автоматический выключатель является серьезным оборудованием, к выбору которого следует отнестись с большой ответственностью. Это связано с тем, что короткое замыкание или сильный скачок напряжения приводит к возгоранию, выходу из строя бытовых и других приборов. Кроме этого, возгорание проводки – причина возникновения пожара в доме.


Рабочий механизм, как правило, срыт в пластмассовом корпусе. Данный материал для создания корпуса был выбран по причине хороших диэлектрических свойств. Внутренний механизм в открытом состоянии несет с собой опасность, так как через него проходит электричество.

Автоматический выключатель предназначен для выполнения следующих функций:

  1. Для обесточивания сети
    при помощи ручного нажатия на выключатель.
  2. Для автоматического обесточивания
    помещения при коротком замыкании или скачке напряжения.

Стоит отметить, что подобное приспособление имеет достаточно простую конструкцию, и оно не проводит фильтрацию подаваемого напряжения для выявления неправильной частоты или низкого показателя напряжения. Срабатывание происходит только при КЗ и скачке в большую сторону напряжения.

Как выбрать?

Определив важные показатели, можно провести обоснованный выбор автоматических выключателей.

Выбор можно провести по нижеприведенным показателям:

  1. По сечению провода
    . Определенное сечение провода определяет возможные показатели нагрузки и силы тока. В данном случае, следует выбирать автомат, который проводит выключение сети при возникновении силы тока, который не превышает показателя максимального силы тока в проводе. Примером можно назвать провод, сечение которого составляет 1 кв. мм. Величина нагрузки может составлять 10 кВт. Если максимальный показатель силы, который пройдет через провод, будет составлять 10 А, то автомат должен быть рассчитан на выключение при возникновении тока около 9,5 А. Если не провести выбор с учетом подобной информации, автомат сработает только при коротком замыкании. Однако, значение тока, при КЗ значительно превышает допустимого показателя при повышении нагрузки. Увеличение нагрузки приведет к возгоранию проводки.
  2. По току короткого замыкания.
    Даже профессионалы в данной области не всегда проводят выбор автоматического выключателя по номинальному значению тока короткого замыкания. Как правило, подобное значение указывается в технической документации или на маркировке в виде цифры. Предельный ток КЗ – максимальное значение, при котором будет проведен автоматический разрыв цепи. Важно отметить, что по этому показателю зачастую проводят выбор при установке в промышленных помещениях, так как КЗ может возникать в непосредственной близости с подстанцией. В жилых домах, значение тока КЗ относительно небольшое, что значительно облегчает выбор.
  3. Выбор по показателю мощности.
    Для того, чтобы провести выбор по мощности, следует воспользоваться специальными таблицами. Подобный таблицы позволяют провести выбор на основании следующих данных: величина напряжения и количество фаз, количество полюсов, мощность нагрузки. По пересечению вышеуказанных показателей можно найти значение, который должен обрывать автоматический выключатель. Как и ранее было отмечено, суммарная мощность может быть рассчитана путем учета потребительской мощности всех подключенных электроприборов.

Вся информация об автоматических выключателях содержится в спецификации или маркировке.

Виды

Автоматические выключатели позволяют защитить как оборудование, так и проводку конечного потребителя от короткого замыкания и высоких показателей напряжения.

Основная классификация заключается в предназначении рассматриваемого оборудования:

  1. Класс «В»
    часто используется в бытовых условиях. Этот вариант исполнения не предназначен для сильных токов, при возникновении минимального короткого замыкания происходит размыкание цепи. Большая чувствительность определяет то, что модели класса «В» не используются в промышленности, где скачок напряжения может возникнуть вследствие включения или выключения оборудования большой мощности. Большая чувствительность позволяет защитить бытовые приборы и электронику, к примеру, компьютеры от перегорания.
  2. Класс «С»
    считается общепромышленным вариантом исполнения, применяется в сетях, где также нужно контролировать напряжение в сети в пределах небольшого диапазона.
  3. Класс «D»
    используется в сети, к которой происходит подключение электродвигателя с большим показателем пусковой мощности. Этот класс используется также в промышленности и имеет небольшой диапазон возможного отклонения от нормального значения.

По виду подаваемого тока
можно выделить три категории рассматриваемого выключателя:

  1. Для сети переменного тока.
  2. Для сети постоянного тока.
  3. Универсальный вариант исполнения.

По числу полюсов можно выделить:

  • однополюсный;
  • двухполюсный;
  • трехполюсный;
  • четырехполюсный;

Также, классификация проводится
по типу расцепителя
:

  1. Максимальное расцепление.
  2. Независимое расцепление.
  3. Минимальное или нулевое расцепление.

В зависимости от ситуации, может понадобиться промежуток времени, который нужно выдержать после изменения показателей подаваемого электричества до его отключения.

По этому показателю можно провести следующую классификацию:

  1. Без выдержки.
  2. С выдержкой
    в независимости от показателей подаваемого напряжения.
  3. С выдержкой
    , которая является обратным значением подаваемого электричества.

Вышеуказанные виды автоматических выключателей повсеместно используются в быту и промышленности, но при этом есть несколько нюансов, которые стоит учитывать при их выборе.

расцепитель

Кроме этого, следует обратить внимание на
тип установленного размыкателя
. Он является основным рабочим органом, проводит размыкание цепи при определенных значениях.

Данный элемент конструкции различается по спецификации действия и диапазону тока, можно провести нижеприведенную классификацию:

  1. Электромагнитный тип
    пользуется большой популярностью, так как в считанные доли секунд проводит разъединение цепи. В конструкцию входит катушка и сердечник, также пружина. Сердечник при определенных условиях втягивается, и пружина воздействует на расцепляющее устройство.
  2. Биметаллический тепловой вариант исполнения
    – зачастую устанавливается для автоматов, которые реагируют на ток, величина которого может привести к разрушению кабеля. На короткое замыкание он также реагирует. Однако, точность работы подобного размыкателя небольшая. Примером можно назвать случай, когда по кабелю, который имеет сечение для 16 А, проходит ток величиной 20 А – выключение произойдет через несколько десятков минут. Если величина тока будет 35 А, то выключение произойдет мгновенно.
  3. Полупроводниковый
    используется крайне редко при изготовлении бытовых выключателей. Расцепление происходит при работе специального блока полупроводниковых реле.

Стоит отметить, что при маркировке редко происходит указание того, какой тип размыкателя использовался при производстве. Для этого следует ввести номер модели и изучить спецификацию.

Критерии выбора

Как ранее уже было отмечено, важно провести правильный выбор выключателя. Это связано с тем, что при неправильном выборе он может либо не сработать в нужный момент, или постоянно срабатывать от перегрузки.

Также, есть вероятность его выхода из строя.

Провести выбор автоматического выключателя можно по следующим показателям:

  1. Количество полюсов
    . Важным показателем можно назвать то, сколько есть полюсов. Их количество зависит от того, к какому типу сети проводится подключение. Одно- и двухполюсные варианты исполнения применяются исключительно в однофазной сети. Трех- и четырехполюсные нужно использовать в трехфазной сети. Част,о проводится их подключение к системе с заземлением нейтрали. Для бытового использования подойдут и автоматы с 1 или 2 полюсами.
  2. Номинальное напряжение
    автомата.
    Он определяет то, на какое напряжение рассчитано рассматриваемое оборудование. В независимости от того, в каком месте установлен автомат и для каких задач его устанавливают, следует учитывать, что минимальное напряжение автомата должно быть равным или больше напряжения сети.
  3. Максимальный рабочий ток
    . Еще важным показателем, который стоит учитывать, можно назвать максимальный ток. Выбор по нему проводится с учетом следующего нюанса: номинальный показатель должен быть больше максимальному значению силы тока, который может проходить по одному из защищенных участков сети на протяжении длительного или короткого промежутка времени. Для того, чтобы определить величину максимального тока, который может возникнуть в сети, следует провести расчет максимальной мощности. Для этого, проводится суммирование всех показателей мощности приборов, которые подключаются к участку. Согласно принятым расчетам, при сети 220 В, нагрузка 1 кВт определяет максимальную силу тока 5 А. В трехфазной сети с напряжением 380 В при той же нагрузке, мощность составляет 3 А. С помощью этих данных можно провести приблизительный расчет того, какой максимальный ток может возникнуть в цепи.
  4. Отключающая способность
    – еще один параметр, по которому проводится выбор. Для того, чтобы провести выбор по данному показателю, стоит провести расчет номинального тока. Автомат должен быть способен отключить подачу электроэнергии, значение силы которой превысит показатель силы короткого замыкания в точке установленного прибора.

Вышеприведенные критерии выбора касаются бытовых вариантов исполнения.

Для промышленных дополнительно проводят расчет нижеприведенных данных:

  1. Термическую стойкость.
  2. Электродинамическую стойкость.

Данные расчеты проводятся по причине того, что сильная нагрузка при длительном воздействии могут привести к нагреву элементов автомата. Чаще всего, проводят производство выключателей с номинальными значениями тока: от 4 до 100 или 160 А. Бытовые выключатели производят с номиналом от 16 до 25 А и возможность отключения электричества со значением силы до 3 кА.

Маркировка выключателей

В независимости от того, кто является производителем, на корпусе проводится нанесение определенной маркировки.

Подобная маркировка заключается в следующем:

  1. С 16.
    Стандарт, по которой проводится установка. Буква означает кратность максимального тока. Цифровое значение в данном случае означает номинальное значение тока, единица измерения Ампер. В этом случае, 16 Ампер может проходить через прибор в рабочем режиме.
  2. Цифра «3»
    означает класс по скорости срабатывания. Чем выше показатель, тем лучше.
  3. «4500»
    – цифра, которая должна обязательно быть в маркировке. Данный показатель измеряется в Амперах, указывает максимальное значение тока, при котором срабатывает автоматический выключатель.
  4. Наносится серия модуля
    для того, чтобы можно было узнать все особенности прибора.
  5. Указывается
    номинальное напряжение.
  6. Наносится условное обозначение
    , которое используется при создании схемы.

Все модели должны иметь подобное обозначение, которое наносят на корпус. Зачастую, производитель наносит также свой бренд.

Измерение и анализ мощности электродвигателя

Билл Гатеридж, менеджер по продукции, приборы для измерения мощности, Yokogawa Corporation of America

Часть 1: Основные измерения электрической мощности

Электродвигатели представляют собой электромеханические машины, преобразующие электрическую энергию в механическую. Несмотря на различия в размерах и типах, все электродвигатели работают примерно одинаково: электрический ток, протекающий по проволочной катушке в магнитном поле, создает силу, которая вращает катушку, тем самым создавая крутящий момент.

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

Что такое сила? В самой простой форме мощность — это работа, выполняемая в течение определенного промежутка времени. В двигателе мощность передается в 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. Взяв напряжение и умножив его 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) — это единица мощности, определяемая как один джоуль в секунду. Для источника постоянного тока расчет представляет собой просто произведение напряжения 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, выполняющей работу при нагрузке. При коэффициентах мощности меньше единицы, что почти всегда имеет место, будут потери активной мощности. Это связано с тем, что напряжение и ток в цепи переменного тока имеют синусоидальный характер, при этом амплитуда тока и напряжения в цепи переменного тока постоянно меняются и обычно не идеально совпадают.

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

Два сигнала называются «не в фазе» или «сдвинуты 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 реализована меньше.

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

Реальная или истинная мощность — это фактическое количество энергии, используемой в цепи, и измеряется в ваттах. В цифровых анализаторах мощности используются методы оцифровки входных сигналов напряжения и тока для расчета истинной мощности в соответствии с методом, показанным на рис. 1.

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

Гармоники создают дополнительную сложность. Несмотря на то, что электросеть 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. Полная мощность рассчитывается путем рассмотрения и суммирования всего содержимого, включая гармоники.

Методы расчета, показанные на рис. 2, используются для обеспечения истинного измерения мощности и истинного среднеквадратичного значения сигнала любого типа, включая все гармоники, вплоть до полосы пропускания прибора.

Измерение мощности

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

Однофазная трехпроводная расщепленная система часто встречается в общедомовой проводке.Этим системам требуются два ваттметра для измерения мощности.

В большинстве промышленных двигателей используются трехфазные трехпроводные цепи, которые измеряются с помощью двух ваттметров. Точно так же три ваттметра потребуются для трехфазной четырехпроводной цепи, где четвертый провод является нейтральным.

На рис. 3 показана трехфазная трехпроводная система с нагрузкой, подключенной с использованием метода двух ваттметров для измерения. 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, упрощается установка и конфигурация проводки. Он также может точно измерять мощность в сбалансированной или несбалансированной системе. Его гибкость и недорогая установка делают его подходящим для производственных испытаний, в которых требуется измерение только мощности или нескольких других параметров.

Для инженерных и научно-исследовательских работ лучше всего подходит трехфазный трехпроводной метод с тремя ваттметрами, поскольку он дает дополнительную информацию, которую можно использовать 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 важно учитывать все три значения напряжения и тока, что делает метод трех ваттметров, показанный 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). Он определяется как коэффициент мощности «смещения» и верен только для синусоидальных волн. Для всех других форм сигналов (несинусоидальных волн) коэффициент мощности определяется как реальная мощность в ваттах, деленная на кажущуюся мощность в амперах напряжения. Это называется «истинным» коэффициентом мощности и может использоваться для всех форм сигналов, как синусоидальных, так и несинусоидальных.

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

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

Анализаторы мощности

от Yokogawa и некоторых других компаний используют описанный выше метод, который называется методом разводки 3V-3A (три напряжения, три тока). Это лучший метод для проектирования и проектирования, поскольку он обеспечивает правильное измерение общего коэффициента мощности и ВА для симметричной или несимметричной трехпроводной системы.

Основные измерения механической мощности

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

лошадиных сил — это работа, совершаемая в единицу времени. Одна л.с. равна 33 000 фунт-футов в минуту. Преобразование л.с. в ватты достигается с помощью следующего соотношения: 1 л.с. = 745,69987 Вт. Однако преобразование часто упрощается, используя 746 Вт на л.с. (рис. 9).

Для асинхронных двигателей переменного тока фактическая скорость или скорость вращения ротора — это скорость, с которой вращается вал (ротор), 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 между скоростью вращения ротора и синхронной скоростью. Для определения процента скольжения используется простой процентный расчет синхронной скорости минус скорость ротора, деленная на синхронную скорость.

Эффективность может быть выражена в простейшей форме как отношение выходной мощности к общей входной мощности или эффективность = выходная мощность/входная мощность. Для двигателя с электрическим приводом выходная мощность является механической, а входная мощность — электрической, поэтому уравнение эффективности принимает вид КПД = механическая мощность / входная электрическая мощность.
 

Часть 2. Выбор приборов для измерения и анализа мощности электродвигателя

Различные ассоциации разработали стандарты тестирования, определяющие точность приборов, необходимую 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 (ТТ) и трансформаторы напряжения (ПТ) являются одними из основных контрольно-измерительных приборов, используемых для проведения этих измерений.

Соответствующие стандарты очень похожи за некоторыми исключениями. Допустимые ошибки приборов для стандартов IEEE 112 2004 и NVLAP 150 идентичны; однако CSA C390 2006 имеет некоторую разницу в температурах и показаниях.

Например, требование входной мощности для CSA C390 2006 составляет ±0,5% от показаний и должно включать погрешности ТТ и РТ, тогда как требования для IEEE 112 2004 и NVLAP 150 требуют только ±0,5% от полной шкалы (полная шкала).

Датчики тока

Датчики тока обычно требуются для тестирования, потому что большой ток не может быть подведен непосредственно к измерительному оборудованию. Доступны различные датчики для конкретных приложений. Накладные датчики можно использовать с анализаторами мощности.Также можно использовать щупы Scope, но при использовании этих щупов необходимо соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что прибор не подвергается воздействию больших токов.

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

Yokogawa совместно с LEM Instruments разработали уникальную систему трансформаторов тока, обеспечивающую высокую точность от постоянного тока до кГц. Это трансформатор активного типа, в котором используется блок формирования напряжения питания и который обеспечивает точность примерно от 0,05 до 0,02% показаний. Этот тип системы трансформаторов тока обеспечивает очень высокую точность измерений, особенно для частотно-регулируемых приводов, которые могут варьироваться 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 необходимых преобразователей в определенных измерительных приложениях.

Рекомендации по выбору и меры предосторожности

При принятии решения о том, какое устройство использовать, первым вопросом является частотный диапазон измеряемых параметров. Синусоидальные волны с частотой между линиями могут использовать шунты постоянного тока, которые обеспечивают высокую точность и простоту установки. Для приложений переменного и постоянного тока можно использовать трансформатор Холла или измерительный трансформатор активного типа. Технология эффекта Холла имеет меньшую точность, 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.

Следующим фактором является требуемый уровень точности. Для измерительного трансформатора это обычно указывается как точность отношения витков. Фазовый сдвиг — еще один важный фактор, и он очень важен, потому что многие трансформаторы предназначены только для измерения тока и не компенсируют фазовый сдвиг.

Фазовый сдвиг в основном зависит от коэффициента мощности при измерении мощности и, таким образом, влияет на расчет мощности. Например, трансформатор тока с максимальным фазовым сдвигом 2°, как часть его спецификации, внесет погрешность косинуса (2°) или 0.06% ошибка. Пользователь должен решить, является ли этот процент ошибки приемлемым для приложения.

Трансформатор тока является источником тока. Согласно закону Ома, напряжение (E) равно силе тока через проводник (I), умноженной на сопротивление (R) проводника в единицах Ом. Размыкание вторичной обмотки трансформатора тока эффективно увеличивает сопротивление до бесконечности. Это означает, что внутренний ток насытит катушку, напряжение также уйдет в бесконечность, и устройство повредит или разрушит себя.Что еще хуже, трансформатор тока со случайно разомкнутой вторичной обмоткой может серьезно травмировать рабочих.

Никогда не размыкайте вторичную цепь трансформатора тока. Пользователи могут получить серьезные травмы, а СТ может быть поврежден или уничтожен.

Совместимость с приборами

Для определения совместимости прибора необходимо определить выходной уровень ТТ. Накладные и другие трансформаторы тока обычно имеют выходной сигнал, указанный в милливольтах/амперах, миллиамперах/амперах или амперах.Типичный выходной ток приборного ТТ может быть указан в диапазоне от 0 до 5 ампер.

Необходимо учитывать импеданс и нагрузку ТТ, которые являются факторами, на которые влияет количество проводов, используемых для подключения ТТ к прибору. Эта проводка представляет собой сопротивление или нагрузку на прибор и, таким образом, может влиять на измерение.

Датчики осциллографа

могут создавать собственные проблемы при неправильном использовании. Многие пробники осциллографа предназначены для работы с входным импедансом осциллографа, но диапазоны входного импеданса анализатора мощности могут отличаться, и это необходимо учитывать.

Другим фактором, который необходимо учитывать при определении совместимости прибора, являются физические требования к устройству. Размер необходимо учитывать вместе с типом трансформатора тока, например, накладного или кольцевого типа, каждый из которых будет лучше работать в конкретной ситуации.

Пример системы трехфазного двигателя

Теперь мы рассмотрим типичное измерение мощности трехфазного трехпроводного двигателя с использованием метода двухваттметра. Теорема Блонделя утверждает, что количество необходимых измерительных элементов на один меньше, чем количество проводников с током.Это позволяет измерять мощность в трехфазной трехпроводной системе с использованием двух преобразователей при отсутствии нейтрали. Однако при наличии нейтрали используются три преобразователя, поскольку проводников теперь четыре.

Трехфазное питание используется главным образом в коммерческой и промышленной среде, особенно для питания двигателей и приводов, поскольку более экономично эксплуатировать крупное оборудование с трехфазным питанием. Чтобы рассчитать трехфазную мощность, напряжение каждой фазы умножается на ток каждой фазы, который затем умножается на коэффициент мощности, а 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 рис. 1 показано типичное соединение с дисплеем, показывающим все три напряжения, все три тока, общую мощность и коэффициент мощности.

На рис. 2 показано измерение мощности в трехфазной трехпроводной сети, выполненное с использованием метода двух ваттметров. Все три значения тока и напряжения, а также общее количество ВА и ВАР. Эта конфигурация может отображать показания мощности отдельных фаз, но их не следует использовать напрямую, поскольку для этого метода измерения точным показанием является только общая мощность.

В принципе, при использовании метода двух ваттметров в трехпроводной трехфазной системе мощность отдельных фаз не может быть измерена напрямую, а также не могут быть измерены какие-либо параметры фазы, включая коэффициенты мощности фазы. Тем не менее, сумма фазовых параметров может быть измерена.

Для трехфазного трехпроводного двигателя, соединенного треугольником, можно измерять междуфазные напряжения и токи отдельных фаз. Поскольку нейтрали нет, измерить фазные напряжения невозможно.Эта ситуация приводит к некоторым показаниям, которые необходимо объяснить.

Глядя на формы сигналов на рис. 3, можно увидеть междуфазные напряжения Vab, Vbc и Vac. Линейные напряжения, видимые прибором, в симметричной системе разнесены на 60°. Токи представляют собой фазные токи, которые воспринимаются приборами как разнесенные на 120°.

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

Нижняя часть рисунка показывает разность фаз между напряжениями и токами. Опять же, обратите внимание, что линейные напряжения разнесены на 60°, а фазные токи — 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, двигателе) синие векторы тока не совпадают по фазе с напряжениями.

Кроме того, для этого метода измерения на нижней диаграмме векторы тока всегда будут смещаться дополнительно на 30° относительно напряжений.Суть в том, что правильно настроенный анализатор мощности будет учитывать все эти условия.

Что делать, если фазную мощность и фазный коэффициент мощности необходимо точно измерить в трехфазной трехпроводной системе, а не просто приблизить? На рис. 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.

Кроме того, метод плавающей нейтрали работает только для оборудования с синусоидальной формой волны. При использовании 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.

Трехпроводное и четырехпроводное измерение мощности

Важно понимать, что показания мощности будут одинаковыми независимо от того, измеряется ли она трехфазным трехпроводным или трехфазным четырехпроводным методом.Однако при использовании трехфазного четырехпроводного соединения измеряемые значения напряжения представляют собой фазные напряжения от линии к нейтрали.

На рис. 6 показан снимок экрана анализатора мощности, показывающий, насколько похожи показания мощности и коэффициента мощности для ШИМ-привода, работающего от двигателя, при сравнении трехфазного трехпроводного входного сигнала с частотой 500 Гц с фильтром и трехфазного четырехпроводного вход с плавающей нейтралью.

Альтернативное решение использует функцию измерения дельты, которая используется 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. Вычисление векторной амплитуды внутри процессора делает это возможным. Эта функция также обеспечивает измерение фазной мощности в трехпроводной цепи. Решение для измерения дельты также обеспечивает измерение тока нейтрали.

Часть 3: Измерения электрической мощности 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 — интегрировать все три шага с помощью одного анализатора мощности, чтобы устранить временную асимметрию. Это также обеспечивает отличные расчеты эффективности, и все это в одном программно-аппаратном решении.

Рис. 7. На этом снимке экрана анализатора мощности показано, как можно использовать функцию измерения дельты для получения истинных показаний и фазной мощности, даже если фазы не сбалансированы.

Некоторые анализаторы мощности имеют вариант двигателя, в котором сигналы скорости и крутящего момента могут интегрироваться таким образом. Эти анализаторы мощности могут измерять электрическую и механическую мощность и отправлять данные на ПК с установленным программным обеспечением от производителя оригинального анализатора или специальным программным обеспечением от системного интегратора.

Измерения привода ШИМ для двигателей переменного тока

При использовании частотно-регулируемого привода с ШИМ для управления двигателем часто необходимо измерять как вход, так и выход частотно-регулируемого привода с помощью шестифазного анализатора мощности. Эта установка может измерять не только трехфазную мощность, но и постоянную или однофазную мощность. См. рис. 1.

В зависимости от анализатора режим настройки будет выполняться в нормальном режиме или в режиме RMS. Конфигурация проводки должна быть настроена в соответствии с приложением, например, трехфазный вход и трехфазный выход.

Все линейные фильтры или фильтры нижних частот должны быть отключены, поскольку фильтрация будет мешать измерениям. Тем не менее, фильтр пересечения нуля или частотный фильтр должны быть включены, потому что они будут отфильтровывать 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, обрезанными высокими частотами и большим количеством шума на токовой стороне, что затрудняет измерение. Высокочастотное включение сигнала напряжения создает сильно искаженную форму волны с высоким содержанием гармоник. Частота изменяется от 0 Гц до рабочей скорости.

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

На рис. 3 приведен пример содержания гармоник напряжения на выходе ШИМ. Присутствуют частоты биений, а содержание гармоник напряжения превышает 500 порядков (приблизительно 30 кГц). Большая часть гармонического содержания находится в более низких частотах на текущей стороне.

Проблемы с измерением привода двигателя ШИМ

Напряжение инвертора обычно измеряется одним из двух способов.Можно использовать измерение истинного среднеквадратичного значения, которое включает общее содержание гармоник. Однако, поскольку основная форма волны в первую очередь влияет на крутящий момент двигателя, можно выполнить и использовать более простое измерение. В большинстве приложений требуется измерение только 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 анализатор мощности имеет этот фильтр, просто включите его.Надлежащая фильтрация даст среднеквадратичное напряжение основной частоты инвертора. Однако этот тип фильтрации не обеспечивает истинного измерения полной мощности, поэтому фильтрация не является самым точным методом.

Второй метод представляет собой метод измерения выпрямленного среднего значения, который позволяет получить среднеквадратичное значение напряжения основной волны без фильтрации с использованием обнаружения среднего значения напряжения, масштабированного по среднеквадратичному напряжению. Алгоритм выпрямленного среднего среднего цикла обеспечит эквивалент основного напряжения, который будет очень близок к среднеквадратичному значению основной волны.

С помощью этого метода можно измерить общую мощность, общий ток и основное напряжение.

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 обеспечивает точное измерение среднеквадратичного напряжения основной волны. Новейшие анализаторы мощности могут выполнять одновременные измерения истинных среднеквадратичных значений наряду с измерениями гармоник.

На рис. 4 значение Urms2 (среднеквадратичное значение на выходе ШИМ) очень велико, а F2 (среднее значение основной гармоники) несколько меньше. Значение Urms3 (фильтрация основной гармоники) дает аналогичный результат. Наконец, U2 (1) получается из анализа гармоник или вычислений БПФ основной гармоники. F2, Urms3 и U2 (1) дают очень близкие результаты, но расчет БПФ U2 (1) считается наиболее точным.

Ток инвертора обычно измеряется только одним способом, а именно как истинное среднеквадратичное значение сигнала, поскольку все гармонические токи вносят свой вклад и ответственны за повышение температуры двигателя, поэтому все они должны быть измерены.

Другим важным измерением является привод В/Гц (Вольт на Герц). Привод ШИМ должен поддерживать постоянное соотношение В/Гц на рабочей скорости двигателя. Анализатор мощности может вычислять В/Гц, используя среднеквадратичное значение или значение основного напряжения. Определяемая пользователем математическая функция анализатора используется для построения уравнения для этого измерения.

Измерение напряжения на шине постоянного тока

Напряжение на шине постоянного тока в ШИМ может быть измерено для проверки условий повышенного и пониженного напряжения.Это измерение можно выполнить внутри привода на клеммах конденсаторной батареи. Однако более простым методом является использование отображения формы сигнала анализатора мощности с курсорным измерением.

При отображении сигнала с помощью курсорных измерений необходимо убедиться, что курсор не находится прямо над небольшими пиками на дисплее. Вместо этого курсор должен располагаться поперек сигнала, чтобы выполнить точное измерение. На рис. 5 показано измерение напряжения ШИМ с высокой скоростью переключения.Курсор помещается для считывания значения, такого как 302,81 В в этом измерении.

Измерения механической мощности

Механическая мощность измеряется как произведение скорости двигателя на крутящий момент двигателя. На рынке существует множество различных типов датчиков скорости и крутящего момента, которые работают с различными двигателями. Несмотря на то, что анализаторы Yokogawa могут взаимодействовать с большинством датчиков скорости и крутящего момента, целесообразно подтверждать совместимость в каждом случае. Эти датчики можно использовать 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. Обработанный сигнал может быть аналоговым выходом или выходом последовательной связи, который поступает на ПК и его прикладное системное программное обеспечение.

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

Более интегрированный подход показан на рис. 6. В этой конфигурации выходные сигналы скорости и крутящего момента от измерительных приборов подключаются непосредственно к входам скорости и крутящего момента анализатора мощности. Это дает большое преимущество, позволяя одновременно оценивать электрические и механические измерения мощности, а также непрерывно выполнять расчеты эффективности.

Эффективность двигателя, привода и системы

Эффективность инвертора в его простейшей форме рассчитывается как выходная мощность, деленная на входную мощность, и представляется в процентах. Один из методов, используемых для измерения входной и выходной мощности, заключается в простом подключении измерителей мощности к входу и выходу, при этом показания двух счетчиков используются для расчета эффективности.

Более комплексный метод заключается в использовании анализатора мощности с несколькими входами для одновременного измерения входной и выходной мощности, как показано на рис. 1.Это приводит к более точному расчету эффективности, поскольку используется один анализатор мощности для устранения потенциальных ошибок, вызванных измерениями временной асимметрии.

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

Какой метод следует использовать?

IEEE 112 — это отраслевой стандарт США для тестирования электродвигателей, в котором описано несколько методов.На рис. 7 показан дисплей анализатора мощности, поддерживающий «Метод А» стандарта IEEE 112, в котором вся механическая мощность делится на общую мощность, подводимую к двигателю. Стандарт определяет многие параметры помимо измерения тока и напряжения двигателя, а также содержит инструкции по проведению общепринятых испытаний и отчетности для многофазных и асинхронных двигателей и генераторов. Кроме того, стандарт содержит 11 методов испытаний, определяющих, как проводить измерения эффективности двигателей.

Метод испытаний A — вход-выход, определенный IEEE 112: КПД рассчитывается как отношение выходной мощности измерения к измеренной входной мощности после температурных и динамометрических поправок, если применимо.Испытания проводят при номинальной нагрузке с помощью механического тормоза или динамометра. Этот рейтинг должен быть ограничен двигателями с номинальной полной нагрузкой 1 кВт или менее.

Метод испытаний B — вход-выход с разделением потерь: В методе B выполняются измерения как входной, так и выходной мощности, но различные потери выделяются. Большинство этих потерь просто производят тепло, которое должно быть рассеяно узлом двигателя, и представляет собой энергию, недоступную для выполнения работы. Этот метод является признанным стандартом тестирования для U.S. автомобильная промышленность для двигателей с полной номинальной нагрузкой от 1 до 300 кВт.

В то время как оба метода A и B работают, метод B требует большого количества инструментов и обычно выполняется только производителями двигателей. Поскольку большинство производителей используют метод B, а большинство пользователей предпочитают метод A, расчеты эффективности между ними могут различаться. В технических данных производителей двигателей и приводов могут использоваться разные скорости двигателя, испытательные нагрузки или другие условия испытаний.

Заключение

При измерении мощности электродвигателя необходимо учитывать множество факторов, таких как общий 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 с приборами — еще один важный аспект безопасного получения точных показаний, особенно с трансформаторами тока, и именно в этой области необходимо учитывать входы/опции анализатора. При правильных входных сигналах датчика измерения механической мощности также можно выполнить с помощью анализатора мощности.Выбор правильных датчиков скорости и крутящего момента является первым шагом в определении механической мощности.

Некоторые анализаторы мощности также позволяют выполнять измерения ШИМ. Однако настройка анализатора для измерения ШИМ также требует знаний о том, как токи и напряжения повлияют на измерения мощности.

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

 

 

Электродвигатель Формула

Электродвигатели являются наиболее распространенными приводами насосов, вентиляторов и т. д. в нефтеперерабатывающей, нефтегазовой и нефтехимической промышленности. Доступный источник питания определяет их характеристики, например. мощность, потребляемый ток и т. д. В следующей таблице представлена ​​общая формула для характеристик двигателя в зависимости от источника питания.

найти Direct
Текущий
Одноместный
Этап
Три
Этап
POWER В x I x EFF В x I x EFF x PF 1,732 x V x I x EFF x PF
HORSE
POWER
В x I x EFF
746
В x I x EFF x PF
286 900 x V x I x EFF x PF
746
ТЕКУЩИЙ P P
V X EFF
P P
V X EFF X PF
P
1. 732 x V X EFF X PF
Эффективность 746 X HP
V X I
746 x HP
V X I X PF

746 x HP
1.732 х В х В х ПФ

МОЩНОСТЬ
КОЭФФИЦИЕНТ
—— Входная мощность, Вт
В x I
Входная мощность, Вт

x 6 I x 6,7323 8,7323

ВАЛ
СКОРОСТЬ
—— ——     120 x F    
№. столбов
Где V = напряжение (вольт) I = Ток (AMPS) P = Power (Watts) EFF = Эффективность HP = мощность F = частота ( Гц) PF= Коэффициент мощности. Измерение разности фаз во времени между напряжением и током в цепи переменного тока. Он представлен косинусом угла этой разности фаз. Для угла 0 градусов коэффициент мощности равен 100%, а вольт/амперы в цепи равны ваттам. (Это идеальная и нереальная ситуация.) Коэффициент мощности — это отношение реальной мощности в кВт к общей кВА или отношение фактической мощности (ватты) к полной мощности (вольт-ампер). Для получения дополнительной информации о коэффициенте мощности см. нашу страницу набора инструментов Power Factor.

Учебное пособие по двигателю постоянного тока

. Расчеты двигателей постоянного тока без сердечника с щеточными двигателями

Расчеты двигателей постоянного тока без сердечника

При выборе щеточного двигателя постоянного тока без сердечника для конкретного применения или при разработке прототипа с питанием необходимо учитывать несколько основных физических принципов двигателя, которые необходимо учитывать для создания безопасной, хорошо функционирующей и достаточно мощной прецизионной приводной системы. В этом документе мы предоставили некоторые важные методы, формулы и детали расчетов для определения выходной мощности двигателя без сердечника, кривую скорость-момент двигателя, графики тока и КПД, а также теоретические холодные расчеты, которые оценивают производительность двигателя.

Двигатели постоянного тока

являются преобразователями, поскольку они преобразуют электрическую энергию ( P в ) в механическую энергию ( P из ). Частное обоих членов равно 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 незначительны). Есть дополнительные потери из-за подъема тепла, но о них мы поговорим ниже:

В физике мощность определяется как скорость выполнения работы.Стандартной метрической единицей мощности является «Ватт» Вт. Как рассчитывается мощность? Для линейного движения мощность есть произведение силы на расстояние 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 W
м = крутящий момент в NM
F = сила в N
D = Расстояние в M
T = Время в S
Ω RAD = Угловая скорость в рад/с

Обозначение крутящего момента обычно представляет собой строчную греческую букву «τ» (тау) или иногда просто букву «T» .Однако, когда его называют моментом силы, его обычно обозначают буквой «М» .

Европейская номенклатура часто использует строчную букву « n » для обозначения скорости относительно оси. Обычно « n » выражается в оборотах в минуту или об/мин.

При расчете механической мощности важно учитывать единицы измерения. При расчете 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) выражается в мНм , то мы должны умножить его на 10 -3 (разделить на 1 000), чтобы преобразовать единицы измерения в Нм для расчетов.

Где:

n = скорость в мин -1
M = крутящий момент в мНм

Предположим, что необходимо определить, какую мощность должен развивать конкретный двигатель 2668W024CR при работе в холодном состоянии с крутящим моментом 68 мНм при частоте вращения 7 370 мин -1 . Произведение крутящего момента, скорости и соответствующего коэффициента преобразования показано ниже.

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

Ниже приведен метод определения параметров двигателя на примере двигателя постоянного тока без сердечника 2668W024CR.Сначала мы объясним более эмпирический подход, 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 создаются путем построения графика скорости двигателя, тока двигателя, механической выходной мощности и КПД в зависимости от крутящего момента двигателя.В следующем обсуждении будет описано построение набора кривых крутящий момент-скорость для типичного двигателя постоянного тока на основе серии измерений необработанных данных.

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

Шаг 1: Измерьте основные параметры

Многие параметры можно получить непосредственно с помощью контроллера движения, например, одного из контроллеров движения FAULHABER MC3.Большинство производителей контроллеров предлагают программное обеспечение, такое как FAULHABER Motion Manager, которое включает в себя функцию записи кривой, отображающую напряжение, ток, положение, скорость и т. д. Они также могут предоставить точный моментальный снимок работы двигателя в мельчайших деталях. Например, контроллеры движения семейства MC3 (MC 5004, MC 5005 и MC 5010) могут измерять множество параметров движения. Это, вероятно, самый быстрый метод получения данных для построения кривой крутящий момент-скорость, но это не единственный метод.

Если контроллер с возможностью записи трассировки недоступен, мы также можем использовать базовое лабораторное оборудование для определения характеристик двигателя в условиях останова, номинального состояния и без нагрузки. Используя источник питания, настроенный 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, так как он не добавляет сопротивления последовательно с работающим двигателем.Используя нагрузку с регулируемым крутящим моментом, такую ​​как тормоз мелких частиц или динамометр с регулируемым гистерезисом, к валу двигателя может быть присоединена нагрузка.

Теперь увеличьте крутящий момент двигателя до точки
где происходит застой. В остановленном состоянии измерьте крутящий момент от
тормоз и ток двигателя. Ради этого
обсуждения предположим, что муфта не добавляет нагрузки к
двигатель и что нагрузка от тормоза не
содержат неизвестные фрикционные компоненты. Это также полезно
в этот момент для измерения конечного сопротивления
мотор.Измерьте сопротивление, связавшись с двигателем
клеммы омметром. Затем вращайте вал двигателя
и сделайте еще одно измерение. Измерения
должны быть очень близки по значению. Продолжайте вращать вал
и сделайте не менее трех измерений. Это обеспечит
что измерения проводились не в точке
минимальный контакт на коммутаторе.

Теперь мы измерили:

N

N

N = No-load Speed ​​
I 0 = NO-нагрудный ток
M H = стойло крутящий момент
R = терминальное сопротивление

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

Вы можете построить график с крутящим моментом двигателя по оси абсцисс (горизонтальная ось), скоростью по левой оси ординаты (вертикальная ось) и током по правой стороне ординаты. Масштабируйте оси на основе измерений, сделанных на первом шаге. Проведите прямую линию от левого начала графика (нулевой крутящий момент и нулевой ток) к току останова на правой стороне ординаты (момент останова и ток останова). Эта линия представляет собой график зависимости тока двигателя от крутящего момента двигателя.Наклон этой линии представляет собой константу тока k I , которая представляет собой константу пропорциональности для отношения между током двигателя и крутящим моментом двигателя (в единицах тока на единицу крутящего момента или А/мНм). Обратной величиной этого наклона 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

Для целей данного обсуждения предполагается, что двигатель не имеет внутреннего трения. На практике момент трения двигателя M R определяется путем умножения постоянной момента k M двигателя на измеренный ток холостого хода I 0 . Линия крутящего момента в зависимости от скорости и линия крутящего момента в зависимости от тока затем начинаются не от левой вертикальной оси, а со смещением по горизонтальной оси, равным расчетному моменту трения.

Где:
M R = Момент трения

Шаг 3: График Power vs.Крутящий момент и эффективность по сравнению с крутящим моментом

В большинстве случаев можно добавить две дополнительные вертикальные оси для отображения зависимости мощности и эффективности от крутящего момента. Вторая вертикальная ось обычно используется для 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 холостого хода до крутящего момента при остановке.Поскольку выходная механическая мощность — это просто произведение крутящего момента и скорости с поправочным коэффициентом для единиц измерения (см. раздел о расчете начальной требуемой мощности), мощность можно рассчитать, используя ранее построенную линию зависимости скорости от крутящего момента.

Пример таблицы расчетов для двигателя 2668W024CR показан в Таблице 1. Затем каждая расчетная точка для мощности наносится на график. Результирующая функция представляет собой параболическую кривую, как показано ниже на графике 1. Максимальная механическая мощность возникает примерно при половине крутящего момента срыва.Скорость в этот момент составляет примерно половину скорости холостого хода.

Составьте таблицу КПД двигателя в различных точках от скорости холостого хода до крутящего момента. Задано напряжение, прикладываемое к двигателю, и нанесен ток при различных уровнях крутящего момента. Произведение тока двигателя и приложенного напряжения представляет собой мощность, подводимую к двигателю. В каждой точке, выбранной для расчета, КПД η двигателя 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.

Определения сюжета

  • Синий = скорость в зависимости от крутящего момента ( n против M )
  • Красный = ток против крутящего момента ( I против M )
  • Зеленый = КПД 9030 η90 M )
  • Коричневый = мощность и крутящий момент ( P и . М )

Характеристики двигателя

Примечание. Обратите внимание, как изменяются все четыре сплошных графика в результате увеличения сопротивления в медных обмотках и ослабления
выходной крутящий момент из-за повышения температуры. Таким образом, ваши результаты могут немного отличаться в зависимости от того, холодный или теплый двигатель, когда вы строите графики.

Ток нагрузки

2,79 А

Напряжение нагрузки

24,11 В

Температура обмотки двигателя

140,23 °С

Температура корпуса двигателя

105,03 °С

Скорость двигателя

7370 мин -1

Требуемый момент нагрузки

68 мНм

Выходная мощность

52,48 Вт

Эффективность (в целом)

77,97 %

Примечание. Из-за нехватки места отображается пример расчета для одной точки.

Теоретический расчет параметров двигателя

Другим полезным параметром при выборе двигателя является постоянная двигателя. Правильное использование этого показателя качества существенно сократит итерационный процесс выбора двигателя постоянного тока. Он просто измеряет внутреннюю способность преобразователя преобразовывать электрическую энергию в механическую.

Максимальный КПД достигается примерно при 10% крутящего момента двигателя. Знаменатель известен как резистивная потеря мощности.С некоторыми алгебраическими манипуляциями уравнение можно упростить до:

Пожалуйста, имейте в виду, что k m (постоянная двигателя) не следует путать с k M (постоянная момента). Обратите внимание, что нижний индекс константы двигателя записывается строчными буквами « м », в то время как нижний индекс константы крутящего момента использует заглавные буквы « M ».

Для щеточного или бесщеточного двигателя постоянного тока относительно небольшого размера зависимости, управляющие поведением двигателя в различных обстоятельствах, могут быть получены из законов физики и характеристик самих двигателей.Правило напряжения Кирхгофа гласит: «Сумма повышений потенциала в контуре цепи должна равняться сумме падений потенциалов». Применительно к двигателю постоянного тока, соединенному последовательно с источником питания постоянного тока, правило напряжения Кирхгофа может быть выражено как «Номинальное напряжение питания от источника питания должно быть равно по величине сумме падения напряжения на сопротивлении обмоток и противо-ЭДС, создаваемой двигателем».

Где:

U = Напряжение питания в В
I = Ток в А
R = Сопротивление на клеммах в Ом
U E = Back-0EM5

Противо-ЭДС, создаваемая двигателем, прямо пропорциональна угловой скорости двигателя. Константа пропорциональности – это константа противо-ЭДС двигателя.

Где:

ω = угловая скорость двигателя
k E = постоянная противо-ЭДС двигателя

Таким образом, путем замены:

Константа противо-ЭДС двигателя обычно указывается производителем двигателя в В/об/мин или мВ/об/мин. Чтобы получить осмысленное значение противо-ЭДС, необходимо указать скорость двигателя в единицах, совместимых с заданной константой противо-ЭДС.

«Сумма повышений потенциала в петле цепи должна равняться сумме падений потенциалов».
(правило напряжения Кирхгофа)

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

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

Где:

M м = Крутящий момент, развиваемый двигателем
k M = Постоянный крутящий момент двигателя

Подставляя это соотношение для текущих выходов:

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

Если предположить, что на клеммы двигателя подается постоянное напряжение, скорость двигателя будет прямо пропорциональна сумме момента трения и момента нагрузки.Константа пропорциональности представляет собой наклон кривой крутящий момент-скорость. Производительность двигателя лучше, когда этот наклон имеет меньшее значение. Чем круче падение 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
м ч = стойло крутящий момент
N 0 = Нет скорости нагрузки

Альтернативный подход к получению этого значение для скорости, n :

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

Хотя мы не показываем отрицательный знак здесь,
это подразумевается
что результат даст снижение (отрицательный)
склон.

Пример теоретического расчета двигателя

Давайте немного углубимся в теоретические расчеты. Двигатель постоянного тока без сердечника 2668W024CR должен работать с напряжением 24 В, подаваемым на клеммы двигателя, и с крутящим моментом 68 мН·м. Найдите результирующую постоянную двигателя, скорость двигателя, ток двигателя, КПД двигателя и выходную мощность. Из паспорта двигателя видно, что скорость холостого хода двигателя при 24 В составляет 7 800 мин -1 .Если крутящий момент не соединен с валом двигателя, двигатель будет работать на этой скорости.

Во-первых, давайте получим общее представление о работе двигателя, рассчитав постоянную двигателя k m . В этом случае мы получаем константу 28,48 мНм/А. «Согласно техпаспорту двигателя, электрическое сопротивление составляет 1,03 Ом в холодном состоянии для варианта 24 В».

Скорость двигателя под нагрузкой — это просто скорость холостого хода за вычетом снижения скорости из-за нагрузки.Константа пропорциональности для соотношения между скоростью двигателя и крутящим моментом двигателя представляет собой наклон кривой зависимости крутящего момента от скорости, определяемый отношением скорости холостого хода двигателя к крутящему моменту двигателя. В этом примере мы рассчитаем снижение скорости (без учета влияния температуры), вызванное крутящим моментом 68 мН·м, путем исключения единиц измерения в мН·м:

Теперь через замену:

Тогда скорость двигателя под нагрузкой должна быть примерно:

Ток двигателя под нагрузкой представляет собой сумму тока холостого хода и тока под нагрузкой.

Константа пропорциональности, связывающая ток с моментной нагрузкой, представляет собой константу момента ( k M ) . Это значение составляет 28,9 мНм/А. Принимая обратное значение, мы получаем постоянную тока k I , которая может помочь нам рассчитать ток при нагрузке. В этом случае нагрузка составляет 68 мНм, а ток, вытекающий из этой нагрузки (без учета повышения температуры), приблизительно равен:

Общий ток двигателя можно приблизительно определить путем суммирования этого значения с током двигателя без нагрузки.В техническом описании ток холостого хода двигателя указан как 78 мА. После округления общий ток примерно равен:

Выходная механическая мощность двигателя — это просто произведение скорости двигателя и крутящего момента с поправочным коэффициентом для единиц измерения (если требуется). Следовательно, выходная мощность двигателя будет приблизительно равна:

Механическая мощность, потребляемая двигателем, представляет собой произведение приложенного напряжения и полного тока двигателя в амперах. В этом приложении:

Поскольку КПД η — это просто деление выходной мощности на входную мощность, давайте посчитаем его 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 на сопротивление якоря представляет собой потери мощности в виде тепла в обмотках якоря. Например, если общий ток двигателя 0,203 А, а сопротивление якоря 14,5 Ом, потери мощности на тепло в обмотках составляют:

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

Термическое сопротивление (которое является обратной величиной теплопроводности) показывает, насколько хорошо материал сопротивляется передаче тепла по определенному пути. Производители двигателей обычно указывают способность двигателя рассеивать тепло, указывая значения теплового сопротивления R th . Например, алюминиевая пластина большого сечения будет иметь очень низкое тепловое сопротивление, в то время 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 путь между корпусом двигателя и окружающей средой двигателя (окружающий воздух и т.). Некоторые производители двигателей указывают тепловое сопротивление для каждого из двух тепловых путей, в то время как другие указывают только их сумму как общее тепловое сопротивление двигателя. Значения термического сопротивления указаны в приросте температуры на единицу потерь мощности. Суммарные I 2 · R потери в катушке (источнике тепла) умножаются на термические сопротивления для определения установившейся температуры якоря. Повышение температуры двигателя в установившемся режиме ( T ) определяется как:

Где:

ΔT = Изменение температуры в К
I = Ток через обмотки двигателя в А
R = Сопротивление обмоток двигателя в Ом в К/Вт
R th3 = Термическое сопротивление корпуса к окружающей среде в К/Вт

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 3 К/Вт и тепловое сопротивление между корпусом и окружающей средой 8 К/Вт. Повышение температуры обмоток определяется по приведенной ниже формуле; мы можем заменить Ploss на I 2 · R :

Поскольку шкала Кельвина использует то же приращение единицы, что и шкала Цельсия, мы можем просто заменить значение Кельвина, как если бы оно было значением Цельсия. Если предположить, 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 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.

Подобные расчеты можно было бы использовать для ответа на вопрос другого типа. Например, приложение может потребовать, чтобы двигатель работал с максимальным крутящим моментом, в надежде, что он не будет поврежден в результате перегрева. Предположим, требуется запустить двигатель с максимально возможным крутящим моментом при температуре окружающего воздуха 22°C.Разработчик хочет знать, какой крутящий момент двигатель может 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 за счет рассеивания тепловой мощности:

Где:

α Cu = Температурный коэффициент меди в единицах K -1
(обратные единицы Кельвина)

Так, из-за нагрева катушки и магнита за счет рассеивания мощности от потерь I 2 · R сопротивление катушки увеличилось с 1,03 Ом до 1,44 Ом. Теперь мы можем пересчитать новую константу крутящего момента k M , чтобы проследить влияние повышения температуры на производительность двигателя:

Где:

α M = Температурный коэффициент магнита в единицах K -1
(обратные Кельвины)

Теперь мы пересчитываем новую константу противо-ЭДС k E и наблюдаем за результатами. Из формулы, которую мы вывели выше:

Как мы видим, константа крутящего момента ослабевает в результате повышения температуры, как и константа противо-ЭДС! Таким образом, сопротивление обмотки двигателя, постоянная крутящего момента и постоянная противо-ЭДС оказывают негативное влияние по той простой причине, что они являются функциями температуры.

Мы могли бы продолжить расчет дополнительных параметров в результате более горячих катушки и магнита, но наилучшие результаты дает выполнение нескольких итераций, что лучше всего делать с помощью количественного программного обеспечения. Поскольку температура двигателя продолжает расти, каждый из трех параметров будет изменяться таким образом, что ухудшаются характеристики двигателя и увеличиваются потери мощности. При непрерывной работе двигатель может даже достичь точки «теплового разгона», что потенциально может привести к повреждению двигателя, не подлежащему ремонту.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 можно увеличить, уменьшив тепловое сопротивление двигателя. Термическое сопротивление между ротором и корпусом R th2 в основном определяется конструкцией двигателя. Тепловое сопротивление корпуса к окружающей среде R th3 можно значительно уменьшить за счет добавления радиаторов.Термическое сопротивление двигателя для небольших двигателей постоянного тока обычно указывается для двигателя, подвешенного на открытом воздухе. Поэтому обычно имеет место некоторый отвод тепла в результате простой установки двигателя в теплопроводящую раму или шасси. Некоторые производители более крупных двигателей постоянного тока указывают тепловое сопротивление двигателя, установленного на металлической пластине известных размеров и материала.

Для получения дополнительной информации о расчетах бессердечных щеточных двигателей постоянного тока, а также о том, как рассеивание тепловой мощности может повлиять на характеристики электродвигателя, обратитесь к квалифицированному инженеру FAULHABER.Мы всегда готовы помочь.

Моторные формулы и расчеты, перечень полезных инструментов

Приведенные ниже формулы и расчеты следует использовать только в целях оценки. Заказчик несет ответственность за указание требуемой мощности двигателя, крутящего момента и времени разгона для своего применения. Продавец может пожелать проверить значения, указанные клиентом, с помощью формул в этом разделе, однако, если есть серьезные сомнения относительно применения клиента или если клиенту требуется гарантированная производительность двигателя/приложения, клиент должен привлечь инженера-электрика для точной проверки. расчеты.

Чтобы получить подробное объяснение каждой формулы, нажмите на ссылки ниже, чтобы перейти прямо к ней.


Практические правила (приблизительные)

Механические формулы

9058

Крутящий момент в lb.ft. = HP x 5250

RPM

—— HP = крутящий момент X RPM —— RPM = 120 x Частота

Количество полюсов

6

5250

302

преобразование температуры
deg C = (deg f — 32) x 5/9

deg f = (deg c x 9/5) + 32

преобразование температуры Формула

9093

R = 1. 8 K + 0,6
.K = 5 / 9 (R-0,6)
F = 1,8C + 32
  C = 5 / 3 (F-9045) 460
.k = C + 273
C = по Цельсию, градуса
F = по Фаренгейту, градуса
.k = Kelvin
R = ранний, градусов
-17,8

2

до C Темп. с F
10,8
37,8
65,6
93,3
0
50
100
150
200
32,0
122,0
212,0
302,0
392,0
121,0 148,9
176. 7
204.4
232.2
250
300

250
400
450
400
450
400
450

450

482.0
572.0
662.0
752,0
842,0
260,0
287.7
315.6
343.0
500
550
600
650
600

932.0
1022.0 932.0
1022.0
1112.0
1202,0
до C Temp. 90 285 к F
371,1 398,9
426,7
454,4
482,2
700 750
800
850
900
1292. 0 1382.0 1472.0

1562.0 1652,0

510.0
537,8
565,6
593,3
621,1
950
1000
1050
1100
1150
1742,0
1832,0
1922,0
2012,0
2102,0
648,9
676,7
704,4
732,2
1200
1250
1300
1350
2192.0
2282.0
2372.0
2462.0

9 Темп.

2

до F
760.0
787,8
815,6
843,3
872,1
1400
1450
1500
1550
1600
2552,0
2642,0
2732,0
2822,0
2912,0
899,9
927,7
955,4
983,2
1011,0
1650
1700
1750
1800
1850

6

300286

3002. 0
3092.0
3182.0
3272.0
3362.0
1038.8

1038,8

1038.8
1066.6
1094.3
1121.1

6

1

999999
2000
2050

6

3452.0
3542.0
3632.0
3632.0
3722.0

Высокая инерция нагрузки
T = WK 2 X RPM

308 x T AV.

—— WK 2 = инерция в lb.ft. 2
t = время разгона в сек.
Т = Ср. ускоряющий момент lb.ft.
T = WK 2 X RPM

308 XT

308 XT

308 XT

6

Inertia Отражается на мотор = нагрузка инерция нагрузки RPM

мотор RPM

2

синхронная скорость Частота и количество полюсов переменного тока Motors
N S =

120 XF

P

——

6

F = P XN S

120

P = P = 120 XF

N S


соотношение между лошадиными силами, крутящим моментом и скоростью
HP = T XN

5250

—— Т = 5250

HP н

—— п = 5250

HP Т


скольжению двигателя +

% скольжению = н сек — п

п с

х 100

+

16.0-17.99

20.0-22.39

код кВА / HP код кВА / HP код кВА / HP код кВА/л. с.
А 0-3.14 F 5,0 -5,59 л 9.0-9.99 S
Б 3,15-3,54 G 5.6 -6.29

5.6 -6.29 M 10.0.0-11.19 T 18. 0-19.99

2

C 3.55-3.99 H 6.3 -7,09 Н 11.2-12.49 U
D 4,0 -4,49 Я 7,1 -7,99 P 12.5-13.99

12. 5-13.99 6

2 E 4.5 -4.99 K 8.0 -8.99 R 14.0-15.99

Символы 91 046

Я = тока в амперах E = напряжение в вольтах

кВт

= Power в киловаттах KVA kva = Видимая мощность в килограмме 80282

HP = выходной мощность в лошадиных силах N = мотор Скорость в революциях в минуту (RPM) NS

NS = Синхронная скорость в оборотах в минуту (об / мин) P = Количество полюсов F = частота в циклах в секунду (CPS) T = крутящий момент в фунто-футах 9 1408 EFF = = = эффективность как десятичное pf = = фактор мощности как десятичный
эквивалентная инерция

в механических системах, все вращающиеся части обычно не работают на одинаковой скорости . Таким образом, нам необходимо определить «эквивалентную инерцию» каждой движущейся части при определенной скорости первичного двигателя.

Общий эквивалент WK 2 для системы представляет собой сумму WK 2 каждой части, относящуюся к скорости первичного двигателя.

Уравнение говорит:

WK 2 EQ = WK 2 Часть N Часть

N Prime Mover

2

Это уравнение становится общим знаменателем, на котором могут основываться другие расчеты.Для устройств с регулируемой скоростью инерция должна сначала рассчитываться на низкой скорости.

Рассмотрим простую систему, состоящую из первичного двигателя (ПМ), редуктора и нагрузки.

WK 2 = 100 lb.ft. 2   WK 2 = 900 lb.ft. 2
(вид на выходной вал)
  WK 2 = 27 000 lb.ft. 2

Формула утверждает, что система WK 2 эквивалент равна сумме WK 2 частей на RPM Prime Mover, или в этом случае:

Примечание: об/мин редуктора = об/мин нагрузки

Эквивалент WK 2 равен WK 2 первичного двигателя плюс WK 2 нагрузки. Это равно WK 2 первичного двигателя плюс WK 2 раз редуктора (1/3) 2 плюс WK 2 раз нагрузки (1/3) 2 .

Эта связь редуктора к приводной нагрузке выражена формулой, указанной ранее:

WK 2 EQ = WK 2 Часть N Часть

N первичный двигатель

2

Другими словами, когда часть вращается со скоростью (N), отличной от первичного двигателя, WK 2

WK 2 коэффициента скорости детали в квадрате.

В этом примере результат может быть получен следующим образом:

эквивалент WK 2 равен:

, наконец:

WK 2 EQ = LB. FT. 2 pm + 100 lb.ft. 2 Красный + 3000 lb.ft 2 Нагрузка

WK 2 EQ = 3200 lb.ft. 2

Суммарный эквивалент WK 2 равен тому WK 2 , который видит первичный двигатель на его скорости.


Электрические формулы     (дополнительные формулы см. в разделе «Формулы»)

I = Ампер; Е = вольт; Эфф = Эффективность; pf = коэффициент мощности; кВА = киловольт-ампер; kw = киловатты


заблокированный ток ротора (IL) от баллов Data

или

три фазы: I L = 577 X HP X KVA / HP

E

см. : КВА / HP Chart
Одна фаза: I L = 1000 x HP x KVA / HP

E

Пример: Двигательная табличка Указывает 10 л.с. , 3 фазы, 460 вольт, код F.

I L = 577 x 10 x (5. 6 или 6.29)

I L = L = 70.25 или 78,9


Эффект линейного напряжения на заблокированном токе ротора (IL) (прибл.)

E N / P

I L @ E Line = I LINE @ E N / P x
6

Пример: Двигатель имеет заблокированный ток ротора (Inreush из 100 ампер (I L ) на номинальной табличке напряжение (E N /P ) 230 вольт.

Что такое I L с напряжением 245 вольт (E LINE ) применительно к этому двигателю?

I L при 245 В. = 100 x 254 В/230 В

I L при 245 В. = 107 Ампер


Основные расчеты мощности в лошадиных силах

Мощность в лошадиных силах — это работа, выполняемая в единицу времени. Один HP равен 33 000 ft-lb работы в минуту. Когда источником крутящего момента (T) совершается работа по совершению (M) оборотов вокруг оси, проделанная работа равна:

  радиус x 2 x об/мин x фунт.Или 2 ТМ

При вращении по курсу N RPM, HP доставлен:

HP = RADIUS X 2 X RPM X LB.

33 000

= TN

TN

5,250

для вертикальных или подъемных движений:

HP = W x S

33 000 X E

, где:

W = общий вес в фунтах.поднимается двигателем
S = скорость подъема в футах в минуту
E = общий механический КПД подъемника и редуктора. Для оценки
E = 0,65 для эфф. подъемника и присоединенного механизма.

для вентиляторы и воздуходувки:

HP = Объем (CFM) X Глава (дюйма воды)

6356 x Механическая эффективность вентилятора

Или

 
HP = Объем (куб. За кв. Футов)

3300 x Механическая эффективность вентилятора

или

или

HP = Объем (CFM) X Давление (LB на кв. )

229 x Механический КПД вентилятора

Для оценки эффективности. вентилятора или воздуходувки можно принять равным 0,65.

Примечание: Производительность по воздуху (куб. фут/мин) напрямую зависит от скорости вращения вентилятора.Развиваемое давление зависит от квадрата скорости вращения вентилятора. Мощность зависит от куба скорости вращения вентилятора.

для насосов:

0 HP =

HP = GPM x Давление в ЛБ. За кв. В. x Определенные гравитации

1713 x Механическая эффективность насоса

Или

2

HP = GPM X Total Dynamic Head в ногах X Определенные гравитации

3960 x Механическая эффективность насоса

где Общий динамический напор = Статический напор + Фрикционный напор

Для оценки КПД насоса можно принять равным 0. 70.


Ускоряющий момент

Эквивалентная инерция привода с регулируемой скоростью показывает энергию, необходимую для поддержания работы системы. Однако запуск или ускорение системы требует дополнительной энергии.

Крутящий момент, необходимый для ускорения тела, равен WK 2 тела, умноженному на изменение числа оборотов в минуту, деленному на 308 умноженный на интервал (в секундах), в течение которого происходит это ускорение:

 
УСКОРЯЮЩИЙ МОМЕНТ = WK 2 Н (в фунтахFT.)

308T

N = Изменение в RPM
W = вес в фунтах.
K = = = T = = =

WK 2 = Эквивалентная инерция
308 = константа пропорциональности

Или

девяносто одна тысяча семьсот семьдесят четыре

Т Точность = WK 2 Н

308t

константа (308) получается путем преобразования линейного движения в угловое и с учетом ускорения под действием силы тяжести. Если, например, у нас есть просто первичный двигатель и нагрузка без регулировки скорости:

Пример 1

WK 90,511 2 2 2 2 2 2 2 2   WK 2 = 800 lb.ft. 2

WK 2 EQ EQ определяется как до:

WK 2 EQ = WK 2 PM + WK 2 Load
WK 2 EQ = 200 + 800
WK 2 EQ = 1000 футов. фунты 2

Если мы хотим разогнать эту нагрузку до 1800 об/мин за 1 минуту, имеется достаточно информации, чтобы найти величину крутящего момента, необходимого для ускорения нагрузки.

Формула состояний:

T ACC = WK 2 EQ N

308T

или 1000 x 1800

308 x 60

1800000

18480

Другими словами, 97.4 фунта-фута необходимо приложить крутящий момент, чтобы заставить эту нагрузку вращаться со скоростью 1800 об/мин за 60 секунд.

Обратите внимание, что T Acc представляет собой среднее значение ускоряющего момента во время рассматриваемого изменения скорости. Если требуется более точный расчет, может оказаться полезным следующий пример.

Пример 2

Время, которое требуется для ускорения индукционного двигателя с одной скорости к другому можно найти из следующего уравнения:

T = WR 2 x Изменение в RPM

308 X T

, где:

286

T = Среднее значение ускоряющего крутящего момента во время рассматриваемого изменения скорости.
t = Время, необходимое двигателю для разгона от начальной до конечной скорости.
WR 2 = Эффект маховика или момент инерции для приводимого механизма плюс ротор двигателя в фунтах-футах. 2 (WR 2 приводимого механизма должен относиться к валу двигателя).

Применение приведенной выше формулы теперь будет рассмотрено на примере.На рисунке А показаны кривые скорость-момент асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и вентилятора, который он приводит в действие. При любой скорости вентилятора разница между крутящим моментом, который двигатель может создать на своем валу, и крутящим моментом, требуемым для вентилятора, представляет собой крутящий момент, доступный для ускорения. Ссылка на рисунок А показывает, что ускоряющий момент может сильно меняться в зависимости от скорости. Когда кривые скорость-момент для двигателя и воздуходувки пересекаются, крутящий момент для ускорения отсутствует. Затем двигатель приводит в действие воздуходувку с постоянной скоростью и просто обеспечивает крутящий момент, необходимый для нагрузки.

Чтобы найти общее время, необходимое для разгона двигателя и вентилятора, область между кривой скорости двигателя и скоростью вращения вентилятора разделена на полосы, концы которых приближаются к прямым линиям. Каждая полоса соответствует приращению скорости, происходящему в течение определенного интервала времени. Сплошные горизонтальные линии на рисунке А обозначают границы полос; длины пунктирных линий — средние ускоряющие моменты для выбранных интервалов скоростей.Чтобы рассчитать общее время разгона двигателя и воздуходувки с прямой связью, необходимо найти время, необходимое для разгона двигателя от начала одного интервала скорости до начала следующего интервала, и сложить время приращения для все интервалы, чтобы прийти к общему времени ускорения. Если WR 2 двигателя, кривая скорости вращения которого приведена на рисунке A, составляет 3,26 футо-фунта. 2 и WR 2 воздуходувки относительно вала двигателя составляет 15 футов.фунт 2 , общее количество WR 2 составляет:

,

  15 + 3,26 = 18,26 футофунта. 2 ,

и общее время ускорения:

или

Рисунок

Рисунок A
Кривые, используемые для определения времени, необходимые для ускорения индукционного двигателя и вентиляции

Ускоряющие моменты
T 1 = 46 фунт-футов. T 4 = 43,8 фунт-фут. Т 7 = 32.8 фунт-футов
T 2 = 48 lb.ft. T 5 = 39,8 фунт-фут. T 8 = 29,6 фунт-фут.
T 3 = 47 lb.ft. T 6 = 36,4 фунт-фут. T 9 = 11 фунт-фут.

 


Рабочие циклы

Заказы на продажу часто вводятся с пометкой под специальными функциями, такими как:

——«Подходит для 10 пусков в час»
Или
—-» Подходит для 3 реверсов в минуту»
или
——» Двигатель, способный развивать ускорение до 350 фунтов.ft. 2 »
Или
——«Подходит для 5 пусков и остановок в час»

Заказы с такими примечаниями не могут быть обработаны по двум причинам.

  1. Соответствующая группа продуктов должна быть сначала консультировались, чтобы узнать, доступна ли конструкция, которая будет выполнять требуемый рабочий цикл, и, если нет, чтобы определить, соответствует ли тип требуемой конструкции нашей существующей линейке продуктов
  2. Ни одно из приведенных выше примечаний не содержит достаточно информации для выполнения расчет цикла.Для проверки рабочего цикла информация о рабочем цикле должна включать следующее:
    1. Инерция, отраженная на валу двигателя.
    2. Моментная нагрузка на двигатель во время всех частей рабочего цикла, включая пуски, время работы, остановы или реверсы.
    3. Точная синхронизация каждой части цикла.
    4. Информация о том, как выполняется каждый шаг цикла. Например, остановка может осуществляться выбегом, механическим торможением, динамическим торможением постоянным током или торможением.Реверс может быть выполнен заглушкой или двигатель может быть остановлен каким-либо образом, а затем снова запущен в противоположном направлении.
    5. Если двигатель многоскоростной, цикл для каждой скорости должен быть полностью определен, включая способ переключения с одной скорости на другую.
    6. Любые особые механические проблемы, особенности или ограничения.

Получение этой информации и сверка с группой продуктов перед размещением заказа может сэкономить много времени, средств и корреспонденции.

Рабочий цикл относится к подробному описанию рабочего цикла, который повторяется в течение определенного периода времени. Этот цикл может включать в себя частые пуски, остановку забивания, реверсирование или остановку. Эти характеристики обычно используются в процессах периодического действия и могут включать галтовочные барабаны, некоторые краны, лопаты и драглайны, демпферы, приводы ворот или плугов, разводные мосты, грузовые и людские лифты, экстракторы прессового типа, некоторые питатели, прессы определенные типы, подъемники, индексаторы, расточные машины, машины для производства шлакоблоков, шпоночные, месильные, вагонотяговые, встряхивающие (литейные или автомобильные), обжимные и моечные машины, а также некоторые грузовые и пассажирские транспортные средства. Список не является исчерпывающим. Приводы для этих нагрузок должны быть способны поглощать тепло, выделяемое во время рабочих циклов. В муфтах скольжения, муфтах или двигателях потребуется достаточная теплоемкость для ускорения или остановки этих приводов или для предотвращения опрокидывания. Это произведение скорости скольжения и крутящего момента, поглощаемого нагрузкой в ​​единицу времени, что приводит к выделению тепла в этих компонентах привода. Все события, происходящие во время рабочего цикла, генерируют тепло, которое компоненты привода должны рассеивать.

Из-за сложности расчетов рабочего цикла и обширных технических данных для конкретной конструкции двигателя и номинальных характеристик, необходимых для расчетов, заказчику необходимо обратиться к инженеру-электрику для расчета двигателя с приложением рабочего цикла.

Понимание коэффициента мощности — Laurens Electric Cooperative

Коррекция коэффициента мощности конденсаторами

Описание:

Коэффициент мощности – это соотношение (фаза) тока и напряжения в электрических распределительных системах переменного тока. В идеальных условиях ток и напряжение находятся «в фазе», а коэффициент мощности равен «100 %». Если присутствуют индуктивные нагрузки (двигатели), коэффициент мощности менее 100 % (обычно от 80 до 90 %).

Низкий коэффициент мощности, с точки зрения электротехники, вызывает более сильный ток, протекающий по линиям распределения электроэнергии, чтобы доставить определенное количество киловатт сверх электрической нагрузки.

Эффекты?

Система распределения электроэнергии в здании или между зданиями может быть перегружена избыточным (бесполезным) током.

Мощность систем производства и распределения электроэнергии, принадлежащих Laurens Electric, измеряется в кВА (килоамперах).

кВА = ВОЛЬТ X АМПЕР X 1,73 (трехфазная система) / 1000

При единичном коэффициенте мощности (100%) потребуется 2000 кВА мощности генерирующей и распределительной сети для обеспечения 2000 кВт. Однако, если бы коэффициент мощности упал до 85%, потребовалась бы мощность 2353 кВА. Таким образом, мы видим, что более низкий коэффициент мощности оказывает обратное влияние на генерирующие и распределительные мощности.

Низкий коэффициент мощности перегружает генерирующие, распределительные и сети с избыточным кВА.

Если вы владеете большим зданием, вам следует рассмотреть возможность коррекции низкого коэффициента мощности по одной или обеим из следующих причин:

  • Чтобы снизить вероятность дополнительных сборов за коэффициент мощности в случае, если Laurens Electric начнет выставлять счета за корректировку коэффициента мощности и
  • Для восстановления мощности (кВА) перегруженных фидеров в здании или комплексе зданий.

Существует несколько методов коррекции более низкого коэффициента мощности.Обычно используются: емкость.

Блоки конденсаторов

Наиболее практичным и экономичным устройством коррекции коэффициента мощности является конденсатор. Это улучшает коэффициент мощности, потому что влияние емкости прямо противоположно влиянию индуктивности.

Значение var номинальной мощности конденсатора показывает, сколько реактивной мощности будет отдавать конденсатор. Поскольку этот вид реактивной мощности компенсирует реактивную мощность, вызванную индуктивностью, каждый киловар емкости уменьшает чистую потребность в реактивной мощности на ту же величину.Например, конденсатор на 15 кВАр компенсирует 15 кВА индуктивной реактивной мощности.

Конденсаторы

могут быть установлены в любой точке электрической системы и улучшат коэффициент мощности между точкой приложения и источником питания. Однако коэффициент мощности между нагрузкой и конденсатором останется неизменным. Конденсаторы обычно добавляются к каждой единице неисправного оборудования, перед группами двигателей (перед центрами управления двигателями или распределительными панелями) или в основных службах.

Электроэнергия — Learn.sparkfun.com

Авторы:
Джимблом

Избранное

Любимый

51

С великой силой.

..

Зачем нам власть? Мощность — это измерение передачи энергии во времени, а энергия стоит денег. Батареи не бесплатны, и они не выходят из вашей электрической розетки. Таким образом, мощность измеряет, насколько быстро копейки уходят из вашего кошелька!

Также энергия есть…энергия. Она проявляется во многих потенциально опасных формах — тепло, излучение, звук, ядерная энергия и т. д. — и чем больше мощность, тем больше энергии. Поэтому важно иметь представление о том, с какой мощностью вы работаете, играя с электроникой. К счастью, играя с Arduino, зажигая светодиоды и вращая небольшие моторы, потерять счет потребляемой энергии означает только выкурить резистор или расплавить микросхему. Тем не менее, совет дяди Бена относится не только к супергероям.

Описано в этом руководстве

  • Определение мощности
  • Примеры передачи электроэнергии
  • Вт, единица мощности в СИ
  • Расчет мощности по напряжению, току и сопротивлению
  • Максимальная номинальная мощность

Рекомендуемая литература

Мощность — одно из наиболее фундаментальных понятий в электронике. Но прежде чем узнать о силе, возможно, вам следует прочитать некоторые другие руководства. Если вы не знакомы с некоторыми из этих тем, рассмотрите возможность сначала ознакомиться с этими руководствами:

Что такое электроэнергия?

Существует много типов силы — физическая, социальная, супер, защита от запахов, любовь — но в этом уроке мы сосредоточимся на электроэнергии. Так что же такое электроэнергия?

В общефизических терминах мощность определяется как скорость, с которой энергия передается (или преобразуется) .

Итак, во-первых, что такое энергия и как она передается? Трудно сказать просто, но энергия — это в основном способность чего-то к перемещать что-то еще. Существует множество форм энергии: механическая, электрическая, химическая, электромагнитная, тепловая и многие другие.

Энергия никогда не может быть создана или уничтожена, только передана в другую форму. Многое из того, что мы делаем в электронике, — это преобразование различных форм энергии в электрическую энергию и обратно.Светодиоды освещения превращают электрическую энергию в электромагнитную энергию. Вращающиеся двигатели превращают электрическую энергию в механическую. Жужжащие зуммеры излучают звуковую энергию. Питание схемы от щелочной батареи 9 В превращает химическую энергию в электрическую. Все это формы передачи энергии .

Тип

Энергия преобразуется , преобразованные
механический Электродвигатель
Электромагнитный LED
Heat Резистор
Химическая батарея
Ветер Ветряная мельница

Пример электрических компонентов, передающих электрическую энергию в другую форму.

Электрическая энергия, в частности, начинается как электрическая потенциальная энергия — то, что мы с любовью называем напряжением. Когда электроны проходят через эту потенциальную энергию, она превращается в электрическую энергию. В большинстве полезных цепей эта электрическая энергия преобразуется в какую-либо другую форму энергии. Электрическая мощность измеряется путем объединения двух параметров: , сколько электроэнергии передается, и , как быстро происходит эта передача.

Производители и потребители

Каждый компонент в цепи либо потребляет , либо производит электроэнергии.Потребитель преобразует электрическую энергию в другую форму. Например, когда загорается светодиод, электрическая энергия преобразуется в электромагнитную. В этом случае лампочка потребляет мощности. Электроэнергия произведена при передаче энергии в электрических из какой-либо другой формы. Батарея, питающая цепь, является примером генератора энергии .

Мощность

Энергия измеряется в джоулях (Дж).Поскольку мощность — это мера энергии в течение определенного периода времени, мы можем измерить ее в джоулей в секунду . Единицей СИ для джоулей в секунду является ватт , сокращенно Вт .

Очень часто «ваттам» предшествует один из стандартных префиксов системы СИ: микроватты (мкВт), милливатт (мВт), киловатты (кВт), мегаватты (МВт) и гигаватт (ГВт). ситуация.

Имя Префикс

Вес

-9

-6

-3

3

6

Префикс Аббревиатура
Nanowatt нВт 10
мкВт мкВт 10
Milliwatt мВт 10
Ватт Вт 10 0
Киловат кВт 10
Мегаватт МВт 10
Гигаватт ГВт 10 9

Микроконтроллеры

, такие как Arduino, обычно работают в диапазоне мкВт или мВт. Ноутбуки и настольные компьютеры работают в стандартном диапазоне мощности ватт. Энергопотребление дома обычно находится в диапазоне киловатт. Большие стадионы могут работать в мегаваттном масштабе. И гигаватт вступает в игру для крупных электростанций и машин времени.

Расчетная мощность

Электроэнергия – это скорость передачи энергии. Измеряется в джоулях в секунду (Дж/с) — ватт (Вт). Учитывая несколько основных терминов электричества, которые мы знаем, как мы можем рассчитать мощность в цепи? Что ж, у нас есть очень стандартное измерение, включающее потенциальную энергию — вольты (В), которые определяются в джоулях на единицу заряда (кулон) (Дж/Кл).Ток, еще один из наших любимых терминов в области электричества, измеряет ток заряда во времени в амперах (А) — кулонах в секунду (Кл/с). Соединяем вместе и что мы получаем?! Власть!

Чтобы рассчитать мощность любого конкретного компонента в цепи, умножьте падение напряжения на нем на ток, протекающий через него.

Например,

Ниже приведена простая (хотя и не очень функциональная) схема: батарея 9 В, подключенная к 10-омному проводу. резистор.

Как рассчитать мощность на резисторе? Сначала мы должны найти ток, протекающий через него. Достаточно просто… Закон Ома!

Хорошо, 900 мА (0,9 А) проходит через резистор и 9 В через него. Какая мощность подается на резистор?

Резистор преобразует электрическую энергию в тепло. Таким образом, эта схема каждую секунду преобразует 8,1 Дж электрической энергии в тепло.

Расчет мощности в резистивных цепях

Когда дело доходит до расчета мощности в чисто резистивной цепи, достаточно знать два из трех значений (напряжение, ток и/или сопротивление).

Подключив закон Ома (V=IR или I=V/R) к нашему традиционному уравнению мощности, мы можем создать два новых уравнения. Первый, чисто по напряжению и сопротивлению:

Итак, в нашем предыдущем примере 9В 2 /10Ом; (V 2 /R) составляет 8,1 Вт, и нам не нужно рассчитывать ток, протекающий через резистор.

Второе уравнение мощности может быть составлено только через ток и сопротивление:


Какое нам дело до мощности, падающей на резистор? Или любой другой компонент в этом отношении.Помните, что мощность – это передача энергии из одного вида в другой. Когда эта электрическая энергия, вытекающая из источника питания, попадает на резистор, энергия превращается в тепло. Возможно, больше тепла, чем может выдержать резистор. Что приводит нас к… номинальной мощности.

Номинальная мощность

Все электронные компоненты передают энергию от одного типа к другому. Желательна передача некоторой энергии: светодиоды излучают свет, вращаются двигатели, заряжаются батареи.Другие передачи энергии нежелательны, но также неизбежны. Эти нежелательные передачи энергии представляют собой потери мощности , которые обычно проявляются в виде тепла. Слишком большие потери мощности — слишком большой нагрев компонента — могут стать очень нежелательными.

Даже если передача энергии является основной целью компонента, все равно будут потери для других форм энергии. Светодиоды и двигатели, например, по-прежнему будут выделять тепло как побочный продукт других видов передачи энергии.

Большинство компонентов имеют рейтинг максимальной мощности, которую они могут рассеивать, и важно поддерживать их работу ниже этого значения.Это поможет вам избежать того, что мы с любовью называем «выпустить волшебство наружу».

Номинальная мощность резистора

Резисторы являются одними из наиболее известных виновников потери мощности. Когда вы сбрасываете некоторое напряжение на резисторе, вы также индуцируете ток через него. Больше напряжение, значит больше ток, значит больше мощность.

Вспомните наш первый пример расчета мощности, в котором мы обнаружили, что если 9 В падает на 10 Ом; резистор, этот резистор будет рассеивать 8.1 Вт. 8.1 это лот ватт для большинства резисторов. Большинство резисторов рассчитаны на мощность от ⅛W (0,125 Вт) до ½ Вт (0,5 Вт). Если вы сбросите 8 Вт на стандартный резистор ½ Вт, приготовьте огнетушитель.

Если вы уже видели резисторы, то наверняка видели и эти. Сверху — резистор ½ Вт, а под ним — ¼ Вт. Они не созданы для того, чтобы рассеивать очень много энергии.

Существуют резисторы, рассчитанные на большие перепады мощности. Они специально называются силовыми резисторами .

Эти большие резисторы рассчитаны на рассеивание большой мощности. Слева направо: две 3 Вт 22 кОм; резисторы, два 5Вт 0.1Ом; резисторы и 25 Вт 3 Ом; и 2 Ом; резисторы.

Если вы когда-нибудь будете выбирать номинал резистора. Не забывайте и о его мощности. И, если ваша цель не состоит в том, чтобы что-то нагреть (нагревательные элементы в основном представляют собой действительно мощные резисторы), постарайтесь минимизировать потери мощности в резисторе.

Например,

Номинальная мощность резистора может иметь значение, когда вы пытаетесь выбрать значение для токоограничивающего резистора светодиода. Скажем, например, вы хотите зажечь 10-миллиметровый сверхяркий красный светодиод с максимальной яркостью, используя батарею 9 В.

Этот светодиод имеет максимальный прямой ток 80 мА и прямое напряжение около 2,2 В. Таким образом, чтобы подать 80 мА на светодиод, вам понадобится 85 Ом; резистор для этого.

На резистор упало 6,8 В, а протекающие через него 80 мА означают потерю 0,544 Вт (6,8 В * 0,08 А) мощности на нем. Полваттному резистору это не очень понравится! Он, наверное, не расплавится, но станет горячим .Не рискуйте и перейдите на резистор 1 Вт (или сэкономьте энергию и используйте специальный драйвер светодиодов).


Резисторы, безусловно, не единственные компоненты, для которых необходимо учитывать максимальную номинальную мощность. Любой компонент с резистивным свойством будет производить потери тепловой мощности. Работа с компонентами, которые обычно подвергаются высоким нагрузкам, например регуляторами напряжения, диодами, усилителями и драйверами двигателей, требует особого внимания к потерям мощности и тепловым нагрузкам.

Ресурсы и продолжение

Теперь, когда вы знакомы с концепцией электроэнергии, ознакомьтесь с некоторыми из этих учебных пособий!

  • Как повысить эффективность вашего проекта. Ну, вы знаете, что такое «мощность». Но как вы получаете это к вашему проекту?
  • Light — это полезный инструмент для инженера-электрика. Понимание того, как свет связан с электроникой, является фундаментальным навыком для многих проектов.
  • Что такое Arduino. В этом руководстве мы много говорили об этом. Если вы все еще не понимаете, что это такое, ознакомьтесь с этим руководством!
  • Диоды

  • . Независимо от того, преобразовывают ли они переменный ток в постоянный или просто зажигают светодиодный индикатор питания, диоды являются особенно удобным компонентом для питания проектов.
  • Резисторы

  • — самые основные электронные компоненты, резисторы необходимы практически в каждой схеме.
  • Музыкальная шкатулка MP3 Player Shield — поговорим о передаче энергии! Этот проект сочетает в себе электричество, движение и звук, чтобы создать музыкальную шкатулку в стиле «Доктор Кто» .

Как рассчитать требуемую входную мощность для мотор-редуктора

В первую очередь при выборе мотор-редуктора необходимо определить требуемый выходной крутящий момент и скорость. Но как только крутящий момент и скорость определены, вы также захотите узнать требуемую входную мощность для двигателя, особенно если в редукторном двигателе используется асинхронный двигатель переменного тока, где номинальная мощность (обычно указывается в лошадиных силах) используется в качестве ключевого фактора при расчете. размер.

Изображение предоставлено: Bodine Electric


Связь между работой и мощностью

Прежде чем мы рассмотрим, как рассчитать мощность, давайте рассмотрим взаимосвязь между мощностью и работой.

Работа определяется как сила, приложенная на расстоянии:

Вт = работа (Дж)

F = усилие (Н)

d = расстояние или смещение (м)

Механическая мощность — это скорость выполнения работы, поэтому работа, деленная на время:

P = механическая мощность (ватт)

Вт = работа (Дж)

t = время (с)

Механическая мощность также может быть записана как:

Обратите внимание, что расстояние, деленное на время (d/t), равно скорости, поэтому мощность можно записать как силу, умноженную на скорость:

v = скорость (м/с)


Уравнения мощности для электродвигателей: метрические единицы

Электродвигатели создают крутящий момент (а не силу) за счет вращательного движения (а не линейного расстояния), поэтому мощность равна крутящему моменту , умноженному на угловой скорости :

P = механическая мощность (Вт)

T = крутящий момент (Нм)

ω = угловая скорость (рад/с)

Обратите внимание, что угловая скорость измеряется в радианах в секунду. Если скорость указана в оборотах в минуту (об/мин или об/мин), обязательно конвертируйте обороты в минуту в радианы в секунду:


Перевод ватт в лошадиные силы

Хотя единицей мощности в системе СИ является ватт, при обсуждении мощности двигателя часто используется имперская единица лошадиных сил.

В 1780-х годах Джеймс Уатт и Мэтью Боултон определили 1 лошадиную силу (л.с.) как 33 000 фут-фунтов/мин, что составляет 44 742 Нм/мин.

Изображение предоставлено: Boston Gear

Преобразование из Нм/мин в Нм/с дает нам 746 Нм/с или 746 Вт.Следовательно, чтобы преобразовать мощность из ватт в лошадиные силы, разделите мощность в ваттах на 746.


Уравнения мощности для электродвигателей: британские единицы

В мотор-редукторах крутящий момент и скорость по-прежнему часто указываются в британских единицах измерения. В этих случаях мощность в лошадиных силах можно рассчитать напрямую с использованием коэффициента пересчета:

.

Когда крутящий момент указан в фунто-футах, а скорость в об/мин:

P = механическая мощность (л.с.)

T = крутящий момент (фунт-фут)

ω = угловая скорость (об/мин)

5252 = 33 0000 фут-фунт/мин ÷ 2π рад/об

Когда крутящий момент указан в фунтах на дюйм, а скорость в об/мин:

P = механическая мощность (л.с.)

T = крутящий момент (фунт-дюйм)

ω = угловая скорость (об/мин)

63 025 = 33 000 фут-фунт/мин * 12 дюймов/фут ÷ 2π рад/об


Входная мощность для мотор-редукторов

Каждое уравнение для механической мощности, приведенное выше, может применяться при определении размера мотор-редуктора в зависимости от используемых единиц крутящего момента и скорости.

Однако при определении входной мощности, необходимой для двигателя, необходимо принимать во внимание эффективность узла мотор-редуктора при передаче этой мощности на нагрузку. Таким образом, независимо от того, какое из приведенных выше уравнений используется для расчета требуемой выходной мощности, требуемая входная мощность двигателя рассчитывается как:

η = КПД мотор-редуктора

Обратите внимание, что эффективность может сильно различаться в зависимости от двигателя, типа используемой передачи и передаточного отношения.