Определение мощности двигателя для производственного механизма выполняется в соответствии с нагрузкой на его валу по условиям нагрева. После того как двигатель выбран по условиям нагрева по каталогу, его проверяют по перегрузочной способности и условиям пуска.
За время работы теплота, обусловленная потерями мощности в двигателе, нагревает его. Допустимая же температура двигателя определяется классом изоляции его обмоток и не должна превышать определенного значения, установленного заводом-изготовителем. Необходимо выбрать такой двигатель по номинальной мощности, при которой он бы нагревался за время работы до температуры, не превосходящей допустимую. Превышение допустимой температуры приводит к потере изоляцией электрической и механической прочности и к выходу двигателя из строя.
Завышение мощности двигателя связано с дополнительными капитальными затратами, увеличением расхода энергии на единицу продукции, а для асинхронных двигателей, кроме того, - с ухудшением коэффициента мощности.
По характеру работы все производственные механизмы разделяются на четыре основные группы:
1) механизмы, работающие длительно с постоянной нагрузкой;
2) механизмы, работающие длительно с изменяющейся нагрузкой;
3) механизмы, часть времени производственного цикла работающие, другую часть находящиеся в неподвижном состоянии (повторно-кратковременный характер работы);
4) механизмы, работающие всего несколько секунд или минут, а затем длительно (десятки секунд или минут) находящиеся в неподвижном состоянии (кратковременный характер работы).
В соответствии с характером работы производственных механизмов установлены три основных номинальных режима двигателей: продолжительный, повторно-кратковременный и кратковременный.
При продолжительном режиме (рис. 12.2, а ) за время работы двигатель успевает нагреться до установившейся температуры. При повторно-кратковременном режиме (рис. 12.2, б ) за время работы t t 0 , когда он отключен от сети, не успеет охладиться до температуры окружающей среды τ 0,с. Однако по прошествии нескольких циклов температура будет колебаться между наибольшими и наименьшими значениями, которые далее остаются постоянными. Основной характеристикой этого режима является относительная продолжительность включения, %,
где t p , t 0 , T ц - соответственно интервалы работы, паузы и цикла.
При кратковременном режиме (рис. 12.2, в ) за время работы t p двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы t 0 успевает охладиться до температуры окружающей среды τ 0,с.
Каждый двигатель может работать в любом из перечисленных режимов. Однако для получения наилучших экономических показателей электротехническая промышленность изготовляет двигатели, специально предназначенные для: а) продолжительного режима; б) повторно-кратковременного режима; в) кратковременного режима.
Рис. 12.2 Нагрузочные графики и изменение температуры двигателя при длительном (а ), повторно-кратковременном (б ) и кратковременном (в ) режимах работы
Для двигателей продолжительного режима в каталогах задается номинальная мощность без каких-либо оговорок о времени работы. Для двигателей повторно-кратковременного режима в каталогах указываются номинальные значения мощности соответственно для ПВ - 15, 25, 40 и 60%. При этом время цикла не должно превышать 10 мин. В противном случае режим работы считается продолжительным. Для двигателей кратковременного режима в каталогах задаются несколько времен работы и соответствующие им номинальные мощности.
В основе выбора мощности двигателя любого режима работы лежит метод средних потерь. Он основан на сравнении средних потерь мощности ΔР ср двигателя за цикл работы с потерями при номинальной нагрузке ΔР ном.
Средние потери определяются из выражения
О мощности:
С 2010 года на двигателях, произведенных в Европе и США, не указывается мощность, а только объем двигателя и крутящий момент в Н/м (Ньютон на метр) или Ft/Lbs (фут на фунт, американский аналог российских кг-сил). Для перевода в европейскую систему исчисления необходимо умножить Ft-lbs на 1.356 – получим Н-м.
Так как эти данные не слишком очевидны, то мы попытаемся в данной ситуации определить какой все-таки мощности тот или иной двигатель.
Мощность измеряется по формуле P (Вт) = Момент (Н-м) *Частоту вращения (Об/мин) / 9.5492
Нужно иметь ввиду, что максимальная мощность и максимальный момент достигаются при разных оборотах двигателя. Так максимальный момент, как видно из графика, будет на оборотах примерно 2400-2600, а максимальная мощность будет при 3600 об/мин.
Поэтому для того, чтобы все-таки узнать на какой мощности у вас работает двигатель, нужно знать на какие рабочие обороты он настроен, что не все производители указывают. Серьезные производители двигателей указывают для этого график, аналогичный представленному внизу, или указывают мощность двигателя достигается при каких оборотах. Если у вас есть регулятор оборотов двигателя – значит максимальная мощность будет на максимальных оборотах.
Этим различием и пользовались производители двигателей – указывалась мощность теоретически возможная при завышенных оборотах (например, 5.0 л.с. которую можно достичь при 4500 об/мин), при этом сам двигатель был настроен при постоянной работе на обороты 3600 – и при них мощность равнялась бы 3.5 л.с. Мощность численно от оборотов зависит гораздо больше, чем от момента. Надо понимать также, что при завышении оборотов мощность растет, а крутящий момент падает.
Практически это означает, что для косилки, чем больше мощность, тем на большие обороты можно раскрутить нож или на те же обороты, но более длинный/тяжелый нож. Но при этом, если задрать обороты и соответственно уменьшить крутящий момент, то нож сможет преодолевать все меньшее сопротивление. То есть наступает ситуация, что при последующем увеличении оборотов, будет уменьшаться крутящий момент и двигатель будет раньше глохнуть при увеличении сопротивления (нагрузки) и значит хуже будет косить густую траву.
Поэтому с 2010 года мощность, если и указывается, то в основном только производителем самой техники, на которую уже установлен тот или иной двигатель, с уже определенным «рабочим» числом оборотов, максимально подходящим к тому виду деятельности техники, на который установлен двигатель. А на двигателях указывается только максимальный крутящий момент, на который и стоит ориентироваться. Ведь чем больше крутящий момент, тем лучше техника будет справляться со своей задачей. Все это касается нормальных (брендовых) производителей техники. Сейчас все больше и больше появляется двигателей из Китая, как и от европейских производителей (MTD, Emak, Stiga, Al-Ko и т.д.), так и собственно китайских брендов Zongshen, Loncin, Rato, Lifan и других. Также существует большое количество «заказных» марок сделанных на основе аутсорсинга, то есть владелец бренда заказывает двигатели под собственным названием на заводах в Китае. А тут уже все зависит от добросовестности заказчика/поставщика этих агрегатов. По вашей просьбе и за ваши деньги в Китае вам напечатают любой паспорт и наклейки с любыми цифрами. Поэтому покупая культиватор/косилку с гордой надписью 7-8 л.с. с китайским мотором вы можете получить по факту двигатель реальной мощности 4-5 л.с. Но так, как в России потребитель в первую очередь выбирает технику по мощности, то наша компания, по возможности, указывает для бензиновой техники с четырехтактными двигателями две мощности: максимальную – завышенная мощность, которую указывали до 2010 года и продолжают указывать некоторые производители/продавцы для увеличения привлекательности своего товара, и номинальную (реальную). Но номинальную мощность, к сожалению, указывают не все производители или указывают завышенную, выдавая ее за номинальную. При этом этот параметр можно замерить только в заводских условиях, поэтому не во всех товарах есть возможность указать данную характеристику.
Также мы рекомендуем в первую очередь обращать внимание на крутящий момент и объем двигателя. Учитывая, что двигатели на садовой технике сконструированы достаточно просто (нет никакого турбо наддува, форсажа и т.д.), то с одного объема невозможно снять больше мощности на 30-50 %.
С термином «номинальная мощность» мы сталкиваемся практически ежедневно. Выбираем ли или лампу накаливания - везде указано это значение. Единицей измерения являются ватты или киловатты. Казалось бы - что может быть проще в этом вопросе? Ведь еще со школьного курса физики всем известно, что для определения мощности (P) достаточно перемножить значения тока и напряжения. Но что скрывается за словами «номинальная мощность»?
Под термином «номинальный» понимают определенное значение чего-либо, не учитывающее внешних корректирующих факторов. Таким образом, номинальная мощность - указанное производителем значение, которое может быть получено только при предусмотренных расчетных параметрах. Это общее понятие. В каждом же конкретном случае необходимо учитывать свои специфичные особенности. Приведем пример с лампой накаливания. На ее стеклянной колбе отмечено: 230 В, 100 Вт. То есть, 100 Вт может быть достигнуто только при напряжении в 230 В. Номинальная мощность - это те самые 100 Вт. Ее значение уменьшается со снижением напряжения и увеличивается с повышением так как эти параметры находятся в прямой зависимости друг от друга (P=I*U).
Как правило, для большинства электроприборов есть ограничение по верхней границе, обычно 5-10%. Другими словами, допустима работа при 230 В + 23 В = 253 В. Нижний предел может не указываться, как в случае с лампой. Более сложное оборудование ограничено по паспортным параметрам как сверху, так и снизу.
К примеру, как понять термин «номинальная мощность двигателя»? Существует два равноправных определения - одно с точки зрения электричества, а другое исходя из расчетной механической нагрузки на валу. Хотя они непосредственно взаимосвязаны, второе более простое для понимания. Мы приведем оба. На табличке с всегда указано значение мощности. Она численно равна потребляемой из электрической сети при расчетной механической нагрузке, причем температура корпуса должна находиться в допустимых пределах (подразумевается продолжительный режим работы). То есть, можно считать, что паспортное значение равно номинальному. Если же электропривод работает в повторно-кратковременном режиме (ПВ не равно 100%), то такое соответствие не выполняется, так как времени работы недостаточно для перехода в установившийся режим, когда увеличение нагрева компенсируется температурой окружающего воздуха. В этом случае потребуется нагрузочный график: номинальная мощность будет равна произведению паспортного значения P и из подобранного по графику коэффициента. Все вышесказанное верно для электрической составляющей.
Согласно другому определению, номинальная мощность принимается равной механической, развиваемой двигателем при расчетном значении напряжения и температурном режиме, соответствующем паспортному. Таким образом, если напряжение (U) уменьшается, то изменяется и момент силы, хотя скорость вращения вала может остаться прежней. Как было сказано, производителем закладывается в изделие определенный «запас прочности»: колебания U в пределах +-5% позволяет двигателю развивать расчетный момент (при неизменности частоты сети). Для частоты такой запас составляет всего 2,5%.
А вот номинальная мощность трансформатора учитывает только температурный режим. Если посмотреть в паспорт устройства, то там указаны две температуры: номинальная и окружающего воздуха. Если при работе первая не превышает своего расчетного значения, а вторая отличается от паспортных данных незначительно, то в этом режиме трансформатор выдает номинальную мощность. Любое повышение электрической нагрузки вызывает рост тока и температуры, поэтому вполне достаточно контроля последней. Как и в случае с двигателями, допускается небольшое превышение.