Мощность двигателя, кВт: что означает характеристика и где она используется
Мощность в киловаттах — одна из основных характеристик электродвигателя. Она показывает, какую механическую мощность двигатель способен отдавать на валу в номинальном режиме работы.
Именно поэтому значения 0,75; 1,5; 2,2; 5,5; 7,5; 11; 15; 22 кВт и другие встречаются не только у самих электродвигателей, но и у оборудования, предназначенного для их управления, запуска и коммутации: частотных преобразователей, устройств плавного пуска, контакторов, мотор-редукторов и других устройств.
При этом смысл характеристики зависит от типа оборудования.
У электродвигателя значение в кВт характеризует сам двигатель. У частотного преобразователя, УПП или контактора оно обычно означает мощность двигателя, с которым рассчитано работать устройство.
Что означает мощность электродвигателя
Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую. На его валу создаются вращающий момент и скорость вращения.
Номинальная мощность двигателя, указанная как Rated Power, Rated Output, Motor Power или Pn, обычно означает механическую мощность на валу при номинальных условиях эксплуатации.
Например, двигатель мощностью 7,5 кВт рассчитан примерно на 7,5 кВт полезной механической мощности на валу.
Международные требования к номинальным характеристикам вращающихся электрических машин устанавливаются стандартом IEC 60034-1.
Как мощность связана с моментом и скоростью
Мощность двигателя связана с его вращающим моментом и частотой вращения:
P = M × n / 9550
где:
P — мощность, кВт;
M — момент, Н·м;
n — скорость вращения, об/мин.
Поэтому одинаковая мощность не означает одинаковый момент.
Например, двигатель 7,5 кВт при 1500 об/мин создаёт примерно вдвое больший номинальный момент, чем двигатель 7,5 кВт при 3000 об/мин.
Из-за этого при выборе двигателя нельзя ориентироваться только на число киловатт. Нужно также учитывать скорость вращения и требуемый момент механизма.
ABB в технических руководствах также определяет механическую мощность двигателя через его момент и скорость.
Мощность двигателя и потребляемая мощность — разные величины
Если на двигателе указано 7,5 кВт, это не означает, что он постоянно потребляет из сети ровно 7,5 кВт.
Номинальная мощность относится к полезной механической мощности на валу. Электрическая мощность на входе будет выше, потому что часть энергии теряется в обмотках, магнитопроводе, подшипниках и системе охлаждения.
Связь можно представить так:
Pвых = Pвх × η
где η — КПД двигателя.
Например, двигатель с выходной мощностью 15 кВт и КПД 92 % при полной нагрузке будет потреблять примерно 16,3 кВт электрической мощности.
Фактическое энергопотребление также зависит от текущей нагрузки. Двигатель на 15 кВт не обязан постоянно работать на полной мощности.
Почему два двигателя одинаковой мощности могут отличаться
Два двигателя с одинаковыми 11 кВт на шильдике могут иметь разные:
номинальные токи;
КПД;
коэффициенты мощности;
скорости вращения;
рабочие напряжения;
конструктивные характеристики.
Поэтому мощность показывает общий класс двигателя, но не описывает полностью его электрические параметры.
Особенно важно это учитывать при подборе оборудования, которое будет питать, запускать или коммутировать двигатель.
Что означает мощность у частотного преобразователя
Частотный преобразователь управляет электродвигателем, изменяя частоту и напряжение питания.
Поэтому обозначение:
«частотный преобразователь 11 кВт»
обычно означает, что ПЧ рассчитан на управление типовым электродвигателем мощностью около 11 кВт при определённом напряжении и режиме нагрузки.
Это не означает, что сам преобразователь имеет механическую мощность 11 кВт.
При этом окончательно выбирать ПЧ только по киловаттам неправильно.
Danfoss рекомендует проверять прежде всего номинальный ток двигателя и сравнивать его с допустимым выходным током преобразователя.
Причина в том, что двигатели одинаковой мощности могут иметь разный ток. Например, для различных двигателей 11 кВт Danfoss приводит номинальные токи примерно от 19,8 до 22,5 А [3].
Поэтому мощность ПЧ в кВт — это удобный ориентир, а реальные возможности его силовой части определяются прежде всего током и допустимой перегрузкой.
Почему у одного ПЧ может быть несколько значений мощности
Для частотных преобразователей часто используются режимы:
Normal Duty;
Heavy Duty;
Low Overload;
High Overload.
Один и тот же преобразователь в лёгком режиме может работать с более мощным двигателем, а в тяжёлом режиме — с менее мощным, но обеспечивать больший запас по перегрузочному току.
Например, один ПЧ может быть рассчитан на двигатель 11 кВт в Normal Duty и 7,5 кВт в Heavy Duty.
Это ещё раз показывает, что указанная у преобразователя мощность — характеристика совместимого двигателя при определённых условиях, а не абсолютная «мощность самого ПЧ».
Что означает мощность у устройства плавного пуска
Устройство плавного пуска, или УПП, также работает с электродвигателем. Оно уменьшает пусковой ток и механические нагрузки во время запуска.
Поэтому мощность в кВт у УПП обычно означает мощность двигателя, который устройство способно запускать.
При этом значение сильно зависит от напряжения.
Например, Siemens для одного УПП SIRIUS с номинальным током 45 А указывает:
двигатель 11 кВт при 230 В;
двигатель 22 кВт при 400 В.
Само устройство при этом остаётся тем же.
Следовательно, мощность двигателя у УПП и другого силового оборудования нельзя рассматривать отдельно от рабочего напряжения.
Что означает мощность у контактора
Контактор включает и отключает цепь питания двигателя.
Он сам не создаёт механическую мощность, поэтому значение в кВт у контактора означает допустимую мощность двигателя, который он способен коммутировать при определённом напряжении и категории применения.
Например, один и тот же контактор может иметь разные допустимые мощности при 230, 400 и 690 В.
Кроме того, значение зависит от категории применения. Обычный пуск и отключение двигателя относятся к менее тяжёлому режиму, чем частое реверсирование или противовключение.
Поэтому при выборе контактора необходимо учитывать не только кВт, но и ток, напряжение и категорию применения.
Что означает мощность у мотор-редуктора
Мотор-редуктор состоит из электродвигателя и редуктора.
Если в характеристиках мотор-редуктора указано, например, 1,5 кВт, обычно имеется в виду номинальная мощность установленного электродвигателя.
Но дополнительно необходимо учитывать:
передаточное отношение;
выходную скорость;
выходной момент;
КПД редуктора.
Редуктор уменьшает скорость и увеличивает вращающий момент, но дополнительную мощность не создаёт.
А что означает мощность у насосов, вентиляторов и другого оборудования
У готового оборудования ситуация может быть сложнее.
В характеристиках насоса, вентилятора или компрессора могут одновременно присутствовать:
Motor Power — мощность двигателя;
Input Power — потребляемая электрическая мощность;
Shaft Power — механическая мощность на валу.
Это разные физические величины, хотя все они измеряются в киловаттах.
Поэтому при нормализации характеристик каталога нельзя автоматически объединять любое поле со значением «кВт» в одну характеристику «Мощность».
Например:
Motor Power — 7,5 кВт
и
Input Power — 8,2 кВт
— это два разных параметра.
Почему напряжение и ток так важны
Мощность оборудования, работающего с двигателем, почти всегда связана с напряжением и током.
Для трёхфазной системы электрическая мощность приблизительно определяется выражением:
P = √3 × U × I × cosφ
Поэтому при одинаковом допустимом токе устройство при более высоком напряжении может работать с более мощным двигателем.
Именно поэтому один и тот же УПП, контактор или другой аппарат может иметь разные значения допустимой мощности двигателя при 230 и 400 В.
Ток также важен потому, что именно по нему рассчитываются силовые элементы оборудования, нагрев проводников, контактов и полупроводников.
Поэтому совпадение только значения в киловаттах ещё не гарантирует совместимость оборудования.
Как понимать характеристику «Мощность, кВт» в каталоге
Смысл характеристики необходимо определять по типу изделия.
Электродвигатель:
номинальная механическая мощность двигателя на валу.
Частотный преобразователь:
мощность двигателя, для управления которым рассчитан ПЧ при определённых напряжении и режиме нагрузки.
Устройство плавного пуска:
мощность двигателя, который устройство рассчитано запускать.
Контактор:
мощность двигателя, который контактор способен коммутировать при заданных условиях.
Мотор-редуктор:
обычно мощность установленного электродвигателя.
Насос, вентилятор, компрессор:
необходимо смотреть исходное название характеристики производителя — Motor Power, Input Power, Shaft Power и т. д.
Главное
Мощность в киловаттах в электроприводной технике прежде всего связана с электродвигателем.
У самого двигателя это номинальная механическая мощность на валу.
У частотного преобразователя, УПП, контактора и другого оборудования значение в кВт обычно показывает, с двигателем какой мощности рассчитано работать устройство.
Поэтому одинаковые «11 кВт» могут означать разные вещи:
двигатель 11 кВт — механическая мощность самого двигателя;
ПЧ 11 кВт — преобразователь для двигателя этого класса;
УПП 11 кВт — устройство для запуска такого двигателя;
контактор 11 кВт — устройство для коммутации такого двигателя.
Для первоначального выбора киловатты очень удобны. Но при окончательном подборе обязательно необходимо учитывать напряжение, номинальный ток, режим нагрузки и другие характеристики оборудования.