Схема подключения электродвигателей
Номинальные данные приводятся в соответствии с ГОСТ28173-89.
Электродвигатели АИР, расчитанные на напряжение 220/380В, должны подключаться при соединении обмоток в «звезду»на линейное напряжение 380В, а при соединении обмоток в «треугольник» на линейное напряжение 220В.
Аналогично, электродвигатели АИР, рассчитанные на напряжение 380/660В, должны подключаться при соединении обмоток в «звезду» на линейное напряжение 660В, а при соединении обмоток в «треугольник» на линейное напряжение 380В.
У электродвигателей, рассчитанных на напряжение 380В, обмотки по умолчанию соединены в «звезду» на линейное напряжение 380В.
Иное подключение обмоток приведет к выходу электродвигателя из строя и отказу завода-изготовителя от гарантийных обязательств по причине наличия «вины потребителя».
Общие сведения о двигателях АИР
Асинхронные электродвигатели серии АИ созданы специалистами стран, входящих в состав международной организации «Интерэлектро». Данная серия считается базовой, на основе которой были разработаны агрегаты в модифицированном и специализированном исполнении. Мощность таких двигателей составляет широкий диапазон, начиная от 25 Вт и заканчивая 400 кВт. Высота оси вращения также колеблется в пределах 45-355 мм.
Мощности и высоты осей вращения в агрегатах АИ исполнены в двух вариантах – Р и С. Отсюда и возникла аббревиатура АИР вместе с другой аббревиатурой АИС. Первый вариант использовался еще при Советском Союзе, а второй принят европейским электротехническим комитетом по стандартизации. Этими нормами руководствуются все зарубежные фирмы, поэтому на внутреннем российском рынке используются двигатели АИР, а на экспорт отправляются АИС. Каждый асинхронный электродвигатель АИР по своей мощности на одну ступень превышает мощность АИС при одинаковой высоте оси вращения. Обозначения электродвигателей серии АИ представлены тремя видами:
- Базовое. Включает в себя символику, в которой определяется серия, мощность и частота вращения двигателя. Например, маркировка АИР200М6, соответствует серии АИ с увязкой по варианту Р, ось вращения расположена на высоте 200 мм, М – габариты (длина) корпуса по установочным размерам, 6 – количество полюсов.
- Основное. В этом случае базовое обозначение дополнительно включает электрическую и конструктивную модификацию, используемый вид защиты и охлаждения. Кроме того, учитывается специализированное исполнение, в том числе и в соответствии с условиями окружающей среды. Следовательно, маркировка АИРБС100М4НПТ2 будет расшифровываться следующим образом: АИР100М4 – базовое обозначение, Б – исполнение закрытого типа, охлаждение естественное без обдува, С – повышенное скольжение, Н – низкий уровень шума, П – установочные размеры повышенной точности, Т – использование в тропическом климате, 2 – категория размещения.
- Полное. Кроме основного обозначения содержит дополнительные конструктивные и электрические характеристики. В этом случае к основному обозначению добавляется величина напряжения 220/380В, частота сети – 60, исполнение по способу монтажа и концу вала – IM2181, выводное устройство и количество штуцеров – К3-Н-3, вид фланцевого щита – F-100.
Какая бывает мощность
Производители лодочных моторов используют разные виды мощности. Встречаются мощность на валу, потребляемая мощность и даже тяга. Поэтому прежде чем сравнивать лодочные электромоторы различных марок нужно привести имеющиеся данные к «общему знаменателю»
Единый критерий для сравнения важен. Мощности, измеренные в разных местах, существенно отличаются друг от друга. Мотор, развивающий на валу 4 л. с., на винте выдает всего 1 л.с.
Потребляемая мощность, на валу и на винте
Гребной винт преобразует энергию двигателя в силу, которая преодолевая сопротивления воды и воздуха двигает лодку вперед с выбранной скоростью. Часть энергии при этом теряется и мощность, идущая на движение судна, всегда меньше той, что потребляет двигатель. Rt — сопротивление воды; Pe — эффективная (буксировочная) мощность; Pt — мощность на винте; Pв — мощность на валу; Pb — мощность двигателя. T — тяга; V — скорость
Потребляемая мощность – часто используется как характеристика электродвигателя для лодки (мощность = ток х напряжение). Измеряется в Ваттах или лошадиных силах. Производители бензиновых или дизельных лодочных моторов этот вид мощности не используют. Однако для двигателя внутреннего сгорания потребляемую мощность также можно посчитать, если умножить теплотворную способность топлива на его расход.
Мощность на валу – используют производители подвесных бензиновых лодочных моторов. Этот вид мощности считается также как у автомобиля (мощность = крутящий момент х угловая скорость). Единица измерения – лошадиные силы или ватты. Мощность на валу учитывает потери в редукторе, но не учитывает потери на винте, которые составляют от 20 до 70%.
Мощность на винте – более ста лет служит общепринятой характеристикой двигателя в судостроении. Учитывает все потери мощности и определяет энергию, передаваемую лодке двигателем.
Тяга лодочного электромотора
Во время вращения винта на поверхностях лопастей возникает подъемная сила. Составляющая этой силы направленная по оси движения лодки называется упором или тягой. Она характеризует ту часть подъемной силы, которая толкает судно вперед.
Полезная мощность, производимая лодочным винтом, равна его тяге, умноженной на текущую скорость лодки. В характеристиках электромоторов производители всегда указывают максимальное значение тяги. Сделать по ней вывод о мощности электромотора на винте без установки датчиков и проведения измерений нельзя.
Тягу определяют в ходе испытаний, во время которых лодку соединяют с пирсом динамометром и заставляют двигаться вперед. Проверку проводят на спокойной воде, в безветренную погоду, на достаточной глубине и расстоянии от берега. Для носовых лодочных электромоторов значение тяги чаще всего указывают в фунтах силы (lbs).
Возможные встраиваемые опции электродвигателей SIEMENS
Опция | Описание |
---|---|
А 11 | Защита двигателя РТС — термисторами с 3 температурными датчиками для аварийного отключения |
А 12 | Защита двигателя РТС — термисторами с 6 температурными датчиками для аварийного отключения и сигнализации |
А 23 | Датчик температуры двигателя со встроенным термистором KTY 84-130 |
А 25 | Датчик температуры двигателя со встроенными 2 термисторами KTY 84-130 |
М 72 | Исполнение для Zone 2 прямое включение в сеть (Ex nA II T3) |
М 73 | Исполнение для Zone 2 питание от частотного привода (Ex nA II T3) |
М 34 | Исполнение для Zone 21 (IP65) прямое включение в сеть |
М 38 | Исполнение для Zone 21 (IP65) питание от частотного привода |
М 35 | Исполнение для Zone 22 (IP55) прямое включение в сеть |
М 39 | Исполнение для Zone 22 (IP55) питание от частотного привода |
Н 57 | Энкодер (HTL) |
Н 58 | Энкодер (TTL) |
G 17 | Принудительное охлаждение |
H 61 | Принудительное охлаждение и энкодер (HTL) |
H 97 | Принудительное охлаждение и энкодер (TTL) |
G 26 | Тормоз и энкодер |
H 62 | Тормоз и энкодер (HTL) |
H 98 | Тормоз и энкодер (TTL) |
H 63 | Тормоз и принудительное охлаждение |
H 64 | Тормоз, и принудительное охлаждение и энкодер (HTL) |
H 99 | Тормоз и принудительное охлаждение и энкодер (TTL) |
K 82 | Ручной привод тормоза |
C 00 | Питание тормоза 24 В постоянного тока |
C 01 | Питание тормоза 400В, 50 Гц |
C 02 | Питание тормоза 180 В постоянного тока (от ММ411-ECOFAST) |
G 50 | Посадочное место установки датчика вибрации для контроля подшипников |
K 50 | Исполнение IP 65 |
K 52 | Исполнение IP 55 |
K 16 | Второй рабочий конец вала (Стандартный) |
K 20 | Подшипники для случая повышенной нагрузки на вал |
K 37 | Малошумное исполнение для 2 полюсных двигателей, направление вращения по часовой стрелке |
K38 | Малошумное исполнение для 2 полюсных двигателей, направление вращения против часовой стрелки |
K 45 | Антиконденсатный подогрев 230 В |
K 46 | Антиконденсатный подогрев 115 В |
К9, 10 | Клемная коробка сбоку |
Степень защиты IPxx (ГОСТ 17494-87)
Первая цифра — защита от проникновения твердых тел
— незащищенный электродвигатель
1- электродвигатель, защищенный от твердых тел, диаметром более 50 мм
2- электродвигатель, защищенный от твердых тел, диаметром более 12 мм
3- электродвигатель, защищенный от твердых тел, диаметром более 2,5 мм
4- электродвигатель, защищенный от твердых тел, диаметром более 1,0 мм
5- электродвигатель, защищенный от пыли
Вторая цифра — защита от проникновения воды
— незащищенный электродвигатель
1- электродвигатель, защищенный от вертикально капающей воды
2- электродвигатель, защищенный от падающих капель под углом до 15º к вертикали
3- электродвигатель, защищенный от падающих капель под углом до 60º к вертикали (от дождя)
4- электродвигатель, защищенный от воды, разбрызгиваемой со всех направлений
5- электродвигатель, защищенный от водяных струй со всех направлений.
Подписка на рассылку
Электродвигатели серии АИР в промышленной сфере используются для преобразования электрической энергии в механическую. Принцип действия основан на электромагнитной индукции. Разные модификации трехфазных двигателей асинхронного типа имеют очень широкую сферу применения: Специальное назначение, которое могут иметь электродвигатели серии АИР обозначено в дополнительных обозначениях. Аббревиатуры обозначают рекомендации по условиям эксплуатации, которые влияют на конструктивные особенности крепежа, наличие ручной регулировки торможения, приближенные к абсолютной точности установочным размерам, уровень химической защищенности и пр. Стоит учесть, что механизмы специального назначения могут иметь повышенный уровень производительности (в т. ч. и шумовых эффектов).
В зависимости от назначения асинхронные электродвигатели могут соответствовать одному из типов климатического исполнения: У2; У3; Т2; УХЛ4. Выпускаются асинхронные электродвигатели с конструкционными отличиями, которые определяют степень защиты (IP55; IP54) в модификациях с неподвижными и вращающимися магнитными полями из расчета работы в условиях s1.
Степень защиты двигателя от контакта с движущимися частями, токопроводящими элементами и от проникновения внутрь двигателя посторонних предметов или влаги может влиять на конструктивные особенности защитного кожуха. Есть полностью открытые двигатели, которые эксплуатируются в специальных помещениях без доступа действия посторонних факторов (включая присутствие людей в период работы), защищенные токоизолирующим кожухом и оснащенные от капель влаги (строго вертикального направления потока). Самая высокая степень защиты — предохранение механизма специального назначения от пыли путем установки под внешним кожухом пыленепроницаемой мембраны.
АИР — двигатели с короткозамкнутым типом ротора отличаются относительной простотой конструкции. Стационарные контакты обеспечивают надежность в процессе работы. По способу монтажа электродвигатели серии АИР различают на агрегаты для вертикального/горизонтального или встроенного монтажа. Каждый вид крепления обозначается соответствующей маркировкой на самом электродвигателе.
Для горизонтальной установки:
Для вертикального монтажа:
Расшифровка условных обозначений двигателей АИР
Основные технические характеристики электродвигателей серии АИР
Мощность и установочные размеры (от базовой платформы до центра вала) определяются ГОСТом 51689-2000. Устойчивость изоляции к нагреву должна соответствовать требованиям ГОСТа 8865-93 (класс «F»). Уровень образования шумов (в режиме холостого хода) — 2-й класс по ГОСТу 16372-93. Стандартная конструкция охлаждения двигателей согласно схеме 1С-0151.
Источник
Потери мощности в лодочном электромоторе
Ротор, щеточный узел и щетки лодочного электромотора. Щетки и кольца служат источником потерь и снижают надежность электромотора. В мощных лодочных электромоторах двигатели постоянного тока не используют
Общая эффективность силовой установке на лодке с двигателем внутреннего сгорания около 15%. Для судна с электромотором такой показатель – непозволительная роскошь. Считается, что лодочный электродвигатель работает эффективно, если с учетом потерь на винте его КПД около 50 %. При этом КПД электромотора должен быть не менее 80%, а винта не мене 63%.
Потери мощности пропорциональны сопротивлению проводника и квадрату протекающего через него тока. Если ток возрастает вдвое, потери возрастают в четыре раза. Если ток растет в десять раз, потери увеличиваются в сто. Уменьшить ток и потери можно, если повысить напряжение в цепи.
Общепринятое на сегодня напряжение мощных лодочных электромоторов 48 вольт, но для небольших лодок подходят и 24-вольтовые модели. При силе тока 50 А максимальная мощность электромотора в 12-вольтовой системе составит 600 Ватт, а в 24 Вольтовой – 1200 Ватт
Второй способ снизить потери в цепи постоянного тока – это увеличить сечение кабеля. Правильно подобранный кабель повышает эффективность и безопасность электрической системы, устраняет локальный перегрев и снижает потери энергии.
Винт
Высокий КПД имеет винт с большим диаметром, шагом и низкой скоростью вращения. Однако с таким винтом может работать только мотор, развивающий высокий крутящий момент.
Редуктор служит источником дополнительного шума и потерь. В профессиональных электромоторах их стараются не использовать
Большинство гребных винтов для подвесных моторов небольших лодок созданы на основе испытаний проведенных еще в 1940–1960-х годах прошлого века. Общие принципы проектирования, появившиеся тогда, систематизированы в виде таблиц и графиков и используются изготовителями до сих пор.
При разработке современных винтов используют другой подход. Сначала на компьютере создают трехмерную модель, а затем шаг и кривизну профиля винта оптимизируют для каждого сечения с учетом изменяющихся вдоль диаметра условий обтекания потоком воды. Винты этого типа называют винтами с переменным шагом. Их потери меньше, а КПД выше.
Электромоторы для профессионального использования
Если лодка или катер используется для перевозки туристов, организации экскурсий или водных прогулок, то электрическая установка может оказаться выгоднее двигателя внутреннего сгорания. Экономия достигается из-за более низкой стоимости энергии и практически нулевых затрат на техническое обслуживание.
Установка подвесного лодочного электромотора для профессионального использования Aquamot на небольшой катамаран
Сравнение показывает, что при коммерческой эксплуатации судна переход с бензинового на электрический двигатель окупается за 1-2 года. Однако для этого профессиональный лодочный электромотор должен отвечать определенным требованиям:
- Иметь высокий КПД – это позволит эксплуатировать его с аккумуляторной батареей меньшей емкости, снизит первоначальные затраты, время зарядки и стоимость потребляемой электроэнергии
- Быть простым и надежным — электромотор должен выдерживать ежедневную интенсивную нагрузку и иметь минимум лишних функций. Дополнительные возможности, такие как встроенный компьютер c GPS, повышают цену и могут стать источником неисправностей в будущем.
- Стоимость ремонта и технического обслуживания в течении периода эксплуатации должна быть минимальной
Надежность
Корпуса профессиональных лодочных электромоторов отливают из алюминия, а затем дополнительно наносят многослойное антикоррозионное покрытие. Вал делают из нержавеющей стали, а винт из бронзы. Для защиты от коррозии устанавливают жертвенный анод
В мощных электромоторах для лодок используют асинхронные двигатели переменного тока или BLDC PM электродвигатели, которые также называют вентильными. Питание вентильных двигателей осуществляется от импульсных источников энергии. При этом импульсы напряжения подаются на обмотки статора в заданные моменты времени – при определенном положении ротора относительно статора. Положение ротора определяют датчики, которые, как и импульсный источник питания, в моторах небольшой мощности находятся на печатной плате, расположенной внутри подводной части электромотора.
Зеленая плата в центре электромотора — электронный коммутатор, который заменяет щетки и кольца. Слева та же плата в увеличенном виде. В окружении воды электронные компоненты иногда работают не стабильно и отказ всего одного элемента на плате влечет за собой выход из строя всего электромотора. Заменять приходится плату целиком — это увеличивает стоимость ремонта, время простоя электромотора и срок его окупаемости при профессиональном использовании
Внутри корпуса трехфазного асинхронного двигателя дополнительных электронных компонентов нет. На долговечность двигателя влияют только подшипники и обмотки, однако качество этих элементов в настоящее время таково, что асинхронные двигатели служат до 50 000 часов без осмотра и ремонта. Асинхронные двигатели просты, надежны и эффективны. КПД мощного электродвигателя 85-92%, что на 30% выше, чем у двигателя постоянного тока, и на 40-50% больше, чем у двигателя внутреннего сгорания.
Система безопасности электромотора для коммерческих лодок имеет как механические, например, заданный предел прочности киля, так и электронные средства защиты. Электромотор отключается при перегрузке по току, при пониженном и повышенном напряжении аккумуляторов
Экономичность
Два подвесных электромотора мощностью по 11 кВт каждый на небольшом пароме для перевозки пассажиров
Высокий КПД достигается только при последовательном и тщательном улучшении всех элементов электромотора. Потерь мощности стараются избежать во всех узлах. Воздушный зазор в двигателе, конструкция ротора, изоляция обмоток оптимизируют на компьютере так, чтобы электродвигатель подходил для использования на лодках.
Корпуса двигателей и винты проектируют по тем же правилам, что и в коммерческом судостроении. Сначала рассчитывают обтекание подводных частей по трехмерной модели, а затем результаты проверяют на натурных гидродинамических испытаниях.
Редуктор, который устанавливают на некоторых моделях лодочных электромоторов не используют. Вместо этого вал электродвигателя напрямую соединяют с винтом, и конструируют двигатель таким образом, чтобы его обороты совпадали с оптимальными для винта
В результате во время движения электромотор не теряет мощность, не создает дополнительное сопротивление и способен долго работать на одной зарядке аккумулятора
Общая схема маркировки электродвигателей
1. Обозначение серии:
АИР, А, 4А, 5А, АД, 7AVER — общепромышленные электродвигатели с привязкой мощностей по ГОСТ 51689-2000
АИС, 6А, IMM, RA, AIS — общепромышленные электродвигатели с привязкой мощностей по евростандарту DIN (CENELEC)
АИМ, АИМЛ, ВА, АВ, ВАО2, 1ВАО, 3В — взрывозащищенные электродвигатели
АИУ, ВРП, АВР, 3АВР, ВР — взрывозащищенные рудничные электродвигатели
А4, ДАЗО4, АОМ, ДАВ, АО4 — высоковольтные электродвигатели
2. Признак модификации:
М- модернизированный электродвигатель (например: АДМ63А2У3)
К- электродвигатель с фазным ротором (например: 5 АНК280А6)
Х- электродвигатель с алюминиевой станиной (например: 5АМХ180М2У3)
Е- однофазный электродвигатель 220В (например: АИРЕ80С2У3)
Н- электродвигатель защищенного исполнения с самовентиляцией (например: 5АН200М2У3)
Ф- электродвигатель защищенного исполнения с принудительным охлаждением
С- электродвигатель с повышенным скольжением (например: АИРС180М4У3)
В- встраиваемый электродвигатель (например: АДМВ63В2У3)
Р- электродвигатель с повышенным пусковым моментом (например: АИРР180S4У3)
П- электродвигатель для привода вентилятора в птицеводческих хозяйствах («птичник»)
3. Габарит (высота оси вращения вала над установочной поверхностью) мм.:
50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400
4. Установочные размеры или длина сердечника:
А, В — вариант длины сердечника
S, M, L — вариант длины сердечника и установочных размеров по длине станины
X, XK, Y, YK — вариант длины сердечника статора высоковольтных двигателей
5. Число полюсов:
2 (3000 об/мин), 4 (1500 об/мин), 6 (1000 об/мин), 8 (750 об/мин), 10 (600 об/мин), 12 (500 об/мин)
4/2, 6/4, 8/6, 12/4, 12/6, 6/4/2, 8/6/4 и т.д. — многоскоростные электродвигатели
6. Признак конструктивной модификации:
Б — электродвигатель со встроенным датчиком температурной защиты обмотки
Б1 — электродвигатель с датчиком температурной защиты обмотки и подшипниковых узлов
Б2 — электродвигатель с датчиком температурной защиты обмотки и подогревателем
Е — электродвигатель со встроенным электромагнитным тормозом (например: АИР80А2ЕУ3)
Е2 — электродвигатель со встроенным тормозом и ручкой расторможения
П — электродвигатель с повышенной точностью по установочным размерам
Ж — электтродвигатель для привода моноблочных насосов (например: АИР80А2ЖУ2)
Н — малошумный электродвигатель (например: 5АН180S4/16НЛБУХЛ4)
Л — электродвигатель для привода лифтов (например: 5АН180S4/16НЛБУХЛ4)
С — электродвигатель для привода нефтяных станков-качалок (например: АИР180S4СНУ1)
Тр — электродвигатель для осевых вентиляторов в системах охлаждения трансформаторов
Р3 — электродвигатель для мотор-редукторов
7. Климатическое исполнение (ГОСТ 15150-69)
У — для макроклиматического района с умеренным климатом
УХЛ — для макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом
ХЛ — для макроклиматического района с холодным климатом
Т — для макроклиматических районов как с сухим, так и с влажным тропическим климатом
М — для макроклиматического района района с умеренно-холодным морским климатом
О — для всех макроклиматических районов на суше, кроме очень холодного (общеклиматическое исполнение)
В — для всех макроклиматических районов на суше и на море, кроме очень холодного (всеклиматическое исполнение)
8. Категории размещения (ГОСТ 15150-69)
1- для эксплуатации на открытом воздухе
2- для эксплуатации под навесом, в палатках, кузовных прицепах
3- для эксплуатации в помещениях без регулируемых климатических условий
4- для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями
5- для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью
Бензиновый и электрический моторы для лодки
Лодочные электромоторы могут развивать ту же тягу, что и двигатели внутреннего сгорания обладая при этом значительно меньшей мощностью на валу. Это происходит благодаря различной форме кривых крутящего момента электрического и бензинового двигателей. У двигателя внутреннего сгорания график крутящего момента имеет выраженный пик, из-за которого максимальный момент доступен только в ограниченном диапазоне оборотов вала. Зависимость крутящего момента от оборотов у электродвигателя гораздо более плоская и его достаточно при любой частоте вращения
Максимальный крутящий момент и мощность – это важные характеристики двигателя. Момент определяет способность быстро ускоряться и тянуть груз, а мощность (приведенная к весу) максимальную скорость. Крутящий момент зависит от числа оборотов вала. У разных типов двигателей эта зависимость имеет свой вид. У электродвигателя скорость преобразования энергии от аккумуляторной батареи не связана с частотой вращения вала. В двигателях внутреннего сгорания с ростом числа оборотов давление и температура возрастают и достигают оптимального сочетания при определенной частоте вращения на которую и приходится пик крутящего момента.
Пологая характеристика момента позволяет устанавливать на лодочные электромоторы более эффективные гребные винты. КПД гребного винта у некоторых электромоторов для небольших лодок в три раза выше, чем у подвесных бензиновых двигателей того же класса.