Теперь перейдем к фактическому расчету. Предположим, у вас есть трехфазный асинхронный двигатель с номинальной мощностью 25 кВт, и вы хотите знать, каким будет его номинальный ток.
Длительность пускового тока электродвигателя
Чтобы ваш генератор работал как можно дольше, необходимо выбрать правильную мощность генератора. А чтобы правильно выбрать мощность генератора, необходимо учитывать не только номинальную мощность всех потребителей электроэнергии в сети, но и пусковые токи.
Что это такое? Согласно официальному определению, это ток, который электродвигатель потребляет из сети во время запуска, который может во много раз превышать номинальный ток двигателя. Такие токи возникают при включении всех электроприборов, для большинства всего на несколько миллисекунд, но для электродвигателей они могут длиться до 7 секунд.
Причины возникновения пусковых токов здесь подробно обсуждаться не будут. Простая аналогия: каждый водитель автомобиля знает, что при разгоне автомобиль потребляет больше топлива, чем при движении по дороге с постоянной скоростью. Аналогично, электродвигатель потребляет больше электроэнергии при «ускорении». Часто пусковые токи ограничиваются каким-либо образом производителем, например, пусковыми резисторами. Это снижает частоту превышения номинального значения, но увеличивает длительность импульса.
В таблице ниже приведены приблизительные значения частоты и длительности пусковых токов для различных типов нагрузок.
Загрузка | Входной ток кратный | Продолжительность пускового тока (сек) |
---|---|---|
Лампы накаливания | 5 — 13 | 0,05 — 0,3 |
Электронагреватели из следующих сплавов: NiCr, Fe-Cr, Chromal | 1,05 — 1,1 | 0,5 — 30 |
Люминесцентные лампы со стартерами | 1,05 — 1,1 | 0,1 — 0,5 |
Компьютеры, мониторы, телевизоры и другое оборудование с выпрямительным источником питания | 5 — 10 | 0,25 — 0,5 |
Бытовые приборы, офисная техника и другие приборы с трансформатором на входе питания | до 3 | 0,25 — 0,5 |
Приборы с асинхронными двигателями, холодильники, насосы, кондиционеры и т.д. | 3 – 7 | 1 – 7 |
Как видно из таблицы, пусковым током лампы можно легко пренебречь, а холодильника или кондиционера — нет.
Некоторые электростанции способны выдерживать 5 или даже 7-кратную перегрузку в течение нескольких секунд, но даже это не является оптимальным для их срока службы. При выборе генератора всегда следует учитывать запас мощности.
Что такое пусковой ток и как его рассчитать, отобразить и измерить?
Я решил разобраться в этой теме, о которой много написано, но которая не ясна в своей основе. Вопрос касается запуска электродвигателей, где возникает так называемый пусковой ток.
Так что давайте сразу перейдем к делу. Проблема в том, что для запуска электродвигателя (когда он запитан) требуется гораздо больше энергии, чем для его разгона. Эта физика работает для всего на свете — в конце концов, всегда труднее начать движение, чем его продолжить.
Эта статья об асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором, 95% которого используется в промышленном оборудовании. Электропитание трехфазное. Как всегда, в тексте я буду ссылаться на свои статьи, а в конце вы сможете скачать много интересного на эту тему.
Пусковой ток и его кратностьЗапуск двигателя требует огромного входного тока (In). Огромный — по сравнению с номинальным током (рабочим током) В при постоянной скорости. В статьях обычно указывается, что пусковой ток превышает рабочий ток в 5-8 раз. Этот показатель называется «коэффициент пускового тока» и определяется как Kp = Ip / In.
Пусковой ток — это ток, который потребляет электродвигатель во время запуска. Вы можете определить пусковой ток, если знаете номинальный ток и коэффициент Kp:
Номинальный ток всегда указывается на заводской табличке двигателя:
Номинальный ток двигателя для различных напряжений и схемы подключения.
Kp является значением рабочей характеристики и указывается в данных двигателя, но никогда не указывается на корпусе двигателя.
Обратите внимание, что номинальный ток не следует путать с рабочим током. Номинальный ток — это ток, при котором двигатель может работать в течение длительного времени и который ограничивается только нагревом обмотки статора. Рабочий ток — это фактический ток в конкретном устройстве, который всегда меньше или равен номинальному току. На практике рабочий ток измеряется с помощью токовых клещей, амперметра или трансформатора тока.
Если рабочий ток превышает номинальный ток, у вас есть проблема. Прочитайте мою статью о защите двигателей от перегрузки и перегрева.
Коэффициент входного тока. Обычно не указывается на заводской табличке, но может быть найдена на сайтах производителей и в документации:
Параметры двигателя. Индикация текущего запуска
Пример из первой строки рисунка: Определенный двигатель мощностью 1,5 кВт имеет номинальный ток 3,4 А. Это означает, что начальный ток в одной точке (см. ниже, как долго длится эта «точка») может достигать значения 3,4 x 6,5 = 22,1 А!
Согласно спискам (которые вы можете скачать в конце статьи, как обычно у меня), пусковой ток превышает номинальный ток в 3,5-8,5 раз.
Пусковой ток зависит в основном от мощности двигателя и количества пар полюсов. Чем меньше мощность, тем меньше пусковой ток. Чем меньше число пар полюсов (выше номинальная скорость), тем выше пусковой ток.
Это означает, что пусковой ток для высокоскоростных двигателей (3000 об/мин, две пары полюсов) выше (7 — 8,5 % от номинального тока), чем для мощных двигателей (более 10 кВт).
Это связано с тем, что потребляемый ток и пусковой момент при запуске зависят от конструкции двигателя и типа обмотки. Мало полюсов — низкое сопротивление обмотки. Низкое сопротивление — высокий ток. Кроме того, быстро работающим двигателям требуется больше времени для полной заводки, что в свою очередь затрудняет запуск.
Чтобы объяснить это с научной точки зрения, вы можете представить себе это следующим образом. Когда двигатель остановлен, коэффициент скольжения S = 1. Во время размотки (или, как говорят специалисты, намотки) S стремится к нулю, но никогда не достигает этого значения — именно поэтому двигатель называется асинхронным, так как из-за потерь вращение ротора никогда не догонит вращение поля статора. В то же время сердечник ротора насыщается магнитным полем, увеличивается ЭЭД автоиндукции и индукционное сопротивление. Это означает, что ток уменьшается.
Если вы хотите узнать больше, в конце этой статьи я привожу несколько хороших книг на эту тему.
Все не так просто, копайте глубже.
А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру?
Подписывайся, и читай статью дальше:
Пусковой ток (отношение пускового тока к номинальному току) часто трудно найти в документации на двигатель. Но вы можете измерить (оценить, найти) его самостоятельно. Вот некоторые возможности на первый взгляд:
- Первый способ (самый лучший) — использовать осциллограф. Возьмите шунт (например, резистор 0,1…0,5 Ом, чем меньше по отношению к обмоткам, тем лучше) и посмотрите осциллограмму при включении. Затем определите фактическое напряжение по значению максимальной амплитуды (разделите на квадратный корень из 2), а затем рассчитайте пусковой ток по закону Ома. Можно ничего не умножать и не делить — просто измерьте ток в рабочем режиме плоскогубцами и умножьте его на разность токов на дисплее осциллографа. Метод хорош тем, что можно увидеть переходные процессы, вызванные самоиндукцией ЭДС, мгновенные значения тока и длительность ускорения. Кроме того, учитываются параметры сетки. Еще одним преимуществом является то, что пусковой ток измеряется на реальном двигателе и реальной машине.
- Второй способ измерения пускового тока заключается в подаче на двигатель напряжения с пониженной рабочей частотой (в 5-10 раз) и измерении тока. Почему пониженное напряжение? Это необходимо для того, чтобы ротор можно было легко заблокировать во избежание перегрева. Пересчитайте измеренный ток и получите входной ток. Достаточно измерить ток в одной фазе. Для других фаз токи будут (должны быть) одинаковыми. Этот метод используется при производстве и испытании двигателей. Таким образом, производители получают отсортированные данные. Метод основан на номинальном токе, в то время как в реальности (на реальном двигателе) пусковой ток может быть другим!
- Измерьте пусковой ток с помощью клещей. Преимущество этого метода в том, что он простой и быстрый. Зажим используется в большинстве случаев для проверки рабочего состояния двигателя. Недостатком является то, что клеммметр работает довольно медленно, и вы должны видеть, что происходит за доли секунды. Однако этот недостаток компенсируется, когда мы измеряем ток при запуске нагрузки с большим моментом инерции (вентиляторы, насосы с большим рабочим колесом). Запуск занимает более 10 секунд, и на дисплее клеммного счетчика все видно.
- Трансформатор тока. Это используется, например, в приборах для измерения электроэнергии — благодаря трансформатору тока измерять нужно не реальный ток, а ток, уменьшенный в точно известное число раз. Это также тип измерения тока в электронных пусковых устройствах (преобразователи частоты, устройства плавного пуска). Недостатком этого метода является то, что трансформатор тока рассчитан на частоту 50/60 Гц, а переходные напряжения при включении имеют широкий диапазон и много гармоник. Поэтому можно сказать, что этот метод также обладает высокой инерционностью.
Конечно, реальность отличается от эксперимента. Во-первых, ток короткого замыкания в реальной сети электропитания не бесконечен. Другими словами, провода, питающие двигатель, имеют сопротивление, на которое падает напряжение в момент запуска (иногда до 50%). Из-за этого ограничения фактический пусковой ток ниже, а время разгона больше. Поэтому следует помнить, что пусковой ток, указанный производителем, в реальности всегда будет меньше.
Вот для чего нужны двигатели — чтобы двигать машины и получать прибыль!
Теперь давайте рассмотрим другой вопрос —
Если нагрузка превышает установленное значение на короткое время (как при запуске двигателя), пластина не успевает нагреться и отключить выключатель.
Проблема высоких пусковых токов: решение
Высокий пусковой ток может вызвать внезапное, хотя и кратковременное, падение напряжения, в результате чего другое оборудование, подключенное к сети, будет испытывать недостаток энергии. Это нежелательно, поскольку негативно сказывается на безопасности и долговечности оборудования.
Для решения этой проблемы существуют специальные фитинги, которые можно установить при подключении и настройке двигателей:
- максимально снизить пусковой ток,
- Повысьте плавность старта,
- Снижение стартовых затрат, так как можно использовать менее мощные дизельные двигатели, стабилизаторы, провода меньшего сечения и т.д.
Наиболее эффективны современные устройства, такие как преобразователи частоты и устройства плавного пуска. Они обеспечивают высокую (более одной минуты) продолжительность поддержания пускового тока.
Пусковые токи
Вы хотите, чтобы стабилизатор напряжения, источник бесперебойного питания или генератор работали надежно? Тогда эта статья будет вам полезна.
Одной из важнейших характеристик бытовых приборов является выходная электрическая мощность. Он отражает способность подавать энергию на подключенную нагрузку. Чтобы сделать правильный выбор стабилизатора переменного тока, ИБП или генератора, необходимо знать выходную мощность устройства. Чтобы рассчитать его, необходимо узнать сумму электрической мощности всех устройств, которые могут быть подключены одновременно.
Одним из основных требований для длительной и стабильной работы блока переменного тока, генератора или ИБП является то, что выходная мощность блока не должна превышать его мощность. Предпочтительно, чтобы общая электрическая мощность оборудования, работающего одновременно, была на 20% меньше мощности блока питания. Чем меньше стабилизатор или ИБП перегружен, тем дольше он прослужит.
Основная трудность заключается в расчете полной мощности. В технических паспортах отдельных агрегатов выходная мощность указана в кВт. Это кажется довольно простым: вы складываете мощность блоков. Но именно здесь и кроется основная ошибка.
Агрегаты с электродвигателями, насосами или компрессорами при включении выдают мощность, в 2-7 раз превышающую номинальную. Это явление вызвано пусковыми токами.
То же самое относится к оборудованию с инерционными компонентами или элементами, физические свойства которых на момент ввода в эксплуатацию отклоняются от их нормальных значений во время работы. Классическим примером является изменение сопротивления обычной лампочки.
При включении электрическое сопротивление вольфрамовой нити ниже (нить холодная), чем в рабочем состоянии. Сопротивление увеличивается при повышении температуры, поэтому мощность лампы намного выше, когда она включена, чем когда она выключена. При включении лампочки возникают пусковые токи.
Мощность любого прибора рассчитывается как произведение напряжения (в вольтах) и силы тока (в амперах).
С увеличением силы тока увеличивается мощность, и то же самое относится к нагрузке на стабилизатор, генератор и источник питания.
Определение пусковых токов можно сформулировать следующим образом: Электрическое оборудование или компоненты с инерционными свойствами создают большую нагрузку на сеть или источник питания в момент запуска, чем во время работы.
Величина пусковых токов зависит не только от усилия, затрачиваемого на запуск ротора двигателя или насоса с номинальной скоростью, но и от изменения сопротивления линии. Чем меньше сопротивление, тем больше ток, который может протекать через него. При нагревании сопротивление уменьшается, и способность проводника проводить большие токи снижается.
Помимо крутящего момента и электрического сопротивления, индукционная сила обеспечивает дополнительную электрическую энергию при запуске устройства. При включении люминесцентной лампы катушка имеет низкое сопротивление. Также существует ток для зажигания разряда, что увеличивает силу тока.
Влияние пусковых токов особенно важно для стабилизаторов напряжения и источников бесперебойного питания в сети. Стабилизаторы работают в одном из двух режимов: номинальном или предельном.
Как рассчитать пусковой ток электродвигателя
Чтобы объективно оценить сложность условий пуска двигателя, необходимо заранее знать величину требуемого пускового тока. Основные этапы расчета следующие:
- Расчет номинального тока,
- Определение пускового тока (в амперах).
Для получения значения номинального тока для используемой модели электродвигателя применяется формула In=1000Pn / (Un*cosφ*√ηn). Pn и Un — значения номинальной мощности и напряжения, cosφ и ηn — значения номинальной мощности и КПД.
Сам пусковой ток, обозначаемый In, определяется по формуле In = In * Kp, где Kp — кратность постоянного тока по отношению к его номинальному значению (In). Все необходимые для расчета данные (Kp, Pn, ηn, cosφ, Un) можно найти в технической документации на электродвигатель.
Правильный расчет пускового тока двигателя способствует правильному выбору автоматических выключателей для защиты пусковой линии и приобретению вспомогательного оборудования (генераторов и т.д.) с подходящими параметрами.
Высокий пусковой ток может вызвать внезапное, хотя и кратковременное, падение напряжения, в результате чего другое оборудование, подключенное к сети, будет испытывать недостаток энергии. Это нежелательно, поскольку негативно сказывается на безопасности и долговечности оборудования.
Расчет тока электродвигателя
Я уже затрагивал тему двигателей, когда писал о том, как работают асинхронные двигатели, и о рабочих характеристиках электродвигателей.
Теперь перейдем к фактическому расчету. Предположим, у вас есть трехфазный асинхронный двигатель с номинальной мощностью 25 кВт, и вы хотите знать, каким будет его номинальный ток.
Для этого существует формула: Iн = 1000Pн /√3-(ηн • Uн — (1): 1√1P (1√1P), cosf.н ),
Где Pн — мощность электродвигателя, измеряемая в кВт.
Un — напряжение, при котором работает двигатель; V
ηн — эффективность, обычно 0,9
и cosφн — коэффициент мощности двигателя, обычно 0,8.
Последние два значения обычно указываются на заводской табличке, хотя они практически одинаковы для всех двигателей. Однако эти данные должны быть указаны на заводской табличке двигателя.
Как на этом рисунке, вы можете видеть все значения, но не ток. Только если КПД составляет 81 %, для расчета нужно использовать 0,81.
Теперь замените значения Iн = 1000-25/√3 — (0.9 — 380 — 0.8) = 52.81 А
Для тех, кто не помнит, что такое √3, напомню, что это 1,732.
Вот и все, все расчеты завершены. Все очень просто и понятно. Используя мой пример, вы можете легко рассчитать номинальный ток электродвигателя, вам нужно только вставить свои собственные данные.
Как определить ток электродвигателя на практике.
Наконец, я хотел рассказать вам, как я определяю приблизительную текущую стоимость без расчетов. Если вы посмотрите на наши расчеты, то увидите, что ток примерно в два раза превышает мощность. Поэтому на практике я определяю ток, умножая мощность на два. Однако это лишь приблизительное значение.
А ток холостого хода обычно составляет половину его мощности. Но о том, как определить эти значения, мы поговорим в следующих статьях. Так что следите за новостями и не забудьте поделиться этой статьей со своими друзьями в социальных сетях.
На этом пока все. До свидания.
Искренне Ваш Александр!
Читайте также статьи:
Здравствуйте посетители сайта fazanet.ru, и в сегодняшней статье мы разберем с вами, как сделать этот непонятный расчет тока электродвигателя. Любой порядочный электрик, чья робота связана с эксплуатацией электродвигателей, просто обязан знать. Я тоже помню, что однажды, когда меня перевели из одной лаборатории в другую, я очень заинтересовался этой темой. …
При номинальном режиме работы мощность поддерживается, но если качество электропитания ухудшается, в сети возникает слишком низкое или, наоборот, слишком высокое напряжение.
Как определить ток электродвигателя
Номинальный ток — это рабочий ток, разрешенный производителем трехфазного двигателя для токоведущих частей и нагрева изоляции, при котором электромеханическое устройство работает длительное время без перегрева обмотки.
Пусковой ток — это максимальный импульсный входной ток, который потребляет электрическое устройство при запуске асинхронного двигателя с короткозамкнутой клеткой. По этой причине пусковые токи электродвигателей выше номинального тока и могут превышать его в несколько раз и более.
Ток холостого хода электродвигателя — это работа холостого хода на валу подключенного привода. В этом режиме потребляется меньший ток, что предотвращает повышение температуры выше заданных производителем значений, что позволяет проводить диагностику и проверять правильность работы устройства. Ток холостого хода двигателя переменного тока составляет 20-95% от номинального тока, в зависимости от мощности и скорости двигателя.
Чтобы определить ток двигателя без его измерения, необходимо найти заводскую табличку двигателя, на которой содержится информация об ампераже, мощности, скорости и напряжении. Если заводская табличка повреждена, найдите паспортные данные двигателя. В нем производитель приводит основные параметры: Номинальный ток и пусковой ток асинхронного двигателя.
Если информация о характеристиках отсутствует и вы не можете найти ток нагрузки электродвигателя, используйте статью для определения мощности и скорости электродвигателя без заводской таблички.
Как определить ток электродвигателя если известна мощность?
Как найти номинальный ток двигателя
Если вы знаете номинал заводской таблички, вы можете легко рассчитать токи двигателя. Предположим, вы не знаете номинальный ток двигателя мощностью 45 кВт — как вы можете определить ток двигателя на основе мощности? Если у вас трехфазная сеть 380 В, используйте точную формулу для определения тока:
In = 45000/√3(380*0,92*0,85) = 45000/514,696 = 87,43A
- In — номинальный ток асинхронного двигателя
- Pn — номинальная мощность двигателя 45 кВт
- √3 — квадратный корень из трех = 1,73205080757
- Un — Напряжение питания 380 В
- h — коэффициент мощности 92% (в расчете 0,92)
- h — коэффициент мощности 0,85
Как найти номинальный ток электродвигателя, если коэффициент мощности и КПД неизвестны? В этом случае вы можете определить номинальный ток двигателя с небольшой погрешностью, используя соотношение двух ампер на киловатт. Определите номинальный ток двигателя по формуле:
Как определить пусковой ток двигателя
Пусковые токи электродвигателей могут быть определены и рассчитаны по следующей формуле:
Ip — значение пускового тока асинхронного двигателя, которое необходимо определить.
In — номинальный ток уже рассчитан
K — кратность пускового тока двигателя (см. паспорт двигателя)
Как определить ток электродвигателей АИР?
Если известна маркировка, например, для электродвигателя AIR200L4: In = 84,9 ампер и отношение токов In/In = 7,2. Найдите значение токов в таблицах:
Электрический двигатель | В, А | В/в | Двигатель | В, А | В/в |
AIR56A2 | 0,5 | 5,3 | AIR160M2 | 34,7 | 7,5 |
AIR56B2 | 0,73 | AIR180S2 | 41 | ||
AIR63A2 | 1 | 5,7 | AIR180M2 | 55,4 | |
AIR63B2 | 2,05 | AIR200M2 | 67,9 | ||
AIR71A2 | 1,17 | 6,1 | AIR200L2 | 82,1 | |
AIR71B2 | 2,6 | 6,9 | AIR225M2 | 100,0 | |
AIR80A2 | 3,46 | 7 | AIR250S2 | 135 | 7 |
AIR80B2 | 4,85 | AIR250M2 | 160 | 7,1 | |
AIR90L2 | 6,34 | 7,5 | AIR280S2 | 195 | 6,6 |
AIR100S2 | 8,2 | AIR280M2 | 233 | 7,1 | |
AIR100L2 | 11,1 | AIR315S2 | 277 | ||
AIR112M2 | 14,9 | AIR315M2 | 348 | ||
AIR132M2 | 21,2 | AIR355S2 | 433 | ||
AIR160S2 | 28,6 | AIR355M2 | 545 |
Двигатель | В, А | В/в | Электрический двигатель | В, А | В/в |
AIR56A4 | 0,5 | 4,6 | AIR160S4 | 30 | 7,5 |
AIR56B4 | 0,7 | 4,9 | AIR160M4 | 36,3 | |
AIR63A4 | 0,82 | 5,1 | AIR180S4 | 43,2 | |
AIR63B4 | 2,05 | AIR180M4 | 57,6 | 7,2 | |
AIR71A4 | 1,17 | 5,2 | AIR200M4 | 70,2 | |
AIR71B4 | 2,05 | 6 | AIR225M4 | 103 | |
AIR80A4 | 2,85 | AIR250S4 | 138,3 | 6,8 | |
AIR80B4 | 3,72 | AIR250M4 | 165,5 | ||
AIR90L4 | 5,1 | 7 | AIR280S4 | 201 | 6,9 |
AIR100S4 | 6,8 | AIR280M4 | 240 | ||
AIR100L4 | 8,8 | AIR315S4 | 288 | ||
AIR112M4 | 11,7 | AIR315M4 | 360 | ||
AIR132S4 | 15,6 | AIR355S4 | 360 | ||
AIR132M4 | 22,5 | AIR355M4 | 559 |
Электрический двигатель | В, А | В/в | Двигатель | В, А | В/в |
AIR63A6 | 0,8 | 4,1 | AIR160M6 | 31,6 | 7 |
AIR63B6 | 1,1 | 4 | AIR180M6 | 38,6 | |
AIR71A6 | 1,3 | 4,7 | AIR200M6 | 44,7 | |
AIR71B6 | 1,8 | AIR200L6 | 59,3 | ||
AIR80A6 | 2,3 | 5,3 | AIR225M6 | 71 | |
AIR80B6 | 3,2 | 5,5 | AIR250S6 | 86 | |
AIR90L6 | 4 | AIR250M6 | 104 | ||
AIR100L6 | 5,6 | 6,5 | AIR280S6 | 142 | 6,7 |
AIR112MA6 | 7,4 | AIR280M6 | 169 | ||
AIR112MB6 | 9,75 | AIR315S6 | 207 | ||
AIR132S6 | 12,9 | AIR315M6 | 245 | ||
AIR132M6 | 17,2 | AIR355S6 | 292 | ||
AIR160S6 | 24,5 | AIR355M6 | 365 |
Важно отметить, что не каждый двигатель может быть подключен таким образом. Большинство распространенных асинхронных двигателей с рабочим напряжением 380/200 В, включая двигатель, показанный на рисунке 1, выйдут из строя при подключении к этой цепи. Подробнее читайте здесь: Выбор схемы подключения фаз двигателя.
Высокоэффективные электродвигатели позволяют экономить больше чем обычные
Асинхронные двигатели фактически имеют две скорости, синхронную скорость (которая соответствует частоте статора) и скорость ротора. Разница между этими скоростями называется скольжением. Многие электродвигатели с высоким КПД работают с меньшим скольжением или более высокими скоростями при той же нагрузке. КПД этих электродвигателей немного выше, чем у обычных двигателей.
Тем не менее, производительность хорошая, но нужно учитывать особенности самой машины. Например, характеристика нагрузки вентилятора имеет кубическую зависимость от скорости:
Так, увеличение скорости вращения вала электродвигателя всего на 20 оборотов в минуту приводит к увеличению потребляемой из сети мощности примерно на 3-5 %.
Какой ток потребляет двигатель из сети при пуске и работе
В паспорте электродвигателя указан ток при номинальной нагрузке на валу. Если, например, указано 13,8/8 A, это означает, что при подключении двигателя к сети 220 В и работе с номинальной нагрузкой из сети потребляется ток 13,8 A. Если двигатель включен на напряжение 380 В, то из сети потребляется ток 8 А, т.е. уравнение силы √ 3 x 380 x 8 = √ 3 x 220 x 13,8.
Если вы знаете номинальную мощность двигателя (из технического паспорта двигателя), вы можете определить номинальный ток двигателя. Если двигатель подключен к трехфазной сети 380 В, номинальный ток можно рассчитать по следующей формуле:
I n = P n/ ( √3 U n x h x s osf).
Здесь P n — номинальная мощность двигателя в кВт, U n — напряжение сети в кВ (0,38 кВ). КПД ( h) и коэффициент мощности (s osφ) — это номинальные значения двигателя, которые указаны на заводской табличке. См. также — Какие номинальные мощности указаны на заводской табличке асинхронного двигателя.
Рисунок 1. Заводская табличка электродвигателя. Номинальная мощность 1,5 кВ, номинальный ток при 380 В — 3,4 А.
Если КПД и коэффициент мощности двигателя неизвестны, например, из-за отсутствия заводской таблички на двигателе, номинальный ток можно определить с небольшой погрешностью, используя соотношение «два ампера на киловатт», т.е. если номинальная мощность двигателя составляет 10 кВт, потребляемый ток будет около 20 А.
Для двигателя, показанного на рисунке, это соотношение также соблюдается (3,4 A ≈ 2 x 1,5). Используя это соотношение, можно получить более точные значения тока для двигателей мощностью 3 кВт.
Когда двигатель работает на холостом ходу, от сети потребляется лишь небольшой ток (ток холостого хода). При увеличении нагрузки потребление тока возрастает. Нагрев обмоток увеличивается с ростом тока. Большая перегрузка приводит к перегреву обмоток двигателя и существует риск возгорания изоляции (сгорание двигателя).
Во время запуска двигатель потребляет так называемый пусковой ток, который может в 3-8 раз превышать номинальный ток. Характер колебаний тока показан на диаграмме (рис. 2, а).
Рисунок 2: Пусковой ток (a) и влияние высокого тока на колебания напряжения сети (b).
Пусковой ток для данного двигателя может быть точно определен с помощью множителя пускового тока (I пуск/I номинальный ток). Пусковой ток — это одна из характеристик двигателя, приводимых в каталогах. Пусковой ток определяется по следующей формуле: I start = I n x ( I start/ I nom). Например, если номинальный ток двигателя составляет 20 A, а пусковой ток равен 6, то пусковой ток составляет 20 x 6 = 120 A.
Знание фактического значения пускового тока необходимо для выбора предохранителей, для проверки срабатывания электромагнитных расцепителей при пуске двигателя при выборе автоматических выключателей и для определения падения напряжения в сети при пуске.
Более подробно процедура выбора предохранителей описана в статье: Выбор предохранителей для защиты асинхронных двигателей.
Автомат защиты электродвигателя – как правильно подобрать?
При выборе автоматических выключателей, способных защитить электродвигатели от повреждения в результате короткого замыкания или перегрузки, необходимо учитывать высокий пусковой ток, который часто в 5-7 раз превышает номинальный ток.
Асинхронные агрегаты с короткозамкнутыми роторами сепаратора являются наиболее перегруженными пусковыми устройствами. Поскольку эти устройства широко используются как в промышленности, так и в быту, очень важна защита как самого устройства, так и силового кабеля.
В этой статье рассматривается, как рассчитать и правильно выбрать автоматическое устройство защиты двигателя.
Задачи устройств для защиты электродвигателей
Бытовые электроприборы обычно защищены от высоких пусковых токов трехфазными автоматическими выключателями, которые срабатывают через определенное время, если ток превышает номинальное значение.
Это позволяет валу двигателя разогнаться до нужной скорости, после чего поток электронов уменьшается. Однако защитные устройства, используемые в домашних хозяйствах, недостаточно хорошо регламентированы.
Поэтому выбор автоматического выключателя для защиты асинхронного двигателя от перегрузки и сверхтока короткого замыкания является более сложной задачей.
Современные автоматические выключатели двигателей часто размещаются в общем корпусе с пускателями двигателей (так называемые пусковые выключатели двигателей). Они предназначены для выполнения следующих задач:
- Защита устройства от сверхтока, возникающего в двигателе или в цепи питания.
- Защита силового агрегата от обрыва фаз и дисбаланса фаз.
- Обеспечивает временную задержку, необходимую для охлаждения двигателя после вынужденной остановки из-за перегрева.
Автоматика управления и защиты для двигателя на видео:
- Отключение устройства, когда нагрузка больше не действует на вал.
- Защита устройства от больших перегрузок.
- Защита двигателя от перегрева (для этой функции в охлаждающем устройстве или на нем установлены дополнительные температурные датчики).
- Индикатор работы и индикатор тревоги.
Также важно, чтобы защитный выключатель двигателя был совместим с механизмами контроля и управления.
Расчет автомата для электродвигателя
До недавнего времени для защиты электродвигателей использовалась следующая система: Терморегулятор был установлен в пускателе и подключен последовательно с контактором. Этот механизм работал следующим образом.
Когда на реле подавался большой ток в течение длительного периода времени, биметалл, встроенный в реле, нагревался, вызывая его изгиб и разрыв цепи контактора.
Если нагрузка превышает установленное значение на короткое время (как при запуске двигателя), пластина не успевает нагреться и отключить выключатель.
Внутренняя конструкция защитного выключателя двигателя показана на видео:
Основным недостатком этой схемы было то, что она не защищала устройство от скачков тока или перекоса фаз. В настоящее время защита энергосистем обеспечивается более точными и современными устройствами, о которых мы поговорим чуть позже. Теперь перейдем к вопросу о том, как рассчитать автоматический выключатель, который необходимо установить в цепи электродвигателя.
Если КПД и коэффициент мощности двигателя неизвестны, например, из-за отсутствия заводской таблички на двигателе, номинальный ток можно определить с небольшой погрешностью, используя соотношение «два ампера на киловатт», т.е. если номинальная мощность двигателя составляет 10 кВт, потребляемый ток будет около 20 А.
Пусковые токи асинхронных электродвигателей
Пусковой ток — это ток, необходимый для запуска электродвигателя. Пусковые токи асинхронных двигателей обычно во много раз превышают токи, достаточные для нормальной работы.
Асинхронные двигатели, подключенные к сети, требуют значительного количества энергии, чтобы
- чтобы привести ротор в движение,
- увеличение скорости от нуля до рабочей скорости.
Это объясняет высокий пусковой ток, который значительно отличается от тока, необходимого для поддержания постоянной скорости. Это относится не только к асинхронным двигателям, но и к однофазным двигателям постоянного тока, хотя принцип работы последних совершенно иной.
Проблема высоких пусковых токов: решение
Высокий пусковой ток может вызвать внезапное, хотя и кратковременное, падение напряжения, в результате чего другое оборудование, подключенное к сети, будет испытывать недостаток энергии. Это нежелательно, поскольку негативно сказывается на безопасности и долговечности оборудования.
Для решения этой проблемы существуют специальные фитинги, которые можно установить при подключении и настройке двигателей:
- максимально снизить пусковой ток,
- Повысьте плавность старта,
- Снижение стартовых затрат, так как можно использовать менее мощные дизельные двигатели, стабилизаторы, провода меньшего сечения и т.д.
Наиболее эффективны современные устройства, такие как преобразователи частоты и устройства плавного пуска. Они обеспечивают высокую (более одной минуты) продолжительность поддержания пускового тока.
Как рассчитать пусковой ток электродвигателя
Чтобы объективно оценить сложность условий пуска двигателя, необходимо заранее знать величину требуемого пускового тока. Основные этапы расчета следующие:
- Расчет номинального тока,
- Определение пускового тока (в амперах).
Для получения значения номинального тока для используемой модели электродвигателя применяется формула In=1000Pn / (Un*cosφ*√ηn). Pn и Un — значения номинальной мощности и напряжения, cosφ и ηn — значения номинальной мощности и КПД.
Сам пусковой ток, обозначаемый In, определяется по формуле In = In * Kp, где Kp — кратность постоянного тока по отношению к его номинальному значению (In). Все необходимые для расчета данные (Kp, Pn, ηn, cosφ, Un) можно найти в технической документации на электродвигатель.
Правильный расчет пускового тока двигателя способствует правильному выбору автоматических выключателей для защиты пусковой линии и приобретению вспомогательного оборудования (генераторов и т.д.) с подходящими параметрами.
Для двигателя, показанного на рисунке, это соотношение также соблюдается (3,4 A ≈ 2 x 1,5). Используя это соотношение, можно получить более точные значения тока для двигателей мощностью 3 кВт.
Типы пускового тока
Обычно пусковой ток возникает не надолго, а лишь на долю секунды. В то же время его стоимость может быть кратной номинальной стоимости. На этот параметр влияет тип используемого электрооборудования. В качестве примера можно привести следующие виды оборудования:
- Пусковой ток погружных насосов в 7-9 раз превышает номинальный ток,
- Электрические мельницы — в 7 раз больше номинального тока,
- Бурильная машина и бетономешалки, бойлеры, электронагреватели, стиральная машина — пусковой ток в 3,5 раза больше номинального тока,
- холодильник — 3,33 раза,
- микроволновая печь и инвертор — 2 раза,
- циркулярная пила — пусковой ток превышает номинальный ток в 1,32 раза.
Обычно этот параметр не указывается производителем и известен только временно.
Принцип срабатывания
При запуске электродвигателя любого типа протекает пусковой ток. Его характеристики и свойства обычно определяются типом системы привода, нагрузками, действующими непосредственно на вал, схемой соединения и скоростью вращения. Пусковому току предшествует достаточно сильное магнитное поле в обмотке, которое необходимо для поворота ротора и приведения его в подвижное положение. По этой причине значения пускового тока значительно превышают рабочие параметры.
Поэтому сразу после запуска двигателя в обмотках возникает небольшое сопротивление, которое вызывает увеличение тока, в то время как напряжение остается постоянным. Сразу после запуска двигателя в обмотках возникает индуктивное сопротивление, и ток стремится достичь своего номинального значения.
Сегодня электродвигатели широко используются во многих отраслях промышленности. Поэтому очень важно знать их выходные параметры, чтобы правильно выбрать и использовать электроприводы. Наиболее важными параметрами, влияющими на пусковой ток, являются крутящий момент и скольжение вала.
Поэтому этот параметр имеет определенное значение как для электродвигателей, так и для источников питания. Для батарей, например, параметры пускового тока указывают на наибольшую мощность, которую устройство может выдать в течение короткого времени без падения напряжения. Значение пускового тока обычно зависит от емкости аккумулятора и не в последнюю очередь от климатических условий.
Особенности применения
Для правильной работы электроприбора необходимо учитывать его пусковые характеристики. Если отрицательный пусковой ток не компенсирован, существует риск неприятных последствий. Например, этот ток оказывает негативное влияние на другие электрические устройства, работающие на той же линии одновременно с данным электродвигателем. При резком увеличении пускового тока возможно кратковременное падение напряжения в сети или повреждение электрооборудования.
Для снижения нежелательного воздействия этих факторов допускается использование специальных методов и устройств. Их цель — максимально снизить пусковой ток:
- Двигатель запускается без нагрузки и только после этого подается нагрузка, необходимая для запуска двигателя. Этот метод отлично подходит для аэрационных и насосных систем, где нагрузку можно регулировать.
- Подключение силового блока к схеме «звезда-треугольник».
- Использование метода запуска с помощью автотрансформатора, где напряжение предполагается плавно регулируемым.
- Использование пусковых реакторов или систем резисторов, ограничивающих величину пускового тока. В этом случае токи, превышающие указанные значения, расходуются впустую, рассеивая тепловую энергию непосредственно в гасящем резисторе.
- Установка частотных регуляторов — помогает снизить пусковой ток двигателя, но разрешена только для генераторных установок мощностью 30 кВт и менее. Установки с более высоким КПД обычно требуют использования более дорогих частотных регуляторов.
Устройства плавного пуска. Эти устройства минимизируют влияние пускового тока за счет регулирования фазы.
Московская электротехническая лаборатория проводит испытания электрооборудования для проверки и обеспечения надежной работы электросети и оборудования.