Пусковые токи асинхронных электродвигателей
Подписка на рассылку
Ток, который нужен для запуска электродвигателя, называется пусковым. Как правило, пусковые токи электродвигателей в несколько раз большие, чем токи, необходимые для работы в нормально-устойчивом режиме.
Рисунок 1. Асинхронный электродвигатель Большой пусковой ток асинхронного электродвигателя необходим для того, чтобы раскрутить ротор с места, для чего требуется приложить гораздо больше энергии, чем для дальнейшего поддержания постоянного числа его оборотов. Стоит отметить, что, несмотря на совсем другой принцип действия, однофазные двигатели постоянного тока также характеризуются большими значениями пусковых токов.
Высокие пусковые токи электродвигателей — нежелательное явление, поскольку они могут приводить к кратковременной нехватке энергии для другого подключенного к сети оборудования (падению напряжения). Поэтому при подключении и наладке двигателей переменного тока (наиболее распространенных в промышленности) всегда стоит задача минимизировать значения пусковых токов, а также повысить плавность пуска двигателя за счет применения специального дополнительного оборудования. Такие мероприятия также позволяют снизить уровень затрат на пуск электродвигателя (применять провода меньшего сечения, стабилизаторы и дизельные электростанции меньшей мощности, проч.).
Одной из наиболее эффективных категорий устройств, облегчающих тяжелые условия пуска, являются софтстартеры и частотные преобразователи. Особенно ценным считается их свойство поддерживать пусковой ток двигателей переменного тока в течение продолжительного периода — более минуты. Также пусковой ток асинхронного электродвигателя можно уменьшить за счет внедрения внешнего сопротивления в обмотку ротора.
Расчет пускового тока асинхронного электродвигателя
Рисунок 2. Асинхронный электродвигатель с частотным преобразователем Расчет пускового тока электродвигателя может потребоваться для того, чтобы подобрать подходящие автоматические выключатели, способные защитить линию включения данного электродвигателя, а также для того, чтобы подобрать подходящее по параметрам дополнительное оборудование (генераторы, проч.).
Расчет пускового тока электродвигателя осуществляется в несколько этапов:
Определение номинального тока трехфазного электродвигателя переменного тока согласно формуле: Iн=1000Pн/(Uн*cosφ*√ηн). Рн здесь — номинальная мощность двигателя, Uн выступает номинальным напряжением, а ηн — номинальным коэффициентом полезного действия. Cosφ — это номинальный коэффициент мощности электромотора. Все эти данные можно найти в технической документации по двигателю.
Расчет величины пускового тока по формуле Iпуск=Iн*Кпуск. Здесь Iн — номинальная величина тока, а Кпуск выступает кратностью постоянного тока к номинальному значению, которая также должна указываться в технической документации к электродвигателю.
Точно зная пусковые токи электродвигателей, можно правильно подобрать автоматические выключатели, которые будут защищать линию включения.
Какой ток потребляет двигатель из сети при пуске и работе
В паспорте электрического двигателя указан ток при номинальной нагрузке на валу. Если, например, указано 13,8/8 А, то это означает, что при включении двигателя в сеть 220 В и при номинальной нагрузке ток, потребляемый из сети, будет равен 13,8 А. При включении в сеть 380 В из сети будет потребляться ток 8 А, то есть справедливо равенство мощностей: √ 3 х 380 х 8 = √ 3 х 220 х 13,8.
Зная номинальную мощность двигателя (из паспорта) можно определить его номинальный ток. При включении двигателя в трехфазную сеть 380 В номинальный ток можно посчитать по следующей формуле:
I н = P н/ ( √3 U н х η х с osφ).
где P н — номинальная мощность двигателя в кВт, U н — напряжение в сети, в кВ (0,38 кВ). Коэффициент полезного действия ( η) и коэффициент мощности (с osφ) — паспортные значения двигателя, которые написаны на щитке в виде металлической таблички. См. также — Какие паспортные данные указываются на щитке асинхронного двигателя.
Рис. 1. Паспорт электрического двигателя. Номинальная мощность 1,5 кВ, номинальный ток при напряжении 380 В — 3,4 А.
Если не известны к.п.д. и коэффициент мощности двигателя, например, при отсутствии на двигателе паспорта-таблички, то номинальный его ток с небольшой погрешностью можно определить по соотношению «два ампера на киловатт», т.е. если номинальная мощность двигателя 10 кВт, то потребляемый им ток будет примерно равен 20 А.
Для указанного на рисунке двигателя это соотношение тоже выполняется (3,4 А ≈ 2 х 1,5). Более точные значения токов при использовании данного соотношения получаются при мощностях двигателей от 3 кВт.
При холостом ходе электродвигателя из сети потребляется незначительный ток (ток холостого хода). При увеличении нагрузки увеличивается и потребляемый ток. С увеличением тока повышается нагрев обмоток. Большая перегрузка приводит к тому, что увеличенный ток вызывает перегрей обмоток двигателя, и возникает опасность обугливания изоляции (сгорания электродвигателя).
В момент пуска из сети электрическим двигателем потребляется так называемый пусковой ток. который может быть в 3 — 8 раз больше номинального. Характер изменения тока представлен на графике (рис. 2, а).
Рис. 2. Характер изменения тока, потребляемого двигателем из сети (а), и влияние большого тока на колебания напряжения в сети (б)
Точное значение пускового тока для каждого конкретного двигателя можно определить зная значение кратности пускового тока — I пуск/ I ном. Кратность пускового тока — одна из технических характеристик двигателя, которую можно найти в каталогах. Пусковой ток определяется по следующей формуле: I пуск = I н х ( I пуск/ I ном). Например, при номинальном токе двигателя 20 А и кратности пускового тока — 6, пусковой ток равен 20 х 6 = 120 А.
Знание реальной величины пускового тока нужно для выбора плавких предохранителей, проверке срабатывания электромагнитных расцепителей во время пуска двигателя при выборе автоматических выключателей и для определения величины снижения напряжения в сети при пуске.
Процесс выбора плавких предохранителей подробно рассмотрен в этой статье: Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей
Большой пусковой ток, на который сеть обычно не рассчитана, вызывает значительные снижения напряжения в сети (рис. 2, б).
Если принять сопротивление проводов, идущих от источника до двигателя, равным 0,5 Ом, номинальный ток I н=15 А, а пусковой ток равным пятикратному от номинального, то потери напряжения в проводах в момент пуска составят 0,5 х 75 + 0,5 х 75 = 75 В.
На зажимах двигателя, а также и на зажимах рядом работающих электродвигателей будет 220 — 75 = 145 В. Такое снижение напряжения может вызвать торможение работающих двигателей, что повлечет за собой еще большее увеличение тока в сети и перегорание предохранителей.
В электрических лампах в моменты пуска двигателей уменьшается накал (лампы «мигают»). Поэтому при пуске электродвигателей стремятся уменьшить пусковые токи.
Для уменьшения пускового тока может использоваться схема пуска двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник. При этом фазное напряжение уменьшится в √ З раз и соответственно ограничивается пусковой ток. После достижения ротором некоторой скорости обмотки статора переключаются в схему треугольника и напряжение ни них становится равным номинальному. Переключение обычно производится автоматически с использованием реле времени или тока.
Рис. 3. Схема пуска электрического двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник
Важно понимать, что не далеко каждый двигатель можно подключать по этой схеме. Наиболее распространенные асинхронные двигатели с рабочим напряжение 380/200 В, в том числе и двигатель, показанный на рисунке 1 при включении по данной схеме выйдут из строя. Подробнее об этом читайте здесь: Выбор схемы соединения фаз электродвигателя
В настоящее время, для уменьшения пускового тока электрических двигателей активно используют специальные микропроцессорные устройства плавного пуска (софт-стартеры). Подробнее о назначении такого типа устройств читайте в статье Для чего нужен плавный пуск асинхронного двигателя.
Статьи и схемы
Полезное для электрика
Пусковой ток двигателя определяется как
где — кратность пускового тока по отношению к номинальному.
Сечение проводов и кабелей до 1 кВ выбираем исходя из условий:
1) по условию нагрева от протекаемого тока
где — поправочный коэффициент на условия прокладки;
2) по условию соответствия аппарату МТЗ (максимальной токовой защиты), установленного в начале линии
где — номинальный ток защитного аппарата, А; — кратность длительного допустимого тока провода по отношению к току срабатывания защиты.
При определении количества проводов, прокладываемых в одной трубе, или жил многожильного проводника, нулевой рабочий проводник, а также заземляющие и нулевые защитные проводники в расчёт не принимаем. Для цеховых электрических сетей принимаем провода и кабели с алюминиевыми жилами, тогда по механической прочности минимальные сечения алюминиевых жил проводов и кабелей внутри помещений не менее 4мм 2 при прокладке на изоляторах, 2,5мм 2 ¾ при других способах прокладки. Проводники с медными жилами применяем во взрывоопасных помещениях классов В1 и В1а, а также в силовых цепях крановых установок. Сечение нулевого и заземляющего провода принимаем равным или большим половины фазного сечения, но не меньше чем того требует механическая прочность.
Приведем пример выбора электродвигателей, пусковых и защитных аппаратов электропривода горизонтально-расточного станка, состоящего из трех двигателей.
1) АИР132М4¾ P=11,0 кВт, h=87,5 %, cosj=0,87, Кп =7,5;
2) АИР112М4¾ Р=5,5 кВт, h=87,5 %, cosj=0,88, Кп =7;
3) АИР80В4¾ Р=1,5 кВт, h=78 %, cosj=0,83, Кп =5,5;
Номинальные токи двигателей по условию (2.10):
Для них по (2.1) выбираем магнитные пускатели:
Согласно (2.2) выберем тепловое реле для первого двигателя
Выбираем тепловое реле типа РТЛ-206104 со средним значением тока теплового реле Iср.т.р. = 27,5 А и номинальным током теплового реле Iном..р. = 80 А.
Для второго электродвигателя
Выбираем тепловое реле типа РТЛ-101604 со средним значением тока теплового реле Iср.т.р. = 12 А и номинальным током теплового реле Iном..р. = 25 А.
Для третьего электродвигателя
Выбираем тепловое реле типа РТЛ-101604 со средним значением тока теплового реле Iср.т.р. =5 А и номинальным током теплового реле Iном..р. = 25 А.
Чтобы определить расчетный ток станка в целом, используем метод определения электрических нагрузок с помощью коэффициента расчетной нагрузки, который будет подробнее изложен далее.
Установленная мощность станка:
По таблице 2.1 для данного станка и .
Эффективное число электроприемников
принимаем при этом по таблицам [метод к курсовому проектированию] .
Тогда расчетная мощность станка
Так как . то принимаем за расчетный ток 21,954 А. Пиковый ток станка определяем по формуле (3.2.5)
По условию (3.2.6) выбираем автоматический выключатель в цепи питания:
· первого электродвигателя станка ВА51Г-25 с . По (3.9)
По (3.2.8) ток срабатывания расцепителя . что удовлетворяет условию (3.2.7): ;
· второго двигателя ВА51Г-25 с . . . . ;
· третьего двигателя ВА51Г-25 с . . . . .
По условию (3.2.3) и (3.2.4) выбираем предохранитель типа ПН2-100/100 для защиты станка: и .
Сечение провода, идущего от рассматриваемого станка к распределительному шкафу, выбираем по условиям (3.2.12) и (3.2.13): и . В итоге выбираем по литературе [4] провод АПВ 5(1´8) с .
Для электропривода с одним двигателем расчёт аналогичен трехдвигательному электроприводу, исключение лишь составляет расчётный ток, который принимаем равным номинальному току двигателя. Все расчеты сводятся в таблицы 3.2.3, 3.2.4, 3.2.5 и 3.2.6.
Таблица 3.2.3- Выбор магнитных пускателей и тепловых реле
Источники: http://cable.ru/articles/id-1117.php, http://electricalschool.info/main/osnovy/1441-kakojj-tok-potrebljaet-dvigatel-iz-seti.html, http://studopedia.ru/6_135703_puskovoy-tok-dvigatelya-opredelyaetsya-kak.html
