Начальный пусковой момент двигателя

Пусковой момент асинхронного двигателя

Графически выраженная зависимость электромагнитного момен­та от скольжения называется механической характеристикой асин­хронного двигателя (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Упрощенная формула для расчета электромагнитного момента асинхронного двигателя (формула Клосса) может быть использо­вана для построения механической характеристики

При этом критическое скольжение определяют по формуле

где λм = Мmaxном — перегрузочная способность двигателя.

При расчете механической характеристики следует иметь в виду, что при значениях скольжения, превышающих критическое, точ­ность расчетов резко снижается. Это объясняется изменением па­раметров схемы замещения асинхронного двигателя, вызванного магнитным насыщением зубцов статора и ротора, и увеличением частоты тока в обмотке ротора.

Форма механических характеристик асинхронного двигателя в значительной степени зависит от величин подведенного к обмотке статора напряжения U1(рис. 3.4) и активного сопротивления об­мотки ротора r2 (рис. 3.5).

Рис. 3.4. Влияние напряжения U1на механические характери­стики асинхронного двигателя

Приводимые в каталогах на асинхронные двигатели данные обычно не содержат сведений о параметрах схемы замещения, что затрудняет применение формул для расчета электромагнитного мо­мента. Поэтому для расчета электромагнитного момента часто при­меняют формулу

Рис. 3.5. Влияние сопротивления r’2на механические характеристики асинхронного двигателя

Эксплуатационные свойства асинхронного двигателя определя­ются его рабочими характеристиками: зависимостью частоты вра­щения n2,моментом на валу М2,КПД и коэффициентом мощности cosφ1 от полезной нагрузки двигателя Р2.

При расчете параметров для определения рабочих характери­стик асинхронных двигателей используют либо графический метод, в основе которого лежит построение круговой диаграммы, либо ана­литический метод.

Основанием для выполнения любого из методов расчета рабо­чих характеристик служат результаты опытов холостого хода и ко­роткого замыкания. Если же двигатель проектируется, то эти дан­ные получают в процессе его расчета.

При расчете сопротивлений резисторов rдоб, применяемых в це­пях статора или фазного ротора для ограничения пускового тока или регулирования частоты вращения, используют принцип: для данного конкретного асинхронного двигателя скольжение s пропор­ционально активному сопротивлению цепи ротора этого двигате­ля. В соответствии с этим справедливо равенство

где r2 — активное сопротивление собственно обмотки ротора при рабочей температуре; s — скольжение при введенном в цепь ротора резистора сопротивлением rдоб.

Из этого выражения получим формулу для расчета активного сопротивления добавочного резистора гдо6, необходимого для по­лучения заданного повышенного скольжения s при заданной (но­минальной) нагрузке:

Существует два метода расчета пусковых реостатов: графиче­ский и аналитический.

Графический метод более точен, но требует построения естест­венной механической характеристики и пусковой диаграммы двигате­ля, что связано с выполнением большого объема графических работ.

Аналитический метод расчета пусковых реостатов более прост, но менее точен. Это обусловлено тем, что в основе метода лежит допущение о прямолинейности рабочего участка естественной ме­ханической характеристики асинхронного двигателя. Но при сколь­жении близком к критическому это допущение вызывает заметную ошибку, которая тем значительнее, чем ближе начальный пусковой момент М1к максимальному моменту Мmах. Поэтому аналитиче­ский метод расчета применим лишь при значениях начального пуско­вого момента М1

для резисторов с активным сопротивлением

Полное сопротивление двигателя в режиме короткого замыка­ния Zк,Ом,

Zk =U1/Iп

Здесь хк и rk— индуктивная и активная составляющие этого со­противления

Уменьшение искусственного пускового момента при включении Rили Lсоставит

Таблица 3.1

Электрические машины Высота оси вращения h,мм kt
Постоянного тока общепромышленного назначения 80—200 225—500 1,22 1,38
Асинхронные общепромышленного назначения 50—132 160—355 1,22 1,38
Специального назначения, с тяже­лыми условиями эксплуатации 1,38

Таким образом, если задано значение αм, определяющее величи­ну искусственного пускового момента М’п, то для расчета соответ­ствующих значений Rпили xL можно воспользоваться приведенны­ми выше формулами, подставив в них вместо α 2 i, величину αм.

Электрическое сопротивление обмоток двигателей, приведенных в каталогах, обычно соответствуют температуре +20 °С. Но при рас­четах характеристик и параметров двигателей сопротивления их об­моток необходимо приводить к рабочей температуре. В соответствии с действующим стандартом величина рабочей температуры прини­мается в зависимости от класса нагревостойкости электрической изоляции, примененной в двигателе: при классе нагревостойкости В рабочая температура равна 75 °С, а при классах нагревостойкости F и Н — 115 °С. Пересчет сопротивлений обмоток на рабочую тем­пературу выполняется путем умножения сопротивления обмотки при температуре 20 °С, на коэффициент нагрева kt:

r = r20kt.

Значения этого коэффициента принимают в зависимости от назначения двигателей и их габаритов (высоты оси вращения) (табл. 3.1).

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Характерным признаком синхронных машин является жесткая связь между частотой вращения ротора n1и частотой переменного тока в обмотке статора f1:

Другими словами, вращающееся магнитное поле статора и ротор синхронной машины вращаются синхронно, т. е. с одинаковой частотой.

По своей конструкции синхронные машины разделяются на явнополюсные и неявнополюсные. В явнополюсных синхронных ма­шинах ротор имеет явно выраженные полюса, на которых располага­ют катушки обмотки возбуждения, питаемые постоянным током. Ха­рактерным признаком таких машин является различие магнитного сопротивления по продольной оси (по оси полюсов) и по попереч­ной оси (по оси, проходящей в межполюсном пространстве). Маг­нитное сопротивление потоку статора по продольной оси dd намного меньше магнитного сопротивления потоку статора по поперечной оси qq. В неявнополюсных синхронных машинах магнитные сопротив­ления по продольной и поперечной осям одинаковы, поскольку воз­душный зазор у этих машин по периметру статора одинаков.

Конструкция статора синхронной машины в принципе не отли­чается от статора асинхронной машины. В обмотке статора в про­цессе работы машины индуцируются ЭДС и протекают токи, кото­рые создают магнитодвижущую силу (МДС), максимальное значе­ние которой

Эта МДС создает вращающееся магнитное поле, а в воздушном зазоре δ машины создается магнитная индукция, график распреде­ления которой в пределах каждого полюсного деления т зависит от конструкции ротора (рис. 4.1).

Для явнополюсной синхронной машины справедливо уравнение напряжений:

Ú1=Ė + Ė1d + Ė1q + Ėσ1İ1r1

где Ė— основная ЭДС синхронной машины, пропорциональная основному магнитному потоку синхронной машины Ф; Ė1d— ЭДС реакции якоря синхронной машины по продольной оси, пропор­циональная МДС реакции якоря по продольной оси F1d;Ėσ1— ЭДС реакции якоря по поперечной оси, пропорциональная МДС реак­ции якоря по поперечной оси F1q;Ėσ1— ЭДС рассеяния, обуслов­ленная наличием магнитного потока рассеяния Ф, величина этой ЭДС пропорциональна индуктивному сопротивлению рассеяния обмотки статора х1

Ėσ1 = jİ1r

İ1r1— активное падение напряжения в фазной обмотке статора, обычно этой величиной при решении задач пренебрегают ввиду ее небольшого значения.

Рис. 4.1. Графики распределения магнитной индукции по поперечной оси

неявнополюсной (а)и явнополюсной (б)синхронных машин:

1 — график МДС; 2 — график магнитной индукции

Для неявнополюсной синхронной машины уравнение напряже­ний имеет вид

Ú1=Ė + Ėcİ1r1

Здесь

Ėc = Ė1 + Ėσ1

где Ė1 ЭДС реакции якоря неявнополюсной синхронной машины. Рассмотренным уравнениям напряжений соответствуют вектор­ные диаграммы напряжений. Эти диаграммы приходится строить для определения либо основной ЭДС машины Е,либо напряже­ния обмотки статора U1.Следует иметь в виду, что уравнения на­пряжений и соответствующие им векторные диаграммы не учиты­вают магнитного насыщения магнитопровода синхронной машины, которое, как известно, влияет на величину индуктивных сопротив­лений, вызывая их уменьшение. Учет этого насыщения представля­ет сложную задачу, поэтому при расчетах ЭДС и напряжений синхронных машин обычно пользуются практической диаграммой ЭДС, которая учитывает состояние насыщения магнитной системы, выз­ванное действием реакции якоря при нагрузке синхронной маши­ны. При построении практической диаграммы ЭДС намагничива­ющую силу реакции якоря не разлагают на продольную и попереч­ную составляющие, поэтому эта диаграмма может быть применена как при расчетах явнополюсных, так и неявнополюсных машин.

При решении задач, связанных либо с синхронными генератора­ми, включенными параллельно с сетью, либо с синхронными дви­гателями, пользуются угловыми характеристиками синхронных машин, представляющими собой зависимость электромагнитного момента М от угла нагрузки θ. При этом следует помнить, что в яв­нополюсных синхронных машинах действуют два момента: основ­ной Мосн и реактивный Мр,а в неявнополюсных машинах — только основной момент:

Угол нагрузки θном соответствует номинальному моменту Мном. Максимальный момент синхронной машины определяет перегру­зочную способность синхронной машины, что имеет важное значе­ние как для синхронных генераторов, работающих параллельно с сетью, так и для синхронных двигателей. В неявнополюсных синх­ронных машинах максимальный момент соответствует углу нагруз­ки θ = 90°, в явнополюсных машинах θкр Iв0,вызывают опережение по фазе тока сети Iс относительно напряжения Ú1,что способствует повышению коэффициента мощности в сети. Энергетические характеристики в синхронной машине зависят от режима ее работы. Если машина работает в режиме генератора, то подводимая к генератору механическая мощность определяет­ся вращающим моментом приводного двигателя М1и частотой вра­щения n1

Читайте также:  Скорость двигателей для автомобилей

Р1= 0,105M1n1

Часть этой мощности расходуется на покрытие механических Рмех, магнитных Рм и добавочных Рд потерь. Если возбуждение ге­нератора происходит от возбудителя, приводимого во вращение от общего приводного двигателя, то к перечисленным потерям добав­ляются еще и потери на возбуждение

РB = UBIBB

где UBи IB — напряжение и ток в цепи возбуждения; ηB КПД возбудителя.

Оставшаяся после вычитания перечисленных потерь мощность, представляет собой электромагнитную мощность генератора Рэм, которая передается на статор генератора электромагнитным пу­тем. Полезная мощность на выходе генератора Р2 меньше электро­магнитной мощности на величину электрических потерь в обмотке статора

Источник

Что такое пусковой момент в асинхронном двигателе

Вращающий момент, развиваемый на валу асинхронного электродвигателя в условиях нулевой скорости вращения ротора (когда ротор еще неподвижен) и установившегося в обмотках статора тока, — называется пусковым моментом асинхронного двигателя.

Пусковой момент иногда называют еще моментом трогания или начальным моментом. При этом подразумевается, что напряжение и частота питающего напряжения приближены к номиналу, причем соединение обмоток выполнено правильно. В номинальном режиме работы данный двигатель будет работать именно так, как предполагали разработчики.

Численное значение пускового момента

Пусковой момент вычисляется по приведенной формуле. В паспорте электродвигателя (паспорт предоставляется производителем) указана кратность пускового момента.

Обычно значение величины кратности лежит в пределах от 1,5 до 6, в зависимости от типа двигателя. И при выборе электродвигателя для своих нужд, важно убедиться, что пусковой момент окажется больше статического момента планируемой проектной нагрузки на валу. Если это условие не соблюсти, то двигатель попросту не сможет развить рабочий момент при вашей нагрузке, то есть не сможет нормально стартонуть и разогнаться до номинальных оборотов.

Давайте рассмотрим еще одну формулу для нахождения пускового момента. Она будет вам полезной для теоретических расчетов. Здесь достаточно знать мощность на валу в киловаттах и номинальные обороты, — все эти данные указаны на табличке (на шильдике). P2-номинальная мощность, F1-номинальные обороты. Итак, вот эта формула:

Для нахождения P2 применяют следующую формулу. Здесь необходимо учесть скольжение, пусковой ток и напряжение питания, все эти данные указаны на шильдике. Как видите, все довольно просто. Из формулы очевидно, что пусковой момент в принципе можно повысить двумя путями: увеличением стартового тока или повышением питающего напряжения.

Попробуем, однако, пойти наиболее простым путем, и рассчитаем значения пусковых моментов для трех двигателей серии АИР. Воспользуемся параметрами кратности пускового момента и величинами номинального момента, то есть пользоваться будем самой первой формулой. Результаты расчетов приведены в таблице:

Тип двигателя Номинальный момент, Нм Отношение пускового момента к номинальному моменту Пусковой момент, Нм
АИРМ132М2 36 2,5 90
АИР180 S2 72 2 144
АИР180М2 97 2,4 232,8

Роль пускового момента асинхронного электродвигателя (пусковой ток)

Часто двигатели включают напрямую в сеть, осуществляя коммутацию магнитным пускателем: на обмотки подается линейное напряжение, создается вращающееся магнитное поле статора, оборудование начинает работать.

Бросок тока в момент старта в данном случае неизбежен, и он превышает номинальный ток в 5-7 раз, причем длительность превышения зависит от мощности двигателя и от мощности нагрузки: более мощные двигатели стартуют дольше, их обмотки статора дольше принимают токовую перегрузку.

Маломощные двигатели (до 3 кВт) легко переносят данные броски, и сеть так же легко выдерживает эти незначительные кратковременные всплески мощности, ибо у сети всегда есть некоторый мощностный резерв. Вот почему небольшие насосы и вентиляторы, станки и бытовые электроприборы обычно включают напрямую, не заботясь особо о токовых перегрузках. Как правило обмотки статоров двигателей оборудования такого рода соединяются по схеме «звезда» из расчета на трехфазное напряжение 380 вольт или «треугольник» — для 220 вольт.

Если же вы имеете дело с мощным двигателем на 10 и более кВт, то включать напрямую такой двигатель в сеть нельзя. Бросок тока в момент пуска необходимо ограничить, иначе сеть испытает значительную перегрузку, что может привести к опасной «нештатной просадке напряжения».

Что такое пусковой ток двигателя

Пусковой ток и его кратность

Итак, для начала давайте дадим определение. Пусковой ток — это ток, потребляемый электродвигателем в момент его запуска (раскручивания). В большинстве случаев этот ток больше рабочего в 6-8 раз. Величина, показывающая во сколько раз больше пусковой ток, называется кратностью и записывается как коэффициент:

Получается, если известен коэффициент, то пусковой ток найти крайне легко по этой формуле:

Примечание. Пожалуйста, не путайте номинальный и рабочий токи. Номинальный — это такой ток, при котором двигатель способен работать продолжительное время и ограничивается только температурным нагревом статора. А рабочий — это реальный ток, протекающий по обмоткам в процессе работы агрегата и он всегда равен или несколько меньше номинального тока.

Кратность пусковых токов имеет прямую зависимость от мощности самого движка и от того сколько пар полюсов в нем реализовано. То есть при меньшей мощности будет меньший пусковой ток. А в случае с парами полюсов, чем их меньше, тем пусковой ток больше.

Получается, что, наибольшим пусковым током обладают двигатели с оборотами 3000 об/мин, двумя полюсами и мощностью более 10 кВт (7-9 крат от номинала).

Почему так происходит

Все дело в том, что потребление тока и инерционный момент при запуске зависит от конструктивных особенностей двигателя и от того, каким образом произведена намотка обмоток.

Мало полюсов – это минимальное сопротивление обмоток. Такое низкое сопротивление – это автоматически большой ток. А еще высокооборотистым движкам для полного выхода на рабочие параметры необходимо больше времени, а это автоматически тяжелый пуск.

Что такое пусковой момент в асинхронном двигателе

Пусковой момент на валу асинхронника – вращающий момент, который развивает на валу электрический асинхронный двигателя при следующих условиях: скорость вращения равна нулю (ротор неподвижен), ток имеет установившееся значение, к обмоткам электродвигателя подведено номинальное по частоте и напряжению питание, соединение обмоток соответствует номинальному режиму работы электродвигателя.

Под номинальным режимом понимают процесс функционирования электродвигателя, для которого он был разработан.

При выборе электродвигателя для оборудования важно следить что бы пусковой момент был больше чем статический момент нагрузки подключенной к валу электродвигателя. В случае если данное условие не выполняется асинхронный двигатель либо вообще не сможет разогнать нагрузку, либо разгон будет очень длительным.

Кратность — пусковой момент

Кратность пускового момента выбирается из каталога на двигатели. За расчетное значение Ммакс принимается максимальная величина момента только в тех положениях переключающего устройства, в которых оно может остановиться. [1]

Кратностью пускового момента называют отношение Кп — м Мп / Мном. Для асинхронных двигателей мощностью 0 6 — 100 кВт ГОСТом установлен Кп. Достоинством прямого пуска является простота, а отсюда — высокая надежность. [2]

Начальный пусковой ток и начальный пусковой момент

Последовательность расчета Условные обозначения Источник Двигатель №1
347 h
ст, мм
(9-330) 25,5 – 0,75 = 24,75
348 (9-329)
349 рис. 9-23 0,4
350 h
р, мм
(9-332) 24,75 / (1 + 0,4) = 17,7
351 b
р, мм
(9-333)
352 s
p, мм2
(9-335)
353 k
в. т
(9-337) 95,9 / 79,06 = 1,21
354 r
ст. п, Ом
(9-338) 4,44∙10-5∙1,21 = 5,33∙10-5
355 r’
2п, Ом
(9-339) 5206 (5,33 + 1,85)∙10-5 = 0,374
356 рис. 9-23 0,82
357 п2п (9-340)
358 2п (9-342) 1,69 + 2,73 + 0,436 + 2,1 = 6,87
359 x
пер, Ом
(9-343)
360 x
пост, Ом
(9-344)
361 r
к. п, Ом
(9-345) 0,64 + 0,374∙1,22 (1 + 0,04)2 = 1,14
362 , А (9-368)
363 z
к. п, Ом
(9-370) 220 / 95,2 = 2,3
364 x
к. п, Ом
(9-371)
365 п. а1, А (9-372)
366 п. р1, А (9-373)
367 п1, А (9-374)
368 п1 / 1, о. е. (9-375) 100,4 / 14,9 = 6,7
369 r’’
2п, Ом
(9-376) 0,374∙1,22∙1,042 = 0,49
370 M
п /
М
н
(9-377)

§ 9-13. Тепловой и вентиляционный расчеты
Тепловой расчет асинхронного двигателя.Проводим его по упрощенной методике, изложенной в § 5-3.

При выполнении теплового расчета необходимо учитывать следующее. 1. Потери в обмотках вычисляют при сопротивлениях, приведенных к максимальной допускаемой температуре; для этого сопротивление, определенное при 200С, умножают на коэффициент m’

Т (см. § 5-1) в соответствии с выбранным классом нагревостойкости изоляции.

2. При тепловом расчете обмотки статора учитывают, что воздуху внутри двигателя передается только часть потерь в активной части статора (эта доля потерь равна коэффициенту k

Читайте также:  Нормальная компрессия двигателя оки

из табл. 9-25); остальные потери передаются непосредственно через станину наружному охлаждающему воздуху.

Таблица 9-25

для двигателей со степенью защиты

3. Для обмоток, не имеющих изоляцию катушек в лобовых частях, первое слагаемое в (9-394), а также Δt

и. л1 в (9-395) необходимо считать равными нулю.

4. При определении по (9-400) среднего превышения температуры воздуха внутри машины Δt

в у асинхронных двигателей со степенью защиты IP23 принимают, что воздух внутри двигателя нагревается всеми выделяемыми потерями (за исключением части потерь в статоре, передаваемых через станину), а у двигателей со степенью защиты IP44 и способом охлаждения IC0141, кроме того, за исключением потерь на трение о воздух наружного вентилятора, составляющие примерно 0,9
Р
мхΣ.

Обмотка статора.Тепловой расчет для определения превышения температуры обмотки статора проводят в такой последовательности

p и
h
p – количество и высота охлаждающих ребер станины по данным § 3-10;
k
– из табл. 9-25; 1 – коэффициент теплоотдачи поверхности статора определяют из рис. 9-24; в – коэффициент подогрева воздуха – находят по рис. 9-25;
b
и1 – односторонняя толщина изоляции в пазу статора (при полуоткрытых и открытых пазах
b
и1 = (
b
п1 –
N
ш
b
) / 2, при полузакрытых
b
и1 в § 9-4;
b
ил1 – односторонняя толщина изоляции катушек в лобовой части (см. приложения 27 – 30); экв = 16∙10-5 Вт / (мм∙град) – эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции в пазу, включающий воздушные прослойки; ’экв – эквивалентный коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки, зависящий от отношения диаметров изолированного и неизолированного провода (рис. 9-26).

Рис. 9-24. Средние значения 1 = f

– исполнение по защите IP44, способ охлаждения IC0141,
U
≤600 В, 2
р
= 2;
б
– то же, что
а
, но 2
р
= 4, 6, 8, 10, 12;
в
– IP44, IC0151,
U
= 6000 В, 2
р
= 4, 6, 8, 10, 12;
г
– IP23, IC01,
U
≤660 В, 2
р
= 2;
д
– то же, что
г
, но 2
р
= 4, 6, 8, 10, 12;
е
– IP23, IC01,
U
= 6000 В, 2
р
= 4, 6, 8, 10, 12.

Рис. 9-25. Средние значения в = f

– исполнение по защите IP44, способ охлаждения IC0141, U

Рис. 9-26. Средние значения = f

Обмотка фазного ротора. Тепловой расчет для определения превышения температуры фазного ротора проводят в такой последовательности

и2 – односторонняя толщина изоляции в пазу ротора (§ 9-4);
b
и. л2 – односторонняя толщина изоляции катушек в лобовой части (см. приложение 22)

Рис.9-27. Среднее значение

— исполнение по защите IP44, способ охлаждения IC0141, =380÷660 мм, U≤

— IP44, IC0141, =661÷990 мм, U

— IP23, IC01, =380÷660 мм, U

— IP23, IC01, =661÷990 мм, U

Вентиляционный расчет асинхронных двигателей с радиальной ветиляцией. Рассчитывают двигатели со степенью защиты IP23 и со способом охлаждения IC01, а также двигатели со степенью защиты IP44 и способом охлаждения IC0141 в соответствии с изложенным в § 5-6. Расход воздуха V’в, обеспечиваемый вентиляционным устройством, должен быть не менее необходимого расхода воздуха Vв. При этом следует учитывать, что эмпирические формулы для расчета V’в и Н

двигателей со степенью защиты IP44 и способом охлаждения IC0141 действительны лишь при условии реализации в конструкции машины рекомендаций гл. 3 в части диаметра наружного вентилятора, длины и количества его лопаток.

Вентиляционный расчет двигателей проводят в такой последовательности.

Двигатели со степенью защиты IP23 и способом охлаждения IC01 (радиальная система вентиляции)
Необходимый расход воздуха (м3 / с) V
в – по (5-28)
Коэффициент, зависящий от частоты вращения n
1
К
1 – по (5-40)
Расход воздуха, который может быть обеспечен радиальной вентиляцией (м3 / с) V’
в – по (5-39)
Напор воздуха, развиваемый при радиальной вентиляции (Па) H
– по (5-41)
Двигатели со степенью защиты IP44 и способом охлаждения IC0141
Наружный диаметр корпуса (мм) D
корп – по (1-27) и рис. 1-3
Коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине корпуса двигателя K
2 – по (5-43)
Необходимый расход воздуха (м3 / с) V
в – по (5-42)
Расход воздуха, который может быть обеспечен наружным вентилятором (м3 / с) V’
в – по (5-44)
Напор воздуха, развиваемый наружным вентилятором (Па) H
– по (5-45)

В результате расчета следует убедиться, что удовлетворяется неравенство V’

в >
V
в. Иначе потребуется изменить элементы конструкции двигателя с целью увеличения
V’
в до определенного значения.

Источник

Что такое пусковой ток двигателя?

Что такое пусковой ток, как его посчитать, увидеть и измерить?

Решил разобраться в теме, про которую написано предостаточно, но суть неясна. Вопрос касается пуска электродвигателей, при котором возникает так называемый пусковой ток.

Итак, сразу к делу. Корень проблемы кроется в том, что для запуска электродвигателя (при подаче питания) требуется гораздо большее усилие, чем для продолжения. Эта физика работает со всеми предметами в мире – ведь начать движение всегда труднее, чем продолжить его.

В статье речь пойдёт об асинхронном электродвигателе с короткозамкнутым ротором, который применяется в промышленном оборудовании в 95% случаев. Питание – трехфазное. Как обычно, по тексту буду отсылать к своим статьям, а в конце можно будет скачать много чего интересного по теме.

Пусковой ток и его кратность

Чтобы тронуть с места (пустить) двигатель, нужен громадный пусковой ток (Iп). Громадный – по сравнению с номинальным (рабочим) током Iн на установившейся скорости. В статьях обычно указывают, что пусковой ток превышает рабочий в 5-8 раз. Это число называется “Кратность пускового тока” и обозначается как коэффициент Кп = Iп / Iн.

Пусковой ток – это ток, который потребляет электродвигатель во время пуска. Узнать пусковой ток можно, зная номинальный ток и коэффициент Кп:

Номинальный ток всегда указан на шильдике двигателя:

Ток двигателя

Номинальный ток двигателя для разных напряжений и схем включения

Кп – рабочий параметр, который указан в характеристиках двигателя, но на корпусе двигателя он никогда не указывается.

Замечу, что не надо путать номинальный и рабочий токи. Номинальный ток – это ток, на котором двигатель может работать продолжительное время, он ограничен только нагревом обмотки статора. Рабочий ток – это реальный ток в данном агрегате, он всегда меньше либо равен номинальному. На практике рабочий ток измеряется токоизмерительными клещами, амперметром или трансформатором тока.

Если рабочий ток больше номинального – жди беды. Читайте мою статью про то, как защитить электродвигатель от перегрузки и перегрева.

Параметры двигателей. Кратность пускового тока

Пример из первой строчки на картинке: конкретный двигатель мощностью 1,5 кВт имеет номинальный ток 3,4 А. Значит, пусковой ток в какой-то момент (сколько длится этот “момент” – рассмотрим ниже) может достигать значения 3,4 х 6,5 = 22,1 А!

Кратность пускового тока зависит прежде всего от мощности двигателя и от количества пар полюсов. Чем меньше мощность, тем меньше пусковой ток. А чем меньше пар полюсов (больше номинальные обороты) – тем больше пусковой ток.

То есть, самым большим током при пуске (7 – 8,5 от номинала) обладают высокооборотистые двигатели (3000 об/мин, 2 пары полюсов) сравнительно большой мощности (более 10 кВт).

Так происходит потому, что потребляемый ток и момент инерции при пуске зависит от конструкции двигателя и способа намотки. Мало полюсов – низкое сопротивление обмоток. Низкое сопротивление – большой ток. Кроме того, высокооборотистым движкам для полной раскрутки требуется больше времени, а это опять же тяжелый пуск.

Если объяснить более научным языком, то дело происходит так. Когда двигатель стоит, его степень скольжения S = 1. При раскручивании (или, как любят говорить спецы, разворачивании) S стремится к нулю, но никогда его не достигает – на то двигатель и называют асинхронным, ведь вращение ротора никогда не догонит вращение поля статора из-за потерь. Одновременно сердечник ротора насыщается магнитным полем, увеличивается ЭДС самоиндукции и индукционное сопротивление. А значит, уменьшается ток.

Кому хочется узнать подробнее – в конце статьи я выложил несколько хороших книг по теме.

На самом деле не так всё просто, начинаем копать глубже.

Как узнать пусковой ток?

Кратность пускового тока (отношение пускового тока к номинальному) найти в документации на двигатель бывает не так-то просто. Но его можно измерить (оценить, узнать) самому. Вот навскидку несколько способов:

Конечно, реальность отличается от эксперимента. Прежде всего тем, что ток короткого замыкания реальной сети питания не бесконечен. То есть, провода, питающие двигатель, имеют сопротивление, на котором в момент пуска падает напряжение (иногда – до 50%). Из-за этого ограничения реальный пусковой ток будет меньше, а разгон – длительнее. Поэтому нужно понимать, что значение кратности пускового тока, указанное производителем, в реальности всегда будет меньше.

Крутятся двигателя

Для чего нужны двигатели – приводить в действие механизмы и получать прибыль!

Теперь разберём другой вопрос –

Какой вред от пускового тока?

Пусковой ток – это проблема. Это –

Читайте также:  Система охлаждения двигателя 1kz

От пускового тока перегружается всё, и момент пуска становится в тягость вcем участникам процесса. Именно в этот критический момент может проявиться “слабое звено”. Кроме того, многие участники электропитания, работающие в этой сети, испытывают проблемы – например, лампочки снижают яркость из-за снижения напряжения, а контроллеры могут зависнуть из-за мощной помехи.

И в то же время пусковой ток – это проблема, от которой никуда не деться, если сразу подавать на двигатель номинальное питание и не использовать специальные методы.

Как уменьшить пусковой ток асинхронного двигателя

Решить проблему большого пускового тока электрически можно двумя путями:

Можно сконструировать какую-то муфту, коробку передач, вариатор – для того чтобы раскрутить двигатель вхолостую, а потом подключить потребителя механического момента.

В современном оборудовании двигатели мощнее 2,2 кВт практически никогда напрямую не включают, поэтому для них пусковые токи рояли не играют. Для уменьшения пускового тока (и не только) в основном применяют преобразователи частоты, о которых будут отдельные статьи.

Как снизить вред от пускового тока?

Если изменить схему питания двигателя невозможно (например, сосед по даче каждые пол часа запускает токарный станок, а никакие “методы воздействия” не воздействуют), то можно применить различные методы минимизации вреда от пусковых токов. Например:

Но напоминаю, что мы тут занимаемся не устранением последствий, а предотвращением проблем, поэтому погнали дальше.

Время действия и величина пускового тока

Длительностью пускового тока будем считать время, в течение которого ток понижается от максимума (Iп) до номинала (Iн). Эта длительность фактически равна времени разгона от нуля до номинальной скорости вращения.

Весь вопрос в том, какова длительность этого тока – 10 миллисекунд (пол периода), когда двигатель на холостом ходу, или 10 секунд, когда на валу массивная крыльчатка. Теоретически рассчитать это время невозможно. Однако, поделюсь некоторыми соображениями.

Как я говорил выше, ток двигателя при пуске может превышать норму в несколько раз (Кп). И некоторые начинающие электрики, которые не читают мой блог, считают, что защитный автомат нужно выбирать так же – на повышенный ток. В статьях и даже инструкциях пишут, что “При выборе автомата необходимо учитывать, что пусковой ток асинхронного электродвигателя в 5 – 7 раз превышает номинальный”. Как это учитывать? Неужели ток автомата выбирать в 5-7 раз выше номинального тока двигателя?

Шильдик китайского электродвигателя 30 кВт

Написано – 56 А. Что это значит? Неужели то, что ток защитного автомата должен быть более 300 А? Конечно, нет. И выбор автомата в данном случае зависит не только от номинального тока двигателя (56 А), но и от времени действия пускового тока.

Кстати, давайте проведём расследование и узнаем пусковой ток этого двигателя. Ведь на сайт этого китайского производителя нам попасть не суждено. Исходные номинальные данные: мощность – 30 кВт, момент – 190,9 N·m, ток – 56 А. Смотрим по каталогам отечественных производителей, ищем подобный двигатель, ведь законы физики одинаковы и в России, и в Китае. Находим (каталог в конце статьи): это двигатель на 1500 оборотов, 4 полюса, с кратностью пускового тока Кп = 7. В итоге получаем: Iп = Iн · Кп = 56 · 7 = 392 А. Это теоретический пусковой ток, но это не ток уставки автомата!

Пусковой ток является максимально возможным током. Максимальным ток будет при пуске, то есть тогда, когда двигатель стоит. То есть, пусковой ток есть ВСЕГДА, и всегда его начальное значение имеет запредельную величину. В случае с нашим китайским движком – 392 А, если принять ток КЗ питающей сети равным бесконечности (источник напряжения с нулевым внутренним сопротивлением).

Тепловое действие пускового тока

Если перейти к формулам, пусковой ток оказывает тепловое действие на электродвигатель, которое описывается так называемым интегралом Джоуля. Если по простому, то тепловая энергия, производимая электрическим током, пропорциональна квадрату тока, умноженному на время. Обозначается эта величина через I2t.

Хорошая новость в том, что защитный автомат имеет примерно такую же тепловую (время-токовую) характеристику, что и время-токовая характеристика разгона двигателя.

Время-токовые характеристики защитного автомата

Что видим? Для защиты двигателя используются в основном автоматы с характеристикой D, как раз для того, чтобы меньше реагировать на кратковременные перегрузки. Подробнее здесь.

А для пускового тока двигателя график будет примерно такой:

График пускового тока (теоретический) при Кп = 6

Линейность графика – условная. Всё зависит от изменения момента нагрузки в процессе разгона. Теоретический график показан пунктиром. На этом графике Кп = Iп / Iн = 6, но это теоретическое (табличное) значение. Время разгона до номинала = tп.

Реальный график начерчен сплошной линией. На нём Iп` – это реальное значение пускового тока, которое всегда меньше теоретического. Это обусловлено тем, что питающая сеть имеет не нулевое сопротивление, и при повышении тока на проводах возникают потери напряжения.

Про потери на низком напряжении я писал тут, про потери в сетях 0,4 кВ – здесь.

Понятно, что из-за потерь время разгона будет больше, оно обозначено на графике через tп`.

Теперь повернём последний график, чтобы привести оси к одной системе координат:

Время от тока, если можно так выразиться

Не правда ли, весьма похоже на время-токовую характеристику защитного мотор-автомата?

Получается, что обе характеристики компенсируют друг друга, и при выборе автомата достаточно настроить его уставку на номинальный ток двигателя. При особо тяжелых пусках, когда площадь под кривой пуска двигателя больше площади под кривой защитного автомата, стоит подумать о плавном пуске – УПП либо ПЧ.

Реальные измерения тока

Как я говорил выше, по моему мнению лучший способ “увидеть” пусковой ток – использовать активный (резистивный) шунт, и смотреть на нём напряжение осциллографом.

Я использовать вот такой шунт:

Шунт для измерения

Шунт для измерения пускового тока при помощи осциллографа

Подопытный – мотор-редуктор, который через цепную передачу крутит вертикальный шнек:

Мотор-редуктор, на котором измеряем пусковой ток

Шнек на момент пуска был полным, поэтому его рабочий ток (7,7 А, измерено клещами) был почти равен номинальному (8,9 А, видно на шильдике).

Шильд двигателя

Шильдик двигателя вертикального шнека

Ситуация по пусковому току видна на осциллографе:

Осциллограмма пускового тока двигателя

Осциллограмма пускового тока 500 мс/дел

Приблизим интересующий момент, ускорив развертку до 100 мс/дел:

Осциллограмма пускового тока

Осциллограмма пускового тока 100 мс/дел

Тут уже легко увидеть синус питающего тока и оценить коэффициент кратности пускового тока Кп, который примерно равен 4.

Ещё приблизим момент истины (до 50 мс/дел):

Момент пуска

Момент пуска двигателя – ток пуска

Тут уже видны хорошо и переходные процессы, обусловленные индуктивностью и ЭДС самоиндукции обмоток двигателя. Этот импульс, длительность которого гораздо меньше периода сети 20 мс, даёт хорошую помеху с широким спектром в питающую сеть и радиоэфир.

Ещё один повод для использования ПЧ? Не совсем, там с помехами ситуация гораздо хуже!

Скачать

Надеюсь, читатели простят мне вольное объяснение процессов – я постарался всё объяснить “на пальцах”. Кому нужны академические знания, пожалуйста:

• В.Л.Лихачев. Асинхронные электродвигатели. 2002 г. / Книга представляет собой справочник, в котором подробно описано устройство, принцип работы и характеристики асинхронных электродвигателей. Приводятся справочные данные на двигатели прошлых лет выпуска и современные. Описываются электронные пусковые устройства (инверторы), электроприводы., djvu, 3.73 MB, скачан: 5594 раз./

• Каталог двигателей ВЭМЗ / Параметры и каталог двигателей, pdf, 3.53 MB, скачан: 738 раз./

• Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию / Практические расчеты по электрооборудованию, теоретические сведения, методики расчета, примеры и справочные данные., zip, 1.53 MB, скачан: 1573 раз./

• Карпов Ф.Ф. Как проверить возможность подключения нескольких двигателей к электрической сети / В брошюре приведен расчет электрической сети на колебание напряжения при пуске и самозапуске асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и синхронных двигателей с асинхронным пуском. Рассмотрены условия, при которых допустим пуск и самозапуск двигателей. Изложение методов расчета иллюстрируется числовыми примерами. Брошюра предназначена для квалифицированных электромонтеров в качестве пособия при выборе типа электродвигателей, присоединяемых к коммунальной или промышленной электросети., zip, 1.9 MB, скачан: 881 раз./

• Руководство по эксплуатации асинхронных двигателей / Настоящее руководство содержит наиболее важные указания по транспортировке, приемке, хранению, монтажу, пусконаладке, эксплуатации, техническому обслуживанию, поиску неисправностей и их устранению для электродвигателей производства «Электромашина». Руководство по эксплуатации предназначено для трехфазных асинхронных электродвигателей низкого и высокого напряжений серий А, АИР, МТН, МТКН, 4МТМ, 4МТКМ, ДА304, А4., pdf, 7.54 MB, скачан: 1816 раз./

Ещё пособие по двигателям:
• Пуск и защита двигателей переменного тока / Пуск и защита двигателей переменного тока. Системы пуска и торможения двигателей переменного тока. Устройства защиты и анализ неисправностей двигателей переменного тока. Руководство по выбору устройств защиты. Руководство от Schneider Electric, pdf, 1.17 MB, скачан: 927 раз./

Источник