Расчет пускового тока электродвигателя

Номинальный ток асинхронных двигателей

Подавляющее большинство электродвигателей, используемых в промышленности, относятся к трехфазному асинхронному типу. Для питания таких устройств необходима промышленная трехфазная сеть переменного тока, обеспечивающая сетевое напряжение заданной частоты и напряжения. Высокая популярность асинхронных электродвигателей обусловлена дешевизной, простотой изготовления и механической прочностью данных устройств. Кроме того, изменяя схему подключения обмоток (звезда или треугольник) можно подключать двигатель к сетям различного напряжения (обычно используются комбинации 220/380 и 127/220В).

Высокий стартовый ток – главный недостаток асинхронного электродвигателя

Однако несмотря на множество неоспоримых преимуществ, асинхронные двигатели имеют минусы, среди которых одним из наиболее значительных является достаточно большой пусковой ток электродвигателя данного типа. Особенно заметен этот недостаток в асинхронных устройствах с короткозамкнутым ротором. Такие двигатели следует с осторожностью применять, в тех системах, для которых требуется значительный пусковой момент, который может привести к превышению номинального значения силы тока (Iн).

Для большинства асинхронных электродвигателей допустимо кратковременное превышение значение Iн, которое может произойти в момент пуска. Так, в момент запуска, допускается шестикратное превышение значения номинального тока при условии, что оно будет длиться не более 5 секунд. В случае, если в некотором режиме номинальный ток превышается не более чем в два раза, допускается увеличить время работы устройства в этом режиме до 15 секунд.

Расчет номинального значения тока асинхронного электродвигателя

Номинальный ток электродвигателя, при котором возможна его длительная работа, связан с номинальной мощностью устройства и его КПД следующим выражением: Iн=1000*Pн/(Uн*cosφ√η), где Рн – мощность, Uн – номинальное напряжение, которым питается электродвигатель, η – КПД, а cosφ – коэффициент мощности двигателя.

Отсюда можно сделать важный вывод, который состоит в том, что при уменьшении U (например при переключении устройства из сети в 220 В сеть 127 В), увеличивается ток двигателя, который может превысить номинальное значение. А длительная работа двигателя на токе I>Iн может привести не только к его повреждению, но и к возгоранию. Поэтому, используемые в системе с электрическим двигателем предохранительные устройства должны быть подобраны так, чтобы предотвратить продолжительную работу при токе I>Iн.

Коэффициенты пусковых токов

В данной таблице приведены примерные значения номинальной и пусковой мощности популярных бытовых приборов и электроинструментов, а так же коэффициенты запаса мощности, которые следует учитывать при расчете мощности электростанции. Эта таблица поможет Вам в расчетах, но не забывайте, что лучше перед покупкой проконсультироваться со специалистом.

Коэффициенты пусковых токов, которые необходимо учитывать при подключении приборов:

Если здание оснащено сложным оборудованием, таким как системы охраны, вентиляции, отопления и т.д., то для точного определения необходимой мощности электростанции лучше обратиться к профессионалам.

Специалисты Первого Генераторного Салона обследуют Ваш объект, проанализируют предоставленные данные, дадут оценку требуемой мощности, количества фаз, типу двигателя, а так же проконсультируют относительно ценовых категорий различных марок электростанций.

Расчет пускового тока электродвигателя

Вы хотите, чтобы стабилизатор напряжения, источник бесперебойного питания или генератор служили безотказно? Тогда эта статья будет для вас полезна.

Одна из основных характеристик бытовых приборов — электрическая мощность на выходе. Она отражает возможность питания подключённой нагрузки. Для правильного выбора стабилизатора напряжения переменного тока, ИБП или генератора нужно знать мощность устройства. Для ее расчета следует подсчитать сумму электрической мощности всех приборов, которые могут быть единовременно подключены.

Одно из основных условий долгой и стабильной работы стабилизатора, генератора и ИБП: мощность техники не должна превышать их возможности по выходной мощности. Лучше, чтобы суммарная электрическая мощность электроприборов, которые функционируют одновременно, была на 20 % меньше выходной мощности питающего прибора. Чем меньше стабилизатор или ИБП работает с перегрузкой, тем дольше он служит.

В расчете суммарной мощности и состоит основная трудность. В паспорте любого устройства указана мощность в кВт. Вроде бы всё просто: нужно сложить мощность приборов. Но в этом кроется основная ошибка. Приборы, в конструкции которых есть электродвигатели, насосы или компрессоры, в момент запуска дают нагрузку на сеть, превышающую номинал в Такое явление обусловлено наличием пусковых токов. Это же правило относится к приборам, в состав которых входят инерционные компоненты или элементы, физические свойства которых в момент запуска отличаются от их обычных значений при эксплуатации. Классический пример — изменение сопротивления у обыкновенной лампы накаливания. В конструкции таких ламп есть вольфрамовая нить, при включении электрическое сопротивление вольфрама меньше (нить холодная), чем при работе. Сопротивление увеличивается с ростом температуры, следовательно, при включении лампы её мощность намного больше, чем во время работы. При включении лампы накаливания присутствуют пусковые токи.

Мощность любого прибора рассчитается как произведение напряжения (в вольтах) и силы тока (в амперах). По мере увеличения силы тока растет мощность, а значит, возрастает нагрузка на стабилизатор, генератор и источник питания. Определение пусковых токов можно сформулировать так: электроприборы или их элементы, имеющие инерционные свойства, в момент запуска дают большую нагрузку на электрическую сеть или питающий прибор, чем в процессе работы.

Значение пусковых токов зависит не только от усилия по раскрутке ротора двигателя или насоса до номинальных оборотов, но и от изменения сопротивления проводника. Чем меньше сопротивление, тем больше величина силы тока, который может протекать по нему. При нагреве уменьшается сопротивление и снижается возможность проводника пропускать большие токи.

Помимо вращающего момента и электросопротивления дополнительную электрическую мощность в момент старта прибору придаёт индуктивная мощность. В момент включения люминесцентной лампы у индуктивной катушки сопротивление мало. Также действует мощность для поджига разряда, что увеличивает силу тока.

Влияние пусковых токов особенно важно для стабилизаторов напряжения и источников бесперебойного питания on-line типа. Стабилизаторы работают в одном из двух режимов работы: номинальном или предельном.

В номинальном режиме работы сохраняется мощность, но при ухудшении качества электроснабжения в сети наблюдается очень низкое или, напротив, очень высокое напряжение. В таком случае стабилизатор переходит в предельный режим работы, его выходная мощность снижается примерно на 30 %. Если при этом происходит перегрузка по пусковым токам, то он выключится, сработает система защиты. Если это будет повторяться часто, срок службы качественного стабилизатора будет небольшим (что уж говорить о китайской технике).

С ИБП типа on-line дела обстоят сложнее. Если на такой прибор дается нагрузка, превышающая номинальную (а у пусковых токов очень большая скорость, и они проходят любую защиту), предохранители не успевают сработать, и источник питания может сгореть. Это негарантийный случай и ремонт будет стоить значительных средств.

Единственный вид ИБП, который может выдерживать пусковые токи, в раза превышающие номинал, — системы резервного электропитания линейно-интерактивного типа. Максимальные пусковые токи дают компрессоры холодильников (однокамерные — до 1 кВт, двухкамерные — до 1,8 кВт), а также глубинные насосы. Их мощность во время запуска превышает номинал в Самый маленький коэффициент запуска (равный 2) отмечается у насосов Grundfos с системой плавного пуска.

При выборе источников электроснабжения или стабилизатора напряжения нужно учитывать временной фактор влияния пусковых токов. При первом включении стабилизатора или генератора все электроприборы начнут работу одновременно и суммарная нагрузка будет большая. При дальнейшей работе потребитель должен оценить вероятность одновременного запуска приборов с большими пусковыми токами (к примеру, холодильника, насоса и стиральной машины). Если стабилизатор или ИБП имеет небольшую мощность, то следует самостоятельно контролировать включение техники с пусковыми токами.

Выводы:

• При подсчёте суммарной мощности электротехники мощность приборов с пусковыми токами нужно рассчитывать не по номиналу, а с учётом пусковых токов (в Вт либо в А).
• Пусковые токи даёт техника, в конструкции которой есть электродвигатель, насос, компрессор, нить накаливания или катушка индуктивности.
• Чем хуже напряжение в магистральном проводе (ниже 150 В или выше 250 В), тем более высокий номинал должен быть у стабилизатора или ИБП (примерно на 30 % больше суммарной мощности работающей техники).

Пусковые токи можно ассоциировать с началом движения велосипеда: в момент начала движения нужно большое усилие, чтобы раскрутить колёса, но когда велосипед приходит в движение, требуется меньше сил для поддержания скорости.

Примеры номинальной мощности и мощности при запуске бытовой техники

В таблице не отражены точные значения электрических приборов, предоставлены лишь ориентировочные цифры для понимания алгоритма выбора стабилизатора напряжения и ИБП.

Расчет пускового тока электродвигателя

Сайт технической поддержки

филиал ЗАО “НПО Севзапспецавтоматика”

Подбор шкафа управления по номинальному току электродвигателя

Номинальный ток шкафа (I ном ) выбирается по току управляемых электродвигателей из расчёта выполнения двух условий:

Условие 1: I ном > I р ;

Условие 2: I ном > I п / K x , где:

I р — рабочий (номинальный) ток электродвигателя, А

I п — пусковой ток электродвигателя, А

К х — коэффициент время-токовой характеристики автоматического выключателя шкафа, принимающий значения:

К х = 5 – для время-токовой характеристики “C”,

К х = 10 – для время-токовых характеристики “D” и “МА”.

Примечание: Автоматические выключатели с характеристикой “C” в шкафах управления двигателями систем противопожарной защиты сейчас практически не используются.
Автоматические выключатели с характеристикой “МА” (без теплового расцепителя) используются в шкафах управления исполнительными механизмами систем противодымной защиты (вентиляторами и клапанами).
Автоматические выключатели с характеристикой “D” используются в шкафах управления другими двигателями систем противопожарной защиты (насосами и задвижками).

Электродвигатель вентиляторного агрегата имеет номинальный рабочий ток (I р ) = 29,8А и кратность пускового тока (I п / I р ) = 12
(Отсюда пусковой ток I п = 29,8 × 12 = 357,6А).

Для управления вентилятором проектировщик уже выбрал тип шкафа, например ШК1101-ХХ-А2
(для использования в составе системы пожарной сигнализации .

Необходимо подобрать для выбранного шкафа исполнение по номинальному току.

По условию 1: I ном > I р ; I ном > 29,8А

В шкафах выбранного типа ШК1101-ХХ-А2 автоматические выключатели имеют время-токовую характеристику “МА” (из паспорта шкафа, раздел «характеристики электропитания»), отсюда К х = 10

По условию 2: I ном > I п / K x ; I ном > 357,6 / 10; I ном > 35,8А.
Из условий 1 и 2 следует, что I ном > 35,8А.

Поправка на температуру окружающей среды:

Номинальный ток автоматических выключателей нормируется для температуры внутри оболочки шкафа 30°С. При повышении температуры номинальный ток выключателя снижается, и для неотключения при протекании тока близкого к номинальному необходимо использовать автоматический выключатель с номинальным током бОльшей величины.

Принимаем, что из-за работы аппаратуры температура внутри шкафа может превысить наружную на 5°С. Если максимальная температура в помещении установки шкафа управления не будет превышать 25°С, то поправку на температуру окружающей среды можно не вводить.

Для эксплуатации оборудования при температуре окружающей среды выше 25°С, при расчёте необходимо увеличивать I ном на 1% на каждый градус Цельсия (°С) выше 25°С.

Пусть в нашем случае температура в помещении может достигать 35°С, тогда необходимо увеличить I ном на (35 — 25) = 10%.
Отсюда I ном > 35,8А × 1,10; I ном > 39,4А

Примечание:На практике расчёт температурной поправки обычно заменяют использованием коэффициента запаса 15-20%.
Точный расчёт возможен только при знании температурных характеристик конкретного применяемого типа автоматического выключателя.
Для автоматических выключателей с характеристикой “МА” температурную поправку можно не делать (т.к. нет теплового расцепителя).

По таблице вариантов исполнения из графы номинального тока шкафа ШК1101-ХХ-А2 (также см. гл. 3 паспорта шкафа):
…, 20А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А, … выбираем ближайшее большее значение, принимая I ном = 40А.

Значению тока I ном = 40А соответствует вторая цифровая группа 36 в наименовании шкафа.
Соответственно, по таблице вариантов исполнения, выбираем исполнение шкафа ШК1101-36-А2

Для автоматизации расчёта номинального тока можно воспользоваться калькулятором

Примечание: Данная методика подбора шкафов по соответствию тока вводного автомата току двигателя, не подходит для подбора шкафов со встроенным блоком питания, для управления приводами постоянного тока, и шкафов со встроенным преобразователем частоты.

Как посчитать пусковой ток электродвигателя

Величина пускового тока, необходимого для приведения двигателя в действие, существенно (иногда в 8-10 раз) превышает показатели тока, который подается для работы в нормальном режиме. Результатом резкого роста потребления энергии становится падение напряжения в питающих электросетях, что может повлечь за собой:

• проблемы с другими подключенными к сети приборами;
• более скорый износ узлов самого двигателя (этому способствует рывок при запуске).

Свести отрицательное воздействие к минимуму возможно, используя дополнительные устройства. Параметры вспомогательного оборудования определяют, исходя из значения пускового тока для данной модели двигателя.

Как посчитать пусковой ток электродвигателя

Разобраться, как посчитать пусковой ток электродвигателя, можно самостоятельно, ознакомившись с технической документацией к агрегату и формулами для расчета. Сначала вам потребуется определить величину номинального тока (IH, зависит от типа двигателя). Для этого предусмотрены следующие формулы (все необходимые данные есть в техпаспорте к оборудованию):

• 1000PH/(ηHUH) для двигателей постоянного тока;
• 1000PH/(UHcosφH√ηH) для устройств переменного тока.

Далее проводится собственно расчет значения пускового тока (IП) по формуле Кп (кратность постоянного тока к номинальному показателю, указана в техдокументации)*IH.

Способы уменьшения пускового тока

Проблема снижения пускового тока и более плавной подачи напряжения решается с помощью специального оборудования:

• софтстартеров и устройств плавного пуска;
• автоматических выключателей соответствующего типа отключения (B, D или C).

Грамотный подход к расчету значения пускового тока для электрического двигателя позволит вам получить точные результаты и подобрать наиболее эффективные средства защиты линии включения.

Расчет пускового тока электродвигателя

Расчет средств автоматизации для вентилирования зерна.

Расчет технических средств автоматизации дает возможность точнее подобрать их по соответствующим параметрам. Это повысит эксплуатационную надежность, увеличит срок службы и обеспечит бесперебойность в работе.

Выбираем электродвигатель для вентилирования зерна:

Номинальная мощность — 11 кВт

Тип двигателя: АИР132М2УЗ

Частота вращения — 2910 об/мин.

Коэффициент пускового тока (Кi) = 5,7

Номинальный ток (In) = 21,1 (А)

Проверка двигателя на перегрузочную способность:

Выбранный двигатель по нагрузке приведенной к валу должен быть проверен на перегрузочную способность при перегрузках в рабочем режиме, а также возникающих во время пуска. Проверка двигателя по перегрузкам возникающим во время работы проводится исходя из условия:

где, — номинальная мощность выбранного двигателя. (В)

РMax — максимальная мощность двигателя по нагрузке (В)

— допустимая перегрузочная способность по максимальному моменту.

Согласно правил устройства электроустановок (ПУЭ) напряжение на зажимах работающего двигателя при пуске другого двигателя напряжение на зажимах должно быть больше 0,8.

С учетом этого требования и определяется По формуле:

Где, Мн — номинальный момент двигателя;

Мтах — Максимальный момент двигателя.

Номинальный и максимальный моменты являются каталожными данными, а при отсутствии их по формуле:

Для двигателей применяемых в условиях с/х. производства отношением номинального и максимального моментов следует принимать при синхронной частоте вращения:

1500 об./мин. = 2,0 (кроме двигателей мощностью до 3 кВт у которых это отношение = 2,2)

1000 об./мин. = 1,8 (кроме двигателей мощностью до 2,2 кВт у которых это отношение = 2,2)

У остальных двигателей = 1,7

Исходя из этих данных мы получаем:

= 0,64 · 2,2 = 1,4080

= 7,8125 кВт

После произведенного расчета мы видим, что двигатель соответствует требованиям по перегрузочной способности и будет работать в нормальном режиме.

Выбор аппаратуры управления и защиты.

1. Выбираем предохранители.

Плавкие предохранители, предназначены для защиты электродвигателя от токов короткого замыкания, их нужно выбирать так, чтобы напряжение на которое рассчитан предохранитель, была не меньше от напряжения электросети, в которой они будут работать, номинальный ток плавких вставок предохранителей, был не меньше от их расчетного тока, а номинальный ток предохранителей, был не меньше от номинального тока выбранных плавких вставок, т. е. должны соблюдаться условия:

Расчетный ток плавких вставок предохранителей, предназначен для защиты одного двигателя, определяют по формуле:

Где, — номинальный ток двигателя; (А)

Кi — кратность пускового тока;

— коэффициент который учитывает условия пуска двигателя.

Тяжелый пуск под нагрузкой, частые пуски, и остановки, то колеблется в пределах от 1,6 — 2, а при легких: = 2,5.

А

По таблице (6. стр. 60) выбираем плавкий предохранитель типа:

ПРС-63 с плавкой вставкой на 25 А.

2. Выбираем автоматический выключатель.

Автоматические выключатели предназначены для защиты электроустановок от недопустимой нагрузки, и токов короткого замыкания.

Учитывая силу тока двигателя выбираем автоматический выключатель типа: АЕ2046П (6. стр.61)

Iном. р. ≥ Iном.; Iном. р.≥ 21,1

По таблице будет:

Проверяем выбранный автоматический выключатель на срабатывание при пуске электродвигателя.

Пусковая сила тока электродвигателя:

Iпуск. = Кi · Iном. = 7,5 · 21,1 = 158,25 А

Сила расчетного тока срабатывания автоматического выключателя при пуске электродвигателя:

Iср. р = 1,25 · Iпуск. = 1,25 · 158,25 = 197,8125 А

Значения каталожного тока срабатывания:

Iср. к = 10 · Iном. р. = 10 · 25 = 250 А

Значит, Iср. к ≥ Iср. р, поэтому автоматический выключатель при пуске двигателя не сработает. Так называемых «неправильных» срабатываний не будет.

3. Выбираем электромагнитный пускатель.

Электромагнитный пускатель предназначен для дистанционного управления трехфазными асинхронными двигателями и другими установками мощностью до 75 кВт, напряжением до 500 В.

Пускатели защищают электрооборудование от самовольных срабатываний при исчезновении напряжения и работы при чрезмерном уменьшении напряжения, и так защищает электродвигатели от перегрузки при наличии теплового реле.

Сила номинального тока пускателя:

Iном. п. ≥ Iном.; Iном. п.≥ 21,1 А

Предварительно выбираем электромагнитный пускатель другой величины, у которого:

Iном. п. = 25 А (6. стр.59)

Проверяем условия коммутации:

Iпуск. = Кi · Iном. = 7,5 · 21,1 = 158,25

Как видно, условие нормальной коммутации не выполняется.

Поэтому выбираем магнитный пускатель третьей величины типа ПМЛ 3500О4.

Пользуясь таблицей (6 стр.63) выбираем тепловое трехфазное реле РТЛ-205304.

4. Выбираем кнопки управления.

Кнопки управления служат для дистанционного управления магнитными пускателями переменного и постоянного токов, их также применяют в электрических цепях управления и сигнализации.

Пользуясь техническими данными кнопок управления выбираем кнопки управления серии КУ 120 с номинальной силой тока 12,0 А, с максимально отключенным током 60 А, переменного тока при напряжении 380 В.

Расчет трансформатора питания:

Расчет параметров трансформатора для питания схемы регулятора и обмоток реле постоянного тока производится в таком порядке:

Сила тока вторичной обмотки трансформатора

I2 = 1,5 · Iном. = 1,5 · 2,2 = 3,3 А;

Мощность вторичной обмотки

Р2 = U2I2 = 12 · 3,3 = 39,6 Вт;

Ртр = 1,25 · Р2 = 1,25 · 39,6 = 49,5 Вт;

Сечение сердечника q, см2, магнитопровода:

Q = 1,3 = 1,3 = 9,1;

Количество витков первичной обмотки:

W1 = = 50 · 220 : 9,1 = 1200 витков;

Количество витков вторичной обмотки:

W2 = = 50 · 12 : 9,1 = 66 витков;

Диаметры проводов обмоток трансформатора:

D = 0,02 = 0,02 · = 0,02 мм;

Пусковой ток.

В паспорте электрического двигателя указывается ток при номинальной нагрузке на валу, он меньше пускового тока. Если отмечено 13,8/8 А, то это значит, что при подсоединении двигателя к сети 220 В и номинальной нагрузке ток двигателя будет равен 13,8 А. При подсоединении к сети 380 В — ток 8 А, таким образом верно равенство мощностей: √3 х 380 х 8 = √3 х 220 х 13,8.

Зная номинальную мощность двигателя определяют его номинальный ток. При включении двигателя в трехфазную распредсеть 380 В номинальный ток рассчитывается следующим образом:

Iн = Pн/(√3Uн х сosφ), кА

где Pн — номинальная мощность двигателя, кВт, Uн — напряжение в сети, кВ (0,38 кВ). Коэффициент мощности (сosφ) — паспортные значения двигателя.

Рис. 1. Паспорт электрического двигателя.

Если не известен коэффициент мощности двигателя, то номинальный его ток с малой погрешностью определяется по отношению «два ампера на киловатт», т.е. если номинальная мощность двигателя 10 кВт, то потребляемый им из сети ток будет приблизительно равен 20 А.

Для упомянутого на рисунке двигателя это отношение также выполняется (3,4 А ≈ 2 х 1,5). Более верные величины тока при применении данного отношения получаются при мощностях электродвигателей от 3 кВт.

При холостом ходе электродвигателя из сети потребляется маленький ток (ток холостого хода). При увеличении нагрузки увеличивается и ток. С увеличением тока повышается нагрев обмоток. Большая перегрузка приводит к перегреву обмоток двигателя, и возникает опасность выхода из строя электродвигателя.

При пуске из сети электрическим двигателем потребляется пусковой ток Iпуск, который в 3 — 8 раз выше номинального. Характеристика изменения тока представлена на графике (рис. 2, а).

Рис. 2. Характеристика изменения тока, потребляемого электродвигателем из сети (а), и влияние большого тока на колебания напряжения в сети (б)

Подлинную величину пускового тока для электродвигателя определяют зная величину кратности пускового тока — Iпуск/Iном. Кратность пускового тока — техническая характеристика двигателя, ее известна из каталогов. Пусковой ток рассчитывается согласно формуле: I пуск = Iх. х (Iпуск/Iном).

Понимание истинной величины пускового тока необходимо для подбора плавких предохранителей, проверки включения электромагнитных расцепителей во время пуска двигателя, при подборе автоматических выключателей и для высчитывания величины падения напряжения в сети при пуске.

Большой пусковой ток вызывает значительное падение напряжения в сети (рис. 2, б).

Если взять электросопротивление проводов, проложенных от источника до электродвигателя, равным 0,5 Ом, номинальный ток Iн=15 А, а пусковой ток Iп равным пятикратному от номинального, потери напряжения в проводах во время пуска составят 0,5 х 75 + 0,5 х 75 = 75 В.

На клеммах электродвигателя, а также и на клеммах рядом работающих электродвигателей напряжение будет 220 — 75 = 145 В. Это понижение напряжения вызывает торможение работающих электродвигателей, что влечет за собой еще большее повышение тока в сети и выход из строя предохранителей.

В электрических лампах в моменты запуска электродвигателей уменьшается накал (лампы «мигают»). Поэтому при включении электродвигателей стремятся уменьшить пусковые токи.

Для понижения пускового тока используется схема пуска электродвигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник.

Рис. 3. Схема пуска электрического электродвигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник.

Имеет принципиальное значение то, что далеко не каждый двигатель возможно включать по этой схеме. Широко распространенные асинхронные двигатели с рабочим напряжением 220/380 В, в том числе и двигатель, показанный на рисунке 1 при включении по этой схеме выйдут из строя.

Для понижения пускового тока электродвигателей энергично употребляют специальные процессорные устройства плавного пуска (софт-стартеры).