пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором можно уменьшить
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 Ток, который необходим для запуска электродвигателей как переменного, так и постоянного тока, называется пусковым. Величина пускового тока в несколько раз превышает, номинальное значение тока статора, необходимое для работы в нормально-устойчивом режиме.
Последствием высоких пусковых токов электродвигателей является кратковременное падение напряжения в силовых сетях, что может негативно отразиться на работоспособности другого оборудования, подключенного в эту же сеть.
Поэтому при подключении и наладке двигателей переменного тока (наиболее распространенных в промышленности) стоит задача максимально снизить значения пусковых токов, а также повысить плавность пуска двигателя за счет применения специального дополнительного оборудования.
Одной из наиболее эффективных категорий устройств, облегчающих тяжелые условия пуска, являются частотные преобразователи и устройства плавного пуска, с помощью которых обеспечивается плавный управляемый разгон и торможение электродвигателя. Пусковой ток асинхронного электродвигателя с фазным ротором уменьшают за счет внедрения в цепь ротора специальных регулируемых резисторов.
Расчет пускового тока асинхронного электродвигателя
Рисунок 2. Асинхронный электродвигатель с частотным преобразователем Расчет пускового тока электродвигателя необходим для того, чтобы правильно подобрать автоматические выключатели с необходимыми времятоковыми характеристиками, способными защитить линию включения данного электродвигателя.
Определение номинального тока трехфазного электродвигателя переменного тока согласно формуле: Iн=Pн/(Uн*cosφ*√3ηн), где
• Рн – номинальная мощность двигателя, кВт,
• Uн – номинальное напряжение, кВт;
• ηн — номинальный коэффициент полезного действия, деленный на 100;
• cosφ —номинальный коэффициент мощности электромотора.
Расчет величины пускового тока по формуле
Iпуск=Iн*Кпуск, где
• Iн – номинальная величина тока обмоток статора;
• Кпуск – коэффициент кратности пускового тока к номинальному значению.
Данные о мощности двигателя, номинальном напряжении и кратности пускового тока к номинальному можно найти в технической документации двигателя или увидеть на его шильдике.
Ознакомление с особенностями ограничения пусковых токов и моментов у асинхронных двигателей с коротко-замкнутым ротором во время пуска
Страницы работы
Содержание работы
Цель работы: практическое ознакомление с особенное!ями ограничения пусковых токов и моментов у асинхронных двигателей с коротко-замкнутым ротором во время пуска.
1. Ознакомиться с оборудованием, записать его паспортные данные.
2. Рассчитать номинальный и пусковой токи исследуемого двигателя.
3. Проверить соответствие аппаратуры для управления данным электродвигателем.
4. Рассчитать пусковое сопротивление (симметричное), чтобы пусковой гок электродвигателя составил 0,5 от естественного пускового тока.
5. Собрать и испытать все схемы ограничения пускового тока.
6. Рассчитать время пуска двигателя и установить выдержку времени, реле КТ несколько больше разгона двигателя.
Краткие теоретические сведения
Современные трехфазные асинхронные электродвигатели с корот-козамкпутым ротором имеют большие кратности пускового тока. При пуске мощных электродвигателей Рн>10кВт из-за больших пусковых токов сильно снижается напряжение на остальных электродвигателях, питающихся от данной сети. Для устранения таких нежелательных явлении при пуске мощных электродвигателей с короткозамкнутым ротором применяют различные способы ограничения пускового тока. Ограничить пусковой ток АД с короткозамкнутым ротором можно путем включения в цепь статора сопротивления (активного или реактивного: либо уменьшением подводимого к статору напряжения и т.д. Индуктивные сопротивления применяют для сравнительно мощных электродвигателей (Рн-75…100кВт). Нужно иметь в виду, что снижение пускового тока ведет к снижению пусковою момента. Поэтому ограничение условиями пуска (машины, пускаемые без нагрузки при малом моменте инерции).
В целях уменьшения пусковых токов применяют пуск электродвигателя путем соединения обмоток статора в звезду с последующим переключением для нормальной работы в треугольник. Тогда напряжение, подводимое к каждой фазе обмоток статора при пуске, снижается в 1,73 раза, а пусковой ток и момент уменьшаются в три раза. Рассмотрим доказательство.
При соединении обмоток статора в звезду линейный ток равен фазному, а линейное напряжение в 
раза больше фазного.
При соединении в треугольник линейное напряжение равно фазному, а линейный ток в 
раза больше фазного тока.
Тогда этот способ пуска уменьшает пусковой ток в три раза.
Рис. 6.1. Схема пуска АД с переключением обмотки статора со «звезды» на «треугольник»
Рис. 6.2. Схема пуска АД при помощи пусковых сопротивлений
Рис. 6.3. Схема автотрансформаторного пуска асинхронного тродвигателя
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:
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, 1 пара 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.
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 —
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 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).
Шильдик двигателя вертикального шнека
Ситуация по пусковому току видна на осциллографе:
Осциллограмма пускового тока 500 мс/дел
Приблизим интересующий момент, ускорив развертку до 100 мс/дел:
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 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!
Для тех, кто не хочет заморачиваться, повторю — есть клещи с функцией Inrush, которые могут измерять пусковой ток.
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: 6738 раз./
• Каталог двигателей ВЭМЗ / Параметры и каталог двигателей, pdf, 3.53 MB, скачан: 1075 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: 2335 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: 1492 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: 2372 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: 1794 раз./
Как уменьшить пусковой ток асинхронного двигателя 220в
Способы эффективного уменьшения пусковых токов в электродвигателе
Пусковые токи в момент запуска электродвигателя во много раз превышают номинальное значение. Для того, чтобы обмотка двигателя не перегревалась и детали раньше времени не изнашивались, используются способы для их уменьшения. Существующие способы отличаются:
Это позволяет подавать на устройство ток нужного напряжения и обеспечивать бесперебойную работу. Перед началом эксплуатации необходимо знать, как эффективно уменьшить пусковые токи в электродвигателе, чтобы он не грелся. Если придерживаться инструкции и все делать правильно, то мотор будет работать длительное время без капитального ремонта.
Автоматический выключатель
Плавная регуляция тока во время пуска и остановки – это главное условие для эксплуатации электродвигателя. На предприятиях часто устанавливают автоматические выключатели. Они не только ограничивают и отключают подачу питания, но и защищают от перегрузок линию, к которой подключен электродвигатель.
Выключатель срабатывает после разгона мотора. Может использоваться в разных климатических условиях. Существуют различные модели, поэтому можно подобрать оптимальный выключатель для конкретной модели.
Пусковой конденсатор
На практике, как один из проверенных способов, используется для уменьшения напряжения при запуске конденсатор. Его называют «пусковым». Как правило, на электродвигателе устанавливают два конденсатора – рабочий и пусковой.
После того, как мотор разогнался, конденсатор нужно отключить. Делается это в автоматическом режиме или вручную. Конденсаторы нужно подбирать таким образом, чтобы емкость была в пределах 3 – 10 мкФ.
Этого вполне достаточно для регулировки пусковых токов. Можно последовательно соединять даже старые конденсаторы. Нужно только проверить мультиметром их работоспособность.
Реле времени
Регулировать ток при запуске можно также при помощи реле времени. Оно соединяется с контактором и пусковыми резисторами. Это наиболее традиционный и доступный способ. Отличается простотой настройки и эксплуатации, надежностью и безотказностью. К тому же, стоит дешевле остальных способов. Может устанавливаться на многих асинхронных электродвигателях в промышленности, на производстве и в сельском хозяйстве.
На предприятиях применяются различные методы. Выбор способа зависит от электродвигателя, мощности, габаритов, нагрузки и интенсивности использования.
Эффективные способы уменьшить пусковые токи электродвигателя
Новости
Полезные советы
ⓅПусковой ток относится к наиболее частым причинам повреждений электродвигателей. При подключении электропитания обмотки двигателя работают в режиме короткого замыкания – до начала вращения ротора потребляемый ток может превышать номинальный в 5 – 8 и более раз, в зависимости от модели электродвигателя. При включении напрямую, без устройств ограничения тока, возникает необходимость использования большего сечения проводников питания, более мощных коммутационных и защитных устройств по сравнению с необходимыми для работы мотора в номинальном режиме.
Частые включения неизбежно приводят к преждевременному износу питающей сети и изоляции обмоток двигателя, тем самым снижая срок эксплуатации оборудования, прямое включение мощных электродвигателей, чаще всего, вообще невозможно. Традиционные способы уменьшения пускового тока – включение через автотрансформатор, переключение обмоток трёхфазных двигателей звезда – треугольник, использование реактивного сопротивления катушек индуктивности, не всегда приводят к желаемому результату. Большую эффективность дают специально разработанные устройства плавного пуска, другое распространённое название – софтстарт.
Решение может быть реализовано с помощью основных принципов управления – изменением величины питающего напряжения или его частоты, иногда применяется комбинация обоих методов. Для изменения выходных характеристик устройств применяются мощные полупроводниковые компоненты, соответствующие всем требованиям регулирования: IGBT транзисторы, MOSFET – полевые транзисторы, симметричные тиристоры. В простейшем устройстве плавного пуска электродвигателя, используется изменение питающего напряжения в течение заданного настройками времени, до выхода двигателя на номинальную мощность. В большинстве случаев, применяется фазовое регулирование с понижением пускового момента. В более совершенных устройствах применяется частотный преобразователь, в момент запуска схема работает в режиме изменения напряжения и частоты – с линейной или квадратичной зависимостью. Некоторые модели используют векторный метод управления с регулировкой магнитного потока – что позволяет создавать постоянный пусковой момент на нагрузке. Такие регуляторы оснащены встроенным микропроцессором, получающим данные без дополнительных датчиков.
В случаях, когда для управления электродвигателем применяется отдельный частотный преобразователь Bosch VFC3610, мягкий пуск производиться с его помощью – такая возможность по умолчанию присутствует в любом преобразователе частоты и допускает установку требуемых параметров запуска. Использование частотных регуляторов EFC3610 только для обеспечения плавного старта не рационально – специализированные устройства имеют меньшую стоимость. Все электронные изделия для управления электродвигателями являются мощными источниками разнообразных помех, обязательно проникающих в сеть и должны эксплуатироваться совместно с фильтрами ЭМИ.
*Комментарий: редакция не несёт ответственности за содержание и мнения, изложенные в статьях со знаком Ⓟ.
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:
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.
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 –
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 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).
Шильдик двигателя вертикального шнека
Ситуация по пусковому току видна на осциллографе:
Осциллограмма пускового тока 500 мс/дел
Приблизим интересующий момент, ускорив развертку до 100 мс/дел:
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 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: 5798 раз./
• Каталог двигателей ВЭМЗ / Параметры и каталог двигателей, pdf, 3.53 MB, скачан: 798 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: 1679 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: 972 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: 1931 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: 1071 раз./
Двигатель трехфазный?
Тогда любой частотник. Цена вопроса в районе от 13000руб. Попутно можете настроить работу насоса на поддержание давления.
Если хочется дешево, то ничего не делать. Поставить автоматы которые пропустят пусковой ток без срабатывания (взять с характеристикой D).
А что за отсекатели и как они отсекают?
Интересно, почему производители не ставят в электронасос «плавный пуск» как в электроинструменте?
andrewkhv написал :
Интересно, почему производители не ставят в электронасос «плавный пуск» как в электроинструменте?
Потому что двигатели совсем другие. И так регулировать их не получится.
то есть там не универсальны коллекторный двигатель? а какой тогда?
andrewkhv написал :
то есть там не универсальны коллекторный двигатель? а какой тогда?
В насосах?
В трехфазных обычный асинхронник (короткозамкнутый), в однофазных с расщепленной обмоткой.
SVKan написал :
Поставить автоматы которые пропустят пусковой ток без срабатывания (взять с характеристикой D).
Не в автоматах дело. Ограничители мощности на столбе, епархия энергоснабжающей организации.
web-rr написал :
Не в автоматах дело. Ограничители мощности на столбе, епархия энергоснабжающей организации.
А надо смотреть что за ограничители и что они из себя представляют.
Или Вы думаете, что оттого, что вполне стандартные комплектующие засунули в один ящик, придумали им название и умножили попутно ценник на два они как то по другому стали работать?
Ну и как обойти Однофазный ограничитель мощности Ом-110 не имея к нему доступа?
web-rr написал :
Ну и как обойти Однофазный ограничитель мощности Ом-110 не имея к нему доступа?
А его надо обходить?
Вы можете сказать какая задержка по времени срабатывания там выставлена и сколько времени у нас движок насоса запускается?
Я свой хрустальный шар дома забыл.
SVKan написал :
Двигатель трехфазный?
Тогда любой частотник. Цена вопроса в районе от 13000руб. Попутно можете настроить работу насоса на поддержание давления
Да нет, обычный скважинный Грюнфос на два провода.
покупайте » >
или просто мастерите тиристорный регулятор с функцией плавного нарастания напряжения
Переделка зарядных устройств и не только
Горын 68 написал :
Да нет, обычный скважинный Грюнфос на два провода.
Если однофазный, то плюнуть и растереть. С пусковыми токами Вы ничего не сделаете.
Если будет отрубаться, то попросить энергетиков подкрутить значение временной задержки на срабатывание так чтобы на пусковые токи он реагировал.
Anat78 написал :
покупайте » >
или просто мастерите тиристорный регулятор с функцией плавного нарастания напряжения
Только погружной насос такой игрушкой спалить можно.
Они во первых часто переразмерены по току. И момент более менее приличный нужен. А все тиристорные приблуды умеют только резать. Причем когда мы режем напругу/ток в два раза момент падает в четыре раза.
SVKan написал :
Предлагаю просто дождаться момента установки токоограничивающего аппарата
+1
ИМХО, на короткий всплеск при пуске (
Все это хорошо, но реальный выход один и вот какой (если вы, конечно, не сильны в электронике).
Это китайский электромагнитный контактор (ИЭК и пр) с приставкой ПВИ(можно конечно фирменный только цена вырастает радикально) и токоограничивающий активный балласт.
Данная проблема широко встречается мне при подключении двигателей от насосов до холодильников к инверторам, а так же мощных трансформаторов (например, я применяю ее для 2 кВт трансформаторов 220-110, разделительных 2-3кВт теплых полов и пр)
Пример ниже.
Другой способ для оченьо сильных в электронике.
Выпрямляем напряжение сети, далее по желанию корректор коэф мощности, потом (или перед ККМ) батарея оксидных конденсаторов на 450 В чем больше емкость тем лучше (ее (батреи) пусковой ток тоже надо ограничить) далее мощный инвертор. Плюсы и минусы очевидны. Сложность, цена и качество формы выхода в зависимости от нагрузки. Применительно к моторам проще купить частотник
Есть еще в природе мощные монолитные терморезисторы, но их вживую не видел
Solovushka написал :
Все это хорошо, но реальный выход один и вот какой (если вы, конечно, не сильны в электронике).
Это китайский электромагнитный контактор (ИЭК и пр) с приставкой ПВИ(можно конечно фирменный только цена вырастает радикально) и токоограничивающий активный балласт.
Данная проблема широко встречается мне при подключении двигателей от насосов до холодильников к инверторам, а так же мощных трансформаторов (например, я применяю ее для 2 кВт трансформаторов 220-110, разделительных 2-3кВт теплых полов и пр)
Пример ниже.
Другой способ для оченьо сильных в электронике.
Выпрямляем напряжение сети, далее по желанию корректор коэф мощности, потом (или перед ККМ) батарея оксидных конденсаторов на 450 В чем больше емкость тем лучше (ее (батреи) пусковой ток тоже надо ограничить) далее мощный инвертор. Плюсы и минусы очевидны. Сложность, цена и качество формы выхода в зависимости от нагрузки. Применительно к моторам проще купить частотник
Есть еще в природе мощные монолитные терморезисторы, но их вживую не видел
Каким боком кондер/доп.нагрузка уменьшит пусковой ток двигателя?
Таким образом можно убрать/уменьшить краткий пиковый выброс (который может превышать на порядок и более и рабочий и даже пусковой ток) при подаче питания на индуктивную нагрузку. Но это доли секунды. Пусковой ток же останется прежним. У ТС токоограничение всего в два номинала от рабочего тока.
И можно поинтересоваться моделью частотника для однофазного двигателя?