Что такое пусковой ток 3х фазного эл двигателя
Что такое пусковой ток 3х фазного эл двигателя
Главное меню
- Главная
- Паровые машины
- Двигатели внутреннего сгорания
- Электродвигатели
- Автоматическое регулирование двигателей
- Восстановление и ремонт двигателей СМД
- Топливо для двигателей
- Карта сайта
Судовые двигатели
- Судовые двигатели внутреннего сгорания
- Судовые паровые турбины
- Судовые газовые турбины
- Судовые дизельные установки
Из курса электротехники известно, что при пуске асинхронные электродвигатели потребляют из питающей сети значительные пусковые токи. Действительно, в момент пуска скольжение асинхронного электродвигателя s=1, в номинальном же режиме оно не превышает 0,05. Это означает, что в момент пуска вращающееся магнитное поле статора в 20 раз чаще пересекает обмотку ротора.
Однако пусковой ток в статорной и роторной обмотках обычно не превышает номинальный ток более чем в 7—8 раз, так как в момент пуска индуктивное сопротивление роторной цепи резко повышается за счет увеличения частоты тока. Известно, что индуктивное сопротивление любой цепи может быть определено но следующему выражению:
где L—индуктивность цепи.
В момент пуска частота тока в обмотке ротора при принятых выше условиях (s пуск = 1; s ном = 0,05) в 20 раз выше, чем в номинальном режиме. Поэтому полное сопротивление роторной цепи Z = ?R 2 + x L 2 при пуске намного выше, по сравнению с номинальным режимом. Этим и объясняется тот факт, что ток в момент пуска не в 20 раз превышает свое номинальное значение, а лишь в 7—8.
Для самого электродвигателя повышенные пусковые токи большой опасности не представляют, так как протекают они в течение сравнительно короткого промежутка времени и перегреть обмотки не успевают. Однако .повышенные пусковые токи приводят к большим провалам напряжения в питающей сети, что крайне неблагоприятно сказывается на работе других потребителей. Это заставляет применять ряд специальных мер, ограничивающих пусковые токи асинхронных электродвигателей.
Следует иметь в виду, что асинхронные электродвигатели, имея большой -пусковой ток, обладают сравнительно небольшим пусковым моментом, так как в момент пуска коэффициент мощности роторной щеп и очень низок. Вращающий же момент, развиваемый асинхронным электродвигателем, согласно выражению (96), пропорционален не только току ротора, но и коэффициенту мощности роторной «цепи.
Поэтому искусственные схемы пуска асинхронных электродвигателей, рассматриваемые ниже, часто имеют своей целью не только снижение пусковых токов, но и повышение пусковых моментов.
Пуск электродвигателей с фазным ротором . Асинхронные электродвигатели с фазным ротором, т. е. с ротором, имеющим контактные кольца, пускаются в ос од при помощи пускового реостата, включенного в цепь ротора ( см. рис. 40, а ). Введение реостата уменьшает пусковой ток и позволяет получить, , требуемый пусковой момент вплоть до M крит . Выражение (93) показывает, что величина скольжения s крит , при которой имеет место максимальный момент, зависит от активного сопротивления фазы ротора. Следовательно, подобрав соответственную величину этого сопротивления, можно получить момент, близкий по величине к М крит (см. рис. 43 и 44).
Расчет пускового реостата удобно производить графо-аналитическим способом, имеющим много общего с .ранее рассмотренными способами для электродвигателей постоянного тока.
Чтобы рассчитать пусковой реостат, необходимо знать номинальные данные электродвигателя и иметь его естественную механическую характеристику п = f(М): Последняя может быть легко построена, как известно, по двум точкам — по синхронной скорости при нулевом моменте и по номинальной скорости при номинальном (моменте. Имея эти данные, можно производить расчет пускового реостата по следующей методике.
1. Выбираются пределы изменения вращающего момента при пуске М m ах и М min и откладываются на пусковой диаграмме (рис. 47). При выборе моментов следует руководствоваться тем, что максимальный момент при пуске должен быть несколько меньше опрокидывающего момента, а минимальный момент— несколько выше момента статического сопротивления М с , причем, чем меньше выбрана разность (М m ах —М min ), тем больше ступеней будет иметь пусковой реостат и тем плавнее и быстрее будет происходить пуск электродвигателя.
2. Пуск электродвигателя должен начинаться с точки 1, так как при трогании с места электродвигатель, по принятому выше условию, должен развивать момент М m ах при n = 0. Следовательно, первая пусковая характеристика а, соответствующая полностью включенному пусковому реостату, должна проходить через точки п 0 и 1. Скорость электродвигателя будет возрастать, так как М m ах > M c , т. е. имеется избыточный момент, сообщающий механизму ускорение. С увеличением скорости вращающий момент будет уменьшаться, и при достижении им значения М min (точка 2 ) должна быть отключена первая ступень пускового реостата.
3. При отключении первой ступени происходит переход электродвигателя на работу с характеристики а на характеристику b, соответствующую включенному пусковому реостату без первой ступени. За время отключения первой ступени скорость электродвигателя практически не успевает измениться, поэтому можно считать, что переход с одной характеристики на другую происходит по горизонтальной прямой 2—3 и характеристика b проходит через точки п 0 и 3.
4. Дальнейший разгон электродвигателя происходит уже по характеристике b до тех пор, пока вращающий момент снова не снизится до значения М min . При этом должна быть отключена вторая ступень реостата и электродвигатель перейдет на работу по характеристике с. Переход происходит по горизонтальной прямой 4—5, а характеристика с проходит через точки n 0 и 5.
5. Когда при работе на характеристике с момент опять снизится до значения M min , отключается третья последняя ступень пускового реостата и электродвигатель переходит на работу по естественной характеристике d. На этой характеристике разгон электродвигателя продолжается до тех пор, пока его вращающий момент не станет равным моменту статического сопротивления. После этого разгон прекратится и электродвигатель будет работать с установившейся скоростью.
Следует заметить, что в рассмотренном случае число ступеней пускового реостата заранее выбрано. Поэтому моменты М m ах и М min должны быть выбраны так, чтобы при отключении третьей ступени электродвигатель переходил на естественную характеристику d. Если этого не происходит, необходимо несколько изменить значения моментов M mах и М min и повторить построение. В том случае, когда число ступеней не ограничивается, построение ведется до тех пор, пока не происходит переход на естественную характеристику. Число ступеней реостата определяется в этом случае по пусковой диаграмме.
6. Пользуясь пусковой диаграммой (см. рис. 47), нетрудно определить сопротивление как всего реостата, так и отдельных его ступеней. Нетрудно доказать, что отрезок 7 —9 представляет в масштабе сопротивлений активное сопротивление фазы обмотки ротора, а отрезок 1— 7 в том же масштабе — полное активное сопротивление фазы пускового реостата. Отрезки 1—3, 3—5 и 5—7 представляют соответственно величины активных сопротивлений первой, второй и третьей ступеней пускового реостата.
Масштаб сопротивлений может быть определен по выражению
где 7—9 — отрезок на диаграмме в единицах длины;
R 2 — активное сопротивление одной фазы ротора, которое может быть взято из паспортных данных электродвигателя или определено путем измерения или приближенного расчета по формуле
где s —номинальное скольжение;
I 2 —номинальный ток в фазе .ротора;
М—номинальный вращающий момент.
Рассмотренный способ пуска в ход асинхронных электродвигателей с фазным ротором отличается простотой, надежностью. Он позволяет снизить величину .пускового тока и повысить, при необходимости, пусковой момент вплоть до опрокидывающего момента. Недостатком данного способа следует считать значительные потери энергии в пусковых реостатах, а также большие габариты последних при большом числе ступеней. Чтобы избежать применения слишком громоздких пусковых реостатов, в крановых схемах часто применяют реостаты с так называемой несимметричной схемой, когда сопротивление выводится не одновременно из трех фаз роторной цепи, а постепенно.
В начальный момент пуска в роторную цепь электродвигателя введено все сопротивление. Затем постепенно, по мере разгона электродвигателя, с помощью барабанного или кулачкового контроллера выводится первая ступень сопротивления из цепи первой фазы, потом второй, затем третьей; при следующем положении контроллера выводится вторая ступень сопротивления из цепи первой фазы и так до тех пор, пока при последнем положении контроллера не будет выведено все сопротивление и замкнута накоротко цепь ротора.
Такой способ пуска создает некоторую асимметрию токов роторной цепи, что, однако, опасности для электродвигателя не представляет и позволяет в то же время несколько уменьшить габариты пусковых реостатов и контроллеров.
Пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором.
Пуск мощных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором связан с рядом трудностей, так как ограничение пусковых токов введением дополнительных сопротивлений в. цепь ротора применить в данном случае невозможно. Как правило, в подъемно-транспортных машинах находят применение электродвигатели с короткозамкнутым ротором сравнительно небольшой мощности, вследствие чего необходимости в ограничении пусковых токов обычно не возникает.
При питании асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором от мощности сети пуск в большинстве случаев производится путем подключения обмотки статора к полному напряжению питающей сети, как показано на рис. 48, а.
Если мощность электродвигателя соизмерима с мощностью сети, пусковые токи вызывают недопустимо большие падения напряжения, что ухудшает условия работы других потребителей, питающихся от той же сети; в этом случае необходимо принимать меры, ограничивающие пусковые токи.
При пуске непосредственным включением на полное напряжение обмотка статора подключается к сети простым включением соответствующего аппарата — рубильника, контактора, магнитного пускателя и т. п. При этом имеет место толчок пускового тока, который в 7—8 раз превышает номинальный ток электродвигателя. Нужно иметь в виду, что толчок тока в момент пуска зависит не от нагрузки, а от величины сопротивления обмоток электродвигателя и напряжения сети. В связи с этим, если возникает необходимость в снижении пусковых токов, к электродвигателю в момент пуска подводят пониженное напряжение.
Снижение напряжения, подводимого к статорной обмотке, может быть осуществлено:
а) переключением обмотки статора со звезды на треугольник;
б) при помощи активного сопротивления, включаемого в цепь статора;
в) применением автотрансформатора.
Общим для всех указанных способов является снижение пускового тока электродвигателя при одновременном уменьшении его пускового момента, который, как известно, пропорционален квадрату напряжения. Это означает, что рассматриваемый способ пуска применим лишь при небольших моментах сопротивления.
Пуск переключением статорной обмотки со звезды на треугольник применяется наиболее часто для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, у которых при нормальной работе обмотка статора соединена треугольником. Принцип работы схемы (рис. 48, б) состоит в том, что в начальный период пуска обмотка статора включается звездой и присоединяется к сети. Когда же электродвигатель разовьет некоторую скорость, обмотку переключают на треугольник. Очевидно, что величина пускового тока при соединении звездой в ?3 раз меньше, чем при соединении треугольником, так как величина напряжения, подводимого к каждой фазе электродвигателя, в первом случае в ?3 раз меньше по сравнению со вторым случаем. Правда, пусковой момент будет в три раза меньше. Как показано на рис. 48, б, для осуществления пуска электродвигателя данным способом никакой сложной аппаратуры не требуется. Пуск электродвигателя осуществляется обычным трехполюсным переключателем Р.
Сравнительно редко используется малоэкономичный способ пуска при помощи активного сопротивления, включаемого в цепь обмотки статора. Этот способ пуска применяют лишь в тех случаях, когда обмотка статора электродвигателя при нормальной работе должна быть включена звездой. При пуске вначале замыкается рубильник Р 1 (рис. 48, в). При этом статорная обмотка подключается к сети через реостат R. Когда электродвигатель разовьет некоторое число оборотов, замыкается рубильник Р 2 и реостат шунтируется.
Довольно редко также применяется пуск асинхронных электродвигателей с помощью автотрансформатора. В этом случае в первый период пуска шестиполюсный переключатель П (рис. 48, г) ставится в положение 1 и к зажимам статора через автотрансформатор Т подводится пониженное напряжение. Когда электродвигатель разгонится, переключатель ставится в положение 2 и статор оказывается под полным напряжением сети.
Общим недостатком всех рассмотренных способов пуска асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от пониженного напряжения является значительное снижение пускового момента.
Чтобы ограничить пусковой ток без одновременного снижения пускового момента, необходимо на время пуска увеличить сопротивление обмотки ротора. Для этого, на роторе помещают не одну, а две короткозамкнутые обмотки (двухклеточные электродвигатели) или выполняют роторы с так называемым глубоким пазом.
Двухклеточные асинхронные электродвигатели и электродвигатели с глубоким пазом обладают большим пусковым моментом и меньшей кратностью пускового тока, чем короткозамкнутые электродвигатели обычного исполнения, однако стоимость первых значительно выше и применяют их сравнительно редко.
Ток электродвигателя, какую силу тока потребляет двигатель, мотор при пуске и работе.
Производители на самом корпусе электрических двигателей ставят металлическую табличку, на которой написаны основные характеристики данного электродвигателя.
На этой табличке указан и ток, который потребляет данная электрическая машина при своей номинальной работе (средне допустимой, с нормальной нагрузкой на валу двигателя). Данная надпись может иметь два значения, например 5,9/3,4А, что означает – при подключении двигателя в режиме «треугольник» номинальные ток будет равен 5,9 ампер, а при подключении в режиме «звезда» он будет 3,4 ампера. На этой же табличке можно увидеть и символы, указывающие данные режимы работы.
Если по каким-то причинам на корпусе электродвигателя нет надписи, какую номинальную силу тока он потребляет, то ток можно вычислить по следующей формуле (если конечно известны все остальные, имеющиеся в этой формуле, величины!):
При отсутствии металлической таблички с основными характеристиками на корпусе электрического двигателя можно пойти более простым путем, чтобы узнать приближенную силу тока, потребляемой движком. Если известна номинальная мощность двигателя, то применим следующее условие – «киловатт электрической мощности равен двум амперам тока» (это условие подходит для электродвигателей с мощностью от 3-х киловатт и более, то есть будет максимально приближенным). Например, у нас есть асинхронный электрический двигатель мощностью 5 кВт (5000 ватт). Следовательно, приближенное значение потребляемого тока будет около 10 ампер. Может возникнуть небольшая непонятка. Если воспользоваться простой формулой вычисления тока, зная мощность и напряжение: 5000 ватт / 380 вольт = 13,15 ампер. Но ведь у электродвигателей есть свой коэффициент полезного действия, который вовсе не равен 100% и косинус фи, который также меньше единицы. Вот мы и получаем, что реальная сила тока будет ближе к значению 10 ампер, а не 13,15 ампер.
Практическим вариантом узнать значение силы тока, который потребляется электродвигателем при его номинальной работе, будет использование обычного амперметра, или токоизмерительных клещей. При уверенности в том, что наш электродвигатель точно рассчитан на то напряжение, что мы собираемся на него подать, мы даем питание на него. Далее, все просто, берем токоизмерительные клещи и измеряем силу тока на проводах, что питают наш электродвигатель. Причем еще стоит обратить внимание на то, что у трехфазного электродвигателя рабочие токи должны быть одинаковыми на всех трех фазах. Если Вы вдруг обнаружили факт неодинаковости, то причиной может быть, как перекос фаз электрического питания, так и неисправности самого электродвигателя, который может в скором времени вовсе выйти из строя из-за ненормального режима своей работы. В любом случае желательно выяснить причину неодинаковости значений силы тока на проводах.
Помимо номинального тока, который потребляется электродвигателем при нормальной своей работе, существует еще так называемый пусковой ток. Его величина может быть превышать номинальный ток аж в 3-8 раз. То есть, когда мы подаем питание на электрический двигатель, который до этого находился в состоянии покоя, в начальный момент по его обмоткам начинает протекать увеличенный ток по причине нескомпенсированности сил электромагнитных полей внутри двигателя. Чем быстрее электродвигатель начинает вращаться, тем меньше тока он начинает потреблять. То есть, пусковым током считается то значение электрического тока, которое существует с момента включения электродвигателя и до выхода его на свои номинальные обороты (время разгона двигателя от нуля до нормального значения).
Минимальный ток, что будет течь через обмотки электрического двигателя, будет тогда, когда движок работает на холостом ходу (то есть, к его валу не подсоединено ни одной механической нагрузки). Следовательно, чем сильнее мы нагрузим вал двигателя, тем большую силу тока начнет он потреблять. Номинальной нагрузкой считается та, на которую изначально данный электродвигатель был рассчитан при своем изготовлении, и при которой эта электрическая машина может работать продолжительное время без вреда для себя. Имеется также понятие о максимальной нагрузке, при которой сила тока, что потребляется двигателем, находится на предельно допустимом значении. При максимальных токах электродвигатели могут работать лишь незначительный промежуток времени, поскольку длительная работа может негативно влиять на сам движок (перегрев), сокращая его общий срок службы.
Пусковые токи у разных электродвигателей разные , их можно посмотреть в справочных таблицах, где прописаны характеристики каждого конкретного движка. Для чего нужно знать значение пусковых токов? Для того, чтобы правильно подобрать устройства защиты для электрических цепей, которые непосредственно относятся к схеме этого электрического двигателя. Например, зная конкретную величину пускового тока мы правильно можем подобрать тепловую защиту под него, автоматически выключатель, что отвечает за включение и выключение данного двигателя и т.д. Это избавит нас от таких проблем как постоянное срабатывание токовой защиты (если устройство рассчитано на меньший ток, чем нужно) или не срабатывание тогда, когда это нужно (если ток срабатывания устройства гораздо больше нужного).
Большие пусковые токи – это негативное явление, которое на короткий промежуток времени создает просадку питающей сети. В этой электросети возникает кратковременное падение напряжения. Как можно уменьшить пусковые токи электродвигателя? Первый вариант (классический), это запускать электродвигатель по схеме «звезда», а спустя некоторое время переключаться на схему «треугольник». В этом случае при включении начальный, пусковой ток будет относительно небольшой, а при переключении режима в «треугольник» движок выйдет на свои номинальные обороты.
Иными вариантами снижения пусковых токов электродвигателя являются использование различных устройств плавного пуска, которые за счет электронных схем контролируют начальный режим разгона электрической машины. Допустим при использовании преобразователей частоты можно легко задать нужные параметры для старта и последующий работы электрического двигателя.
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).
Пусковые токи асинхронных электродвигателей
Подписка на рассылку
- ВКонтакте
- ok
- YouTube
- Яндекс.Дзен
- TikTok
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.