В паспорте электрического двигателя указан ток при номинальной нагрузке на валу. Если, например, указано 13,8/8 А, то это означает, что при включении двигателя в сеть 220 В и при номинальной нагрузке ток, потребляемый из сети, будет равен 13,8 А. При включении в сеть 380 В из сети будет потребляться ток 8 А, то есть справедливо равенство мощностей: √ 3 х 380 х 8 = √ 3 х 220 х 13,8.
Для этих приложений часто требуются специальные двигатели и соответствующие переключающие механизмы. Если кривая нагрузочного момента τ нагрузки является сложной, а моторный момент τ двигатель не является постоянным, целесообразно разделить вычисление на отдельные зоны, как показано на рисунке 5.
Теперь время ускорения для отдельных зон и средние моменты ускорения, которые вступают в силу в сегменте, вычисляются и складываются для каждого отдельного сегмента скорости. Теперь, чтобы вычислить время запуска непостоянного момента ускорения, задается уравнением.
Зная номинальную мощность двигателя (из паспорта) можно определить его номинальный ток . При включении двигателя в трехфазную сеть 380 В номинальный ток можно посчитать по следующей формуле:
I н = P н/(√3U н х η х сosφ) ,
Рис. 1. Паспорт электрического двигателя. Номинальная мощность 1,5 кВ, номинальный ток при напряжении 380 В - 3,4 А.
Время разгона для непостоянных крутящих моментов. В тех случаях, когда значение каждого из них такое же, как в уравнении 2, кроме. Это показывает сумму всех зон с умножением момента инерции и изменением скорости. Это время почти равно времени, вычисленному уравнением. На рисунке 6 показана кривая скорости и времени, полученная путем моделирования, на графике видно, что скорость увеличивается со временем и приближается к номинальному значению примерно через 7 секунд, что соответствует результат, вычисляемый математическим уравнением.
В этой статье описывается важность времени запуска асинхронного двигателя наряду с различными типами пусковых методов. Обнаружено, что результаты обоих подходов совпадают. Электродвигатель с отключенной мощностью мало сопротивляется электричеству, поскольку обмотки двигателя действуют почти как короткие, пока они не активируются. Когда питание включено, ток может быть во много раз больше, чем текущий ток, когда двигатель работает с номинальной скоростью под нагрузкой. Этот поток тока длится всего лишь часть секунды.
Если не известны к.п.д. и коэффициент мощности двигателя, например, при отсутствии на двигателе паспорта-таблички, то номинальный его ток с небольшой погрешностью можно определить по соотношению "два ампера на киловатт", т.е. если номинальная мощность двигателя 10 кВт, то потребляемый им ток будет примерно равен 20 А.
Для указанного на рисунке двигателя это соотношение тоже выполняется (3,4 А ≈ 2 х 1,5). Более точные значения токов при использовании данного соотношения получаются при мощностях двигателей от 3 кВт.
Расчет точного пускового тока невозможен, но диапазон может быть определен, если документация производителя не указывает его. Прочтите заводскую табличку двигателя на двигателе и найдите напряжение, указанное на нем. В Национальном электрическом кодексе предусмотрено, что все двигатели имеют заводскую табличку, которая предоставляет информацию, характерную для электрических рабочих характеристик двигателя.
Найдите буквенный код блокированного ротора или «Заблокированный роторный код» на заводской табличке двигателя. Эти буквы опущены, чтобы избежать путаницы. Следуйте строке кода буквы справа и найдите заданный диапазон. Диапазон указан в тысячах вольт-ампер или киловатт.
При холостом ходе электродвигателя из сети потребляется незначительный ток (ток холостого хода). При увеличении нагрузки увеличивается и потребляемый ток. С увеличением тока повышается нагрев обмоток. Большая перегрузка приводит к тому, что увеличенный ток вызывает перегрей обмоток двигателя, и возникает опасность обугливания изоляции (сгорания электродвигателя).
Умножьте каждое число в диапазоне на 1, разделите каждый результат на напряжение двигателя, найденное на паспортной табличке. Результирующий диапазон - это диапазон пускового тока. Разделение напряжения двигателя на 230 вольт дает диапазон пускового тока с 8 до 1 ампер.
Пусковой ток является только кратковременным, и если автоматический выключатель имеет правильную величину, он не будет отключать долю секунды в текущих шипах. Когда обмотки двигателя активируются, они создают сопротивление потоку тока, и ток начинает падать. Когда двигатель достигает полной скорости, текущий уровень будет на уровне, указанном на заводской табличке двигателя, как ток полной нагрузки.
В момент пуска из сети электрическим двигателем потребляется так называемый пусковой ток
, который может быть в 3 - 8 раз больше номинального. Характер изменения тока представлен на графике (рис. 2, а).
Рис. 2. Характер изменения тока, потребляемого двигателем из сети (а), и влияние большого тока на колебания напряжения в сети (б)
Напряжение важно для определения пускового тока. Если на заводской табличке двигателя указано несколько напряжений, необходимо определить используемое напряжение. Легкое место для измерения это при отключении двигателя. Тип напряжения определяет способ измерения. Измерьте трехфазный ток между двумя горячими контактами и удвойте его. Раздельный фазовый ток измеряется между двумя горячими клеммами. Однофазный ток измеряется от горячего терминала до земли.
Электродвигатели имеют номинальное напряжение и частоту и номинальный ток полной нагрузки, которые можно найти на паспортной табличке двигателя. Двигатели должны работать от номинального напряжения и частоты, а затем перегрузка двигателя может быть рассчитана путем сравнения фактического тока двигателя с номинальным током полной нагрузки. Двигатели нагреваются при перегрузке, что снижает продолжительность их изоляции. Однако, если заводская табличка двигателя дает коэффициент обслуживания, двигатель может быть перегружен этой суммой без какого-либо ущерба.
Точное значение пускового тока для каждого конкретного двигателя можно определить зная значение кратности пускового тока - I пуск/I ном. Кратность пускового тока - одна из технических характеристик двигателя, которую можно найти в каталогах. Пусковой ток определяется по следующей формуле: I пуск = I н х (I пуск/I ном). Например, при номинальном токе двигателя 20 А и кратности пускового тока - 6, пусковой ток равен 20 х 6 = 120 А.
Получите номинальное напряжение и частоту с заводской таблички двигателя. Убедитесь, что напряжение электропитания, подающего двигатель, соответствует номинальному напряжению. Если эти цифры не совпадают, то измерение тока двигателя может не дать истинного указания на нагрев двигателя и перегрузку.
Разделить на номинальный ток полной нагрузки от заводской таблички двигателя. Это будет коэффициент нагрузки для двигателя. Это означает, что двигатель перегружен на 10%. Если коэффициент нагрузки равен 0 или меньше, двигатель не перегружен. Проверьте заводскую табличку двигателя на коэффициент обслуживания. Многие двигатели рассчитаны на коэффициент обслуживания 15, что означает, что двигатель может быть перегружен на 15% без повреждений. Если двигатель в примере с этапа 2 имел коэффициент обслуживания 15, то его перегрузка была бы приемлемой, и двигатель мог работать без повреждений.
Знание реальной величины пускового тока нужно для выбора плавких предохранителей, проверке срабатывания электромагнитных расцепителей во время пуска двигателя при выборе автоматических выключателей и для определения величины снижения напряжения в сети при пуске.
Большой пусковой ток, на который сеть обычно не рассчитана, вызывает значительные снижения напряжения в сети (рис. 2, б).
Проверьте заводскую табличку двигателя для оценки температуры окружающей среды и класса изоляции. Электродвигатели обычно рассчитаны на работу при температуре окружающей среды 40 градусов. Если двигатель всегда работает при температуре окружающей среды значительно ниже номинальной температуры окружающей среды, может быть возможно перегрузить двигатель без повреждений. Обратитесь к производителю за информацией о новой паспортной табличке, основанной на более низкой номинальной температуре окружающей среды.
Если двигатель работает с температурой изоляции значительно ниже максимальной температуры, может быть возможно перегрузить двигатель без повреждений. Если при запуске происходит непредвиденное срабатывание защиты от перегрузки по току, это означает, что пусковой ток превышает нормальный пределы. В результате могут быть достигнуты некоторые максимальные расцепители, время жизни может быть уменьшено, и даже некоторые устройства могут быть уничтожены. Чтобы избежать такой ситуации, необходимо учитывать избыточность распределительного устройства. В соответствии с риском в таблицах показана комбинация автоматического выключателя, контактора и теплового реле для получения координации типа 1 или типа 2. Иногда это значение может достигать 25 раз. . Хотя на рынке можно найти высокоэффективные двигатели, на практике их пусковые токи примерно такие же, как некоторые из стандартных двигателей.
Если принять сопротивление проводов, идущих от источника до двигателя, равным 0,5 Ом, номинальный ток I н=15 А, а пусковой ток равным пятикратному от номинального, то потери напряжения в проводах в момент пуска составят 0,5 х 75 + 0,5 х 75 = 75 В.
На зажимах двигателя, а также и на зажимах рядом работающих электродвигателей будет 220 - 75 = 145 В. Такое снижение напряжения может вызвать торможение работающих двигателей, что повлечет за собой еще большее увеличение тока в сети и перегорание предохранителей.
Использование пускового дельта-стартера, статического модуля плавного пуска или привода с переменной скоростью позволяет снизить значение пускового тока. Также «Асинхронные двигатели» для получения дополнительной информации. Для технических и финансовых причин обычно выгодно уменьшить ток, подаваемый на асинхронные двигатели. Этого можно достичь, используя конденсаторы, не влияя на мощность двигателей.
Применение этого принципа для работы асинхронных двигателей обычно называют «улучшением коэффициента мощности» или «коррекцией коэффициента мощности». Как описано в главе «Коррекция коэффициента мощности», кажущаяся мощность, подаваемая на асинхронный двигатель, может быть значительно уменьшена за счет использования конденсаторов, подключенных к шунту.
В электрических лампах в моменты пуска двигателей уменьшается накал (лампы «мигают»). Поэтому при пуске электродвигателей стремятся уменьшить пусковые токи.
Для уменьшения пускового тока может использоваться схема пуска двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник. При этом фазное напряжение уменьшится в √ З раз и соответственно ограничивается пусковой ток. После достижения ротором некоторой скорости обмотки статора переключаются в схему треугольника и напряжение ни них становится равным номинальному. Переключение обычно производится автоматически с использованием реле времени или тока.
Компенсация реактивной мощности особенно рекомендуется для двигателей, которые работают в течение длительного времени при пониженной мощности. Ток, подаваемый на двигатель после коррекции коэффициента мощности, определяется. Дополнительная информация в настоящем выпуске касается других важных областей, которые могут повлиять на выбор наилучшего типа двигателя для конкретной работы.
Корпуса двигателей, предохранители, защита от тепловой перегрузки и пускатели двигателей будут рассмотрены в более позднем выпуске. Информация в этом выпуске относится только к этому типу и не может быть применима к другим типам. 3-фазный асинхронный электродный блок с короткозамкнутым ротором Этот двигатель имеет ротор, состоящий из железных пластин, но не имеет намотки на ротор; поэтому он не имеет щеток, коммутаторов или скользких колец. Все обмотки находятся на статоре, который также выполнен из железных ламинатов с различным количеством северных и южных полюсов.
Рис. 3. Схема пуска электрического двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник
Преобразование электрической энергии в кинетическую осуществляется при помощи различных типов электродвигателей. Данные устройства нашли широкое применение в современном производстве и в быту. Чаще всего электродвигатели выполняют функцию электроприводов машин и механизмов, применяются для обеспечения работы насосного оборудования, вентиляционных систем и многих других агрегатов и устройств. В связи с таким широким применением, особую актуальность приобретает расчет мощности электродвигателя. Для этих целей разработано много различных методов, позволяющих выполнить расчеты, применительно к конкретным условиям эксплуатации.
Двигатель работает с постоянной скоростью, определяемой частотой линии, и количеством пар магнитных полюсов, которые он имеет. За исключением небольшого количества скоростей скольжения при полной нагрузке, он не будет работать на более низких скоростях без серьезного перегрева.
Характеристики тока и напряжения Ток двигателя. Крутящий момент создается текущим потоком; чем выше ток, тем выше выход крутящего момента. Ток также отвечает за повышение температуры в обмотках. Любое рабочее состояние, такое как низкое напряжение, неправильная частота или перегрузка крутящего момента, что приводит к превышению номинального номинального значения, приведет к аномальному повышению температуры.
Существует множество типов и модификаций электродвигателей. Каждый из них обладает собственной мощностью и другими параметрами.
Основная классификация разделяет эти устройства на электродвигатели постоянного и переменного тока. Первый вариант применяется значительно реже, поскольку для его эксплуатации требуется обязательное наличие источника постоянного тока или устройства, преобразующего переменное напряжение в постоянный ток. Выполнение данного условия в современном производстве потребует значительных дополнительных затрат.
Обычно двигатели могут вместить до 90% от номинального напряжения, и, несмотря на аномальное повышение температуры, он не будет достаточно большим, чтобы повредить изоляцию. Однако его пусковой ток и ток пробоя будут выше, чем обычно. При этом необходимо соответствующим образом настроить проводку, предохранитель и тепловую защиту от перегрузки. Кроме того, шум двигателя будет значительно увеличиваться и может быть нежелательным.
Если напряжение при полной нагрузке не сбалансировано между фазами, либо двигатель неисправен, либо линия электропитания несбалансирована. Чтобы определить, где лежит ошибка, сначала измерьте напряжение всех фаз. Затем переместите все линии электропитания на одну фазу и повторите измерения. Если более высокое напряжение ускоряется при повторном подключении, линия электропитания не сбалансирована. Корректирующие меры могут быть приняты следующим образом.
Но, несмотря на существенные недостатки, двигатели постоянного тока имеют высокий пусковой момент и стабильно работают даже при больших перегрузках. Благодаря своим качествам, эти агрегаты нашли широкое применение на электротранспорте, в металлургической и станкостроительной отрасли.
Тем не менее, большинство современного оборудования работает с двигателями переменного тока. В основе действия этих устройств лежит , которую создает в проводящая среда. Магнитное поле создается с помощью обмоток, обтекаемых токами, или с применением постоянных магнитов. Электродвигатели, работающие на переменном токе, могут быть .
Использование синхронных электродвигателей практикуется в оборудовании, где требуется постоянная скорость вращения. Это генераторы постоянного тока, насосы, компрессоры и другие аналогичные установки. Различные модели отличаются собственными техническими характеристиками. Например, значение скорости вращения может находиться в пределах 125-1000 оборотов в минуту, а мощность достигает 10 тыс. киловатт.
Во многих конструкциях имеется короткозамкнутая обмотка, расположенная на роторе. С ее помощью, в случае необходимости, производится асинхронный пуск, после чего синхронный двигатель продолжает работу в обычном режиме, максимально сокращая потери электрической энергии. Эти двигатели отличаются небольшими размерами и высоким коэффициентом полезного действия.
Гораздо более широкое распространение в производственной сфере получили асинхронные двигатели переменного тока. Они отличаются очень высокой частотой вращения магнитного поля, значительно превышающей скорость вращения ротора. Существенным недостатком этих устройств считается снижение КПД до 30-50% от нормы при низких нагрузках. Кроме того, во время пуска параметры тока становятся в несколько раз больше по сравнению с рабочими показателями. Данные проблемы устраняются путем использования частотных преобразователей и устройств плавного пуска.
Асинхронные двигатели используются на тех объектах, где требуются частые включения и выключения оборудования, например, в лифтах, лебедках, и других устройствах.
Выбор электродвигателя для насосной установки зависит от конкретных условий, прежде всего - от схемы водоснабжения. В большинстве случаев подача воды производится с помощью водонапорного бака или водонапорного котла. Для приведения в действие всей системы используются центробежные насосы с асинхронными двигателями.
Выбор оптимальной мощности насоса осуществляется в зависимости от потребности в подаче и напоре жидкости. Подача насоса Q H измеряется в литрах, подаваемых в 1 час, и обозначается как л/ч. Данный параметр определяется по следующей формуле: Qн = Qmaxч = (kч х kсут х Qср.сут) / (24 η), где Qmaxч — возможный максимальный часовой расход воды, л/ч, kч - коэффициент неравномерности часового расхода, kсут — коэффициент неравномерности суточного расхода (1,1 - 1,3), η — КПД насосной установки, с учетом потерь воды), Qср.сут — значение среднесуточного расхода воды (л/сут).
Оптимальный напор воды должен обеспечивать ее подачу в установленное место при условии необходимого давления. Требуемые параметры напора насоса (Ннтр) зависят от высоты всасывания (Нвс) и высоты нагнетания (Ннг), которые в сумме определяют показатели статического напора (Нс), потери в трубопроводах (Hп) и разность давлений верхнего (Рву) и нижнего (Рну) уровней.
Исходя из того, что значение напора будет равно H = P/ρg, где Р — давление (Па), ρ — плотность жидкости (кг/м 3), g = 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения, g — удельный вес жидкости (кг/м 3), получается следующая формула: Ннтр = Hc + Hп + (1/ρ) х (Рву - Рну).
После вычисления расхода воды и напора по каталогу уже можно выбрать насос с наиболее подходящими параметрами. Чтобы не ошибиться с мощностью электродвигателя, ее нужно определить по формуле: Pдв = (kз х ρ х Qн х Нн) / (ηн х ηп), где kзявляется коэффициентом запаса, зависящим от мощности электродвигателя насоса и составляет 1,05 - 1,7. Этот показатель учитывает возможные утечки воды из трубопровода из-за неплотных соединений, разрывов трубопровода и прочих факторов, поэтому электродвигатели для насосов должны иметь некоторый запас мощности. Чем больше мощность, тем меньше коэффициент запаса можно принять.
Например,при мощности электродвигателя насоса 2 кВт - kз = 1,5, 3,0 кВт - kз = 1,33, 5 кВт - kз =1,2, при мощности больше 10 кВт- kз = 1,05 - 1,1. Другие параметры означают: ηп - КПД передачи (прямая передача - 1,0, клиноременная - 0,98, зубчатая - 0,97, плоскоременная - 0,95), ηн — КПД насосов поршневых 0,7 - 0,9, центробежных 0,4 - 0,8, вихревых 0,25 - 0,5.
Выбирая электродвигатель, наиболее подходящий для работы того или иного компрессора, необходимо учитывать продолжительный режим работы данного механизма и постоянную нагрузку. Расчет требующейся мощности двигателя Р дв осуществляется в соответствии с мощностью на валу основного механизма. В этом случае следует учитывать потери, возникающие в промежуточном звене механической передачи.
Дополнительными факторами являются мощности, назначение и характер производства, на котором будет эксплуатироваться компрессорное оборудование. Они оказывают определенное влияние, в связи с чем оборудование может потребовать незначительных, но постоянных регулировок для поддержки производительности на должном уровне.
Определить мощность двигателя можно по формуле: 
, в которой:
Работа А рассчитывается по отдельной формуле: А = (Аи + Аа)/2, где Аи и Аа представляют собой соответственно изотермическое и адиабатическое сжатие.
Значение работы, которую необходимо совершить до появления требуемого давления, можно определить с помощью таблицы:
|
Р 2 , 10 5 Па |
||||||||
|
А, 10 -3 Дж/м 3 |
Типичная работа компрессора характеризуется продолжительным режимом работы. Реверсивные электроприводы, как правило, отсутствуют, включения и выключения крайне редкие. Поэтому наиболее оптимальным вариантом, обеспечивающим нормальную работу компрессоров, будет синхронный электрический двигатель.
Вентиляторы широко применяются в самых разных областях. Устройства общего назначения работают на чистом воздухе, при температуре ниже 80 0 . Воздух с более высокой температурой перемещается с помощью специальных термостойких вентиляторов. Если приходится работать в агрессивной или взрывоопасной среде, в этих случаях используются модели антикоррозийных и взрывобезопасных устройств.
В соответствии с принципом действия, вентиляторные установки могут быть центробежными или радиальными и осевыми. В зависимости от конструкции, они развивают давление от 1000 до 15000 Па. Поэтому мощность, потребная для привода вентилятора, рассчитывается в соответствии с давлением, которое необходимо создать.
С этой целью используется формула: Nв=Hв·Qв/1000·кпд, в которой Nв - мощность, потребная для привода (кВт), Hв - давление, создаваемое вентилятором (Па), Qв - перемещаемый объем воздуха (м 3 /с), кпд - коэффициент полезного действия.
Для расчета мощности электродвигателя используется формула
:
, где значения параметров будут следующие:
Данная формула позволяет рассчитывать мощность электродвигателей под центробежные и осевые вентиляторы. Для центробежных конструкций КПД составляет 0,4-0,7, а для осевых - 0,5-0,85. Другие расчетные характеристики имеются в специальных каталогах для всех типов электродвигателей.
Запас мощности не должен быть слишком большим. Если он будет слишком большой, КПД привода заметно снизится. Кроме того, в двигателях переменного тока может снизиться коэффициент мощности.
В момент запуска электродвигателя его вал остается в неподвижном состоянии. Для того чтобы он начал раскручиваться, необходимо приложить усилие, значительно больше номинального. В связи с этим пусковой ток также превышает номинал. В процессе раскручивания вала происходит постепенное плавное уменьшение тока.
Влияние пусковых токов негативно сказывается на работе оборудования, в основном из-за резких провалов напряжения. Для того чтобы уменьшить их отрицательное воздействие, применяются различные способы. В процессе разгона, схемы электродвигателя переключаются со звезды на треугольник, используются частотные преобразователи и электронные устройства плавного пуска.
Вначале рассчитывается значение номинального тока двигателя, в соответствии с его типом и номинальной мощностью. Для устройств постоянного тока формула будет выглядеть следующим образом:
У электродвигателей переменного тока номинальный ток определяется по другой формуле:
Все параметры имеют соответствующие обозначения:
После расчетов номинального тока можно вычислить значение пускового тока по формуле:
, в которой:
Значение пускового тока рассчитывается для каждого двигателя, имеющегося в электрической цепи. В соответствии с его величиной выбирается автоматический выключатель, обеспечивающий защиту всей цепи.
Нагрузка на электродвигатель определяется режимом его работы. Она может оставаться неизменной или изменяться в зависимости от условий эксплуатации. При выборе двигателя обязательно учитывается характер и значение предполагаемой нагрузки. С учетом этого фактора выполняется расчет мощности электродвигателя.
Режимы, в которых работают электродвигатели:
