При пуске в ход, то есть при трогании с места и разгоне, момент, развиваемый двигателем, должен превышать момент сопротивления нагрузки, иначе двигатель не сможет разогнаться. В начальный момент пуска, когда скорость двигателя равна нулю, а скольжение – единице, ЭДС в обмотке ротора максимальна (см. 2.37), а пусковой ток в обмотке статора I 2 , в соответствии с (2.40), значительно превышает номинальный рабочий ток. Соответственно возрастает и ток в обмотке статора, то есть ток, потребляемый двигателем от питающей сети. Кратность пускового тока y п = I П /I НОМ для двигателей с короткозамкнутым ротором достигает 5 – 7. По мере разгона двигателя скольжение уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС и силы тока в обмотке ротора. Соответственно уменьшается и ток в обмотке статора.
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. 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.
Большой пусковой ток может быть недопустимым, как для самого двигателя, так и для сети, питающей двигатель. Если пуски осуществляются часто, то большой пусковой ток приводит к повышению температуры обмоток двигателя, что может привести к преждевременному старению его изоляции. Если после подачи напряжения на двигатель, он по какой - либо причине не запустился, двигатель должен быть немедленно отключен, автоматическим устройством защиты, срабатывающим при повышенном токе, или вручную. В питающей сети при большой силе тока снижается напряжение, что влияет на работу других потребителей, подключенных к сети. Поэтому прямой пуск двигателя непосредственным включением в питающую сеть допускается лишь в том случае, когда мощность двигателя, намного меньше мощности, на которую рассчитана сеть питания.
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.
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.
У двигателей с фазным ротором снижение пускового тока достигается включением в цепь ротора трехфазного пускового реостата. Активные сопротивления, включенные в цепь каждой фазы ротора, обеспечивают уменьшение тока в обмотке ротора, а значит и в обмотке статора. При этом увеличение активного сопротивления в цепи ротора обеспечивает увеличение коэффициента мощности cosψ 2 , и получение достаточно большого пускового момента при уменьшенном пусковом токе. По мере увеличения скорости вращения двигателя сопротивление пускового реостата плавно или ступенчато уменьшается до нуля.
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.
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.
Уменьшить пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором можно путем пуска при пониженном напряжении питания. Возможно также включение на время пуска по схеме звезда, статорной обмотки рассчитанной на соединение в треугольник. Однако при этих способах существенно снижается вращающий момент и они применимы лишь при пуске без нагрузки или при малой нагрузке. Уменьшение пускового тока при сохранении большого вращающего момента путем пуска при пониженной частоте напряжения питания.
Вопреки распространенному мнению, больше не всегда лучше, особенно когда речь идет о электродвигателях. Подразделения по техническому обслуживанию и техническому обслуживанию отделов, например, имеют немного дополнительной мощности «на всякий случай», поэтому они иногда указывают большие двигатели, чем требуют приложения. Но негабаритные двигатели стоят дороже, чтобы работать - иногда намного больше. Имейте в виду, что нагрузки должны определяться, когда двигатель работает при максимальной нагрузке.
Нагрузки, которые широко варьируются, являются хорошими кандидатами для частотно-регулируемых приводов, что дает дополнительную выгоду от контроля скорости производства. Как показано на рисунке 1, процентная нагрузка и ток по существу линейны, от полной нагрузки до тока на паспортной табличке двигателя. Однако легкая ошибка состоит в том, чтобы предположить, что нулевая нагрузка = нулевой ток. Самые большие ошибки возникают при рассмотрении двигателей, которые больше всего нуждаются в «правильной калибровке».
Для механизмов, имеющих тяжелые условия пуска, в которых желательно использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, целесообразно применять двигатели с улучшенными пусковыми свойствами: c большим пусковым моментом и меньшим, чем у двигателей общего назначения, пусковым током. Такими являются двигатели с двухклеточным и глубокопазным ротором. Форма пазов и активных проводников обмотки якоря двухклеточного и глубокопазного ротора показаны на рис. 2.30
Хотя можно определить процентную нагрузку, которую двигатель переносит с графика на рисунке 1, фактическая нагрузка двигателя может быть математически аппроксимирована из хороших входных данных. Управляйте двигателем разъединенным и записывайте ток без нагрузки. Не используйте никаких быстрых клавиш здесь, потому что измеренный ток будет выше, если двигатель подключен. Чтобы избежать ошибок, всегда используйте разомкнутый ток.
Затем документируйте ток паспортной таблички, а затем измерьте ток при фактической нагрузке двигателя. Так как низкорослый двигатель представляет другие проблемы, лучше всего измерить ток в течение рабочего цикла процесса. Если нагрузка меняется, запишите ток во время пиковой нагрузки.
Ротор двухклеточного двигателя имеет две короткозамкнутые обмотки: внешнюю 1 (рис. 2.30а.), или пусковую, выполненную стержнями с малым поперечным сечением из материала с пониженной электропроводностью (латуни, бронзы) и внутреннюю 2, или рабочую – выполненную стержнями с большим поперечным сечением из материала с высокой электропроводностью (меди). В начале пуска двигателя (при n = 0, s = 1) частота тока в роторе равна частоте сети. При этом индуктивные сопротивления клеток велики по сравнению с активными (X L = 2πfL). Особенно велико индуктивное сопротивление нижней, рабочей, клетки, глубоко погруженной в тело ротора и сцепленной с большим потоком рассеяния (показан пунктирными линиями на рис. 2.30). Ток проходит в основном по верхней клетке с большим активным сопротивлением благодаря чему уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент. По мере разгона двигателя частота тока ротора уменьшается в десятки раз, так как скольжение уменьшается от единицы до сотых долей ее. Следовательно индуктивное сопротивление ротора, пропорциональное частоте, уменьшается и становится незначительным и для пусковой и для рабочей обмотки. При этом ток ротора, распределяющийся между клетками обратно пропорционально их сопротивлениям, начинает протекать в основном в рабочей обмотке с малым активным сопротивлением. Таким образом, процесс пуска двухклеточного двигателя сходен с процессом реостатного пуска двигателя с фазным ротором.
Дополнительные затраты на эксплуатацию серьезно недоиспользуемых двигателей часто включают в себя доплату за недостаточный коэффициент мощности. Циклические энергетические пользователи могут также взимать плату за потребление в зависимости от использования максимальной мощности. Идентификация малоиспользуемых двигателей позволяет многим пользователям снизить эксплуатационные расходы.
Скрытые затраты на сверхмощные двигатели
Пусковой ток, ток, который двигатель тянет в момент запуска, не зависит от нагрузки. Для двигателя заданного размера он будет таким же, независимо от фактической нагрузки. Это означает, что пуск двигателя мощностью 100 л.с. отсоединяется от того же начального тока, что и при запуске нагрузки на 100 л.с. Поскольку пусковой ток примерно в шесть раз превышает номинальный ток, он может быть значительно выше для негабаритного двигателя, чем модель «правого размера».
Рисунок 2.30 – Формы пазов двухклеточного и глубокопазного ротора
Имеются и другие конструкции ротора с двойной клеткой, например с фигурными пазами 3 залитыми алюминием (рис. 2.30б). Здесь повышенное активное сопротивление клетки при пуске обеспечивается только за счет вытеснения тока в верхние части проводников, так как материал обеих клеток одинаков. Такая конструкция проще и дешевле, но пусковые характеристики двигателя несколько хуже.
Двигатель мощностью 125 л.с. на приводе вентилятора имел номинальную характеристику 148 ампер, но заработал 44 ампера, когда он был отключен. Тестирование подтвердило, что при работе при нормальной нагрузке двигатель потреблял только 63 ампера. Замена двигателя с более высокой эффективностью на 25 л.с. резко снизила пусковой ток с 890 до 198 ампер. Ток «полной нагрузки» также уменьшился с 63 до 29 ампер. Очевидно, завод платил за потраченное впустую электричество.
Примеры номинальной мощности и мощности при запуске бытовой техники
Коэффициент мощности оригинального мотора мощностью 125 л.с. также был очень низким при работе с нагрузкой 8 л.с. что, возможно, вызвало доплаты от утилиты. Чрезмерный высокий пусковой ток может увеличить затраты на обслуживание из-за дополнительного износа пускателей и контактов пуска, но более высокий пусковой ток также является особенностью двигателей с более высокой эффективностью.
Аналогично вытеснение тока в верхнюю часть проводника при пуске, когда частота тока в роторе велика, обеспечивается в глубокопазном роторе (рис. 2.30в), в котором проводник 4, обычно медный сильно вытянут по высоте. Вытеснение тока в верхнюю часть проводника равноценно уменьшению его сечения и обеспечивает увеличение активного сопротивления ротора во время пуска и уменьшение пускового тока.
Примечание. Прежде чем «разрешить», убедитесь, что двигатель нижнего л.с. может обеспечить необходимую начальную инерцию нагрузки. Коэффициент мощности важен, поскольку его можно использовать для определения эффективности. Чтобы вычислить коэффициент мощности, используйте следующую формулу.
Для расчета эффективности для трехфазного двигателя. Двигатель работал только на 48%. Где вы хотите потратить свои деньги? Пусковой ток асинхронного двигателя является слишком высоким - эта концепция мы знаем и используем в приложениях. Но почему этот пуск тока происходит только при запуске асинхронного двигателя, почему бы не работать. Изучение этого было бы хорошо.
Служили безотказно? Тогда эта статья будет для вас полезна.
Одна из основных характеристик бытовых приборов — электрическая мощность на выходе. Она отражает возможность питания подключённой нагрузки. Для правильного выбора стабилизатора напряжения переменного тока, ИБП или генератора нужно знать мощность устройства. Для ее расчета следует подсчитать сумму электрической мощности всех приборов, которые могут быть единовременно подключены.
При запуске - не сдерживать цепь статора цепью ротора
Асинхронный двигатель похож на полифазный трансформатор - причина высокого пускового тока
Таким образом, асинхронный двигатель похож на трансформатор, где основным является статор, а вторичный - ротор. Теперь мы знаем концепцию трансформатора, что первичный ток и вторичный ток взаимосвязаны. Вторичный ток сдерживает первичное значение, превышающее значение. Таким образом, в начальном состоянии не хватает тока во вторичном, поэтому недостаточно удерживается на первичный ток. Таким образом, первичный ток сильно увеличивается.Одно из основных условий долгой и стабильной работы стабилизатора, генератора и ИБП: мощность техники не должна превышать их возможности по выходной мощности. Лучше, чтобы суммарная электрическая мощность электроприборов, которые функционируют одновременно, была на 20 % меньше выходной мощности питающего прибора. Чем меньше стабилизатор или ИБП работает с перегрузкой, тем дольше он служит.
Вот почему классно сказано: «Вторичный трансформатор тока не должен быть открытым во время работы». Поэтому при стартовом состоянии сопротивление статора относительно невелико по сравнению с реактивным сопротивлением. Это приводит к высокому пусковому току, но в условиях работы вторичная цепь, которая представляет собой цепь ротора, обеспечивает некоторые сдерживающие механизмы, которые увеличивают сопротивление статора, - что удерживает ток в рабочем состоянии в асинхронном двигателе. сравнение тока крутящего момента для асинхронного двигателя ротора с короткозамкнутым ротором.
В расчете суммарной мощности и состоит основная трудность. В паспорте любого устройства указана мощность в кВт. Вроде бы всё просто: нужно сложить мощность приборов. Но в этом кроется основная ошибка. Приборы, в конструкции которых есть электродвигатели, насосы или компрессоры, в момент запуска дают нагрузку на сеть, превышающую номинал в 2-7 раз. Такое явление обусловлено наличием пусковых токов. Это же правило относится к приборам, в состав которых входят инерционные компоненты или элементы, физические свойства которых в момент запуска отличаются от их обычных значений при эксплуатации. Классический пример — изменение сопротивления у обыкновенной лампы накаливания. В конструкции таких ламп есть вольфрамовая нить, при включении электрическое сопротивление вольфрама меньше (нить холодная), чем при работе. Сопротивление увеличивается с ростом температуры, следовательно, при включении лампы её мощность намного больше, чем во время работы. При включении лампы накаливания присутствуют пусковые токи.
Поэтому различный пуск асинхронного двигателя, такие методы, которые используются для уменьшения высоких пусковых токов асинхронного двигателя. Асинхронный двигатель можно сравнить с электрическим трансформатором с вторичным короткозамкнутым контуром. Первичную обмотку трансформатора можно сравнить с обмоткой статора асинхронного двигателя, а обмотка ротора рассматривается как короткозамкнутая вторичная обмотка трансформатора.
Модель цепи индукционного двигателя показана на рисунке. Из модели асинхронного двигателя можно заметить, что асинхронный двигатель состоит из двух ветвящихся цепей, которые параллельны. Намагничивающая составная цепь Сопротивление и схема реактивности. . Намагничивающая составляющая тока, протекающего через асинхронный двигатель, пропорциональна приложенному напряжению и не зависит от нагрузки на двигатель, аналогичный трансформатору.
Мощность любого прибора рассчитается как произведение напряжения (в вольтах) и силы тока (в амперах). По мере увеличения силы тока растет мощность, а значит, возрастает нагрузка на стабилизатор, генератор и источник питания. Определение пусковых токов можно сформулировать так: электроприборы или их элементы, имеющие инерционные свойства, в момент запуска дают большую нагрузку на электрическую сеть или питающий прибор, чем в процессе работы.
Сопротивление и схема реактивности утечки состоят из сопротивления и сопротивления утечки статора и ротора асинхронного двигателя, соединенного последовательно. Сопротивление нагрузки последовательно соединено с сопротивлением фиксированного ротора и статора. Во время запуска двигателя проскальзывание будет одним. Поэтому, если рассчитать общий импеданс, предлагаемый пусковым токам во время запуска асинхронного двигателя, что минимально приводит к высоким пусковым токам во время запуска двигателя.
Когда 3-фазное напряжение подается на обмотку статора для запуска асинхронного двигателя, высокие пусковые токи намагничивают воздушный зазор между статором и ротором. Импульс ЭДС генерируется в обмотках ротора асинхронного двигателя из-за вращающегося магнитного поля. Эта индуцированная эдс создает электрический ток в витках ротора. Ток, генерируемый в обмотках ротора, создает поле, которое, в свою очередь, создает крутящий момент для вращения двигателя. Как только ротор начнет поднимать скорость, ток, наносимый машиной, уменьшается.
Значение пусковых токов зависит не только от усилия по раскрутке ротора двигателя или насоса до номинальных оборотов, но и от изменения сопротивления проводника. Чем меньше сопротивление, тем больше величина силы тока, который может протекать по нему. При нагреве уменьшается сопротивление и снижается возможность проводника пропускать большие токи.
Время, требуемое для запуска двигателя, зависит от времени, необходимого для ускорения, которое зависит от характера подключенной нагрузки. Недостатки высоких пусковых токов в асинхронном двигателе. Высокие пусковые токи, создаваемые асинхронным двигателем во время пуска, могут привести к большому падению напряжения подключенных шин. Это падение напряжения в шинах может повлиять на работу других двигателей, работающих на шине. Провалы напряжения во время запуска больших двигателей могут отключать некоторые из двигателей, работающих на одной и той же шине.
Помимо вращающего момента и электросопротивления дополнительную электрическую мощность в момент старта прибору придаёт индуктивная мощность. В момент включения люминесцентной лампы у индуктивной катушки сопротивление мало. Также действует мощность для поджига разряда, что увеличивает силу тока.
Влияние пусковых токов особенно важно для стабилизаторов напряжения и источников бесперебойного питания . Стабилизаторы работают в одном из двух режимов работы: номинальном или предельном.
В номинальном режиме работы сохраняется мощность, но при ухудшении качества электроснабжения в сети наблюдается очень низкое или, напротив, очень высокое напряжение. В таком случае стабилизатор переходит в предельный режим работы, его выходная мощность снижается примерно на 30 %. Если при этом происходит перегрузка по пусковым токам, то он выключится, сработает система защиты. Если это будет повторяться часто, срок службы качественного стабилизатора будет небольшим (что уж говорить о китайской технике).
С ИБП типа on-line дела обстоят сложнее. Если на такой прибор дается нагрузка, превышающая номинальную (а у пусковых токов очень большая скорость, и они проходят любую защиту), предохранители не успевают сработать, и источник питания может сгореть. Это негарантийный случай и ремонт будет стоить значительных средств.
Единственный вид ИБП, который может выдерживать пусковые токи, в 2-3 раза превышающие номинал, — системы резервного электропитания типа. Максимальные пусковые токи дают компрессоры холодильников (однокамерные — до 1 кВт, двухкамерные — до 1,8 кВт), а также глубинные насосы. Их мощность во время запуска превышает номинал в 5-7 раз. Самый маленький коэффициент запуска (равный 2) отмечается у насосов Grundfos с системой плавного пуска.
При выборе источников электроснабжения или стабилизатора напряжения нужно учитывать временной фактор влияния пусковых токов. При первом включении стабилизатора или генератора все электроприборы начнут работу одновременно и суммарная нагрузка будет большая. При дальнейшей работе потребитель должен оценить вероятность одновременного запуска приборов с большими пусковыми токами (к примеру, холодильника, насоса и стиральной машины). Если стабилизатор или ИБП имеет небольшую мощность, то следует самостоятельно контролировать включение техники с пусковыми токами.
Выводы:
- При подсчёте суммарной мощности электротехники мощность приборов с пусковыми токами нужно рассчитывать не по номиналу, а с учётом пусковых токов (в Вт либо в А).
- Пусковые токи даёт техника, в конструкции которой есть электродвигатель, насос, компрессор, нить накаливания или катушка индуктивности.
- Чем хуже напряжение в магистральном проводе (ниже 150 В или выше 250 В), тем более высокий номинал должен быть у стабилизатора или ИБП (примерно на 30 % больше суммарной мощности работающей техники).
Пусковые токи можно ассоциировать с началом движения велосипеда: в момент начала движения нужно большое усилие, чтобы раскрутить колёса, но когда велосипед приходит в движение, требуется меньше сил для поддержания скорости.
Примеры номинальной мощности и мощности при запуске бытовой техники
| Тип техники | Номинальная мощность, Вт | Продолжительность пусковых токов, с | Коэффициент во время начала работы | Пример модели стабилизатора, ВА | Пример модели ИБП |
| Холодильник | 250-350 | 4 | 3 | «Штиль» R1200 / Progress 1500T | N-Power Pro-Vision Black M 3000 LT |
| Стиральная машина | 2500 | 1-3 | 3-5 | Progress 3000T | |
| Микроволновая печь | 1600 | 2 |