Расчет номинального тока электродвигателя (трехфазного)

Приветствуем вас, читатели сайта ТМ Электро. Сегодня мы решили поднять важную тему, нередко вызывающую затруднения даже у опытных специалистов - расчет номинального тока для трехфазного электродвигателя. На первый взгляд, задача кажется простой, однако практика показывает, что в расчетах довольно часто допускаются ошибки. Чтобы избежать этих неточностей и помочь вам разобраться в нюансах, мы подготовили подробный материал с примером.

В качестве наглядного примера мы рассмотрим трехфазный асинхронный двигатель модели АИР71А4, обладающий мощностью 0,55 киловатт. Перед вами его изображение и паспортная табличка, содержащая необходимые технические характеристики. Эти данные нам понадобятся для выполнения расчета, поэтому внимательно изучите их.

Важно отметить, что способ подключения двигателя напрямую зависит от напряжения сети. Если планируется подключение к трехфазной сети с напряжением 380 Вольт, то обмотки двигателя необходимо соединить по схеме "звезда". Это означает, что на клеммной коробке следует соединить выводы V2, U2 и W2 между собой с использованием специальных перемычек.

В случае подключения к трехфазной сети с напряжением 220 Вольт, обмотки двигателя должны быть соединены по схеме «треугольник». Для этого необходимо установить три перемычки, соединяющие U1 с W2, V1 с U2 и W1 с V2. Следует помнить, что подключение двигателя к однофазной сети напряжением 220 Вольт также требует соединения обмоток по схеме «треугольник».

Для тех, кто желает углубить свои знания в этой области, рекомендуем ознакомиться с подробной статьей, посвященной различным схемам соединения обмоток, таким как «звезда» и «треугольник». Это позволит лучше понять принципы работы и особенности каждого типа соединения.

В нашей компании мы прекрасно понимаем, что правильный выбор защитного оборудования для электродвигателя - залог его долгой и эффективной работы. Поэтому, прежде чем приступить к подбору автоматических выключателей (или предохранителей), тепловых реле и контакторов, необходимо точно знать номинальный ток двигателя, учитывая схему соединения обмоток.

Зачастую, эта информация указана непосредственно на заводской бирке, что значительно упрощает задачу. Однако, к сожалению, нередки ситуации, когда маркировка на бирке повреждена, стерта или вовсе отсутствует. В таких случаях, нам приходится полагаться на другие параметры двигателя, такие как мощность, чтобы определить необходимые характеристики защиты.

Сложности с идентификацией двигателя встречаются довольно часто, особенно в условиях производственной среды. Мы обязательно расскажем вам о методах идентификации и расчете параметров двигателя в подобных ситуациях в наших следующих публикациях.

В этой же статье мы хотим заострить ваше внимание на формуле расчета тока двигателя, как на базовом инструменте, необходимом для правильного выбора защитной автоматики. На наш взгляд, знание этой формулы является основополагающим, и мы уверены, что даже опытным специалистам не помешает освежить в памяти основы электротехники. Ведь от точности расчетов зависит безопасность и долговечность вашего оборудования.

Важно понимать, что мощность, указанная на шильдике двигателя, - это не потребляемая электрическая мощность, а полезная механическая мощность (Р2), доступная на валу двигателя. Это прямо указано в действующем ГОСТ Р 52776-2007, п.5.5.3.

В большинстве случаев, мощность двигателей указывается в киловаттах (кВт), что является общепринятой практикой. Мы также хотели бы напомнить, что мощность может измеряться и в ваттах (Вт), и для тех, кто забыл, как переводить ватты в киловатты и наоборот, у нас на сайте есть отдельная статья, которая поможет вам разобраться в этом вопросе. Иногда, хотя и крайне редко, на шильдике можно увидеть мощность в лошадиных силах (л.с.), однако на практике мы с таким почти не сталкивались. Для справки: 1 л.с. примерно равна 745,7 Вт.

Но для нас наибольший интерес представляет именно электрическая мощность (Р1), то есть мощность, которую двигатель потребляет из электрической сети. Следует помнить, что активная электрическая мощность (Р1) всегда больше механической мощности (Р2). Это связано с тем, что при расчете электрической мощности учитываются все неизбежные потери, возникающие в двигателе при его работе, такие как потери на нагрев обмоток и трение. Понимание этого нюанса поможет вам правильно оценить энергопотребление оборудования и спланировать энергозатраты.

Механические Потери. Борьба с трением

Механические потери представляют собой энергию, затрачиваемую на преодоление сил трения в подшипниках и на сопротивление воздуха при вращении ротора (вентиляционные потери). Важно понимать, что эти потери напрямую зависят от скорости вращения двигателя. Чем выше обороты, тем больше энергии расходуется на преодоление трения и сопротивления воздуха. Это необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации двигателей, особенно в условиях переменных нагрузок. Кроме того, для асинхронных двигателей с фазным ротором, использующихся в определенных промышленных приложениях, следует учитывать дополнительные потери, возникающие между щетками и контактными кольцами. Конструктивные особенности, такие как тип подшипников и эффективность вентиляции, играют важную роль в минимизации механических потерь.

Магнитные Потери. Влияние перемагничивания сердечника

Магнитные потери возникают в «железе» магнитопровода двигателя в процессе перемагничивания сердечника. Основными компонентами этих потерь являются потери на гистерезис (энергия, затрачиваемая на переориентацию магнитных доменов в материале сердечника) и потери на вихревые токи (токи, индуцируемые в сердечнике переменным магнитным полем). В статоре двигателя величина магнитных потерь определяется частотой перемагничивания, которая, как правило, постоянна (например, 50 Гц). В роторе же магнитные потери зависят от частоты перемагничивания ротора, которая в свою очередь зависит от скольжения двигателя. Хотя эти потери в роторе обычно невелики, важно учитывать их при точных расчетах эффективности. Использование специальных материалов для сердечника, таких как электротехническая сталь с низкими потерями, помогает значительно снизить магнитные потери.

Понимание природы механических и магнитных потерь позволяет нам разрабатывать и предлагать решения, обеспечивающие максимальную эффективность и долговечность асинхронных двигателей для различных применений.

Электрические потери в статорной обмотке (Рэ1)

Когда двигатель находится под нагрузкой и по его обмоткам течет электрический ток, происходит нагрев проводников. Этот нагрев приводит к электрическим потерям в статорной обмотке. Чем больше ток, а следовательно, чем больше нагрузка на двигатель, тем выше эти потери. Минимизация сопротивления обмоток - одна из ключевых задач для снижения Рэ1.

Электрические потери в роторе (Рэ2)

По аналогии с обмоткой статора, ротор также подвержен электрическим потерям из-за нагрева проводников, по которым протекает ток. Эти потери, обозначенные как Рэ2, аналогичны потерям в статорной обмотке и также напрямую зависят от нагрузки на двигатель.

Прочие добавочные потери (Рдоб.)

Существует целый ряд дополнительных факторов, которые приводят к потерям энергии в двигателе. К ним относятся высшие гармоники магнитодвижущей силы и пульсация магнитной индукции в зубцах. Эти потери сложно точно измерить, поэтому обычно их оценивают как небольшую долю (около 0,5%) от потребляемой двигателем активной мощности Р1.

КПД (η) электродвигателя, определяемый как отношение выходной мощности (P2) к входной (P1), обычно составляет 0.75-0.88 для двигателей до 10 кВт и 0.9-0.94 для более мощных. Рассмотрим расчет номинального тока на примере двигателя АИР71А4, имеющего на шильдике мощность P2 = 0.55 кВт, КПД 75% и cosφ = 0.71. Сначала найдем активную потребляемую мощность: P1 = P2/η = 733.33 Вт. Учитывая активно-индуктивный характер нагрузки, определим полную потребляемую мощность: S = P1/cosφ = 1032.85 ВА. Затем рассчитаем номинальный ток для соединения обмоток в звезду: Iном = S/(1.73•U) = 1.57 А (при U=380 В), и для соединения в треугольник: Iном = S/(1.73•U) = 2.71 А (при U=220 В). Полученные значения совпадают с указанными на шильдике. Для упрощения, формула расчета номинального тока выглядит так: Iном = P2/(1.73•U•cosφ•η). Важно подставлять в формулу мощность P2 в ваттах, а напряжение в вольтах, используя указанные на шильдике или в паспорте значения КПД и cosφ. Данную формулу можно перепроверить, подставив значения для двигателя АИР71А4, получив те же результаты для обоих типов соединения обмоток. Для определения номинального тока двигателя всегда следует использовать данные с его шильдика, включая мощность, КПД и коэффициент мощности.

В линейках выпускаемых двигателей представлены модели для самых разнообразных задач. Рассмотрим несколько примеров. Асинхронный двигатель 2АИ80А2ПА мощностью 1,5 кВт предназначен для работы в трехфазной сети 380 В, поскольку его обмотки соединены в звезду. Номинальный ток, рассчитанный по формуле, соответствует указанному на бирке, что подтверждает корректность наших расчетов.

Двигатель АОЛ2-32-4 мощностью 3 кВт обладает большей гибкостью и может подключаться как к сети 380 В звездой, так и к сети 220 В треугольником, благодаря шести выводам в клеммнике. Расчеты номинальных токов для обеих схем подключения совпадают с данными на бирке.

Аналогичная схема подключения реализована и в двигателе АИРС100А4 мощностью 4,25 кВт, позволяя адаптировать его к различным сетевым условиям.

Для более мощных задач предлагается высоковольтный двигатель А4-450Х-6У3 мощностью 630 кВт, предназначенный для трехфазной сети 6 кВ сгом перед выбором автоматических выключателей, предохранителей, тепловой защиты и контакторов для управления двигателем. Следите за публикациями, чтобы узнать больше о правильном подборе оборудования и обеспечить надежную и безопасную работу ваших двигателей.

Промышленные и коммерческие объекты — наша специализация! Электромонтаж в Москве: оперативный монтаж электрики, надежные решения и качество на каждом этапе. Ваш объект — наш приоритет!