Как найти пусковой ток электродвигателя

Пусковой ток электродвигателя при его старте превышает номинальный в несколько раз. Причём кратность превышения может находиться в пределах от 4 до 7, а то и 9. Свойства переходных процессов при запуске двигателя, расчёты, как снизить напряжение на обмотках электродвигателей разного типа — эти вопросы рассмотрены в статье.

Определение

Максимальное значение тока, потребляемого электродвигателем в момент его запуска при раскручивании до номинальной скорости вращения, называется пусковым. При этом величина его превышения при запуске по отношению к номинальному его значению — кратность пускового тока.

Требования пусковых характеристик для 3-фазных электродвигателей изложены в ГОСТ IEC 60034-12-2021.

Откуда берётся и от чего зависит

Электродвигатель состоит из большого числа обмоток, соединённых для каждой фазы сетевого напряжения последовательно. Но даже такое подключение обмоток имеет относительно низкое сопротивление для малой частоты – 50Гц, которая используется в потребительской или промышленной сети. Вот почему при пуске асинхронного двигателя возникает большой пусковой ток.

По мере разгона двигателя сердечник его ротора входит в насыщение магнитным полем. В результате возрастает электродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции. Индукционное сопротивление обмоток увеличивается, что приводит к падению тока через них.

На что влияет и чем опасен

Высокий пусковой ток, превышающий в несколько раз номинальное значение, а тем более фактический во время нагруженной работы двигателя, делает малоэффективной защищённость двигателя автоматическими выключателями только с электрической защитой. Он может повредить кабель, если сечение токопроводящих жил рассчитано лишь на номинальный ток электромотора.

Лучший способ обезопасить электродвигатель на случай его перегрузки — использовать тепловые реле. Некоторые из них ведут контроль тока двух фаз. Так как при перегрузке даже одной фазной линии или пропадании напряжения на ней ток увеличится на остальных. Это приведёт к нагреву добавочного сопротивления теплового устройства защиты, которое посредством увеличения температуры выше установленного (подстраиваемого) значения задействует систему управляющей цепи пуска электродвигателя.

У автоматических выключателей кроме тока срабатывания имеется время-токовая характеристика. Это показатель, определяющий время задержки до срабатывания защитного устройства в зависимости от величины протекающего тока по отношению к номинальному его значению. Кривая тока запуска двигателя изображена на рисунке.

Как узнать

Пусковой ток двигателя указывается в документации (в паспорте) к электродвигателям или к оборудованию, в составе которого они используются. Его можно измерить или рассчитать с приблизительным округлением. На корпусе электродвигателя имеется табличка с указанием только номинального тока, мощности и числа оборотов. Значение пускового тока и его кратность не указывают.

При эксплуатации рабочий ток электродвигателя не должен долго превышать номинальный.

Как рассчитать, если известны характеристики двигателя и кратность

Расчет пускового тока электродвигателя можно сделать по формуле:

К = In/Iʜ, для расчёта In = К×Iʜ,

где К – это коэффициент, соответствующий кратности пускового тока, In – пусковой ток, Iʜ – номинальный.

Кратность пускового тока зависит от сопротивления обмоток, обусловленного количеством полюсов электродвигателя. Для каждого полюса используется пара обмоток. Их количество можно посчитать на самом двигателе (число секций) или определить по числу оборотов двигателя. Зависимость числа пар от скорости двигателя представлена в таблице.

Чаще всего производители указывают скорость вращения меньше, учитывая реальные обороты двигателя. Например, 950 об/мин соответствует округлённому значению 1 000 об/мин.

Чем больше пар обмоток электродвигателя, тем выше их сопротивление, соответственно, ниже пусковой ток.

Вычислить его точное значение по формулам нельзя, однако найти можно по каталогу модели производителя на онлайн-сервисах.

Чем и как измерить

Наиболее простой и удобный способ измерения пускового тока — с помощью клещей с функцией inrush. У некоторых измерительных приборов кнопка HOLD фиксирует показания в момент её нажатия, но измерения с помощью такого метода могут быть ошибочными.

Сила тока в момент запуска ещё измеряется с помощью трансформатора тока, во вторичную цепь которого подключен амперметр или осциллограф.

Если нет характеристик и нечем измерить

Обычно мощность, номинальный ток и скорость оборотов указывают в табличке на самом агрегате. Но если она отсутствует или надпись прочитать не удаётся, то грубо определить мощность можно по диаметру вала. Для этого прилагается таблица.

Рассчитать пусковой ток по мощности сложно, так как он зависит от многих факторов:

• количество полюсов;
• число витков в секции;
• диаметр провода;
• длина провода в 1 витке и даже марка стали сердечников статора и др.

Зато зная примерную мощность, удастся грубо определить номинальный ток для пробного включения по формуле: I=P/U, где I— ток, P — мощность, U — напряжение (в нашем случае 380В). Коэффициент кратности для распространённых моделей двигателей марки АИР мощностью от 120 ватт до 315 киловатт можно взять из таблицы ниже.

Двигатель	кВт	Об/ мин	Ток при 380В	KПД %	Коэфф. мощн.	Iп/ Iн	Масса, кг	Двигатели устаревших марок
Чугун	Алюм.
АИР56А4	0,12	1310	0,44	57	0,72	4,4	–	5	4АА56А4
АИР56А2	0,18	2720	0,53	65	0,8	5,5	–	5	4АА56А2
АИР56В2	0,25	2720	0,69	68	0,81	5,5	–	5	4АА56В2
АИР56В4	0,18	1310	0,69	58	0,68	4,4	–	5	4АА56В4
AИP63A2	0,37	2755	1	69	0,81	6,1	–	7	4А(М)63А2
AИP63B2	0,55	2790	1,4	74	0,82	6,1	–	8	4А(М)63В2
AИP63A4	0,25	1340	0,79	65	0,74	5,2	–	7	4АА(М)63А4
AИP63B4	0,37	1340	1,12	67	0,75	5,2	–	7	4АА(М)63В4
AИP63A6	0,18	870	0,74	56	0,66	4	–	7	4АА(М)63А6
AИP63B6	0,25	870	0,95	59	0,68	4	–	8	4АА(М)63В6
AИP71A2	0,75	2840	1,77	75	0,83	6,1	–	11	4А(М)71А2
AИP71B2	1,1	2840	2,61	76,2	0,84	6,9	–	11	4А(М)71В2
AИP71A4	0,55	1390	1,57	71	0,75	5,2	–	10	4А(М)71А4
AИP71B4	0,75	1390	2,05	73	0,76	6	–	11	4А(М)71В4
AИP71A6	0,37	880	1,3	62	0,7	4,7	–	10	4А(М)71А6
AИP71B6	0,55	880	1,8	65	0,72	4,7	–	11	4А(М)71В6
AИP71В8	0,25	645	1,1	54	0,61	3,3	–	9	4А(М)71В8
AИP80A2	1,5	2850	3,46	78,5	0,84	7	22	14	4А(М)80А2
AИP80B2	2,2	2855	4,85	81	0,85	7	24	16	4А(М)80В2
AИP80A4	1,1	1390	2,85	76,2	0,77	6	19	13	4А(М)80А4
AИP80B4	1,5	1400	3,72	78,5	0,78	6	24	15	4А(М)80В4
AИP80A6	0,75	905	2,29	69	0,72	5,3	18	13	4А(М)80А6
AИP80B6	1,1	905	3,18	72	0,73	5,5	22	17	4А(М)80В6
AИP80A8	0,37	675	1,49	62	0,61	4	21	13	4А80А8
AИP80B8	0,55	680	2,17	63	0,61	4	18	16	4А80В8
AИP90L2	3	2860	6,34	82,6	0,87	7,5	32	22	4А(М)90L2
AИP90L4	2,2	1410	5,09	80	0,81	7	29	22	4А(М)90L4
AИP90L6	1,5	920	4	76	0,75	5,5	28	21	4А(М)90L6
AИP90LA8	0,75	680	2,43	70	0,67	4	28	21	4А(М)90LA8
AИP90LB8	1,1	680	3,36	72	0,69	5	29	23	4А(М)90LB8
AИP100S2	4	2880	8,2	84,2	0,88	7,5	38	30	4А(М)100S2
AИP100L2	5,5	2900	11,1	85,7	0,88	7,5	42	35	4А(М)100L2
AИP100S4	3	1410	6,78	82,6	0,82	7	39	32	4А(М)100S4
AИP100L4	4	1435	8,8	84,2	0,82	7	41	33	4А(М)100L4
AИP100L6	2,2	935	5,6	79	0,76	6,5	38	34	4А(М)100L6
AИP100L8	1,5	690	4,4	74	0,7	5	40	28	4А(М)100L8
AИP112M2	7,5	2895	14,9	87	0,88	7,5	53	41	4А(М)112М2
AИP112M4	5,5	1440	11,7	85,7	0,83	7	59	46	4А(М)112М4
AИP112MA6	3	960	7,4	81	0,76	6,5	50	44	4А(М)112МА6
AИP112MB6	4	960	9,75	82	0,76	6,5	53	49	4А(М)112МВ6
AИP112MA8	2,2	710	6	79	0,71	6	48	42	4А(М)112МА8
AИP112MB8	3	710	7,8	80	0,73	6	52	49	4А(М)112МВ8
AИP132M2	11	2900	21,2	88,4	0,89	7,5	90	77	4А(М)132М2
AИP132S4	7,5	1450	15,6	87	0,84	7	79	71	4А(М)132S4
AИP132M4	11	1460	22,5	88,4	0,84	7	90	83	4А(М)132М4
AИP132S6	5,5	960	12,9	84	0,77	6,5	84	70	4АМ132S6
AИP132M6	7,5	970	17,2	86	0,77	6,5	92	81	4АМ132М6
AИP132S8	4	720	10,3	81	0,73	6	84	70	4АМ132S8
AИP132M8	5,5	720	13,6	83	0,74	6	90	81	4АМ132М8
AИP160S2	15	2930	28,6	89,4	0,89	7,5	132	101	4АМ160S2
AИP160M2	18,5	2930	34,7	90	0,9	7,5	141	104	4АМ160М2
AИP160S4	15	1460	30	89,4	0,85	7,5	147	105	4АМ160S4
AИP160M4	18,5	1470	36,3	90	0,86	7,5	167	119	4АМ160М4
AИP160S6	11	970	24,5	87,5	0,78	6,5	142	105	4АМ160S6
AИP160M6	15	970	31,6	89	0,81	7	152	119	4АМ160М6
AИP160S8	7,6	720	17,8	85,5	0,75	6	137	108	4АМ160S8
AИP160M8	11	730	25,5	87,5	0,75	6,5	179	124	4АМ160М8
AИP180S2	22	2940	41	90,5	0,9	7,5	191	150	4АМ180S2
AИP180M2	30	2950	55,4	91,4	0,9	7,5	199	165	4АМ180М2
AИP180S4	22	1470	43,2	90,5	0,86	7,5	195	155	4АМ180S4
AИP180M4	30	1470	57,6	91,4	0,86	7,2	220	175	4АМ180М4
AИP180M6	18,5	980	38,6	90	0,81	7	197	170	4АМ180М6
AИP180M8	15	730	34,1	88	0,76	6,6	218	170	4АМ180М8
AИP200M2	37	2950	67,9	92	0,9	7,5	265	–	4АМ200М2
AИP200L2	45	2960	82,1	92,5	0,9	7,5	265	–	4А200L2
AИP200M4	37	1475	70,2	92	0,87	7,2	276	–	4А200М4
AИP200L4	45	1475	84,9	92,5	0,87	7,2	294	–	4А200L4
AИP200M6	22	980	44,7	90	0,83	7	265	–	4А200М6
AИP200L6	30	980	59,3	91,5	0,84	7	291	–	4А200L6
AИP200M8	18,5	730	41,1	90	0,76	6,6	260	–	4А200М8
AИP200L8	22	730	48,9	90,5	0,78	6,6	270	–	4А200L8
AИP225M2	55	2970	100	93	0,9	7,5	351	–	4А225М2
AИP225M4	55	1480	103	93	0,87	7,2	364	–	4А225М4
AИP225M6	37	980	71	92	0,86	7	334	–	4А225М6
AИP225M8	30	735	63	91	0,79	6,5	363	–	4А225М8
AИP250S2	75	2975	135	93,6	0,9	7	507	–	4А250S2
AИP250M2	90	2975	160	93,9	0,91	7,1	537	–	4АМ250М2
AИP250S4	75	1480	138,3	93,6	0,88	6,8	497	–	4АМ250S4
AИP250M4	90	1480	165	93,9	0,88	6,8	568	–	4АМ250М4
AИP250S6	45	980	86	92,5	0,86	7	457	–	4АМ250S6
AИP250М6	55	980	104	92,8	0,86	7	487	–	4АМ250М6
AИP250S8	37	740	78	91,5	0,79	6,6	512	–	4АМ250S8
AИP250M8	45	740	94	92	0,79	6,6	512	–	4АМ250М8
AИP280S2	110	2975	195	94	0,91	7,1	698	–	4АМ280S2
AИP280M2	132	2975	233	94,5	0,91	7,1	710	–	4АМ280М2
AИP280S4	110	1480	201	94,5	0,88	6,9	670	–	4АМ280S4
AИP280M4	132	1480	240	94,8	0,88	6,9	745	–	4АМ280М4
AИP280S6	75	985	142	93,5	0,86	6,7	647	–	4АМ280S6
AИP280M6	90	985	169	93,8	0,86	6,7	696	–	4АМ280М6
AИP280S8	55	740	111	92,8	0,81	6,6	680	–	4АМ280S8
AИP280M8	75	740	150	93,5	0,81	6,2	760	–	4АМ280М8
АИР315S2	160	2975	279	94,6	0,92	7,1	990	–	4АМ315S2
АИР315M2	200	2975	348	94,8	0,92	7,1	1280	–	4АМ315М2
АИР315S4	160	1480	288	94,9	0,89	6,9	1230	–	4АМ315S4
АИР315M4	200	1480	360	94,9	0,89	6,9	1330	–	4АМ315М4
АИР315S6	110	985	207	94	0,86	6,7	1030	–	4АМ315S6
АИР315М6	132	985	245	94,2	0,87	6,7	1218	–	4АМ315М6
АИР315S8	90	740	178	93,8	0,82	6,4	1130	–	4АМ315S8
АИР315M8	110	740	217	94	0,82	6,4	1170	–	4АМ315М8
АИР355S2	250	2980	433	95,2	0,92	7,1	1680	–	4АМ355S2
АИР355M2	315	2980	545	95,4	0,92	7,1	1896	–	4АМ355М2
АИР355S4	250	1490	443	95,2	0,9	6,9	1745	–	4АМ355S4
АИР355M4	315	1490	559	95,2	0,9	6,9	1957	–	4АМ355М4
АИР355S6	160	990	292	94,5	0,88	6,7	1580	–	4АМ355S6
АИР355MA6	200	990	365	94,5	0,88	6,7	2019	–	4А355М6
АИР355MB6	250	990	457	94,5	0,88	6,7	2019	–	–
АИР355S8	132	740	261	93,7	0,82	6,4	2019	–	4А355S8
АИР355M8	160	740	315	94,2	0,82	6,4	1880	–	4А355М8
АИР355MB8	200	740	387	94,5	0,83	6,4	2019	–	–

Если известна модель двигателя, то зная мощность и количество пар полюсов обмоток (число оборотов электродвигателя), можно на сайте производителя выяснить значения номиналов его пуска.

Как снизить

Самый эффективный метод снижения пускового тока при запуске электродвигателя — использование частотных преобразователей. Однако это оборудование может по стоимости превышать цену мотора, поэтому не всегда используется. Уменьшить ток при запуске удаётся применением специальных резисторов большой мощности, фиксированного номинала (для ступенчатой регулировки) или регулируемых. Дело в том, что динамическое сопротивление обмоток двигателя в момент пуска очень маленькое, и добавочные резисторы обуславливают ощутимое падение напряжения. При достижении оборотами рабочего значения сопротивления закорачиваются.

Есть и другие методы снижения тока электродвигателя при его запуске, например, с помощью электронных устройств. На видео рассмотрена простая схема ограничения тока двигателя при старте.

Переключение схемы соединения обмоток

Уменьшить пусковой ток асинхронного двигателя можно переключением схемы подключения обмоток ротора, питающихся от трёхфазного напряжения 380 В. Например, с помощью контактора, который коммутирует обмотки со звезды на треугольник. Применяется такой вариант запуска для двигателей мощностью свыше 30 кВт и скоростью вращения 3000 – 1500 об/мин. Иногда эта вынужденная мера, так как мощности питающей установки для запуска двигателя, подключенного по схеме треугольника, не хватает. А некоторые мощные двигатели можно начально запускать только по схеме звезды или с помощью специальных устройств (частотный преобразователь, устройство плавного пуска и др).

Схема, указанная на рисунке, предполагает в момент запуска включение двух контакторов — P1 и P3. Через несколько десятков секунд контактор P3 выключается. Сразу вместо него включается P2. Подробнее эта тема рассмотрена в видео.

Использование двигателей с фазным ротором

Специальная конструкция асинхронного двигателя с фазным ротором позволяет значительно снизить пусковой ток. Ротор этого мотора имеет обмотки, подключенные к специальным контактным кольцам. К ним подводятся щётки, соединённые электрически со схемой ступенчатых реостатов. В момент запуска сначала подключается максимальное сопротивление, затем ступенчато оно снижается. Когда электродвигатель набирает требуемые обороты, щётки закорачиваются, и он работает как двигатель с короткозамкнутым ротором.

Плавный пуск ДПТ и АД

Для управления скоростью и для плавного пуска двигателя постоянного тока используются устройства плавного пуска, регулирующие напряжение на нагрузке. Они плавно повышают напряжение с помощью ШИМ при пуске двигателя по мере его разгона. В продвинутых вариантах при этом отслеживаются обороты.

Распространены такие варианты плавного пуска ДПТ:

• с помощью пускового реостата;
• запуск с параллельным возбуждением;
• то же с последовательным;
• то же с независимым;
• путём изменения питающего напряжения.

В последнем варианте плавная регулировка осуществляется управляемым выпрямителем или генератором постоянного напряжения. В выпрямителях можно использовать метод ступенчатого переключения обмоток одно- или трёхфазного трансформатора напряжения, если он рассчитан для питания только одного ДПТ или нескольких работающих синхронно.

Включение двигателя с использованием реостата осуществляют при максмальном значении сопротивления, далее его снижают до минимума. Регулированием тока в цепи обмотки возбуждения с помощью переменного сопротивления также удаётся добиться плавного запуска ДПТ. Он зависит от схемы подключения обмотки возбуждения (параллельно, последовательно или независимо).

Плавный пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором возможен с помощью реостата, как и с ДПТ или с устройствами плавного пуска. Только ограничительные резисторы включаются в каждую из фаз, подключаемых для питания обмоток АД.

Функцией плавного пуска можно оборудовать двигатель самому, если имеется прибор, например, модели ABB PSR или подобный ему, как рассказывается в следующем видео. Устройства плавного пуска, как правило, при разгоне двигателя меняют частоту и величину питающего напряжения.

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:

Iп
=
Кп
·
Iн

Номинальный
ток
всегда
указан
на
шильдике
двигателя:

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.

Кратность
пускового
тока
.
На
шильдике
его
обычно
нет,
а
в
документации
и
на
сайтах
производителей
он
присутствует:

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!

Судя
по
каталогам
(их
можно
будет
скачать
в
конце
статьи,
как
обычно
у
меня),
пусковой
ток
превышает
номинальный
в
пределах
от
3,5
до
8,5
раз.

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:

1. Первый
   способ
   (лучший
   для
   теоретического
   изучения)
   –
   использовать
   осциллограф.
   Взять
   шунт
   (например,
   резистор
   0,1…0,5
   Ом,
   чем
   меньше
   по
   сравнению
   с
   обмотками,
   тем
   лучше),
   и
   посмотреть
   на
   нём
   осциллограмму
   в
   момент
   пуска.
   Далее
   из
   максимального
   амплитудного
   значения
   определяем
   действующее
   напряжение
   (поделить
   на
   корень
   из
   2),
   далее
   по
   закону
   Ома
   считаем
   пусковой
   ток.
   Можно
   ничего
   не
   умножать
   и
   не
   делить
   –
   просто
   измерить
   клещами
   ток
   в
   рабочем
   режиме,
   и
   умножить
   его
   на
   разницу
   токов
   на
   экране
   осциллографа.
   Способ
   хорош
   тем,
   что
   видно
   переходные
   процессы,
   вызванные
   ЭДС
   самоиндукции,
   мгновенные
   значения
   тока,
   длительность
   разгона.
   Кроме
   того,
   учитываются
   параметры
   питающей
   сети.
   Ещё
   плюс
   –
   пусковой
   ток
   измеряется
   реальный,
   на
   реальном
   двигателе
   и
   механизме.
2. Второй
   способ
   измерения
   пускового
   тока
   –
   подать
   на
   двигатель
   пониженное
   (в
   5-10
   раз)
   напряжение
   рабочей
   частоты
   и
   измерить
   ток.
   Почему
   пониженное?
   Это
   необходимо
   для
   того,
   чтобы
   ротор
   можно
   было
   легко
   зафиксировать,
   не
   допуская
   перегрева.
   Измеренный
   ток
   пересчитать,
   получим
   пусковой.
   Достаточно
   измерить
   ток
   на
   одной
   фазе.
   По
   другим
   токи
   будут
   (обязаны
   быть)
   такими
   же.
   Этот
   способ
   используют
   при
   производстве
   и
   испытаниях
   двигателей.
   Именно
   этим
   способом
   производители
   получают
   табличные
   данные.
   Способ
   опирается
   на
   номинальный
   ток,
   в
   реальности
   (на
   реальном
   механизме)
   пусковой
   ток
   может
   быть
   другим!
3. Измерить
   пусковой
   ток
   токоизмерительными
   клещами.
   Плюс
   этого
   способа
   –
   простота
   и
   оперативность.
   Клещи
   используют
   в
   большинстве
   случаев
   для
   проверки
   режимов
   работы
   двигателей.
   Минус
   –
   такие
   клещи
   достаточно
   инерционны,
   а
   нам
   нужно
   увидеть,
   что
   происходит
   за
   доли
   секунды.
   Но
   этот
   минус
   нивелируется,
   когда
   мы
   измеряем
   ток
   при
   пуске
   нагрузки
   с
   высоким
   моментом
   инерции
   (вентиляторы,
   насосы
   с
   массивными
   крыльчатками).
   Пуск
   длится
   более
   10
   сек,
   и
   на
   экране
   клещей
   всё
   видно.
   Добавлю,
   что
   есть
   клещи
   с
   функцией
   Inrush,
   которые
   могут
   измерять
   пусковой
   ток
   от
   0
   до
   максимума
   в
   течение
   времени
   интегрирования
   порядка
   100
   мс.
4. Трансформатор
   тока.
   Такой
   используется,
   например,
   в
   узлах
   учета
   электроэнергии
   –
   благодаря
   трансформатору
   тока
   нет
   необходимости
   измерять
   реальной
   ток,
   а
   можно
   измерить
   ток,
   уменьшенный
   в
   точно
   известное
   количество
   раз.
   Так
   же
   измеряют
   ток
   в
   электронных
   пусковых
   устройствах
   (преобразователях
   частоты,
   софтстартерах).
   Минус
   способа
   –
   трансформатор
   тока
   рассчитан
   на
   частоту
   50/60
   Гц,
   а
   переходные
   процессы
   во
   время
   пуска
   имеют
   широкий
   спектр
   и
   много
   гармоник.
   Поэтому
   можно
   сказать,
   что
   такой
   способ
   тоже
   обладает
   высокой
   инерционностью.

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.

Теперь
разберём
другой
вопрос
–

Какой
вред
от
пускового
тока?

Пусковой
ток
–
это
проблема.
Это
–

• перегрузка
  питающей
  сети,
  приводящая
  к
  нагреву
  (вплоть
  до
  отгорания
  контактов)
  и
  проседанию
  напряжения;
• чрезмерный
  износ,
  перегрузка
  и
  перегрев
  двигателя,
  у
  некоторых
  производителей
  среди
  параметров
  двигателя
  указывается
  максимальное
  количество
  пусков
  в
  час
  или
  в
  сутки
  –
  именно
  из-за
  перегрева;
• износ
  и
  перегрузка
  механического
  привода
  (подшипники,
  редукторы,
  ремни),
  особенно
  обладающего
  большим
  моментом
  инерции,
• помехи,
  вызванные
  включением
  контакторов,
  которые
  передаются
  не
  только
  по
  проводам,
  но
  и
  через
  электромагнитное
  поле,
• проблемы
  с
  технологией
  –
  многие
  процессы
  нельзя
  начинать
  резко.

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.

Поэтому
разберём,

Как
уменьшить
пусковой
ток
асинхронного
двигателя

Решить
проблему
большого
пускового
тока
электрически
можно
двумя
путями:

1. Вначале
   подавать
   на
   двигатель
   пониженное
   напряжение,
   а
   затем,
   по
   мере
   разгона,
   напряжение
   и
   скорость
   вращения
   поднять
   до
   номинального
   значения.
   Такой
   способ
   применяется
   в
   электронных
   устройствах
   запуска
   двигателей
   –

   софтстартерах
   (УПП)
   и
   преобразователях
   частоты
   (частотниках).

2. Использовать
   ограничители
   пускового
   тока,
   когда
   при
   пуске
   двигатель
   питается
   через
   мощные
   резисторы,
   а
   потом
   по
   таймеру
   переключается
   на
   номинал.
   Сопротивление
   резисторов
   соизмеримо
   с
   сопротивлением
   обмотки
   стартера
   (единицы
   Ом,
   в
   зависимости
   от
   мощности).
   Это
   устройство
   легко
   сделать
   самому
   (контактор
   +

   реле
   времени).

3. Сразу
   подавать
   полное
   напряжение,
   но
   сначала
   подключать
   обмотки
   так
   хитро,
   чтобы
   двигатель
   не
   раскручивался
   на
   полную
   мощность.
   И
   только
   когда
   в
   этом
   режиме
   двигатель
   раскрутится
   насколько
   это
   возможно,
   включать
   его
   на
   полную.
   Эта
   схема
   называется

   “Звезда
   –
   Треугольник”,
   читайте
   в
   следующей
   статье.

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:

1. На
   важные
   потребители
   или
   на
   весь
   дом

   установить
   инверторный
   ИБП
   (UPS),
   который
   будет
   держать
   напряжение
   в
   норме
   при
   любом
   раскладе.
   Самый
   дорогой,
   но
   действенный
   способ.

2. Поставить
   стабилизатор
   напряжения.
   Но
   учтите,
   что
   не
   все
   стабилизаторы
   одинаково
   полезны.
   Иногда
   они
   могут
   не
   справляться,
   а
   иногда
   –
   даже
   усугублять
   ситуацию.
   Подробнее
   –
   по
   приведенной
   ссылке.

3. Если
   питание
   –
   однофазное,
   то
   можно
   попробовать
   переключиться
   с
   “плохой”
   фазы
   на
   “хорошую”.
   Иногда
   этот
   способ
   так
   же
   эффективен,
   как
   использование
   телепорта
   вместо
   автобуса
   “Таганрог-Москва”.

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?

Пример:

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.

Сравните:

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:

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:

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:

Подопытный
–
мотор-редуктор,
который
через
цепную
передачу
крутит
вертикальный
шнек:

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).

Ситуация
по
пусковому
току
видна
на
осциллографе:

Приблизим
интересующий
момент,
ускорив
развертку
до
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):

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:

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:
2940
раз./

Величина пускового тока, необходимого для приведения двигателя в действие, существенно (иногда в 8-10 раз) превышает показатели тока, который подается для работы в нормальном режиме. Результатом резкого роста потребления энергии становится падение напряжения в питающих электросетях, что может повлечь за собой:

• проблемы с другими подключенными к сети приборами;
• более скорый износ узлов самого двигателя (этому способствует рывок при запуске).

Свести отрицательное воздействие к минимуму возможно, используя дополнительные устройства. Параметры вспомогательного оборудования определяют, исходя из значения пускового тока для данной модели двигателя.

Как посчитать пусковой ток электродвигателя

Разобраться, как посчитать пусковой ток электродвигателя, можно самостоятельно, ознакомившись с технической документацией к агрегату и формулами для расчета. Сначала вам потребуется определить величину номинального тока (IH, зависит от типа двигателя). Для этого предусмотрены следующие формулы (все необходимые данные есть в техпаспорте к оборудованию):

• 1000PH/(ηHUH) для двигателей постоянного тока;
• 1000PH/(UHcosφH√ηH) для устройств переменного тока.

Далее проводится собственно расчет значения пускового тока (IП) по формуле Кп (кратность постоянного тока к номинальному показателю, указана в техдокументации)*IH.

Способы уменьшения пускового тока

Проблема снижения пускового тока и более плавной подачи напряжения решается с помощью специального оборудования:

• софтстартеров и устройств плавного пуска;
• автоматических выключателей соответствующего типа отключения (B, D или C).

Грамотный подход к расчету значения пускового тока для электрического двигателя позволит вам получить точные результаты и подобрать наиболее эффективные средства защиты линии включения.

Как рассчитать пусковой ток

Пусковым называется ток, потребляемый электродвигателем при включении в электросеть. Поскольку величина пускового тока может во много раз превышать номинальную, его необходимо ограничивать, подобрав автоматические выключатели с необходимой токовой характеристикой, защищающей линию включения этого электродвигателя или их группы. Для этого и нужно рассчитать пусковой ток.

Вам понадобится

• Техническая документация на электродвигатель.

Инструкция

Определите тип электродвигателя. Это может быть электродвигатель постоянного тока или трехфазного переменного тока. Рассчитайте номинальный ток электродвигателя постоянного тока в амперах, используя формулу: IH=1000PH/(ηHUH), а номинальный ток электродвигателя трехфазного тока по формуле: IH=1000PH/(UHcosφH√ηH), где:Рн — номинальная мощность двигателя, квт;UH — номинальное напряжение двигателя, в;ηH — номинальный коэффициент полезного действия двигателя;cos фн — номинальный коэффициент мощности двигателя. Данные о номинальной мощности, номинальном напряжении, КПД и коэффициенте мощности возьмите из технической документации электродвигателя.

Вычислите величину пускового тока в амперах после расчета его номинальной величины. Для расчета используйте формулу:IП=IH*Кп, где IH — номинальная величина тока, а Кп — кратность постоянного тока к его номинальной величине. Просмотрите техническую документацию на электродвигатель, в ней должна быть указана кратность постоянного тока к его номинальной величине (Кп). Умножьте это число на получившуюся величину номинального тока и получите величину пускового тока в амперах. Рассчитайте ее для каждого электродвигателя, находящегося в цепи.

Подберите автоматический выключатель для защиты линии включения в зависимости от получившейся величины пускового тока по всем электродвигателям в цепи. Для выбора необходимо знать, что автоматические выключатели могут быть типа отключения В, С и Д. Выключатели с характеристикой отключения типа В подойдут для осветительных сетей общего назначения, с характеристикой отключения типа С служат для размыкания осветительных цепей и установок с умеренными пусковыми токами (двигатели и трансформаторы). Для цепей с активно-индуктивной нагрузкой, а также для защиты электродвигателей с большими пусковыми токами обычно применяются использовать выключатели с характеристикой типа D. Определив тип выключателя, подберите нужный в зависимости от получившейся величины пускового тока.

Видео по теме

Обратите внимание

У автоматических выключателей с характеристикой типа С перегрузочная способность магнитного размыкателя вдвое выше по сравнению с выключателями с характеристикой типа B.

Источники:

• Онлайн-электрик
• пусковой ток электродвигателя

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?