Как рассчитать защиту электродвигателя?

Защита электродвигателя: основные виды, схемы подключения и принцип работы. Инструкция как установить своими руками

Наверно все знают, что различные устройства работают на основе электрических двигателей. Но для чего нужна защита электродвигателей осознает лишь малая часть пользователей. Оказывается они могут сломаться в результате различных непредвиденных ситуаций.

Чтобы избежать проблем с высокими затратами на ремонт, неприятных простоев и дополнительных материальных потерь используются качественные защитные устройства. Далее разберемся в их устройстве и возможностях.

Как создается защита для электродвигателя?

Постепенно рассмотрим основные устройства защиты электродвигателей и особенности их эксплуатации. Но сейчас расскажем об трех уровнях защиты:

• Внешняя версия защиты для предохранения от короткого замыкания. Обычно относится к разным видам либо представлена в виде реле. Они обладают официальным статусом и обязательны к установке согласно нормам безопасности на территории РФ.
• Внешняя версия защиты электродвигателей от перегрузки помогает предотвратить опасные повреждения либо критические сбои в процессе работы.
• Встроенный тип защиты спасет в случае заметного перегрева. И это защитит от критических повреждений либо сбоев в процессе эксплуатации. В этом случае обязательны выключатели внешнего типа иногда применяется реле для перезагрузки.

Из-за чего отказывает электродвигатель?

В процессе эксплуатации иногда появляются непредвиденные ситуации, останавливающие работу двигателя. Из-за этого рекомендуется заранее обеспечить надежную защиту электродвигателя.

Можете ознакомиться с фото защиты электродвигателя различного типа чтобы иметь представление о том, как она выглядит.

Рассмотрим случаи отказа электродвигателей в которых с помощью защиты можно избежать серьезных повреждений:

• Недостаточный уровень электрического снабжения;
• Высокий уровень подачи напряжения;
• Быстрое изменение частоты подачи тока;
• Неправильный монтаж электродвигателя либо хранения его основных элементов;
• Увеличение температуры и превышение допустимого значения;
• Недостаточная подача охлаждения;
• Повышенный уровень температуры окружающей среды;
• Пониженный уровень атмосферного давления, если эксплуатация двигателя происходит на увеличенной высоте на основе уровня моря;
• Увеличенная температура рабочей жидкости;
• Недопустимая вязкость рабочей жидкости;
• Двигатель часто выключается и включается;
• Блокирование работы ротора;
• Неожиданный обрыв фазы.

Чтобы защита электродвигателей от перегрузки справилась с перечисленными проблемами и смогла защитить основные элементы устройства необходимо использовать вариант на основе автоматического отключения.

Часто для этого используется плавкая версия предохранителя, поскольку она отличается простотой и способна выполнить много функций:

Версия на основе плавкого предохранительного выключателя представлена аварийным выключателем и плавким предохранителем, соединенных на основе общего корпуса. Выключатель позволяет размыкать либо замыкать сеть с помощью механического способа, а плавкий предохранитель создает качественную защиту электродвигателя на основе воздействия электрического тока. Однако выключателем пользуются в основном для процесса сервисного обслуживания, когда необходимо остановить передачу тока.

Плавкие версии предохранителей на основе быстрого срабатывания считаются отличными защитниками от коротких замыканий. Но непродолжительные перегрузки могут привести к поломке предохранителей этого вида. Из-за этого рекомендуется использовать их на основе воздействия незначительного переходного напряжения.

Важно: Автоматические версии выключателей отличаются по уровню тока для срабатывания. Из-за этого лучше использовать выключатель способный выдержать максимальный ток в процессе короткого замыкания, появляющегося на основе данной системы.

Тепловое реле

В различных устройствах используется тепловое реле для защиты двигателя от перегрузок под воздействием тока либо перегрева рабочих элементов. Оно создается с помощью металлических пластин, обладающих различным коэффициентом расширения под воздействием тепла. Обычно его предлагают в связке с магнитными пускателями и автоматической защитой.

Автоматическая защита двигателя

Автоматы для защиты электродвигателей помогают обезопасить обмотку от появления короткого замыкания, защищают от нагрузки либо обрыва любой из фаз. Их всегда используют в качестве первого звена защиты в сети питания мотора. Потом используется магнитный пускатель, если необходимо он дополняется тепловым реле.

Каковы критерии выбора, подходящего автомата:

• Необходимо учитывать величину рабочего тока электродвигателя;
• Количество, использующихся обмоток;
• Возможность автомата справляться с током в результате короткого замыкания. Обычные версии работают на уровне до 6 кА, а лучшие до 50 кА. Стоит учитывать и скорость срабатывания у селективных менее 1 секунды, нормальных меньше 0,1 секунды, быстродействующих около 0,005 секунды;
• Размеры, поскольку большая часть автоматов можно подключать с помощью шины на основе фиксированного типа;
• Вид расцепления цепи – обычно применяется тепловой либо электромагнитный способ.

Универсальные блоки защиты

Различные универсальные блоки защиты электродвигателей помогают уберечь двигатель с помощью отключения от напряжения либо блокированием возможности запуска.

Они срабатывают в таких случаях:

• Проблемы с напряжением, характеризующиеся скачками в сети, обрывами фаз, нарушением чередования либо слипания фаз, перекосом фазного или линейного напряжения;
• Механической перегруженности;
• Отсутствие крутящего момента для вала ЭД;
• Опасных эксплуатационной характеристике изоляции корпуса;
• Если произошло замыкание на землю.

Хотя защита от понижения напряжения, может быть, организована и другими способами мы рассмотрели основные из них. Теперь у вас есть представление о том зачем необходимо защищать электродвигатель, и как это осуществляется с помощью различных способов.

Фото защиты электродвигателя

Источник: https://electrikmaster.ru/zashhita-elektrodvigatelya/

Расчет уставок для цифровых устройств релейной защиты. Часть 3

Разместить публикацию Мои публикации Написать

Гондуров С.А., Михалев С.В., Пирогов М.Г., Захаров О.Г.
НТЦ «Механотроника», С-Петербург

В первой части данной работы [1] были рассмотрены примеры расчета уставок токовой отсечки, а во второй [2] — пример расчета уставок дифференциальных защит с применением дифференциальной токовой отсечки, уставки по току срабатывания которых меньше номинального тока электродвигателя.

Продолжим рассмотрение методик расчета уставок для цифровых устройств релейной защиты.

Часть 3. Алгоритм дифференциальной защиты электродвигателя с торможением

На рис. 3 в предыдущей части была приведена обобщенная структурная схема алгоритма торможения [3].

В блоках серий БМРЗ и БМРЗ-100, используемых для защиты электрических машин и трансформаторов, применяется алгоритм торможения, характеристика которого имеет два участка (рис. 7)

На рис. 7 приняты такие обозначения для уставок, задаваемых пользователем

•  — уставка по начальному дифференциальному току срабатывания;
•  — начальный ток торможения на участке б;
•  — коэффициент торможения на втором участке тормозной характеристики.
•  — коэффициент торможения на втором участке тормозной характеристики
•  — коэффициент торможения на третьем участке тормозной характеристики

Для получения тормозной характеристики, подобной показанной ранее на рис. 4 (без изменения угла наклона в точке), необходимо уставку  задать равной .

Расчет значений всех токов производят по алгоритму, показанному на рис. 8, где начальные значения переменных обозначены как

Остальные обозначения следующие:

•  — действующее значение дифференциального тока фазы А;
•  — действующее значение тока торможения фазы А;
•  – признак срабатывания реле по дифференциальному току фазы А.

3.1 Расчет уставок защиты для асинхронного двигателя с устройством плавного пуска

Методика расчета сопровождается практическими примерами, в которых используется асинхронный электродвигатель АО-3150-6000.

Исходные данные для расчета:

• Мощность на валу двигателя:
• Коэффициент мощности:
• Напряжение:
• КПД:
• Кратность пускового тока:

Значение тока трехфазного КЗ на вводах питания электродвигателя и на вводах устройства плавного пуска (УПП):

Пуск двигателя плавный, в соответствии с настройками УПП, максимальная кратность пускового тока:

Двигатель участвует в самозапуске (в том числе и при переключении ячеек питания).

Максимальное сопротивление токовых цепей со стороны питания электродвигателя (по проекту) – не более 0,5 Ом.

Максимальное сопротивление токовых цепей со стороны нейтрали электродвигателя (по проекту) – не более 1 Ом.

 Схема с УПП асинхронного электродвигателя АО-3150-6000 и цифровыми блоками релейной защиты БМРЗ приведена на рис. 9.

 Для расчета уставок защиты необходимо знать номинальный ток электродвигателя. Если значение этой характеристики не приведено в документации электродвигателя, то для еѐ определения используем формулу (1), приведенную в [1].

Пример 3: 

3.12Номинальный ток электродвигателя АО-3150-6000 согласно формуле (1) равен:

По расчетному значению номинального тока выбирает трансформаторы тока типа ТЛМ10-5-82 с сердечником типа Р и коэффициентом трансформации .

Для трансформатора тока этого типа погрешность не превышает 10 % при кратности тока до 22 (400 х 22 = 8800 А).

При этом максимальное сопротивление токовых цепей не должно превышать 0,5 Ом [3].

Определим максимальный бросок пускового тока (см. рис. 2 в [1]), учитывая что данный электродвигатель участвует в процессе самозапуска, в том числе и при переключении ячеек питания. В этом случае значение , полученное по формуле (2), нужно увеличить в 1,4 раза 

Пример 3: 

3.2 Максимальный бросок пускового тока при самозапуске составит: 

Ток срабатывания токовой отсечки выбираем равным или большим полученного расчетного значения броска пускового тока, т.е.

Пример 3:

3.3 Вычисляем

Из соотношения (6-4) видно, что для выбранных трансформаторов тока соотношение (6) выполняется, так погрешность трансформаторов тока не будет превышать 10%. Поэтому можно продолжать расчет.

В связи с тем, что в [2] возможность использования дифференциальной токовой защиты связана с коэффициентом чувствительности ТО, необходимо определить значение тока двухфазного КЗ на вводах питания электродвигателя по формуле (7) [1]: 

Пример 3: 

3.4 Расчетный ток двухфазного КЗ на вводах питания электродвигателя:

Коэффициент чувствительности, представляет собой отношение расчетного значения фазного тока при металлическом КЗ в пределах защищаемой зоны к фазному току, соответствующему срабатыванию защиты.

Значение коэффициента чувствительности kч вычисляем по формуле (8) [1]: 

Пример 3: 

3.5 Коэффициент чувствительности:

Расчетное значение максимального тока небаланса , соответствующее максимальному броску пускового тока электродвигателя Iбр.пуск находим по формуле (9), приведенной в [2].

Для вычисления по этой формуле необходимо знать полную  относительную погрешности трансформатора тока  — при токе, соответствующем максимальному броску апериодической составляющей пускового тока электродвигателя (для ТТ, установленных со стороны нейтрали электродвигателя). 

Для определения этой погрешности можно воспользоваться типовой кривой намагничивания [5] (см. также рис. 5 в [2]). Однако для повышения точности расчета необходимо использовать кривую намагничивания для того типа трансформатора тока, который использован в системе защиты.

Для дальнейшего расчета по кривой, приведенной на рис. 5, принимаем значения .

Пример 3: 

3.5 Расчетное значение расчетное значение максимального тока небаланса , соответствующее максимальному значению броска пускового тока электродвигателя с учѐтом апериодической составляющей :

Основная относительная погрешность измерения дифференциального тока цифровым устройством и складывается из погрешностей измерения двух токовых каналов, погрешность каждого — 2,5%; 

Технологический запас, обусловленный наличием дополнительной погрешности измерения устройством, в данном расчете принимаетсяb равным половине основной погрешности измерения дифференциального тока ( ). 

Максимальный ток небаланса в цепях дифференциальной защиты находим по формуле (10) [2] в которой учтено значение коэффициента отстройки :

Пример 3:

3.6 Используя полученное в формуле (9-2) значение, находим:

Коэффициент торможения дифференциальной находим по формуле (11) [2], а результат округляем в большую сторону (до сотых долей):

3.7 Вычисляем

Следующий этап расчета – определение уставки срабатывания дифференциальной токовой отсечки ДТО по формуле (12) [2]: 

Пример 3:

3.8 Подставив полученные ранее значения коэффициента торможения и максимального броска пускового тока в формулу (12), получим значение уставки IДТО:

Расчет уставки начнем с определения максимального тока небаланса при номинальном токе электродвигателя по формуле (13) [2]: 

Пример 3: 

3.9 Подставив полученные ранее значения в формулу (13) получим:

В связи с тем, что по заданию ток срабатывания ДЗТ должен превышать номинальный ток двигателя, то в формулу для определения уставки (14) [2] подставляем значения номинального тока электродвигателя и коэффициента отстройки :

Пример 3:

3.10 Учитывая сказанное, значение уставки Iдзт равно:

Для построения характеристики ДЗТ определим значения тока торможения , при котором происходит излом характеристики дифференциальной защиты по формуле (16) [2]: 

Пример 3:

3.11 Учитывая сказанное, значение тока торможения Iторм1 равно:

Получив значение тока торможения, проверяем трансформаторы, установленные в нейтрали электродвигателя. Такая проверка необходима потому, что сопротивление токовых цепей со стороны нейтрали (по проекту – 1 Ом) выше, чем сопротивление токовых цепей со стороны питания [по проекту 0, 5 Ом, см. формулу (6-4)]. 

Увеличение сопротивления токовых цепей приводит к уменьшению кратности тока, при которой погрешность трансформатора тока данного типа не превышает 10%, до 15 [3]. 

Проверяем выполнения соотношения (6) [1] для расчетного значения тока торможения : 

Пример 3: 

3.12 Подставив значения в соотношение (6), получим:

Выполнение соотношения (6-5) позволяет использовать выбранные трансформаторы тока в данной схеме защиты. Характеристика дифференциальной токовой защиты, построенная по результатам расчета приведена на рис. 10.

Проверяем чувствительность ДЗТ и ДТО, для чего находим значения коэффициентов чувствительности защиты при двухфазном КЗ на вводах питания электродвигателя по формуле (17) [2]:

Пример 3:

3.13 Подставив значения в формулу (17) получим:

Выдержка времени для ДТО и ДЗТ устанавливается нулевой. 

Для исключения ложного срабатывания дифференциальных защит вводим их блокирование при снижении максимального из трѐх фазных токов со стороны питания электродвигателя ниже 75% тока холостого хода.

 Таким образом, в ячейке питания двигателя при непосредственном пуске в блоке БМРЗ предусмотрено три защиты – ТО, ДТО и ДЗТ. 

Продолжим расчет уставок для блока БМРЗ, установленного в ячейке, обеспечивающей питание устройства плавного пуска УПП электродвигателя. 

Ток срабатывания ТО выбираем таким же, как ранее, т.е. . В ранее выполненных расчетах было показано, что условие (6) выполняется [см. (6-4)], поэтому для этой части схемы защиты можно использовать трансформаторы тока ТЛМ10-5-82 с сердечником типа Р и коэффициентом трансформации 400/5 при сопротивлении токовых цепей не превышающем 1 Ом.

Значение тока двухфазного КЗ на вводах питания УПП при одинаковых исходных данным буде равно ранее вычисленному по формуле (7-3) значению, т.е. .

Коэффициент чувствительности для выбранного тока срабатывания ТО и рассчитанного значения двухфазного тока КЗ будет аналогичен найденному ранее по формуле (8-3), т.е. 1,32. В связи с тем, что коэффициент чувствительности меньше 2, то в блоке БМРЗ, установленном в этой ячейке, помимо токовой отсечки ТО необходимо применить дифференциальную токовую отсечку ДТО (см. рис. 9)

где — предельная кратность пускового тока, задаваемая при настройке устройства плавного пуска (УПП).

Значение kУПП выбирают из диапазона 3 ÷ 4 или ориентируются на указания, приведенные в документации на УПП. 

Пример 3:

3.14 Подставив значения в формулу (18) получим:

Уставку срабатывания ДТО находят по формуле (19):

Пример 3:

3.15 Подставив значения в формулу (19) получим:

Проверим выполнение соотношения (6) и убедимся, что трансформаторы тока обеспечивают погрешность не более 10% для данного значения уставки срабатывания и сопротивления токовых цепей.

Для проверки чувствительности ДТО найдем коэффициент чувствительности защиты при двухфазном КЗ на вводах питания электродвигателя по формуле (17): 

Пример 3: 

3.16 Подставив значения в формулу (17) получим:

Поскольку значение коэффициента чувствительности больше 2, данная защита удовлетворяет требованиям ПУЭ. 

По полученным при расчете данным строим характеристику защиты (рис. 11).

Для данной защиты принимаем выдержку времени равной нулю. 

Применять дифференциальную токовую защиту с торможением в ячейке с УПП нецелесообразно. 

Литература

1. Гондуров С.А., Михалев С.В., Пирогов М.Г., Захаров О.Г. Расчет уставок для цифровых устройств релейной защиты. Токовая отсечка. //Материал размещен на странице: http://bmrz-zakharov.narod.ru/raschet/to.htm
2. Гондуров С.А., Михалев С.В., Пирогов М.Г., Захаров О.Г. Расчет уставок для цифровых устройств релейной защиты. Дифференциальная защита электродвигателя. //Материал размещен на странице http://bmrz-zakharov.narod.

   ru/raschet/DZT_DTO.htm 

3. Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. М.: Энергия, 1980.
4. Правила устройства электроустановок. М.: Госэнергонадзор России, 1998, 608 с. 
5. Шабад М.А. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты. Экспериментальная и расчетная проверки. Конспект лекций. СПб, ПЭИПК, 2010.
6. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. М.: Энергоатомиздат, 2007, 549 с.

7. Александров А.М. Выбор уставок срабатывания защит асинхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ. М.: Энергоатомиздат, 1987/
8. Информация об алгоритмах, выполняемых блоками БМРЗ и БМРЗ-100 различных исполнений и модификаций // Материал размещен на странице: http://bmrz-zakharov.narod.ru/algoritmy.htm
9. Алгоритмы защиты, выполняемые БМРЗ// Материал размещен на странице: http://bmrz-zakharov.narod.ru/new/_ANSI.

   htm

1044

Закладки

Источник: https://energoboard.ru/post/390/

Как правильно подобрать электродвигатель

Типы электродвигателей
   По виду питающего тока
   Синхронные электродвигатели
   Асинхронные электродвигатели
   Вентильные электродвигатели
Расчет мощности
Расчет пускового тока
Режимы работы
Климатическое исполнение
Энергоэффективность

Электродвигатель – механизм, преобразующий энергию электрического тока в кинетическую энергию. Современное производство и быт сложно представить без машин с электроприводом. Они используются в насосном оборудовании, системах вентиляции и кондиционирования, в электротранспорте, промышленных станках различных типов и т.д.

При выборе электродвигателя необходимо руководствоваться несколькими основными критериями:

• вид электрического тока, питающего оборудование;
• мощность электродвигателя;
• режим работы;
• климатические условия и другие внешние факторы.

Электродвигатели постоянного и переменного тока

В зависимости от используемого электрического тока двигатели делятся на две группы:

• приводы постоянного тока;
• приводы переменного тока.

Электродвигатели постоянного тока сегодня применяются не так часто, как раньше. Их практически вытеснили асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Главный недостаток электродвигателей постоянного тока – возможность эксплуатации исключительно при наличии источника постоянного тока или преобразователя переменного напряжения в постоянный ток. В современном промышленном производстве обеспечение данного условия требует дополнительных финансовых затрат.

Тем не менее, при существенных недостатках этот тип двигателей отличается высоким пусковым моментом и стабильной работой в условиях больших перегрузок. Приводы данного типа чаще всего применяются в металлургии и станкостроении, устанавливаются на электротранспорт.

Принцип работы электродвигателей переменного тока построен на электромагнитной индукции, возникающей в процессе движения проводящей среды в магнитном поле. Для создания магнитного поля используются обмотки, обтекаемые токами, либо постоянные магниты.

Электродвигатели переменного тока подразделяются на синхронные и асинхронные. У каждой подгруппы есть свои конструктивные и эксплуатационные особенности.

Синхронные электродвигатели

Синхронные двигатели – оптимальное решение для оборудования с постоянной скоростью работы: генераторов постоянного тока, компрессоров, насосов и др.

Технические характеристики синхронных электродвигателей разных моделей отличаются. Скорость вращения колеблется в диапазоне от 125 до 1000 оборотов/мин, мощность может достигать 10 тысяч кВт.

В конструкции приводов предусмотрена короткозамкнутая обмотка на роторе. Ее наличие позволяет осуществлять асинхронный пуск двигателя. К преимуществам оборудования данного типа относятся высокий КПД и небольшие габариты. Эксплуатация синхронных электродвигателей позволяет сократить потери электричества в сети до минимума.

Асинхронные электродвигатели

Асинхронные электродвигатели переменного тока получили наибольшее распространение в промышленном производстве. Особенностью данных приводов является более высокая частота вращения магнитного поля по сравнению со скоростью вращения ротора.

В современных двигателях для изготовления ротора используется алюминий. Легкий вес этого материала позволяет уменьшить массу электродвигателя, сократить себестоимость его производства.

КПД асинхронного двигателя падает почти вдвое при эксплуатации в режиме низких нагрузок – до 30-50 процентов от номинального показателя. Еще один недостаток таких электроприводов состоит в том, что параметры пускового тока почти втрое превышают рабочие показатели. Для уменьшения пускового тока асинхронного двигателя используются частотные преобразователи или устройства плавного пуска.

Асинхронные электродвигатели удовлетворяют требованиям разных промышленных применений:

• Для лифтов и другого оборудования, требующего ступенчатого изменения скорости, выпускаются многоскоростные асинхронные приводы.
• При эксплуатации лебедок и металлообрабатывающих станков используются электродвигатели с электромагнитной тормозной системой. Это обусловлено необходимостью остановки привода и фиксации вала при перебоях напряжения или его исчезновения.
• В процессах с пульсирующей нагрузкой или при повторно-кратковременных режимах могут использоваться асинхронные электродвигатели с повышенными параметрами скольжения.

Вентильные электродвигатели

Группа вентильных электродвигателей включает в себя приводы, в которых регулирование режима эксплуатации осуществляется посредством вентильных преобразователей.

К преимуществам данного оборудования относятся:

• Высокий эксплуатационный ресурс.
• Простота обслуживания за счет бесконтактного управления.
• Высокая перегрузочная способность, которая в пять раз превышает пусковой момент.
• Широкий диапазон регулирования частоты вращения, который почти вдвое выше диапазона асинхронных электродвигателей.
• Высокий КПД при любой нагрузке – более 90 процентов.
• Небольшие габариты.
• Быстрая окупаемость.

Мощность электродвигателя

В режиме постоянной или незначительно изменяющейся нагрузки работает большое количество механизмов: вентиляторы, компрессоры, насосы, другая техника. При выборе электродвигателя необходимо ориентироваться на потребляемую оборудованием мощность.

Определить мощность можно расчетным путем, используя формулы и коэффициенты, приведенные ниже.

Мощность на валу электродвигателя определяется по следующей формуле:

где: Рм – потребляемая механизмом мощность;

ηп – КПД передачи.

Номинальную мощность электродвигателя желательно выбирать больше расчетного значения.

где: K3 – коэффициента запаса, он равен 1,1-1,3; g –ускорение свободного падения; Q – производительность насоса; H – высота подъема (расчетная); Y – плотность перекачиваемой насосом жидкости; ηнас – КПД насоса;

ηп – КПД передачи.

Давление насоса рассчитывается по формуле:

Формула расчета мощности электродвигателя для компрессора

Мощность поршневого компрессора легко рассчитать по следующей формуле:

где: Q – производительность компрессора; ηk – индикаторный КПД поршневого компрессора (0,6-0,8); ηп – КПД передачи (0,9-0,95);

K3 – коэффициент запаса (1,05 -1,15).

Значение A можно рассчитать по формуле:

или взять из таблицы

p2, 105Па	3	4	5	6	7	8	9	10
A, 10-3 Дж/м³	132	164	190	213	230	245	260	272

Формула расчета мощности электродвигателя для вентиляторов

где:
K3 – коэффициент запаса. Его значения зависят от мощности двигателя:

• до 1 кВт – коэффициент 2;
• от 1 до 2 кВт – коэффициент 1,5;
• 5 и более кВт – коэффициент 1,1-1,2.

Q – производительность вентилятора; H – давление на выходе; ηв – КПД вентилятора;

ηп – КПД передачи.

Приведенная формула используется для расчета мощности осевых и центробежных вентиляторов. КПД центробежных моделей равен 0,4-0,7, а осевых вентиляторов – 0,5-0,85.

Остальные технические характеристики, необходимые для расчета мощности двигателя, можно найти в каталогах для каждого типа механизмов.

ВАЖНО! При выборе электродвигателя запас мощности должен быть, но небольшой. При значительном запасе мощности снижается КПД привода. В электродвигателях переменного тока это приводит еще и к снижению коэффициента мощности.

Пусковой ток электродвигателя

Зная тип и номинальную мощность электродвигателя, можно рассчитать номинальный ток.

Номинальный ток электродвигателей постоянного тока

Номинальный ток трехфазных электродвигателей переменного тока

где: PH – номинальная мощность электродвигателя; UH — номинальное напряжение электродвигателя, ηH — КПД электродвигателя;

cosfH — коэффициент мощности электродвигателя.

Номинальные значения мощности, напряжения и КПД можно найти в технической документации на конкретную модель электродвигателя.

Зная значение номинального тока, можно рассчитать пусковой ток.

Формула расчета пускового тока электродвигателей

где: IH – номинальное значение тока;

Кп – кратность постоянного тока к номинальному значению.

Пусковой ток необходимо рассчитывать для каждого двигателя в цепи. Зная эту величину, легче подобрать тип автоматического выключателя для защиты всей цепи.

Режимы работы электродвигателей

Режим работы определяет нагрузку на электродвигатель. В некоторых случаях она остается практически неизменной, в других может изменяться. Характер предполагаемой нагрузки обязательно учитывается при выборе двигателя. Действующими стандартами предусмотрены следующие режимы эксплуатации:

Режим S1 (продолжительный). При таком режиме эксплуатации нагрузка остается постоянной в течение всего времени, пока температура электродвигателя не достигнет необходимого значения. Мощность привода рассчитывается по формулам, приведенным выше.

Режим S2 (кратковременный). При эксплуатации в этом режиме температура двигателя в период его включения не достигает установившегося значения. За время отключения электродвигатель охлаждается до температуры окружающей среды. При кратковременном режиме эксплуатации необходимо проверять перегрузочную способность электропривода.

Режим S3 (периодически-кратковременный). Электродвигатель работает с периодическими отключениями. В периоды включения и отключения его температура не успевает достигнуть заданного значения или охладиться до температуры окружающей среды. При расчете мощности двигателя обязательно учитывается продолжительность пауз и потерь в переходные периоды. При выборе электродвигателя важным параметром является допустимое количество включений за единицу времени.

Режимы S4 (периодически-кратковременный, с частыми пусками) и S5 (периодически-кратковременный с электрическим торможением). В обоих случаях работа двигателя рассматривается по тем же параметрам, что и в режиме эксплуатации S3.

Режим S6 (периодически-непрерывный с кратковременной нагрузкой). Работа электродвигателя в данном режиме предусматривает эксплуатацию под нагрузкой, чередующуюся с холостым ходом.

Режим S7 (периодически-непрерывный с электрическим торможением)

Режим S8 (периодически-непрерывный с одновременным изменением нагрузки и частоты вращения)

Режим S9 (режим с непериодическим изменением нагрузки и частоты вращения)

Большинство моделей современных электроприводов, эксплуатируемых продолжительное время, адаптированы к изменяющемуся уровню нагрузки.

Климатические исполнения электродвигателей

При выборе электродвигателя учитываются не только его технические характеристики, но и условия окружающей среды, в которых он будет эксплуатироваться.

Современные электроприводы выпускаются в разных климатических исполнениях. Категории маркируются соответствующими буквами и цифрами:

• У – модели для эксплуатации в умеренном климате;
• ХЛ – электродвигатели, адаптированные к холодному климату;
• ТС – исполнения для сухого тропического климата;
• ТВ – исполнения для влажного тропического климата;
• Т – универсальные исполнения для тропического климата;
• О – электродвигатели для эксплуатации на суше;
• М – двигатели для работы в морском климате (холодном и умеренном);
• В – модели, которые могут использоваться в любых зонах на суше и на море.

Цифры в номенклатуре модели указывают на тип ее размещения:

• 1 – возможность эксплуатации на открытых площадках;
• 2 – установка в помещениях со свободным доступом воздуха;
• 3 – эксплуатация в закрытых цехах и помещениях;
• 4 – использование в производственных и других помещениях с возможностью регулирования климатических условий (наличие вентиляции, отопления);
• 5 – исполнения, разработанные для эксплуатации в зонах повышенной влажности, с высоким образованием конденсата.

Энергоэффективность

Рациональное потребление энергии при сохраняющейся высокой мощности сокращает текущие производственные затраты при одновременном увеличении производительности электродвигателя. Поэтому при выборе привода обязательно учитывается класс энергоэффективности.

В технической документации и каталогах обязательно указывается класс энергоэффективности двигателя. Он зависит от показателя КПД.

Проводимые в тестовом и рабочем режимах экспериментальные исследования показывают, что электродвигатель мощностью 55 кВт высокого класса энергоэффективности сокращает потребление электроэнергии на 8-10 тысяч кВт ежегодно.

Другие полезные материалы:
Редуктор от «А» до «Я»
Как выбрать мотор-редуктор
Выбор преобразователя частоты
Подключение и настройка частотного преобразователя

Источник: https://tehprivod.su/poleznaya-informatsiya/vybor-elektrodvigatelya.html

Выбор автоматического выключателя 0,4кВ: расчет защиты, уставок для сетей и двигателей

Автоматический выключатель выбирается исходя из следующих условий:

1. Соответствие номинального напряжения выключателя Uн к номинальному напряжению сети Uс: Uн, Uс. (6.1)

2. Соответствие номинального тока расцепителя Iн.расц номинальному току нагрузки Iдн: Iн.расц , Iдн. (6.2)
3. Соответствие номинального тока расцепителя Iн.расц максимальному рабочему току Iраб.макс группы электроприемников (для вводных выключателей питания сборок и щитов) в длительном режиме: Iн.расц , Iраб.макс. (6.3).

4. Условие предельной коммутационной стойкости (ПКС): каталожное значение ПКС должно быть не менее максимального значения тока короткого замыкания (Iкз.макс), протекающего в цепи в момент расхождения контактов выключателя: ПКС > Iкз.макс. Это необходимо, чтобы автоматический выключатель смог выдержать токовые перегрузки при коротком замыкании в цепи.

Защита от перегрузки

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется из условий возврата защиты после окончания пуска или самозапуска электродвигателя:
где kн – коэффициент надежности, учитывающий некоторый запас по току, неточности настройки и разброс срабатывания защиты (1,0 – для современных АВ фирмы Schneider Electric, 1,15 – для АЕ20, А3700; 1,25 – для А3100, АП-50; 1,2 , 1,35 – для ВА51);

kв – коэффициент возврата защиты.

Защита считается эффективной, если:

Для выключателей с тепловым и электромагнитным (комбинированным) расцепителем условие (6.5) обеспечивается автоматически при выборе номинального тока расцепителя по условию (6.2). Наилучшая защита от перегрузки обеспечивается, если удается подобрать выключатель, имеющий Iн.расц = Iдн. В этом случае, имея в виду, что для термобиметаллических тепловых реле kв = 1, ток срабатывания защиты от перегрузки составит:

Токовая отсечка (для АВ с двухступенчатой ВТХ)

Токовую отсечку выключателя отстраивают от пускового тока электродвигателя, который состоит из периодической составляющей, почти неизменной в течение всего времени пуска, и апериодической составляющей, затухающей в течение нескольких периодов. Несрабатывание отсечки при пуске двигателя обеспечивается выбором токовой отсечки по выражению:

где kн.пуск = kз·kа·kр – коэффициент надежности отстройки отсечки от пускового тока электродвигателя;

1,05 – коэффициент, учитывающий, что в нормальном режиме может быть на 5% выше номинального напряжения электродвигателя;

kз – коэффициент запаса;

kр – коэффициент, учитывающий возможный разброс тока срабатывания отсечки относительно уставки.

Мгновенная токовая отсечка (для АВ с трехступенчатой ВТХ)

Для выключателей с трехступенчатой защитной характеристикой мгновенную отсечку выключателя отстраивают от пикового значения пускового тока электродвигателя:

Кроме того, токовая отсечка должна надежно защищать электродвигатель от минимального тока КЗ при повреждении в конце кабельной линии: где (1)

к.R I – минимальный ток однофазного КЗ в конце кабеля, вычисленный с учетом токоограничивающего действия дуги в месте повреждения.

Выбор уставок автоматических выключателей питания сборок и щитов

Выбор тока срабатывания отсечки выполняется по приводимым ниже условиям, из которых принимается наибольшее полученное значение. Соответствие данным условиям позволяет обеспечить селективную работу автоматических выключателей в разных частях электрический цепи.

1) Несрабатывание при максимальном рабочем токе Iраб.макс с учетом его увеличения в kсзп раз при самозапуске электродвигателей:

где kн = kз·kа·kр – коэффициент надежности отстройки отсечки от тока самозапуска.

Ток самозапуска Iсзп = kсзп· Iраб.макс определяется из расчетов самозапуска. При этом без ущерба для точности расчетов допускается считать, что электродвигатели запускаются из состояния покоя.

При отсутствии данных расчетов самозапуска, для отдельных сборок Iсзп принимается приближенно равным сумме пусковых токов электродвигателей и другой нагрузки сборки, участвующих в самозапуске:

где kil – кратность пускового тока l-ого двигателя с номинальным током Iднl.

С другой стороны, в соответствии с источником [11]:

где Iдн – суммарный номинальный ток электродвигателей;

ki – усредненное значение кратности пусковых токов электродвигателей.

Также существует третий способ расчета Iсзп:

где kii – кратность пускового тока i-ого двигателя номинальной мощностью Рднi.

2) Несрабатывание при полной нагрузке щита (сборки) и пуске наиболее мощного электродвигателя:

где kн – коэффициент надежности отстройки отсечки от тока самозапуска;

раб макс i I – сумма максимальных рабочих токов электроприемников, питающихся от щита или сборки, кроме двигателя с наибольшим пусковым током Iпуск.макс.

Выбор автоматических выключателей для защиты одиночных асинхронных электродвигателей

Применение изложенной методики продемонстрируем на примере защиты асинхронных электродвигателей 0,4 кВ энергоблока 63 МВт газомазутной ТЭЦ автоматическими выключателями Compact NS с электронными расцепителями. Электродвигатели и их параметры перечислены в табл.6.1.

На основании условий (6.1), (6.2) и (6.4) подберем автоматические выключатели и расцепители, результаты представим в табл.6.1.

Так как рассматриваются автоматические выключатели зарубежного производства, для описания их параметров перейдем к обозначениям МЭК:

• номинальный ток автоматического выключателя – Iн = In;

• номинальное напряжение автоматического выключателя Uн = Un;

• номинальный ток расцепителя – Iн.расц = Ir;

• предельная коммутационная способность ПКС = Icu;

• пусковой ток электродвигателя Iпуск = Ia;

• пиковое значение пускового тока электродвигателя Iпуск.max = Iр.

Более подробно о характеристиках автоматических выключателей можно почитать в нашей статье.

Источник: https://pue8.ru/vybor-elektrooborudovaniya/223-vybor-avtomaticheskih-vyklyuchateley.html