Выбор автомата для асинхронного двигателя

Автомат защиты двигателя

Защита электро двигателей — тип релейной защиты, как понятно из названия, которая разработана специально для защиты электрических двигателей. Электрические двигатели имеют широкое применение, как раньше было модно говорить «в народном хозяйстве», и использются для приведения в действие миханических устройств всех типов, следовательно их защита — очень важное задание для релейной защиты в целом.

Несколько примеров устройств и механизмов приводимых в действие электрическими двигателями:

• Кондиционеры, вентиляция, холодильные установки.
• Вентиляторы очистки воздуха, тепловые насосы.
• Системы подачи воды. 
• Лифты и другие подъемные механизмы.
• Промышленные конвееры и другие автоматические линии.

Все эти, и многие другие, устройства должны работать безперебойно. Двигатели, с помощью которых приводят в действие эти устройства, должны быть защищены при помощи защиты электро двигателей.

Что такое автомат для защиты электрических двигателей и какая его функция?

Защитный автомат электрических двигателей — специальное электромеханическое устройство, которое имеет несколько важных функций благодаря которым к двигателю подаеться качественная электрическая энергия:

• Защита против электрических повреждений, таких как короткое замыкание, замыкание на землю и межфазное замыкание. Защита электрических двигателей отключеат любую электрическую неисправность, в зависимости от установленной уставки срабатывания.
• Защита от перегрузок. Когда двигатель портебляет электрический ток со значением большим, чем указанное в его паспортной табличке, через некоторое время защита двигателей его отключает.
• Защита от ассиметрии фаз и от обрыва фазы. Оба эти фактора могут привести к серьезным повреждениям трехфазного двигателя поэтому защита электрических двигателей должна отключить его точно так же быстро как если бы было обнаружено повреждение. 
• Тепловая выдержка — для предотвращения немедленного включения двигателя отключенного после перегрузки, давая время двигателю охладиться. Перегретый двигатель может быть серьезно поврежден если его включить.
• Схема включения двигателя — защита электрических двигателей обычно оснащена кнопкой или циферблатом для его включения.
• Аварийные синалы — большинство защит электрических двигателей оснащены LED дисплеем на котором отображаеться информация когда сработала защита двигателя.  И двигатель не может быть вкючен до тех пор пока ошибка не будет обработана и следовательно неисправность будет устранена. 
• Автоматическое включение — многие модели защиты электрических двигателей оснащены автоматическим включением в сеть остывшего двигателя после его отключения в связи с перерузкой. 

Электрический двигатель достаточно дорогое оборудование, в связи с этим его защите должна быть определена особая роль.  Если двигатель не защищен должным образом, это может привести к его дорогостоящему ремонту или вовсе его замене. Электрический двигатель защищенный должным образом с помощью защиты имеет долгий срок эклплуатации.

Принцип работы защиты электрических двигателей

Автоматический выключатель двигателей можно рассматривать как термомагнитный автоматический выключатель но с дополнительными функциями, которые специально разработаны для защиты электрических двигателей. Основной принцип работы схож со всеми подобными автоматическими выключателями.

Тем не менее, если двигатель не запустится по каким-либо причинам, тепловая защита отключится в ответ на длительный пусковой ток.

• Термическая защита используется для защиты электрического двигателя от перегрузок. Она основывается на замыкании контактов которые отключают двигатель если происходит превышение заданного значения тока. Очень важно знать то, что термическая защита имеет некую задержку по времени для предотвращения отключения двигателя при большом скачке тока после его пуска.
• Магнитная защита используется при возникновении короткого замыкания, обрыве линии, или других авариях приводящих к повышению тока. В отличие от термической защиты, магнитная защита немедленного действия, мгновенно отключает опасное повреждение сопровождающееся увеличением тока.
• Основным отличием защиты двигателей от простого автоматического выключателя является то, что она обеспечивает защиту от не баланса фаз и обрыва фазы. Трехфазные двигатели, для эффективной работы, требуют симметричности фаз. И не баланс напряжений более чем на 2% негативно повлияет на срок службы электрического двигателя. И если одна из фаз будет утеряна это повлияет на двигатель еще более пагубно. Автоматический защитный выключатель двигателя способен это определить путем измерения напряжения между фазами и отключить его в тот момент, когда эта аварийная ситуация случается. Важно отметить, что перекос токов в трехфазной системе это нормальное явление так как нагрузка не равномерно распределяется между тремя фазами, но это неприемлемо относительно двигателя.
• Защита двигателя оснащена ручным выключателем двигателя, позволяя отключить двигатель от сети для ремонта или замены.
• Автоматические защитные выключатели двигателя доступны в широкой вариации по току срабатывания и одной из их лучших функций есть то, что это значение можно изменить. Это значит, что один и тот же автомат, благодаря этому, может быть использован для защиты двигателей разной мощности.

Защита асинхронных двигателей

Большинство двигателей используемых в промышленности являются асинхронными двигателями так же известны как двигатель с короткозамкнутым ротором или с ротором в виде беличьей клетки.

Эти двигатели питаются от трехфазной системы тока для создания движущего магнитного потока в статоре, который в свою очередь, наводит в роторе электродвижущую силу, в нем возникает ток и электромагнитный поток который создает движущий момент.

При разработке защиты асинхронных электродвигателей и выборе защитного выключателя существуют несколько очень важных моментов которые необходимо учитывать, которые не встречаются в других типах защит.

• Асинхронные двигатели имеют очень значительный пусковой ток потому, что им необходимо стабилизировать вращающий магнитный поток. Это ток может достигать значений от 500% до 700% от номинального значения на несколько долей милисекунд. В связи с этим, автоматический выключатель двигателя отключает значения тока превышающие номинальное в 10 раз, в отличие от не больших токовых защит которые отключают приблизительно трехкратный номинальный ток. В этом случае, использование любого другого выключателя, кроме автоматического выключателя двигателей, нецелесообразно, так как электромагнитная защита отключит автомат и следовательно отключит двигатели как только они начнут запускаться. Для того, чтобы уменьшить пусковой ток, очень распространенная практика дополнять автоматический выключатель двигателя устройством понижения напряжения запуска двигателя.
• Асинхронные двигатели нуждаются в симметричном трехфазном напряжении для правильной работы. Если не баланс фаз более 2% электрический двигатель постоянно повреждается и будет иметь уменьшенный срок службы. Электрический двигатель также постоянно подвержен нагреванию, что вызывает дополнительные потери в двигателе на нагревание. В этом случае, защита электрических двигателей должна выявлять не баланс фаз и вовремя отключать двигатель.
• Eсли одна из фаз полностью отключилась — двигатель будет работать, но ток в оставшихся двух фазах возрастет выше паспортного значения из-за электрического не баланса и может вызвать загорание обмоток двигателя. В связи с этим, защита двигателей должна мгновенно отключать двигатель после возникновения значительного перекоса фаз или обрыва фазы. Обычно это достигается измерением необходимых параметров в фазных проводниках. Перекос фаз определяется ели один из фазных токов значительно возрос или уменьшился по сравнению с оставшимися фазами. Соответственно в одной из фаз тока не будет при потере фазы.

Какие виды автоматов используются для защиты асинхронных двигателей?

Производители предлагают три вида выключателей для большинства спектра выпускаемых асинхронных двигателей. Очень часто защиту двигателей комплектуют контакторами к которым можно подключить автоматику и управлять двигателем удаленно или автоматически. Система так же может быть укомплектована защитой перенапряжений которая отключит двигатель при понижении напряжения ниже допустимого.

Выбор автоматического выключателя или защиты двигателя

Два самых главных фактора, которые влияют на выбор релейной защиты двигателя являются паспортные значения тока и напряжения указанные на табличке прикрепленной к самому двигателю.

Автоматический выключатель двигателя первым делом должен соответствовать паспортному напряжению двигателя. Обычно автомат защиты двигателя соответствует широкому множеству стандартных напряжений, таких как: 230 В, 380 В, 415 В, 440 В, 500 В, и 660 В. После определения напряжения необходимо выбрать ток соответствующий табличке на двигателе.

Важно отметить, что фактический рабочий ток может быть ниже паспортной тока, особенно если двигатель не загружен на полную мощность. Однако, релейная защита двигателя обязательно должна быть выбрана согласно току указанному в табличке для того, чтобы учесть скачек тока при запуске двигателя.

Если выбрать значение тока меньшее чем указано в табличке, то в случае полной загрузки двигателя, он может быть отключен т.к. защита это воспримет как превышение допустимого тока.

Даже если автоматический выключатель выбран правильно необходимо использовать соответствующие проводники. Если этого сделано не будет, то они могут поплавиться и вывести из стоя двигатель, а в это время как защита электрического двигателя не сработает.

Вывод

Защитный автоматический выключатель двигателя играет значительную роль в обеспечении электрической безопасности, так как двигатели очень распространены во всех областях промышленности необходимость в применении защиты двигателей очень большая. Асинхронные электрические двигатели одни из самых распространенных двигателей в промышленности имеют свои особенности при их защите.

Так же лучше применять автоматический выключатель двигателя с другими защитами такими как защита от перенапряжений, таймеры и уменьшение пускового тока двигателя. Правильный выбор автоматического выключателя двигателя основа в надежной защите двигателя.

Выбор меньшего тока срабатывания может привести к тому, что защита может сработать при пуске двигателей, в то время как выбор большего тока может не отключить двигатель при повреждении.

Источник: http://elekt.com.ua/rza/relejnaja-zashhita/avtomat-zashhity-dvigatelja.html

Выбор автоматических выключателей для электродвигателей

Раздел: Электрооборудование

Выбирая автоматические выключатели для защиты двигателей, мы должны учитывать, что при пуске электродвигателя, возникает пусковой ток, превышающий в 5 — 7 раз номинального значения.

Автоматические выключатели выбираются по условиям:

Uном. ≥ Uном.сети

где: • Uном. – номинальное напряжение, В; • Uном.сети – номинальное напряжение сети, В.

Iном.расц. ≥ Iном.дв.

где: • Iном.расц. – номинальный ток расцепителя выключателя, А; • Iном.дв. – номинальный ток электродвигателя, А.

Ток уставки электромагнитного и полупроводникового расцепителя выбирается по формуле [Л1,с. 106]:

Для приближенного расчета тока уставки электромагнитного и полупроводникового расцепителя, можно принять по таблице 6.1 [Л1,с. 107].

Автоматический выключателиь Расцепитель kз kа kр kн

А3700; А3790	Полупроводниковый	РП	1,1	1,0	1,3	1,5
ВА	БПР
«Электрон»	РМТ	1,35	1,6
МТЗ-1	1,4	2,2
АВМ	Электромагнитный	1,4	1,1	1,8
А3110; АП-50; А3700; ВА; АЕ20	1,3	2,1
А3120; А3130; А3140	1,15	1,9

Надежность срабатывания автомата при двухфазном и однофазном коротком замыкании при КЗ на выводах электродвигателя определяется коэффициентом чувствительности и рассчитывается по формуле [Л1,с. 107]:

При отсутствии значений по коэффициенту разбросу kp, рекомендуется принимать коэффициент чувствительности в пределах 1,4-1,5.

В случае если чувствительности защиты от междуфазных КЗ недостаточно, следует принять следующие меры:

• • уточнить значение Iс.о с учетом влияния сопротивления внешней сети на пусковой ток электродвигателя;
• • выбрать другой тип АВ;
• • увеличить сечение кабеля на одну, две ступени, но не больше;
• • применить выносную релейную защиту.

При недостаточной чувствительности защиты от однофазных КЗ, следует принять следующие меры:

• • применить кабель другой конструкции с нулевой жилой, алюминиевой оболочкой;
• • проложить дополнительные зануляющие металлические связи;
• • применить АВ со встроенной защитой от однофазных КЗ;
• • применить выносную релейную защиту от однофазных КЗ, ток срабатывания данной защиты принимается 0,5-1*Iном.дв. Коэффициент чувствительности kч > 1,5, согласно ПУЭ 7-издание;

Выбор тока срабатывания для теплового и электромагнитного (комбинированного) расцепителя автоматического выключателя

Для того, чтобы защитить двигатель от перегрузки, то есть от повреждений, вызываемых длительным протеканием тока превышающего номинальный, нужно использовать тепловые и электромагнитные (комбинированные) расцепители. Номинальный ток теплового расцепителя определяется по формуле [Л1. с 109]:

Данные коэффициенты определяются для разных типов выключателя по таблице 6.2 [Л1. с 112].

Таблица 6.2 – Значения коэффициентов для расчета тока срабатывания защиты от перегрузки автоматических выключателей

Автоматический выключателиь Расцепитель kз kр kн = kз*kр kв

А3700; АЕ20	Тепловой	—	—	1,15	1
А3110; АПu001f50	1,25	1
ВА51; ВА52	1,2-1,35	1
АВМ	Электромагнитный	1,1	1,1	1,2	0,5-0,7
А3700	Полупроводни- ковый	РП	1,1	1,15u001f-1,2	1,27u001f-1,32	0,97-0,98
«Электрон»	МТЗ-1, РМТ	1,1	1,15-u001f1,35	1,27-u001f1,49	0,75
ВА	БПР	1,1	1,08-u001f1,2	1,19u001f-1,32	0,97-0,98

Общая формула по определению тока теплового расцепителя, имеет следующий вид:

Время срабатывания защиты от перегрузки выбирается из условия, что защита не будет срабатывать при пуске и самозапуске двигателя [Л1. с 112]:

Продолжительность пуска для двигателей с тяжёлыми условиями пуска, составляет более 5 – 10 сек, например для двигателей центрифуг, дробилок, шаровых мельниц и т.д и для двигателей с лёгкими условиями пуска равным 0,5 – 2 с, например для двигателей вентиляторов, насосов, главных приводов металлорежущих станков и механизмов с аналогичным режимом работы.

Проверка чувствительности при однофазных КЗ

Данную проверку нужно выполнять, если для отключения однофазных КЗ используется защита от перегрузки. В настоящее время ПУЭ 7-издание п. 1.7.79 предъявляет требования, чтобы время отключение выключателя тока однофазного КЗ не превышало 0,4 с.

Литература:

1. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.

4070

Источник: https://raschet.info/view_post.php?id=218

Автомат защиты электродвигателя — как правильно подобрать?

При подборе автоматических выключателей, способных защитить электрические моторы от повреждения в результате КЗ или чрезмерно высоких нагрузок, необходимо учитывать большую величину пускового тока, нередко превышающую номинал в 5-7 раз.

Наиболее мощным стартовым перегрузкам подвержены асинхронные силовые агрегаты, обладающие короткозамкнутым ротором. Поскольку это оборудование широко применяется для работы в производственных и бытовых условиях, то вопрос защиты как самого устройства, так и питающего кабеля очень актуален.

В этой статье речь пойдет о том, как правильно рассчитать и выбрать автомат защиты электродвигателя.

Задачи устройств для защиты электродвигателей

Бытовую электротехнику от пусковых токов большой величины в сетях обычно защищают с помощью трехфазных автоматических выключателей, срабатывающих через некоторое время после того, как величина тока превысит номинальную.

Таким образом, вал мотора успевает раскрутиться до нужной скорости вращения, после чего сила потока электронов снижается. Но защитные устройства, используемые в быту, не имеют точной настройки.

Поэтому выбор автоматического выключателя, позволяющего защитить асинхронный двигатель от перегрузок и сверхтоков короткого замыкания, более сложен.

https://www.youtube.com/watch?v=WkaVPD6rCHE

Современные автоматы для защиты двигателя нередко устанавливаются в общем корпусе с пускателями (так называются коммутационные устройства запуска мотора). Они предназначены для выполнения следующих задач:

• Защита устройства от сверхтока, возникшего внутри мотора или в цепи подачи электропитания.
• Предохранение силового агрегата от обрыва фазного проводника, а также дисбаланса фаз.
• Обеспечение временной выдержки, которая необходима для того, чтобы мотор, вынужденно остановившийся в результате перегрева, успел охладиться.

Управляющая и защитная автоматика для двигателя на видео:

• Отключение установки, если нагрузка перестала подаваться на вал.
• Защита силового агрегата от долгих перегрузок.
• Защита электромотора от перегрева (для выполнения этой функции внутри установки или на ее корпусе монтируются дополнительные температурные датчики).
• Индикация рабочих режимов, а также оповещение об аварийных состояниях.

Необходимо также учитывать, что автомат для защиты электродвигателя должен быть совместим с контрольными и управляющими механизмами.

Расчет автомата для электродвигателя

Еще недавно для защиты электрических моторов использовалась следующая схема: внутри пускателя устанавливался тепловой регулятор, подключенный последовательно с контактором. Этот механизм работал таким образом.

Когда через реле в течение длительного времени проходил ток большой величины, происходил нагрев установленной в нем биметаллической пластины, которая, изгибаясь, прерывала контакторную цепь.

Если превышение установленной нагрузки было кратковременным (как бывает при запуске двигателя), пластинка не успевала нагреться и вызвать срабатывание автомата.

Внутреннее устройство автомата защиты двигателя на видео:

Чтобы подобрать защитный автоматический выключатель для электроустановки, необходимо знать его времятоковую характеристику, а также категорию. Времятоковая характеристика от номинального тока, на который рассчитан АВ, не зависит.

Чтобы автоматический выключатель не срабатывал каждый раз при запуске мотора, величина пускового тока не должна быть больше той, которая вызывает моментальное срабатывание аппарата (отсечка). Соотношение тока запуска и номинала прописывается в паспорте оборудования, максимально допустимое – 7/1.

Еще одна величина, которую необходимо учитывать при подборе, когда автомат монтируется в электрощитке или специальном шкафу – температурный коэффициент (Кт). Это значение составляет 0,85, и номинальный ток защитного устройства при подборе следует умножать на него (In/Кт).

Современные устройства электрозащиты силовых агрегатов

Большой популярностью пользуются модульные мотор-автоматы, представляющие собой универсальные устройства, которые успешно справляются со всеми функциями, описанными выше.

Кроме этого, с их помощью можно производить регулировку параметров отключения с высокой точностью.

Современные мотор-автоматы представлены множеством разновидностей, отличающихся друг от друга по внешнему виду, характеристикам и способу управления. Как и при подборе обычного аппарата, нужно знать величину пускового, а также номинального тока. Кроме этого, надо определиться, какие функции должно выполнять защитное устройство. Произведя нужные расчеты, можно покупать мотор-автомат. Цена этих устройств напрямую зависит от их возможностей и мощности электрического мотора.

Особенности защиты электрических двигателей в производственных условиях

Нередко при включении устройств, мощность которых превышает 100 кВт, напряжение в общей сети падает ниже минимального. При этом отключения рабочих силовых агрегатов не происходит, но количество их оборотов снижается. Когда напряжение восстанавливается до нормального уровня, мотор начинает заново набирать обороты. При этом его работа происходит в режиме перегрузки. Это называется самозапуском.

Самозапуск иногда становится причиной ложного срабатывания АВ. Это может произойти, когда до временного падения напряжения установка в течение длительного времени работала в обычном режиме, и биметаллическая пластина успела прогреться. В этом случае тепловой расцепитель иногда срабатывает раньше, чем напряжение нормализуется. Пример падения напряжения в электросети автомобиля на следующем видео:

Чтобы предотвратить отключение мощных заводских электромоторов при самозапуске, используется релейная защита, при которой в общую сеть включаются токовые трансформаторы. К их вторичным обмоткам подключаются защитные реле. Эти системы подбираются методом сложных расчетов. Приводить здесь мы их не будем, поскольку на производстве эту задачу выполняют штатные энергетики.

Заключение

В этом материале мы подробно осветили тему защитных устройств для электрических двигателей, и разобрались с тем, как подобрать автомат для электромотора и какие параметры при этом должны быть учтены. Наши читатели могли убедиться, что расчеты, которые производятся при этом, совсем несложны, а значит, подобрать аппарат для сети, в которую включен не слишком мощный силовой агрегат, вполне можно самостоятельно.

Источник: https://YaElectrik.ru/jelektroshhitok/avtomat-zashhity-elektrodvigatelya

Защита электродвигателя автоматическим выключателем. Практические расчеты

Особенностью защиты электродвигателя от перегрузок и короткого замыкания является повышенный пусковой ток, который может в семь раз превышать номинальное значение. Самые сильные перегрузки на старте свойственны асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором, которые наиболее используемые в быту и на производстве, поэтому правильная их защита, а также предохранение электропроводки цепей питания электродвигателей являются особенно актуальными.

В бытовой электротехнике проблема с большими стартовыми токами электродвигателей решена при помощи автоматических выключателей, у которых отключение (отсечка) происходит не сразу после превышения номинального тока, а спустя некоторое время.

Данного отрезка времени, который зависит от время-токовой характеристики защитного автомата, должно хватить, чтобы вал двигателя раскрутился до рабочих оборотов, и потребление тока снизилось до номинального уровня. Но автоматические выключатели не обладают гибкостью точной настройки, поэтому для защиты электрических двигателей применяются специальные защитные устройства.

Обычный трехфазный автоматический выключатель часто используется для защиты электродвигателей

Функции защитных устройств электродвигателей

Современные защитные устройства, или другими словами, автоматы защиты электродвигателя, (мотор автоматы), часто совмещаются в одном корпусе с коммутационными аппаратами запуска (пускателями) и выполняют такие функции:

• Защита от тока короткого замыкания в цепи питания или внутри электродвигателя;
• Защита от длительных перегрузок, связанных с превышением механической нагрузки на валу двигателя;
• Предохранение от асимметрии (дисбаланса) фаз, или обрыва фазного провода;Современные мотор автоматы с ручным управлением
• Тепловая защита от перегрева двигателя, осуществляемая при помощи дополнительных термодатчиков, установленных на кожухе или внутри электродвигателя;
• Предохранение от некачественного напряжения;
• Обеспечение выдержки времени для охлаждения двигателя после его аварийной остановки после перегрева;
• Индикация режимов работы и аварийных состояний;
• Опционально – отключение при исчезновении нагрузки на валу (например, для водяных насосов);
• Совместимость с автоматическими системами контроля и управления.

Мотор автомат с ручной настройкой и автоматическим управлением

Ранее и до недавнего времени наиболее используемой схемой защиты электродвигателей было подключение в корпусе пускателя теплового реле, последовательно с контактором.

Биметаллическая пластина теплового реле при длительной перегрузке нагревается и прерывает цепь самоподхвата контактора. Кратковременное превышение номинальной нагрузки при запуске мотора является недостаточным для нагрева и срабатывания биметаллической пластины.

Более подробно о тепловом реле и его подключении можно прочитать в соответствующем разделе данного ресурса.

Контактор электромотора с тепловым реле

Подбор автоматического выключателя

Поскольку первые две функции могут осуществляться обычными автоматическими выключателями, многие пользователи применяют их для защиты своих электродвигателей. Основным недостатком такого способа является отсутствие защиты от дисбаланса, обрыва фаз и скачков напряжения. Выбор защитного автомата осуществляется по его время токовой характеристике и по максимальному пусковому току электродвигателя.

Трехфазный автоматический выключатель

Чтобы правильно подобрать автоматический выключатель по категории и номинальному току, нужно изучить его время токовую характеристику, о которой подробно рассказывается на одной из страниц данного сайта. Категории автоматов (А, B, C, D) определяются соотношением тока отсечки электромагнитного расцепителя к номинальному значению. Нужно иметь в виду, что время токовая характеристика категории не зависит от номинала автоматического выключателя.

Времятоковая характеристика автоматических выключателей категории «C»

Для предотвращения ложного срабатывания автоматического выключателя при запуске электромотора необходимо, чтобы кратковременный пусковой ток (Iпуск)  не превышал значение отсечки (мгновенного срабатывания, Iмгн.ср) автомата. Отношение пускового (Iпуск) и номинального тока (In) можно узнать из бирки или паспорта электродвигателя, максимальное значение Iпуск/ In=7.

Бирка двигателя с указанием мощности

Практические расчеты

На практике применяют поправочный коэффициент надежности Kн, который для автоматов с In100A принимают Kн=1,25. Поэтому должно соблюдаться условие Iмгн.ср  ≥ Kн * Iпуск. Вначале автомат выбирают, исходя из наиболее близкого значения номинального тока автоматического выключателя IAB (указывается на корпусе) к рабочему току двигателя (In). Необходимое условие: IAB > In/Кт, где Кт = 0,85 – температурный коэффициент, если автомат устанавливается в шкафу или щитке, иначе Кт=1.

Например, имеется двигатель мощностью 5,5 кВт, η = 85%=0,85; cosφ = 0,8; Iпуск/ In = 7. Вначале нужно рассчитать In­ = Рn/(Un*√3*η*cosφ) =  5500/(380*√3*0,85*0,8) = 12,28 (А). Допустим, автомат устанавливается в шкаф, Кт = 0,85,  значит In/Кт = 12,28/0,85 = 14,44 (А). Наиболее близким является автоматический выключатель на 16А, категории С, (ток мгновенного срабатывания в десять раз превышает номинальное значение).

При расчетах понадобится калькулятор

Теперь нужно проверить условие Iмгн.ср  ≥ Kн * Iпуск. Мгновенное срабатывание защитного автомата наступает при Iмгн.ср = 16*10 = 160 (A), пусковой ток Iпуск= In*7 = 12,28*7 = 85,96 (А). Умножаем на Kн (1,4) — 85,96*1,4 = 120,3 (А). Проверяем условие 160 ≥ 120,3 — это значит, что автомат выбран верно. Для упрощенных расчетов, можно принимать номинальный ток двигателя, равным удвоению его мощности, выраженной в киловаттах.

Современная электрозащита двигателей

На рынке электротехнического оборудования все большую популярность набирает защита электродвигателя при помощи универсальных защитных устройств, так называемых мотор автоматов, которые выполняют все приведенные выше защитные функции. Данные устройства имеют модульную конструкцию и устанавливаются на DIN рейку и управляют работой силовых контакторов. Кроме приведенных функций, некоторые мотор автоматы позволяют точно регулировать различные параметры защитного отключения.

Мотор автомат с датчиками — катушками тока

Существует много разновидностей современных мотор автоматов, которые различаются коммутируемой мощностью, набором функций, способом управления, схемой подключения и внешним видом. Чтобы выбрать подходящий аппарат защиты для конкретного двигателя, необходимо знать его параметры номинального и пускового тока, а также нужно определиться с требуемым набором защитных функций и опций.

Стоимость мотор автоматов прямо пропорциональна мощности электродвигателя и функциональным защитным возможностям. Мировыми лидерами по производству защитных мотор автоматов являются такие известные бренды: Schneider Electric, ABB, IEK, Novatek electro, и другие.

Разнообразие представленных на рынке устройств защиты электродвигателей

Приведенный на рисунке ниже автомат защиты двигателя (универсальный блок) позволяет настраивать номинальный и пусковой ток электродвигателя, допустимые пороги напряжения, может отслеживать механическую нагрузку на валу электромотора. Также осуществляется контроль за качеством изоляции обмоток электродвигателя с возможностью установки запрета на включение.

Постоянный мониторинг множества параметров работы позволяет продлить срок эксплуатации двигателя и приводимого в действие оборудования. Специальный дополнительный блок обмена информацией позволяет подключить устройство к автоматическим системам контроля.

Универсальный блок защиты

Защита электромоторов на производстве

Очень часто, в момент включения мощных потребителей электроэнергии (P>100кВт) на мощных производствах во всей электросети, подключенной к трансформаторной подстанции, напряжение опускается ниже установленного минимума.

При данном кратковременном падении напряжения рабочие электромоторы не отключаются, но теряют обороты. При возобновлении нормального напряжения двигатель снова начинает набирать обороты, то есть работать в режиме запуска (перегрузки). Данное явление называют самозапуском.

Изменения скоростей двигателя в разных режимах самозапуска

Если биметаллическая пластина автоматического выключателя или термореле была достаточно прогрета из-за продолжительной нормальной работы электромотора, то в режиме самозапуска тепловой расцепитель может сработать, вызвав ложное срабатывание.

Для мощных электродвигателей на предприятиях для поддержания нормального режима работы, в том числе и после самозапуска, применяют релейную защиту с трансформаторами тока, включенными в цепь питания.

Схема релейной защиты электродвигателя

Отклонения от нормы в силовых проводах электродвигателя с подключенными последовательно первичными обмотками токовых трансформаторов используются для срабатывания защитных реле, которые подключатся к вторичным обмоткам токовых трансформаторов по специальным схемам. Сложные расчеты данных мощных систем защиты осуществляются штатными сотрудниками, заведующими энергоснабжением предприятия, поэтому теория производственной электротехники не входит в тему данной статьи.

Источник: http://infoelectrik.ru/elektrodvigateli/avtomat-zashhity-dvigatelya.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;

kа – коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей в пусковом токе электродвигателя;

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;

Переход к другим обозначениям обусловлен спецификой наименования параметров АВ и расцепителей, ориентированной на зарубежную нормативно-техническую документацию.

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

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

Выбор электродвигателя по типу, мощности и другим параметрам

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.

Формула расчета мощности электродвигателя для 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

sub>2, 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.ru/poleznaya-informatsiya/vybor-elektrodvigatelya/