Выбор автомата для асинхронного двигателя
Как выбрать магнитный пускатель и автоматический выключатель для асинхронного двигателя
На примерах рассмотрен принцип выброра магнитного пускателя для управления электродвигателем и автоматического выключателя для его защиты от токов короткого замыкания и перегрузки.
Содержание статьи
Для пуска, реверсирования, принудительной остановки противотоком асинхронных электродвигателей электрики используются контакторы и магнитные пускатели. От правильности выбора коммутационной аппаратуры зависит, как и безотказность системы в целом, так и электробезопасность обслуживающего персонала.
Выбор пускателя и избыточным коммутируемым током ведет к большим финансовым затратам, при его коммутации слышны шлепки большей громкости, чем те что издают маленькие пускатели. Недостаточные по коммутируемой мощности пускатели долго не прослужат, будут греться, и подгорать клеммники и контакты. В результате переходное сопротивление контакта будет расти до тех пор, пока контакт не исчезнет полностью, что приведет к преждевременной замене аппарата.
Автоматические выключатели также должны быть правильно подобраны, особенно при тяжелом пуске двигателя. Слишком чувствительный автомат будет выбивать при пуске, а если он наоборот взят с излишним запасом по току, то в аварийной ситуации может и не отреагировать, что приведет к повреждению кабеля, обмотки двигателя вплоть до возгорания.
Пуск для электродвигателя сопровождается повышенным током в период разгона его до номинальных оборотов, в случае перегрузки и нехватки мощности двигателя для вращения исполнительных механизмов возможно пониженное число оборотов с повышенными токами, в плоть до того, что он вообще не начнет раскручиваться. И наоборот если мощность двигателя избыточна, то потребляемый им ток будет ниже номинального.
Из-за вышеперечисленных причин и появляется необходимость правильного подбора пусковой и защитной аппаратуры в виде магнитных пускателей, контакторов, тепловых реле и автоматических выключателей.
Автоматические выключатели устанавливаются до магнитного пускателя, чтобы в случае необходимости полностью обесточить систему, как силовую цепь, так и цепь управления (питания катушки).
Вместо автоматических выключателей могут использоваться плавкие вставки или предохранители, но в последнее время такие решения встречаются реже, чем раньше. Это усложняет обслуживание и вызывает необходимость иметь в запасе хотя бы комплект предохранителей.
Выбор магнитного пускателя
Магнитные пускатели выпускаются на определенный номинальный ток, из ряда: 6.3 – 10 – 25 – 40 – 63 – 100 – 160 – 250. Интересно, что линейка номиналов пускателей соотвествует золотому сечению. Еще ему соотвествуют стандартные значения сечения проводов. Подробнее об этом смотрите здесь: Какая связь между сечениями проводов и популяцией кроликов
Схемы магнитных пускателей ПМЛ:
Часто магнитные пускатели разделяют не по токам, а по величинам от 0 до 7, чем больше ток (или величина пускателя) тем больше его габариты и площадь контактов (0 — 6, 3, 1 — 10, 2 — 25, 3 — 40 и т.д.). Опытный электромонтер может отличить по размеру корпуса, конструкции дугогасителя и габаритам контактных площадок примерный коммутируемые ток и напряжение.
Однако если номинальный ток пускателя соответствует току двигателя, это еще не значит, что их можно использовать в паре. Если такое понятие как категория применения, она характеризует режим работы коммутируемой аппаратуры, частоту и условия коммутации. Иначе говоря – это способность переносить пусковые токи. Пусковые токи асинхронного двигателя могут превышать номинальные и в 10 раз, это зависит от условий пуска, напряжения в сети и прочих факторов.
Категории применения обозначаются: «АС-номеркатегории». Сводная таблица величин и категорий применения для магнитных пускателей расположена ниже.
Из неё нас интересует строка «АС-3 – управления двигателями с короткозамкнутым ротором (пуск, отключение без предварительной остановки)». Из этого очевидно, что коммутационные аппараты с такой категорией созданы для того, что бы включать и отключать электродвигателя. Они выдерживают прямой пуск.
Далее нужно определиться с номинальным током пускателя. Для этого нам нужно знать технические характеристики коммутируемого двигателя, а именно:
cos Ф – коэффициент мощности,
P – мощность двигателя номинальная;
U – рабочее напряжение (коммутируемое);
Тогда номинальный ток пускателя равен:
Для быстрых расчетов иногда применяют другую методику, когда мощность двигателя умножают на 2 и получают номинальный ток (приблизительно).
Далее нужно определить пусковой ток, в справочниках это указывается либо как «k» либо как «Iп/Iн». Это кратность или соотношение пускового тока к номинальному. Показывает, насколько ток в момент пуска превышает номинальную величину.
Пускатель с категорией применения АС-3 может коммутировать ток в 5-7 раз больше чем номинальный, для чего это сказано я покажу при расчетах ниже.
Выбираем пускатель
Допустим, у нас есть асинхронный двигатель с мощностью 2.2 кВт типа 4АМ100L6У3. На его шильдике написано, что кпд 81.0%, коэффициент мощности – 0.73, в интернете я нашел его технические данные, чтобы узнать кратность пускового тока, она оказалась – 5.5
1. Быстрый способ: IН=2.2*2 = 4.4А
2. Сложный способ: IНОМ=2200/(380*0.81*0.73*1.73)=5.6А
Результаты такого расчета дали больший ток.
Теперь считаем пусковой ток: IП=5.6*5.5=30.8А
Подбираем пускатель, с номинальным током более чем 5.6 А, с категорией применения АС-3. В результате обзора рынка, нам подходит пускатель ПМЕ 111 на 10А с тепловым реле.
Выбор автоматического выключателя
Автомат может сработать при пуске или затяжном пуске электродвигателя, когда потребляемый ток значительно превышает максимальный. В автоматическом выключателе за защиту отвечают два узла:
1. Электромагнитный расцепитель. Срабатывает при пиковом токе перегрузке. Этот ток зависит от типа автомата.
2. Тепловой расцепитель. Срабатывает при незначительном но длительном превышении номинального тока.
Номинальный ток двигателя у нас 5.6 А, значит нам нужен автомат не меньше этого значения. Типы автоматов куказывают на доустипое превышение по току в пике:
тип D – 10-50 раз.
Виды защитных характеристик автоматических выключателей
Пример выбора автоматического выключателя
Так как у нас пусковой ток в 5.5 раз больше чем номинальный, это значит что нам подходит автомат типа С и D. Например, автоматический разъединитель EZ9F34306 Schneider Easy9, рассчитан на 6 А и его тип C, позволит выдержать пусковые токи до 60 А.
Но такой автомат будет работать на пределе да и реальная уставка по току может быть ниже 5.5, т.к. тип С находится в пределах 5-10, нужен запас по току хотя бы в 20%.
Поэтому лучше установить автоматический выключатель на тот же ток или немного больший, но типа D, например ИЭК 6-8А ВА47-29
Или на ток 10А с типом C, например PL4-C10/3 Moeller / Eaton
Требования к автомату заключаются в том, чтобы он стабильно выдерживал номинальный ток, и его не выбило при пуске. Если планируется режим работы двигателя с частыми включения и выключениями лучше использовать автомат типа D, он менее чувствителен к всплескам тока.
Приниципы выбора других электрических аппаратов:
Эксплуатация и ремонт электрических аппаратов:
Заключение
Автоматический выключатель нужен для защиты питающего кабеля и дополнительной защиты двигателя, в случае затяжного пуска или заклинивания вала, дополнительно лучше использовать тепловую защиту. Магнитный пускатель должен выдерживать как напряжение, так и ток, который он будет коммутировать.
Электродвигатель должен быть исправен, отсутствовать витковые замыкания, а его вал должен свободно вращаться. В случае пуска двигателя под нагрузкой лучше брать коммутационную аппаратуру с запасом до 2-х раз для уменьшения вероятности преждевременного подгорания контактов и ложных срабатываний автоматического выключателя.
Питающий кабель должен соответствовать номинальному току, с учетом пусковых токов, как и способ соединения кабеля (использование гильз, наконечников, клеммников и прочего). Состояние всех соединений должно быть в норме – отсутствовать окислы, нагар и прочие механические дефекты, которые могут уменьшить площадь прилягания контакта.
Автоматический выключатель для 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.
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:
Главным минусом такой схемы было то, что она не спасала агрегат от скачков напряжения, а также дисбаланса фаз. Сейчас защита электрических силовых установок обеспечивается более точными и современными устройствами, о которых мы поговорим чуть позже. А теперь перейдем к вопросу о том, как производится расчет автомата, который нужно установить в цепь электромотора.
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.
Производя расчет автомата практически, следует использовать коэффициент надежности, обозначаемый символом Kн. Если номинальный ток устройства не превышает 100А, то величина Kн составляет 1,4; для больших значений она равна 1,25. Исходя из этого, значение тока отсечки определяется по формуле Iотс ≥ Kн х Iпуск. Автоматический выключатель выбираем в соответствии с рассчитанными параметрами.
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.
Защита электродвигателя автоматическим выключателем
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
Выбор автомата для асинхронного двигателя
На замену плавким предохранителям еще два столетия назад пришли автоматические выключатели. С 1924 года патент на это изобретение принадлежит швейцарской компании Brown , Boveri & Cie .
Преимущества АВ над плавкими вставками:
— плавкий предохранитель выходит из строя после первого своего срабатывания, то есть многократное его использование невозможно, необходима замена сгоревшей плавкой части;
— при использовании в трехфазной цепи, короткое замыкание в одной фазе вызовет перегорание одного предохранителя, в то время как две другие фазы будут продолжать работать. Аварийный режим работы (обрыв фазы) исключается АВ, так как к.з. в одной фазе трехполюсного выключателя приводит к разрыву всей цепи.
Автоматический выключатель (АВ) – это электромеханический коммутационный аппарат, который позволяет включать и отключать питание потребителя при нормальном режиме работы. А так же обеспечивает защиту электрооборудования от токов короткого замыкания и перегрузки (перегревания). Частое отключения в ручном режиме нежелательно, так как АВ имеют заявленное число коммутаций (для этого лучше использовать более дешевые рубильники).
Для того чтобы правильно выбрать автоматический выключатель, необходимо понимать его основные параметры и характеристики:
Номинальный ток автомата ( I н ) – величина тока, на которую АВ рассчитан для длительной нормальной работы. Иногда показатель I н имеет определенный диапазон и регулятор для точной настройки. Например, I н =3 ÷ 5А, это означает, что данный автоматический выключатель можно подстроить на рабочие токи от 3 до 5 А. При превышении указанного значения происходит срабатывание защиты и электрическая цепь разрывается. По нормам, срабатывание должно произойти при силе тока в 1,45 I н .
Тип автоматического выключателя определяет кратковременное значение силы тока, при котором произойдет разрыв цепи. Тип или класс, в основном, определяется для момента включения. При запуске электрооборудования имеют место пусковые токи, которые могут быть огромными. Например, при прямом пуске электродвигателя, начальный ток равен 10-ти номинальным. Основные типы:
| — B (кратковременное увеличение тока в 3-5 раз от номинального); |
| — C (5-10 раз); |
| — D (10-50 раз). |
Время срабатывания (от момента, когда контролируемый параметр стал больше предельного значения, до момента размыкания контактов). АВ по времени срабатывания делятся на:
| — нормальные (t=0,02-0,1с); |
| — быстродействующие (0,005с); |
| — селективные (предел регулирования времени срабатывания до 1с) |
Последние имеют контакты с задержкой на размыкание. Применяются в сложных цепях, селективный АВ устанавливают на входе потребителя большой мощности. После него на разветвлениях цепи стоят автоматы меньшей мощности. Таким образом, при создании аварийной ситуации на участке цепи – выключится лишь отдельное оборудование, а селективность позволит остальной системе остаться работоспособной.
Отключающая способность – это максимальный ток, который может присутствовать кратковременно в цепи, чтобы автоматический выключатель не потерял свою работоспособность (возможно сваривание контактов при превышающих норму токах). Это значение обычно в сотню раз больше рабочего тока. А возникает такой огромный ток при коротком замыкании.
Механизмы расцепления
Тепловая отсечка (длительное влияние тока, превышающего норму) выполняется благодаря пластине, которая состоит из двух разных металлов. У используемых металлов разная тепловая проводимость. Пластина подсоединена последовательно, то есть через нее протекает ток цепи. Когда значение тока номинальное или меньше – автомат остается в замкнутом состоянии. Если же ток превысит нормированное значение, пусть даже на 10% в течении длительного времени, пластина нагреется и изогнется, тем самым, разорвет контакт питающей цепи.
Электромагнитное расцепление обеспечивает защиту от больших, резких скачков тока. Эта отсечка выполняется встроенным соленоидом. К примеру, автоматический выключатель рассчитан на ток в 2 А, его тип В, следовательно сработать он должен при токе 10 А. Для этого и служит соленоид. При токах до 10А, он будет неподвижным, а при достижении 10А, соленоид втянется и разомкнет контакт – произойдет выключение автомата.
Строение
На рисунке ниже показаны основные элементы, из которых состоит автоматический выключатель.
| 1 – соленоид выполняет функцию расцепления при коротком замыкании; |
| 2 – зажимной винтовой контакт для подсоединения провода; |
| 3 – дугогасительная камера рассеивает дугу, которая возникает в следствии коммутации (соединение/разъединение) контактов; |
| 4 – подвижный контакт; |
| 5 – биметаллическая пластина для защиты от перегрузки (длительного повышенного тока). |
Функции независимого расцепления (НР), расцепление по нулевому напряжению (НРН) и по минимальному напряжению (МРН) выступают дополнительными, и не включаются в стандартные комплекты поставки (необходимо заказывать сборочные единицы).
Выше показано одно из многочисленных исполнений АВ. Существует широкое их разнообразие. Например, по роду тока, количеству подключаемых фаз, расположению клемм. Но это все конструктив, а мы описываем как это работает.
Обозначение автоматического выключателя на электрической схеме:
Онлайн расчет автоматического выключателя
Выбор по току . Если Вы хотите в квартире, гараже, на даче поставить АВ. Следовательно, проводка уже проложена и ее сечение Вам известно, тогда нужно обратиться к таблице, где указаны сечения проводов и соответствующие для них максимальные токи. Прочесть подробнее о выборе сечения проводника будет полезным для установки автомата.
Например, у меня дома в стенах проложен алюминиевый провод сечением 2,5 мм 2 .
Для открыто проложенного алюминиевого кабеля сечением 2,5мм 2 максимальный ток – 24А. Но, так как он проложен скрытно, его охлаждение будет хуже, чем на открытом воздухе. Для этого выбранное значение умножаем на поправочный коэффициент для скрытой прокладки 0,8.
Максимальный ток, который выдержит проводка:
 |
Автомат предназначен, чтоб обеспечить защиту не только электроприборов, но и для сохранения целостности проводника. Ведь, согласитесь, искать внутри стен, где перегорела проводка – не самое веселое занятие. Потому нужно выбрать автоматический выключатель с номинальным током, ниже, чем у провода. Из стандартного ряда, автомат на 16А будет подходящим и сохранит целостность проводов и приборов.
Выбор по мощности . Если нам необходимо подключить несколько потребителей электроэнергии, и мы знаем лишь их мощность. Две лампочки накаливания на 100Вт и один асинхронный электродвигатель на 2кВт. Напряжение сети – переменное 220В.
Для лампочек накаливания подсчет будет прост, из формулы активной мощности Р= UI , выразим и найдем значение тока:
 |
А вот с электродвигателем существует нюанс. Так как он является не только активной, но и реактивной нагрузкой, косинус фи вносит изменение в наш расчет. Коэффициент мощности указывается на шилдике (табличке) двигателя, но если такой отсутствует, смело принимайте значение 0,7. Итак, ток через двигатель будет равен:
 |
Выбор автоматического выключателя будет по сумме этих токов (14А), но с небольшим запасом. Выбираем , снова таки, 16 амперный автомат.
Для трехфазной сети, выбор автоматического выключателя по мощности осуществляется по формуле:
Выбор автоматического выключателя
Выбрать автоматический выключатель для электродвигателя, характеристики которого приведены в таблице 1. Режим работы – непрерывный.
Таблица 1 – Характеристики электродвигателя
| Вариант | Рном, кВт | КПД | cos φ | Uн, В |
| 1,5 | 0,83 | 0,85 |
Основным элементом автомата, реализующего функции защиты электродвигателя (в дальнейшем рассматриваем асинхронные двигатели серии 4А или АИ) от токов КЗ являются электромагнитный расцепитель и токовая отсечка. Причем, они должны быть отстроены от пусковых токов Iп (и ударного пускового тока Iудп). Для асинхронных двигателей с фазным или короткозамкнутым ротором пусковой ток находим по формуле (1.1):
(1.1)
где KI – кратность пускового тока двигателя;
Iн – номинальный (линейный) ток в обмотке статора, находим по формуле (1.2).
(1.2)
где Pн – полная номинальная мощность электродвигателя, кВт;
Uнл – номинальное линейное напряжение на обмотке статора, В;
η – коэффициент полезного действия;
cosφ – коэффициент мощности.
Если двигатель работает в повторно-кратковременном режиме, номинальный ток двигателя берется при относительной продолжительности включения ПВ = 25 %.
Ударный пусковой ток двигателя по своей величине равен току трехфазного КЗ за сопротивлением, равным сопротивлению неподвижного электродвигателя. Величина ударного пускового тока (его амплитудное значение) определяется по формуле (1.3):
(1.3)
Для защиты электродвигателей с короткозамкнутым ротором ток срабатывания электромагнитного расцепителя (токовой отсечки) отстраивается от ударного пускового тока двигателя при полном напряжении питания сети и выведенном пусковом резисторе в цепи ротора (для двигателей с фазным ротором), ток срабатывания токовой отсечки находим по формуле (1.4):
(1.4)
Причиной перегрузки двигателей могут быть затянувшийся пуск, большая нагрузка на валу. А при обрыве одной из фаз, торможение двигателя. Часто перегрузки бывают кратковременными. Наиболее опасными являются устойчивые перегрузки. Основной опасностью сверхтоков для электродвигателя является сопровождающее их повышение температуры обмоток двигателя. Перегрузка по току оценивается с помощью коэффициента кратности пускового тока двигателя и задается в каталоге.
В качестве элементов защиты могут применяться тепловые расцепители автоматов, тепловые реле магнитных пускателей, максимальные токовые реле автоматов с выдержками времени на срабатывания.
Токовые (электромагнитные) защиты имеют преимущества по сравнению с тепловыми ввиду простоты эксплуатации и более легкого подбора и регулировки защитных характеристик.
Однако токовые защиты не позволяют использовать перегрузочные возможности электродвигателей из-за малого времени их действия при небольших кратностях тока. Ток срабатывания максимальной токовой защиты от перегрузки определяется по формуле (1.5):
(1.5)
На практике широко используются тепловые расцепители.
Номинальный ток теплового или комбинированного расцепителей для двигателей с длительным режимом работы и легкими условиями пуска равен:
(1.6)
Для двигателей с короткозамкнутым ротором, работающим в повторно-кратковременном режиме, но при тяжелых условиях пуска:
(1.7)
Номинальная уставка на ток срабатывания теплового расцепителя определяется согласно методике, приведенной выше. Время действия защиты от перегрузки, с одной стороны, должно быть больше времени пуска электродвигателя (либо больше времени его самозапуска), с другой стороны, это время не должно превышать допустимой для двигателя длительности прохождения сверх тока. Время пуска асинхронных двигателей составляет 10-15 секунд.
Выбор защитной аппаратуры для асинхронного двигателя серии АИР со следующими основными техническими данными:
Тип двигателя – АИР 100 L2;
Мощность – 5,5 кВт;
Коэффициент мощности – 0,89;
Коэффициент кратности пускового тока – 7,5;
Номинальное напряжение – 380 В.
Необходимо выбрать защитный аппарат, позволяющий осуществлять пуск и защиту двигателя в режимах перегрузки.
По формуле (1.2) определим номинальный ток двигателя:
Тогда по формуле (1.1) пусковой ток двигателя будет равен:
Согласно формуле (1.3) ударный пусковой ток будет равным:
В качестве защитного аппарата, выполняющего одновременно функции управления в режиме редких включений, можно применить автоматический выключатель серии ВА51. Автоматические выключатели серии ВА51 предназначены для эксплуатации в электроустановках с напряжением до 660 В переменного тока и до 440 В постоянного тока. Выключатели осуществляют защиту от токов КЗ, перегрузки и недопустимого снижения напряжения, а также от нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей. Они имеют электротепловые и электромагнитные расцепители тока, но может быть исполнение только с электромагнитным расцепителем. Отношение тока срабатывания электромагнитных расцепителей к номинальному току тепловых расцепителей (кратность отсечки) находится в пределах 10 — 12. Указанная кратность (кратность отсечки) относится к автоматическим выключателям переменного тока. Автоматические выключатели с тепловыми максимальными расцепителями должны срабатывать при токе, значение которого равно 1,25 номинального тока расцепителя в течение времени менее 2 ч (в нагретом состоянии). Номинальный ток автомата должен быть не меньше номинального тока электродвигателя. Согласно расчетной величины номинального тока двигателя Iн = 11 А находим номинальный ток автомата Iна = 16 А.
Ток срабатывания токовой отсечки (электромагнитного расцепителя) отстраивается от ударного пускового тока. Принимаем согласно формуле (1.4):
Находим номинальную уставку на ток срабатывания электромагнитного расцепителя и выбираем тип автомата, имеющего данный расцепитель:
– тип автомата ВА51-30.
Номинальный ток электромагнитного расцепителя – 16 А.
Для защиты двигателя при длительном протекании пускового тока применяется тепловой расцепитель автомата ВА-51-30М1-34. Номинальный ток расцепителя должен быть не выше номинального тока автомата (Iт ≤ Iна).
Номинальная уставка на ток срабатывания теплового элемента есть среднее значение между током несрабатывания расцепителя – 1,1·Iна =1,1·16=17,6 А и нормированным значением тока срабатывания – 1,45·Iна = 1,45·16 = 23,2 А.
Ближайшее нормированное значение номинальной уставки для данной серии автомата равно Iнт = 20 А.
Определим для автомата ВА-51-35М1-34 с тепловым расцепителем на номинальный ток 20 А время срабатывания при токе перегрузки (пусковом токе двигателя), равном 23,25 А.
Определим кратность тока Iп по отношению к номинальному току расцепителя Iт
Находим пределы по времени срабатывания для заданного тока (1,8-5) с.
Время пуска двигателя не должно превышать пределов по времени срабатывания защиты.
Вывод. Для защиты асинхронного двигателя в случае возникновения аварийных режимов при пуске можно использовать автоматический выключатель серии ВА51 с электромагнитным расцепителем.
Основные параметры защитного аппарата:
— номинальный ток автомата, его электромагнитного и теплового расцепителей – Iна = 16 А;
— номинальная уставка на ток срабатывания электромагнитного расцепителя – Iно = 250 А;
— номинальная уставка на ток срабатывания теплового элемента – Iнт = 20 А;
— пределы по времени срабатывания тепловой защиты – tс = (1,8-5) с.
Автоматы защиты двигателей
2021-02-13 
Промышленное 
5 комментариев
Автоматы защиты двигателей, или по другому мотор-автоматы, предназначены в первую очередь для защиты электродвигателей от перегрева и последствий короткого замыкания, а также могут использоваться в качестве основного или аварийного выключателя. То есть по сути они совмещают в одном корпусе два устройства — автоматический выключатель и тепловое реле.
Ранее, до того как стали повсеместно применяться мотор-автоматы, для защиты двигателей использовались тепловые реле в паре с контактором.
По такой схеме тепловое реле, при превышении двигателем потребляемого тока нагрузки, размыкает цепь катушки контактора, отключая его силовые контакты и таким образом защищая двигатель. Схема рабочая, проверенная, но не лишенная недостатков. В первую очередь к ним стоит отнести неспособность тепловых реле защитить от КЗ, поэтому необходимо дополнительно использовать автоматические выключатели. Да и габариты такой конструкции из контактора и теплового реле получаются достаточно большими.
Поэтому с появлением автоматов защиты двигателей, тепловые реле стали отходить на второй план и на данный момент, их применение довольно ограничено.
Стоит сразу сказать, что по своим характеристикам, автоматы защиты двигателей несколько отличаются от обычных автоматических выключателей. В первую очередь тем, что:
- Учитываются время-токовые характеристики. При запуске двигателя пусковой ток может значительно превышать номинальный ток двигателя. Если точнее, то пусковой ток можно рассчитать, зная номинальный ток двигателя и величину кратности пускового тока Кп ( коэффициент кратности пускового тока к номинальному значению — Iпуск/Iном). Данная характеристика указывается в технических характеристиках, на шильде двигателя она отсутствует. I пуск = Iн х Кп. Например, при номинальном токе двигателя 20 А и кратности пускового тока 6, пусковой ток будет составлять 120 А. При таком токе обычный автоматический выключатель с время-токовой характеристикой B (ток отключения электромагнитной защиты от 3·In до 5·In, где In — номинальный ток) или С (от 5·In до 10·In) может отключится по электромагнитной защите. Автоматы защиты двигателей имеют уставку срабатывания электромагнитного расцепителя в зависимости от номинала, составляющую от 7,5 до 17,5 In.
- Все мотор-автоматы имеют температурную компенсацию (примерно от -25 до +60 °C) для того, чтобы исключить влияние внешней температуры на работу автомата, так как при изменении окружающей температуры может изменятся уставка теплового расцепителя, что может в свою очередь привести к ложным срабатываниям.
- Предельная отключающая способность (максимальный ток КЗ, при котором аппарат способен отключить нагрузку) автоматов защиты двигателя значительно выше (25-100кА), чем у стандартных автоматических выключателей — 4,5 — 6кА.
- Регулируемая настройка теплового расцепителя, в зависимости от номинала двигателя.
Принцип работы автомата защиты двигателей
Электромагнитный расцепитель выполнен в виде катушки соленоида, внутри которой расположен стальной сердечник с возвратной пружиной. Под действием электрического тока короткого замыкания сердечник втягивается в катушку, преодолевая сопротивление пружины и воздействует на механизм расцепления, в следствии чего контакты размыкаются.
Принцип работы тепловых расцепителей автомата такой же, как у тепловых реле. Имеется биметаллическая пластина, состоящая из двух пластин, которые сделаны из материалов с разными коэффициентами теплового расширения. Под воздействием высокой температуры, возникающей в следствии прохождения тока, превышающего номинальный, пластина начинает изгибаться, давить на механизм расцепителя и под действием пружины происходит размыкание контактов, тем самым обесточивается цепь.
Сразу после срабатывания защиты, вновь включить автомат не получится, таким образом обеспечивается выдержка времени для охлаждения двигателя после его аварийного останова.
Уставка срабатывания задается при помощи поворотного регулятора на лицевой части.
Необходимый ток уставки выставляется вращением регулятора до совмещения нужного значения тока на шкале с риской на корпусе.
Схема подключения автомата защиты двигателей
Автоматический выключатель следует устанавливать перед другими аппаратами в цепи. Это позволяет защитить не только сам двигатель, но и например, контактор от повреждения в случае перегрузки или короткого замыкания. Также, как и в случае автоматических выключателей, автомат защиты двигателей можно дополнительно оснастить вспомогательными контактами (контакты состояния, аварийный контакт), которые можно задействовать, например, для индикации состояния.
В случае подключения трехфазной нагрузки схема подключения стандартная и не вызывает вопросов, а вот в случае однофазной нагрузки (стоит отметить, что все мотор автоматы выпускаются только в трехполюсном исполнении), иногда встречаюсь с подключением, когда просто задействуют один силовой контакт автомата защиты. Но такое подключение неправильное, необходимо, как на рисунке ниже слева, задействовать все три контакта.
Кстати, обратите внимание, что автомат защиты двигателя имеет свое условно-графическое обозначение в схемах, отличающееся от обозначения обычных автоматических выключателей. А вот буквенное обозначение у них идентично.
Основные функции защиты
- Защита от токов короткого замыкания в цепи питания или внутри электродвигателя;
- Защита от длительных перегрузок, связанных с превышением механической нагрузки на валу двигателя;
- Защита от асимметрии фаз и обрыва фазного провода;
- Тепловая защита от перегрева двигателя;
- Обеспечение выдержки времени для охлаждения двигателя после его аварийной остановки после перегрева;
- Индикация режимов работы и аварийных состояний;
Выбор автомата защиты
В случае прямого запуска, когда двигатель включается в работу с помощью мотор-автомата и контактора, необходимо в первую очередь знать его мощность. Эту информацию можно найти либо в технических характеристиках на двигатель, либо в паспортных данных, которые указаны на шильде.
Следующим шагом подбираем автомат, исходя из номинальной мощности двигателя. У различных фирм-производителей можно найти таблицы характеристик, где указаны номинальный рабочий ток и диапазон регулировки автоматов защиты в зависимости от мощности двигателя. В частности, на рисунке ниже приведена таблица соответствия автоматов защиты двигателей компании Allen Bradley.
И последним этапом выставляем необходимый ток отключения при помощи регулятора диапазона. Обычно указывается, что он должен быть больше или равен номинальному току электродвигателя. Но желательно, чтобы ток срабатывания защиты превышал на 10-20% номинальный ток двигателя.
То есть в случае, если номинальный ток двигателя составляет например 10 А, умножаем это значение на 1,1. Получаем 11 А. Это значение тока и выставляем регулятором.
И еще хотел сказать пару слов о конструктивном исполнении мотор автоматов. В первую очередь следует отметить, что по способу управления существует два типа автоматов — кнопочные и с поворотным выключателем. Также клеммы могут быть либо винтовые, либо с пружинным контактом ( применяются для двигателей, мощностью до 2 кВт). Можно еще отметить наличие кнопки Тест на лицевой стороне корпуса, позволяющей имитировать срабатывание защиты автомата для проверки его работоспособности.
И в заключении хотел отметить, что эксплуатация двигателей без защитных устройств часто приводит к их выходу из строя, в следствии перегрузки, обрыва фазы, скачков напряжения и т.д. А это в свою очередь приводит к финансовым затратам, простою оборудования. Поэтому автоматы защиты двигателей являются необходимым элементом и не стоит на них экономить, тем более, что цены на них на данный момент вполне приемлемые.
Онлайн расчет автомата по мощности
Данный онлайн калькулятор позволяет произвести расчет автоматического выключателя для защиты бытовой электрической сети или электродвигателя по мощности. (Подробнее о принципе работы и характеристиках автоматов см. статью Автоматические выключатели).
ВАЖНО! Помните, что для защиты бытовой электросети необходимо применять автоматические выключатели с характеристикой срабатывания «C», а для защиты электродвигателей — с характеристикой срабатывания «D». Подробнее о характеристиках автоматических выключателей читайте здесь.
Примечание: При расчете автомата для электродвигателя данный калькулятор определяет максимально возможный ток двигателя и по нему выбирает номинал выключателя. Данный способ расчета подходит только при отсутствии точных характеристик двигателя. В других случаях автомат необходимо выбирать по номинальному току электродвигателя, который можно определить соответствующим онлайн-калькулятором, или взять из табличных данных.
Инструкция по использованию калькулятора расчета автомата:
- Выбираем тип защищаемого электрооборудования: бытовая электросеть — в случае если расчет производится для автомата который будет защищать электропроводку дома или квартиры; электродвигатель — в случае если расчет производится для автомата который будет защищать электродвигатель.
- Указываем мощность электродвигателя или бытовой электросети (вкилоВаттах! 1килоВатт=1000Ватт), для бытовой сети дополнительно выбираем тип указанной мощности: «Максимальная разрешенная к использованию мощность» — если мощность взята из проекта (технических условий) на дом (квартиру) или из договора на электроснабжения; «Суммарная мощность всех электроприборов которые будут подключаться в электросеть» — в случае если указанная мощность была получена путем суммирования мощностей всего электрооборудования в доме (квартире); «Мощность конкретного электроприбора» — в случае если указанная мощность относится к одному электроприемнику который будет защищать рассчитываемый автоматический выключатель (например, мощность стиральной машины если на нее будет устанавливаться отдельный автомат), либо суммарная мощность группы электроприемников включение которых происходит одновременно (например ряд светильников включаемых одновременно одним выключателем);
- Выбираем напряжение сети 220 Вольт — для однофазной сети, либо 380 Вольт — для трехфазной.
- Нажимаем кнопку «РАССЧИТАТЬ»
В результате расчета мы получаем требуемый стандартный номинальный ток автоматического выключателя который сможет обеспечить надежную защиту электросети и электрооборудования.
Так же не забывайте, что помимо представленного онлайн расчета автомата по мощности, вы можете произвести выбор автоматического выключателя для защиты электросети самостоятельно руководствуясь этой методикой, а для защиты электродвигателя можно выбрать автоматический выключатель по току рассчитав ток электродвигателя с помощью онлайн калькулятора или выбрав его из таблицы технических характеристик электродвигателей, а затем принять ближайшее большее стандартное значение номинального тока автомата:
Стандартными значениями номиналов автоматов являются:
0,5; 1; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160 и т.д.
Оказался ли полезен для Вас данный онлайн калькулятор? Или может быть у Вас остались вопросы? Напишите нам в комментариях!
Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.
