Все плавкие предохранители являются коммутационными электрическими элементами, предназначенные для того, чтобы отключать защищаемую цепь с помощью расплавления специальных защитных элементов. Для изготовления плавких элементов применяется свинец, его различные сплавы, а также медь или цинк. Предохранители защищают электрические сети и оборудование при коротких замыканиях и недопустимых длительных перегрузках.
Это свойство очень важно для трансформаторов и катушек в коммутационных сетях, фильтрах и многих других приложениях. Степень, в которой магнитное поле может храниться при определенном токе в катушке, выражается термической индуктивностью. Иногда, однако, катушка также является недостатком, если нежелательно замедлить быстрое изменение тока. Обычно это происходит, когда компоненты имеют слишком длинные соединительные провода или выводы. Это называется индуктивностью утечки.
Важной формулой является определение индуктивности. Это наиболее характерный параметр катушки. Эта формула особенно важна для описания электрического поведения катушки с известной индуктивностью. Что катушка объединяет напряжение, приложенное к его клеммам и, таким образом, создает магнитное поле. Результатом является ток через катушку. Это противоположность конденсатора. Это объединяет ток, подаваемый в его терминалы, и, таким образом, создает электрическое поле. Результатом является напряжение между клеммами.
Работа предохранителей
На нормальную работу этих устройств в значительной степени влияют номинальные токи предохранителей. Следует сразу отметить, что все предохранители могут работать в двух основных режимах. Это нормальные условия эксплуатации, а также недопустимые перегрузки и короткие замыкания.
В первом случае, работа устройства происходит при нормальном функционировании сети. В таких условиях плавкий элемент нагревается до рабочей установленной температуры, когда вся выделяющаяся теплота постепенно уходит в окружающее пространство. В данном случае происходит нагревание не только защитного элемента до определенной температуры, но и прочих частей предохранителя. При нормальной работе, температурное значение не должно превышать допустимых пределов.
В практических применениях катушки обычно наматываются на полные обмотки с соответствующими сердечниками. Индуктивность вычисляется. Значение представляет собой обратное магнитное сопротивление катушки и включает в себя как геометрию, так и материал сердечника. Он указан в листе данных ядра, но также может быть рассчитан. Важно знать, что индуктивность зависит от числа оборотов, т.е. с двойным числом обмоток получается четверная индуктивность.
Для коммутационных контроллеров особенно важны следующие данные катушек. Сопротивление провода индуктивности Максимальный ток насыщения тока. . Индуктивность показывает, как быстро изменяется ток при приложении напряжения. Обычно минимальный размер катушки, необходимый для пульсации тока, который должен быть превышен, не превышает определенного значения. Индуктивность не является постоянной, но изменяется в большей или меньшей степени с частотой или током, в зависимости от текущего сердечника. Железосодержащие ядра, в частности, имеют выраженную зависимость индуктивности частоты и тока.
Использование плавкого элемента
Плавкий элемент рассчитан на номинальные токи предохранителей, обеспечивающие его длительную работу. По-другому, эта величина известна, как номинальная сила тока плавкого элемента. Она может отличаться от такой же величины, предусмотренной для самого предохранителя. Это связано с тем, что в одном и том же предохранителе могут быть вставлены элементы, рассчитанные на различное значение . То значение силы тока, которое указано на самом устройстве соответствует максимальному значению тока для элементов, предназначенных к использованию в данной конструкции. Номинальная сила обеспечивает равномерное распределение количества теплоты от материала элемента к другим частям предохранителя.
Поэтому индуктивность с номинальным током обычно несколько ниже индуктивности без тока. Это необходимо учитывать при определении размеров катушки. Из-за сильной зависимости тока индуктивность катушек с сердечниками железного порошка часто также дается при номинальном токе. Без токовой нагрузки индуктор примерно равен 1, 2-2.
Однако в случае катушек с ферритовым сердечником индуктивность обычно определяется без токовой нагрузки. Сопротивление провода, в частности, влияет на эффективность схемы или ограничивает максимально допустимое среднеквадратичное значение тока, протекающего через катушку. Это соответствует 20% входного напряжения! Максимальный ток обычно определяется нагревом катушки на определенный ток. Часто это тот момент, когда катушка поворачивается, Часто это измеряется постоянным напряжением или на низкой частоте отображается эффективное значение.
Во втором случае работа предохранителя происходит в условиях возрастания в сети силы тока. Для того, чтобы время плавления вставки было сокращено, защитные элементы изготавливаются в форме пластинок с вырезами, предназначенными для уменьшения их сечения на некоторых участках. В районе вырезов теплоты выделяется больше, чем в широких местах.
Когда катушка используется в переключающем регуляторе, это значение уменьшается на 50%, потому что, с одной стороны, должен соблюдаться ток насыщения, а с другой стороны, сердечник внутри катушки также нагревается компонентом переменного тока. Железосодержащие сердечники, в частности, имеют довольно высокие потери сердечников, которые находятся в том же диапазоне, что и потери из-за сопротивления провода в обычных размерах. Однако пиковый ток может превышать это значение тока до тех пор, пока среднеквадратичное значение или нагрев находятся в допустимом диапазоне.
Поэтому, в случае короткого замыкания происходит интенсивное нагревание суженных участков и одновременное перегорание сразу в нескольких местах. При этом сила тока в цепи не успевает превысить номинальное значение.
Таким образом, применяя плавкие вставки с разными номинальными значениями токов, можно обеспечить эффективную защиту различного электрооборудования и электрических сетей.
Ток насыщения является почти самым важным критерием при выборе катушки, поскольку, если это значение слишком низкое, катушка бесполезна для схемы. Как уже было описано для индуктора, это более или менее зависит от тока катушки. Если ток еще больше увеличивается, индуктивность быстро уменьшается в зависимости от материала ядра и механической конструкции, уменьшение в 10 раз не является редкостью.
Ток насыщения никогда не будет превышен с помощью правильно настроенного переключающего регулятора, поскольку это ограничение действует раньше. С другой стороны, в случае плохой конструкции ограничение тока указывается только при высоком токе, когда катушка переходит в насыщение. Это приводит к ненужным потерям и поэтому их следует избегать.
Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».
Решил написать статью о расчете номинального тока для трехфазного электродвигателя.
Этот вопрос является актуальным и кажется на первый взгляд не таким и сложным, но почему-то в расчетах зачастую возникают ошибки.
В качестве примера для расчета я возьму трехфазный асинхронный двигатель АИР71А4 мощностью 0,55 (кВт).
Поскольку индуктивность катушки в насыщении минимальна, она не может хранить дополнительную энергию. Поэтому большая часть энергии, текущей в катушку, преобразуется в тепло в резисторе провода или в транзисторе переключения, что значительно снижает эффективность и, возможно, нарушает регулирование переключающего регулятора.
В типичной катушке для переключения источников питания ток насыщения составляет примерно 1, 5-2 от номинального тока. Это позволяет использовать номинальный ток полностью, так как текущая пульсация составляет около 50% от номинального тока, пиковый ток примерно в 1, 5 раза превышает номинальный ток.
Вот его внешний вид и бирка с техническими данными.
Ток, определяемый ограничивающим резистором, может также возникать на холостом ходу без нагрузки, поэтому низкая нагрузка не защищает от насыщения! Когда значительное количество энергии должно храниться в катушке из-за применения, ей необходим воздушный зазор. Большая часть энергии затем больше не хранится непосредственно в ядерном материале, а в воздушном зазоре. Чем больше воздушный зазор, тем больше энергии катушка может хранить, но требует больше обмоток, чтобы достичь определенной индуктивности.
Это относится к конвертерам обратного хода, а также к реакторам хранения в преобразователях потока. Например, в трансформаторе трансформатора потока не требуется никакого воздушного зазора. Сердечники ферритовых колец, используемые в преобразователях или дросселях с компенсацией тока, не имеют воздушного зазора. Поэтому они вряд ли могут хранить энергию и поэтому не подходят для хранения реакторов или обратных преобразователей. Кольца с сердечником из металлического порошка идут по-другому: здесь минимальные пластиковые пространства, заполненные между отдельными частицами железа, уже представляют собой воздушный зазор, поэтому не требуется дополнительного воздушного зазора.
Если двигатель Вы планируете подключать в трехфазную сеть 380 (В), то значит его обмотки нужно соединить по схеме «звезда», т.е. на клеммнике необходимо соединить выводы V2, U2 и W2 между собой с помощью специальных перемычек.
Однако материалы, используемые для этой цели, имеют значительно более высокие потери намагниченности, чем феррит, поэтому железные порошковые сердечники обычно используются только для низких частот. Наиболее широко используемым материалом являются желто-белые маркированные кольцевые сердечники с кодом материала. Это характеризуется прежде всего низкой стоимостью. Диапазон применения либо в подавительных дросселях для приложений постоянного или 50 Гц, либо в сетях коммутации до 100 кГц. Для более высоких частот лучше и, конечно же, доступны более дорогие материалы.
При подключении этого двигателя в трехфазную сеть напряжением 220 (В) его обмотки необходимо соединить треугольником, т.е. установить три перемычки: U1-W2, V1-U2 и W1-V2.
Итак, приступим.
Внимание! Мощность на шильдике двигателя указывается не электрическая, а механическая, т.е. полезная механическая мощность на валу двигателя. Об этом отчетливо говорится в действующем ГОСТ Р 52776-2007, п.5.5.3:
Однако следует отметить, что индуктивность ферритового сердечника сильно зависит от частоты, тока, а также возраста! В зависимости от температуры сердечники из порошка железа становятся более или менее быстрыми, а катушка теряет свою индуктивность. Размеры сердечника сердечника ферро-перкуссионного кольца непросты, так как здесь необходимо учитывать большое количество факторов. Расчет основных потерь также является сложным, но некоторые производители предоставляют формулы или программы расчета, Микрометаллы: программа расчета сердечников кольцевого порошка.
Полезную механическую мощность обозначают, как Р2.
Еще реже, на бирке указывают мощность в лошадиных силах (л.с.), но такого я ни разу еще не встречал на своей практике. Для информации: 1 (л.с.) = 745,7 (Ватт).
Прежде всего, новичкам не советуют по своим собственным размерам катушки сердечника сердечника железного порошка. Таким образом, железный порошок выше, чем феррит, что приводит к более компактным катушкам с одинаковой энергетической емкостью. Для новичков нет ничего необычного в том, чтобы совершить ошибку при использовании следующей катушки с подходящим индуктором, не убедившись, что катушка фактически разработана как катушка подавления помех. Например, в Рейхельте. Цепи работают достаточно хорошо, но эффективность значительно ниже, чем при хорошей катушке.
Но нас интересует именно электрическая мощность, т.е. мощность, потребляемая двигателем из сети. Активная электрическая мощность обозначается, как Р1 и она всегда будет больше механической мощности Р2, т.к. в ней учтены все потери двигателя.
1. Механические потери (Рмех.)
К механическим потерям относятся трение в подшипниках и вентиляция. Их величина напрямую зависит от оборотов двигателя, т.е. чем выше скорость, тем больше механические потери.
Это в основном связано с дизайном катушки и ее существующего ядра. Блоки подавления радиопомех предназначены для пропускания низкочастотного тока и для блокировки низкочастотного тока, который является низким по сравнению с полезным током на высокой частоте. В результате магнитное поле является постоянным или изменяется очень медленно из-за низкочастотного тока. Таким образом, сердечник не рассчитан на низкую потерю, или даже желательно, если он имеет определенные потери на высоких частотах, чтобы предотвратить резонансы внутри катушки.
У асинхронных трехфазных двигателей с фазным ротором еще учитываются потери между щетками и контактными кольцами. Более подробно об устройстве асинхронных двигателей Вы можете .
Таким образом, катушки, специально предназначенные для переключения источников питания, часто имеют соответствующую механическую конструкцию, чтобы поддерживать как можно более сильные линии в пределах или очень близко к катушке, чтобы минимизировать эти помехи.
В частности, для катушек с сердечниками с сердечником с сердечником необходимо точно проверить, применяются ли данные для приложений подавления помех или для переключения источников питания: здесь одна и та же катушка часто определяется по-разному в зависимости от предполагаемого использования. Это связано с тем, что во время приложения подавления помех практически нет потерь в сердечнике, и из-за более низкого нагрева провод может протекать через более высокий ток без перегрева.
2. Магнитные потери (Рмагн.)
Магнитные потери возникают в «железе» магнитопровода. К ним относятся потери на гистерезис и вихревые токи при перемагничивании сердечника.
Величина магнитных потерь в статоре зависит от частоты перемагничивания его сердечника. Частота всегда постоянная и составляет 50 (Гц).
Резервуары для хранения: очень хорошие Подходящие катушки с тороидальным сердечником: в зависимости от применения Хорошие и очень хорошие Конструкция резистора, барабанная сердцевина: подходит для небольших катушек подавления энергии: плохо подходящие токоограниченные дроссели: абсолютно непригодны. Подходящие катушки для меньших переключающих регуляторов в любой конфигурации, например, Например, в Райхельте или Конраде или аналогичных катушках. Благодаря ферритовому сердечнику эти катушки подходят практически для всех частотных диапазонов.
Магнитные потери в роторе зависят от частоты перемагничивания ротора. Эта частота составляет 2-4 (Гц) и напрямую зависит от величины скольжения двигателя. Но магнитные потери в роторе имеют малую величину, поэтому в расчетах чаще всего не учитываются.
Для понижающих контроллеров до 100 кГц, Особенно при более высоких токах они часто намного дешевле, чем аналогичные катушки с ферритовым сердечником. Здесь представлен простой метод расчета катушек. Это дроссели для переключающих регуляторов и / или трансформаторов для обратных преобразователей. Также трансформаторы и катушки. Это означает, что вы просто и просто вычислили свою катушку и намотали ее.
Однако для любителей это обычно приводит к удовлетворению результатов. Говоря простыми словами, можно сказать, что емкость хранения энергии катушки определяется магнитным сердечником. Количество витков не влияет! Однако энергия остается такой же, как показывает следующая формула. Сначала вы должны вычислить требуемую емкость. мы возьмем в качестве примера повышающий коммутирующий регулятор, который требует катушки 330 мкГн и 2, 5А. Вычисляется энергетическое содержание.
3. Электрические потери в статорной обмотке (Рэ1)
Электрические потери в обмотке статора вызваны их нагревом от проходящих по ним токам. Чем больше ток, чем больше нагружен двигатель, тем больше электрические потери — все логично.
4. Электрические потери в роторе (Рэ2)
Электрические потери в роторе аналогичны потерям в статорной обмотке.
5. Прочие добавочные потери (Рдоб.)
К добавочным потерям можно отнести высшие гармоники магнитодвижущей силы, пульсацию магнитной индукции в зубцах и прочее. Эти потери очень трудно учесть, поэтому их принимают обычно, как 0,5% от потребляемой активной мощности Р1.
Все Вы знаете, что в двигателе электрическая энергия преобразуется в механическую. Если объяснить чуть подробнее, то при подведенной к двигателю электрической активной мощности Р1, некоторая ее часть затрачивается на электрические потери в обмотке статора и магнитные потери в магнитопроводе. Затем остаточная электромагнитная мощность передается на ротор, где она расходуется на электрические потери в роторе и преобразуется в механическую мощность. Часть механической мощности уменьшается за счет механических и добавочных потерь. В итоге, оставшаяся механическая мощность — это и есть полезная мощность Р2 на валу двигателя.
Все эти потери и заложены в единственный параметр — коэффициент полезного действия (КПД) двигателя, который обозначается символом «η» и определяется по формуле:
Кстати, КПД примерно равен 0,75-0,88 для двигателей мощностью до 10 (кВт) и 0,9-0,94 для двигателей свыше 10 (кВт).
Еще раз обратимся к данным, рассматриваемого в этой статье двигателя АИР71А4.
На его шильдике указаны следующие данные:
- тип двигателя АИР71А4
- заводской номер № ХХХХХ
- род тока — переменный
- количество фаз — трехфазный
- частота питающей сети 50 (Гц)
- схема соединения обмоток ∆/Y
- номинальное напряжение 220/380 (В)
- номинальный ток при треугольнике 2,7 (А) / при звезде 1,6 (А)
- номинальная полезная мощность на валу Р2 = 0,55 (кВт) = 550 (Вт)
- частота вращения 1360 (об/мин)
- КПД 75% (η = 0,75)
- коэффициент мощности cosφ = 0,71
- режим работы S1
- класс изоляции F
- класс защиты IP54
- название предприятия и страны изготовителя
- год выпуска 2007
Расчет номинального тока электродвигателя
В первую очередь необходимо найти электрическую активную потребляемую мощность Р1 из сети по формуле:
Р1 = Р2/η = 550/0,75 = 733,33 (Вт)
Величины мощностей подставляются в формулы в ваттах, а напряжение — в вольтах. КПД (η) и коэффициент мощности (cosφ) — являются безразмерными величинами.
Но этого не достаточно, потому что мы не учли коэффициент мощности (cosφ) , а ведь двигатель — это активно-индуктивная нагрузка, поэтому для определения полной потребляемой мощности двигателя из сети воспользуемся формулой:
S = P1/cosφ = 733,33/0,71 = 1032,85 (ВА)
Найдем номинальный ток двигателя при соединении обмоток в звезду:
Iном = S/(1,73·U) = 1032,85/(1,73·380) = 1,57 (А)
Найдем номинальный ток двигателя при соединении обмоток в треугольник:
Iном = S/(1,73·U) = 1032,85/(1,73·220) = 2,71 (А)
Как видите, получившиеся значения равны токам, указанным на бирке двигателя.
Для упрощения, выше приведенные формулы можно объединить в одну общую. В итоге получится:
Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η)
Поэтому, чтобы определить номинальный ток двигателя, необходимо в данную формулу подставлять механическую мощность Р2, взятую с бирки, с учетом КПД и коэффициента мощности (cosφ), которые указаны на той же бирке или в паспорте на электродвигатель.
Перепроверим формулу.
Ток двигателя при соединении обмоток в звезду:
Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 550/(1,73·380·0,71·0,75) = 1,57 (А)
Ток двигателя при соединении обмоток в треугольник:
Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 550/(1,73·220·0,71·0,75) = 2,71 (А)
Надеюсь, что все понятно.
Примеры
Решил привести еще несколько примеров с разными типами двигателей и мощностями. Рассчитаем их номинальные токи и сравним с токами, указанными на их бирках.
Как видите, этот двигатель можно подключить только в трехфазную сеть напряжением 380 (В), т.к. его обмотки собраны в звезду внутри двигателя, а в клеммник выведено всего три конца, поэтому:
Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 1500/(1,73·380·0,85·0,82) = 3,27 (А)
Полученный ток 3,27 (А) соответствует номинальному току 3,26 (А), указанному на бирке.
Данный двигатель можно подключать в трехфазную сеть напряжением, как на 380 (В) звездой, так и на 220 (В) треугольником, т.к. в клеммник у него выведено 6 концов:
Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 3000/(1,73·380·0,83·0,83) = 6,62 (А) — звезда
Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 3000/(1,73·220·0,83·0,83) = 11,44 (А) — треугольник
Полученные значения токов при разных схемах соединения обмоток соответствуют номинальным токам, указанных на бирке.
3. Асинхронный двигатель АИРС100А4 мощностью 4,25 (кВт)
Аналогично, предыдущему.
Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 4250/(1,73·380·0,78·0,82) = 10,1 (А) — звезда
Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 4250/(1,73·220·0,78·0,82) = 17,45 (А) — треугольник
Расчетные значения токов при разных схемах соединения обмоток соответствуют номинальным токам, указанных на шильдике двигателя.
Этот двигатель можно подключить только в трехфазную сеть напряжением 6 (кВ). Схема соединения его обмоток — звезда.
Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 630000/(1,73·6000·0,86·0,947) = 74,52 (А)
Расчетный ток 74,52 (А) соответствует номинальному току 74,5 (А), указанному на бирке.
Дополнение
Представленные выше формулы это конечно хорошо и по ним расчет получается более точным, но есть в простонародье более упрощенная и приблизительная формула для расчета номинального тока двигателя, которая наибольшее распространение получила среди домашних умельцев и мастеров.
Все просто. Берете мощность двигателя в киловаттах, указанную на бирке и умножаете ее на 2 — вот Вам и готовый результат. Только данное тождество уместно для двигателей 380 (В), собранных в звезду. Можете проверить и поумножать мощности приведенных выше двигателей. Но лично я же настаиваю Вам использовать более точные методы расчета.
P.S. А вот теперь, как мы уже определились с токами, можно приступать к выбору автоматического выключателя, предохранителей, тепловой защиты двигателя и контакторов для его управления. Об этом я расскажу Вам в следующих своих публикациях. Чтобы не пропустить выход новых статей — подписывайтесь на рассылку сайта «Заметки электрика». До новых встреч.