Усі плавкі запобіжники є комутаційними електричними елементами, призначені для того, щоб відключати ланцюг, що захищається, за допомогою розплавлення спеціальних захисних елементів. Для виготовлення плавких елементів застосовується свинець, різні сплави, а також мідь або цинк. Запобіжники захищають електричні сітіта обладнання при коротких замиканнях та неприпустимих тривалих перевантаженнях.
Ця властивість дуже важлива для трансформаторів і котушок у комутаційних мережах, фільтрах та багатьох інших додатках. Ступінь, в якій магнітне поле може зберігатися за певного струму в котушці, виражається термічною індуктивністю. Іноді котушка також є недоліком, якщо небажано уповільнити швидку зміну струму. Зазвичай це відбувається, коли компоненти мають надто довгі з'єднувальні дроти чи висновки. Це називається індуктивністю витоку.
Важливою формулою є визначення індуктивності. Це найхарактерніший параметр котушки. Ця формула є особливо важливою для опису електричної поведінки котушки з відомою індуктивністю. Що котушка поєднує напругу, прикладена до його клем і, таким чином, створює магнітне поле. Результатом є струм через котушку. Це протилежність конденсатора. Це об'єднує струм, що подається до його терміналів, і, таким чином, створює електричне поле. Результатом є напруга між клемами.
Робота запобіжників
На нормальну роботу цих пристроїв значною мірою впливають номінальні струми запобіжників. Слід зазначити, що це запобіжники можуть працювати у двох основних режимах. Це нормальні умови експлуатації, а також неприпустимі навантаження та короткі замикання.
У першому випадку робота пристрою відбувається при нормальному функціонуванні мережі. У таких умовах плавкий елемент нагрівається до робочої встановленої температури, коли вся теплота, що виділяється, поступово йде в навколишній простір. У разі відбувається нагрівання як захисного елемента до певної температури, а й інших частин запобіжника. При нормальній роботі температурне значення не повинно перевищувати допустимих меж.
У практичних застосуванняхкотушки зазвичай намотуються на повні обмотки з відповідними осердями. Індуктивність обчислюється. Значення являє собою зворотний магнітний опір котушки і включає як геометрію, так і матеріал сердечника. Він вказаний у аркуші даних ядра, але може бути розрахований. Важливо знати, що індуктивність залежить кількості оборотів, тобто. із подвійним числом обмоток виходить четверна індуктивність.
Для комутаційних контролерів особливо важливі такі дані котушок. Опір проводу індуктивності Максимальний струмнасичення струму. . Індуктивність показує, як швидко змінюється струм при застосуванні напруги. Зазвичай мінімальний розміркотушки, необхідний для пульсації струму, який має бути перевищений, не перевищує певного значення. Індуктивність не є постійною, але змінюється більшою чи меншою мірою частотою або струмом, залежно від поточного сердечника. Залізовмісні ядра, зокрема, мають виражену залежність індуктивності частоти та струму.
Використання плавкого елемента
Плавкий елемент розрахований на номінальні струми запобіжників, які забезпечують тривалу роботу. По-іншому, ця величина відома як номінальна сила струму плавкого елемента. Вона може відрізнятися від такої ж величини, передбаченої для запобіжника. Це пов'язано з тим, що в тому самому запобіжнику можуть бути вставлені елементи, розраховані на різне значення . Те значення сили струму, яке зазначено на самому пристрої відповідає максимальному значенню струму для елементів, призначених для використання в даній конструкції. Номінальна сила забезпечує рівномірний розподіл кількості теплоти від матеріалу елемента до інших частин запобіжника.
Тому індуктивність з номінальним струмом зазвичай дещо нижча за індуктивність без струму. Це необхідно враховувати щодо розмірів котушки. Через сильну залежність струму індуктивність котушок із сердечниками залізного порошку часто також дається при номінальному струмі. Без струмового навантаження індуктор приблизно дорівнює 12-2.
Однак у разі котушок з феритовим осердям індуктивність зазвичай визначається без струмового навантаження. Опір проводу, зокрема, впливає ефективність схеми чи обмежує максимально допустиме середньоквадратичне значення струму, що протікає через котушку. Це відповідає 20% вхідної напруги! Максимальний струм зазвичай визначається нагріванням котушки на певний струм. Часто це той момент, коли котушка повертається, часто це вимірюється постійною напругоюабо на низькій частоті відображається ефективне значення.
У другому випадку робота запобіжника відбувається в умовах зростання в мережі сили струму. Для того щоб час плавлення вставки було скорочено, захисні елементи виготовляються у формі пластинок з вирізами, призначеними для зменшення їх перерізу на деяких ділянках. У районі вирізів теплоти виділяється більше, ніж у широких місцях.
Коли котушка використовується в регуляторі, що перемикає, це значення зменшується на 50%, тому що, з одного боку, повинен дотримуватися струм насичення, а з іншого боку, сердечник всередині котушки також нагрівається компонентом змінного струму. Залізовмісні осердя, зокрема, мають досить високі втрати осердя, які знаходяться в тому ж діапазоні, що і втрати через опір проводу у звичайних розмірах. Однак піковий струм може перевищувати це значення струму, поки середньоквадратичне значення або нагрівання знаходяться в допустимому діапазоні.
Тому, у випадку короткого замиканнявідбувається інтенсивне нагрівання звужених ділянок та одночасне перегорання відразу в кількох місцях. При цьому сила струму в ланцюзі не встигає перевищити номінальне значення.
Таким чином, застосовуючи плавкі вставки з різними номінальними значеннями струмів, можна забезпечити ефективний захист різного електроустаткування та електричних мереж.
Струм насичення є майже найважливішим критерієм при виборі котушки, оскільки, якщо це значення занадто низьке, котушка марна для схеми. Як було описано для індуктора, це більш-менш залежить від струму котушки. Якщо струм ще більше збільшується, індуктивність швидко зменшується в залежності від матеріалу ядра та механічної конструкції, зменшення у 10 разів не є рідкістю.
Струм насичення ніколи не буде перевищений за допомогою правильно налаштованого перемикаючого регулятора, оскільки це обмеження діє раніше. З іншого боку, у разі поганої конструкції обмеження струму вказується тільки за високого струму, коли котушка переходить у насичення. Це призводить до непотрібних втрат і тому їх слід уникати.
Здрастуйте, шановні читачі та гості сайту «Нотатки електрика».
Вирішив написати статтю про розрахунок номінального струму для трифазного електродвигуна.
Це питання є актуальним і здається здавалося б не таким і складним, але чомусь у розрахунках найчастіше виникають помилки.
Як приклад для розрахунку я візьму трифазний асинхронний двигун АІР71А4 потужністю 0,55 (кВт).
Оскільки індуктивність котушки в насиченні мінімальна, вона може зберігати додаткову енергію. Тому більша частина енергії, що тече в котушку, перетворюється на тепло в резисторі дроту або в транзисторі перемикання, що значно знижує ефективність і, можливо, порушує регулювання регулятора, що перемикає.
У типовій котушці для перемикання джерел живлення струм насичення становить приблизно 1,5-2 від номінального струму. Це дозволяє використовувати номінальний струм повністю, тому що поточна пульсація становить близько 50% від номінального струму, піковий струм приблизно в 1,5 рази перевищує номінальний струм.
Ось його зовнішній вигляд та бирка з технічними даними.
Струм, що визначається обмежуючим резистором, може також виникати на холостому ходібез навантаження, тому низьке навантаження не захищає від насичення! Коли значну кількість енергії має зберігатися в котушці через застосування, їй потрібний повітряний зазор. Більша частинаенергії потім більше зберігається безпосередньо у ядерному матеріалі, а повітряному зазорі. Чим більше повітряний зазор, тим більше енергії котушка може зберігати, але вимагає більше обмоток, щоб досягти певної індуктивності.
Це стосується конвертерів зворотного ходу, а також до реакторів зберігання в перетворювачах потоку. Наприклад, трансформатор трансформатора потоку не вимагає ніякого повітряного зазору. Сердечники феритових кілець, які у перетворювачах чи дроселях з компенсацією струму, немає повітряного зазору. Тому вони навряд чи можуть зберігати енергію і тому не підходять для зберігання реакторів чи зворотних перетворювачів. Кільця з сердечником з металевого порошку йдуть по-іншому: тут мінімальні пластикові простори, заповнені між окремими частинками заліза, вже є повітряним зазором, тому не потрібно додаткового повітряного зазору.
Якщо двигун Ви плануєте підключати до трифазну мережу 380 (В), тобто його обмотки потрібно з'єднати за схемою «зірка», тобто. на клемнику необхідно з'єднати висновки V2, U2 та W2 між собою за допомогою спеціальних перемичок.
Однак матеріали, що використовуються для цієї мети, мають значно вищі втрати намагніченості, ніж ферит, тому залізні порошкові осердя зазвичай використовуються тільки для низьких частот. Найбільш широко використовуваним матеріалом є жовто-білі марковані кільцеві сердечники з кодом матеріалу. Це характеризується насамперед низькою вартістю. Діапазон застосування або в переважних дроселях для додатків постійного або 50 Гц, або в комутаційних мережах до 100 кГц. Для більш високих частот краще і, звичайно, доступні більш дорогі матеріали.
При підключенні цього двигуна трифазну мережу напругою 220 (В) його обмотки необхідно з'єднати трикутником, тобто. встановити три перемички: U1-W2, V1-U2 та W1-V2.
Отже, почнемо.
Увага! Потужність на шильдику двигуна вказується електрична, а механічна, тобто. механічна потужність на валу двигуна. Про це чітко йдеться у чинному ГОСТ Р 52776-2007, п.5.5.3:
Однак слід зазначити, що індуктивність феритового осердя сильно залежить від частоти, струму, а також віку! Залежно від температури сердечники із порошку заліза стають більш менш швидкими, а котушка втрачає свою індуктивність. Розміри сердечника осердя феро-перкусійного кільця непрості, тому що тут необхідно враховувати велику кількість факторів. Розрахунок основних втрат також є складним, але деякі виробники надають формули або програми розрахунку, Мікрометали: програма розрахунку сердечників кільцевого порошку.
Корисну механічну потужністьпозначають, як Р2.
Ще рідше, на бирці вказують потужність кінських силах(К.с.), але такого я жодного разу ще не зустрічав на своїй практиці. Для інформації: 1 (к.с.) = 745,7 (Ватт).
Насамперед, новачкам не радять за своїми власними розмірами котушки сердечника сердечника залізного порошку. Таким чином, залізний порошок вищий за ферит, що призводить до більш компактних котушок з однаковою енергетичною ємністю. Для новачків немає нічого незвичайного в тому, щоб зробити помилку при використанні наступної котушки з відповідним індуктором, не переконавшись, що котушка фактично розроблена як котушка придушення перешкод. Наприклад, у Рейхельті. Ланцюги працюють досить добре, але ефективність значно нижча, ніж при хорошій котушці.
Але нас цікавить саме електрична потужність, тобто. потужність, що споживається двигуном із мережі. Активна електрична потужність позначається, як Р1 і вона буде більше механічної потужності Р2, т.к. у ній враховано всі втрати двигуна.
1. Механічні втрати (Рмех.)
До механічних втрат відносяться тертя у підшипниках та вентиляція. Їх величина залежить від оборотів двигуна, тобто. що швидкість, тим більше механічні втрати.
Це в основному пов'язане з дизайном котушки та її існуючого ядра. Блоки придушення радіоперешкод призначені для пропускання низькочастотного струму та блокування низькочастотного струму, який є низьким порівняно з корисним струмом на високій частоті. В результаті магнітне поле є постійним або змінюється дуже повільно через низькочастотний струм. Таким чином, сердечник не розрахований на низьку втрату, або навіть бажано, якщо він має певні втрати на високих частотах, щоб запобігти резонансам усередині котушки.
У асинхронних трифазних двигунівз фазним ротором ще враховуються втрати між щітками та контактними кільцями. Докладніше про влаштування асинхронних двигунів Ви можете.
Таким чином, котушки, спеціально призначені для перемикання джерел живлення, часто мають відповідну механічну конструкцію, щоб підтримувати якомога сильніші лінії в межах або дуже близько до котушки, щоб мінімізувати ці перешкоди.
Зокрема, для котушок із сердечниками із сердечником із сердечником необхідно точно перевірити, чи застосовуються дані для додатків придушення перешкод або для перемикання джерел живлення: тут одна й та сама котушка часто визначається по-різному залежно від передбачуваного використання. Це пов'язано з тим, що під час застосування придушення перешкод практично немає втрат у сердечнику, і через нижчий нагрів провід може протікати через вищий струм без перегріву.
2. Магнітні втрати (Рмагн.)
Магнітні втрати виникають у «залізі» магнітопроводу. До них відносяться втрати на гістерезис та вихрові струми при перемагнічуванні сердечника.
Величина магнітних втрат у статорі залежить від частоти перемагнічування його осердя. Частота завжди стала і становить 50 (Гц).
Резервуари для зберігання: дуже хороші Придатні котушки з тороїдальним сердечником: в залежності від застосування Хороші та дуже хороші Конструкція резистора, барабанна серцевина: підходить для невеликих котушок придушення енергії: погано підходять струмообмежені дроселі: абсолютно непридатні. Придатні котушки для менших перемикаючих регуляторів у будь-якій конфігурації, наприклад, наприклад, у Райхельті або Конраді або аналогічних котушках. Завдяки феритовому осердя ці котушки підходять практично для всіх частотних діапазонів.
Магнітні втрати у роторі залежать від частоти перемагнічування ротора. Ця частота становить 2-4 (Гц) і залежить від величини ковзання двигуна. Але магнітні втрати в роторі мають малу величину, тому в розрахунках найчастіше не враховуються.
Для знижувальних контролерів до 100 кГц, особливо при більш високих струмах вони часто набагато дешевші, ніж аналогічні котушки з феритовим сердечником. Тут представлений простий метод розрахунку котушок. Це дроселі для перемикаючих регуляторів та/або трансформаторів для зворотних перетворювачів. Також трансформатори та котушки. Це означає, що ви просто і просто вирахували свою котушку та намотали її.
Однак для любителів це зазвичай призводить до задоволення результатів. Говорячи простими словамиМожна сказати, що ємність зберігання енергії котушки визначається магнітним сердечником. Кількість витків не впливає! Проте енергія залишається такою самою, як показує наступна формула. Спочатку ви повинні обчислити потрібну ємність. ми візьмемо як приклад підвищуючий комутуючий регулятор, який вимагає котушки 330 мкГн та 2, 5А. Обчислюється енергетичний зміст.
3. Електричні втрати у статорній обмотці (Ре1)
Електричні втрати в обмотці статора викликані їх нагріванням від струмів, що проходять по них. Чим більше струм, що більше навантажений двигун, то більше втрата електричних втрат — все логічно.
4. Електричні втрати в роторі (Ре2)
Електричні втрати у роторі аналогічні втрат у статорній обмотці.
5. Інші додаткові втрати (Рдоб.)
До додаткових втрат можна віднести вищі гармоніки магніторушійної сили, пульсацію магнітної індукції в зубцях та інше. Ці втрати дуже важко врахувати, тому їх приймають зазвичай як 0,5% від споживаної активної потужностіР1.
Усі Ви знаєте, що у двигуні електрична енергіяперетворюється на механічну. Якщо пояснити трохи докладніше, то при підведеній до двигуна електричної активної потужності Р1 деяка її частина витрачається на електричні втрати в обмотці статора і магнітні втрати в магнітопроводі. Потім залишкова електромагнітна потужність передається на ротор, де вона витрачається на електричні втрати в роторі і перетворюється на механічну потужність. Частина механічної потужності зменшується за рахунок механічних та додаткових втрат. У результаті механічна потужність, що залишилася, — це і є корисна потужність Р2 на валу двигуна.
Всі ці втрати закладені в єдиний параметр - коефіцієнт корисної дії(ККД) двигуна, який позначається символом "η" і визначається за формулою:
До речі, ККД приблизно дорівнює 0,75-0,88 для двигунів потужністю до 10 (кВт) та 0,9-0,94 для двигунів понад 10 (кВт).
Ще раз звернемося до даних, що розглядається в цій статті двигуна АІР71А4.
На його шильдику вказані такі дані:
- тип двигуна АІР71А4
- заводський номер № ХХХХХ
- рід струму - змінний
- кількість фаз - трифазний
- частота мережі живлення 50 (Гц)
- схема з'єднання обмоток ∆/Y
- номінальна напруга 220/380 (В)
- номінальний струм при трикутнику 2,7(А)/при зірці 1,6(А)
- номінальна корисна потужність на валу Р2 = 0,55 (кВт) = 550 (Вт)
- частота обертання 1360 (об/хв)
- ККД 75% (η = 0,75)
- коефіцієнт потужності cosφ = 0,71
- режим роботи S1
- клас ізоляції F
- клас захисту IP54
- назва підприємства та країни виробника
- рік випуску 2007
Розрахунок номінального струму електродвигуна
Насамперед необхідно знайти електричну активну споживану потужність Р1 з мережі за формулою:
Р1 = Р2/η = 550/0,75 = 733,33 (Вт)
Величини потужностей підставляються у формули у ватах, а напруга - у вольтах. ККД (η) і коефіцієнт потужності (cosφ) є безрозмірними величинами.
Але цього мало, тому що ми не врахували коефіцієнт потужності (cosφ ) , А двигун - це активно-індуктивне навантаження, тому для визначення повної споживаної потужності двигуна з мережі скористаємося формулою:
S = P1/cosφ = 733,33/0,71 = 1032,85 (ВА)
Знайдемо номінальний струм двигуна при з'єднанні обмоток у зірку:
Iном = S / (1,73 · U) = 1032,85 / (1,73 · 380) = 1,57 (А)
Знайдемо номінальний струм двигуна при з'єднанні обмоток у трикутник:
Iном = S / (1,73 · U) = 1032,85 / (1,73 · 220) = 2,71 (А)
Як бачите, значення, що вийшло, дорівнюють струмам, зазначеним на бирці двигуна.
Для спрощення вище наведені формули можна об'єднати в одну загальну. У результаті вийде:
Іном = P2/(1,73·U·cosφ·η)
Тому, щоб визначити номінальний струм двигуна, необхідно в цю формулупідставляти механічну потужність Р2, взяту з бирки, з урахуванням ККД та коефіцієнта потужності (cosφ), які вказані на тій же бірці або паспорті на електродвигун.
Перевірити ще раз формулу.
Струм двигуна при з'єднанні обмоток у зірку:
Іном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 550/(1,73·380·0,71·0,75) = 1,57 (А)
Струм двигуна при з'єднанні обмоток у трикутник:
Іном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 550/(1,73·220·0,71·0,75) = 2,71 (А)
Сподіваюся, що все зрозуміло.
Приклади
Вирішив навести ще кілька прикладів із різними типами двигунів та потужностями. Розрахуємо їх номінальні струми і порівняємо зі струмами, вказаними на їх бирках.
Як бачите, цей двигун можна підключити тільки до трифазної мережі напругою 380 (В), т.к. його обмотки зібрані в зірку всередині двигуна, а в клемник виведено всього три кінці, тому:
Іном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 1500/(1,73·380·0,85·0,82) = 3,27 (А)
Отриманий струм 3,27 (А) відповідає номінальному струму 3,26 (А), вказаному на бирці.
Даний двигун можна підключати до трифазної мережі напругою, як на 380 (В) зіркою, так і на 220 (В) трикутником, т.к. у клемник у нього виведено 6 кінців:
Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 3000/(1,73·380·0,83·0,83) = 6,62 (А) - зірка
Іном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 3000/(1,73·220·0,83·0,83) = 11,44 (А) - трикутник
Отримані значення струмів за різних схем з'єднання обмоток відповідають номінальним струмам, зазначених на бирці.
3. Асинхронний двигунАІРС100А4 потужністю 4,25 (кВт)
Аналогічно попередньому.
Iном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 4250/(1,73·380·0,78·0,82) = 10,1 (А) - зірка
Іном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 4250/(1,73·220·0,78·0,82) = 17,45 (А) - трикутник
Розрахункові значення струмів за різних схем з'єднання обмоток відповідають номінальним струмам, зазначених на шильдику двигуна.
Цей двигун можна підключити тільки до трифазної мережі напругою 6 (кВ). Схема з'єднання його обмоток – зірка.
Іном = P2/(1,73·U·cosφ·η) = 630000/(1,73·6000·0,86·0,947) = 74,52 (А)
Розрахунковий струм 74,52 (А) відповідає номінальному струму 74,5 (А), вказаному на бирці.
Доповнення
Представлені вище формули це звичайно добре і по них розрахунок виходить більш точним, але є в народі більш спрощена і приблизна формула для розрахунку номінального струму двигуна, яка найбільшого поширення набула серед домашніх умільців і майстрів.
Все просто. Берете потужність двигуна в кіловатах, вказану на бирці і множите її на 2 - ось Вам і готовий результат. Тільки це тотожність доречно для двигунів 380 (В), зібраних у зірку. Можете перевірити та примножувати потужності наведених вище двигунів. Але особисто я наполягаю Вам використовувати більш точні методи розрахунку.
P.S. А ось тепер, як ми вже визначилися зі струмами, можна приступати до вибору автоматичного вимикача, запобіжників, теплового захисту двигуна та контакторів для його керування. Про це я розповім Вам у наступних публікаціях. Щоб не пропустити вихід нових статей, підписуйтесь на розсилку сайту «Нотатки електрика». До нової зустрічі.