Как рассчитать номинальный ток трехфазного асинхронного двигателя?

Здравствуйте уважаемые посетители сайта «Помощь электрикам». Вроде бы несложный вопрос – как посчитать номинальный ток трехфазного асинхронного двигателя? Но все же актуальность этого расчета не теряется, потому что все же во многих случаях возникают ошибки при подсчетах.

Сегодня в данной статье рассмотрим асинхронный двигатель BRA200L4 УХЛ1. Основные параметры: 30 кВт мощность, 1500 об/мин частота.

Вот такая бирка на двигателе:

Подключать данный двигатель мы можем несколькими способами к сети. Если у нас используется трехфазная сеть 380 Вольт, то обмотки двигателя подключаются по схеме «Звезда». (Подробнее о схемах подключения можете прочитать здесь). На коробе выводов , необходимо соединить вывода а, b, с между собой перемычкой.

Если у нас используется трехфазная сеть 220 Вольт, то применяется схема «Треугольник». При данной схеме перемычка устанавливается между фазами

а-В, b-С, с-А. Точно такое же подключение используют при однофазной сети 220 Вольт.

Все мы знаем, что любой электроприемник должен быть защищен от токов КЗ и других аварийных ситуации либо автоматическим выключателем, либо предохранителем. Но для выбора эффективного аппарата защиты, необходимо знать номинальные токи, протекающие в данном участке сети, а конкретно, номинальные токи потребляемые двигателем при конкретной схеме соединения обмотки статора.

Да, если есть паспорт на электродвигатель, или табличка с данными, то стоит делать ориентир на это. Но бывают случаи, что такие таблички либо стерты, либо отсутствуют, а так же нет паспорта. Как раз таки в статье приведу формулы, позволяющие легко посчитать номинальные токи конкретного двигателя, и при этом учесть некоторые особенности при расчетах.

Итак, на двигателях указывается мощность механическая в кВт, то есть в 1000 раз больше Ватт. Эта система перевода всем знакома. Механическая мощность это мощность Р2 с учетом всех потерь в двигателе. Для расчета мы должны брать не механическую мощность Р2, а электрическую Р1, в которой помимо полезной мощности есть еще и потери, т е. Р1=Р2+потери.

Потери могут быть разные. Перечислим основные, с кратким описанием.

Механические потери. Это потери на скольжение в механизмах двигателя: на валу, в подшипниках, на вентиляцию. Причем существует прямая зависимость механических потерь от частоты вращения ротора двигателя. Чем больше частота, тем больше данные потери. Это что касается двигателей с короткозамкнутым ротором. У электрических машин с фазным ротором помимо вышеперечисленных, возникают еще и потери в щеточном механизме.

Вторыми по величине являются магнитные потери, которые возникают уже непосредственно в магнитопроводе двигателя. Магнитные потери в статоре и роторе напрямую зависят от частоты перемагничивания статора и ротора соответственно. Однако, в роторе магнитные потери настолько малы, что их обычно не учитывают при расчетах.

Третьими по величине являются электрические потери в статоре и роторе. Здесь так же все просто. Эти потери вызваны протеканием тока в обмотках и последующим выделением тепла. И, соответственно, чем больше номинал тока, тем больше потери.

К самым маленьким относят добавочные потери. Сюда входят и потери на магнитную индукцию, гармоники и прочее. Как правило, они составляют примерно 0,5 % от общей мощности двигателя.

Все потери в двигателе заключены в одном таком важном параметре как коэффициент полезного действия.

η = Р2/Р1

То есть отношение полезной мощности к полной. В нашем случае для двигателя 30 кВт КПД будет равен 91,5 % согласно паспортным данным.

Но в целом КПД очень зависит от мощности двигателя. До 10 кВт КПД находится в районе 75-87%, для двигателей свыше 10 кВт КПД в районе 90-95%.

Вот расшифровка табличных и паспортных данных:

тип двигателя BRA200L4 (B – взрывозащищенный, R – условное обозначение серии с привязкой к мощности, А – асинхронный, 200 – высота оси вращения, L – длина сердечника статора, 4 – число пар полюсов)
заводской номер № 111001865
род тока — переменный
количество фаз — трехфазный
частота питающей сети 50 (Гц)
схема соединения обмоток ∆/Y (В зависимости от собранной схемы)
номинальное напряжение 380/660 (В)
номинальный ток при треугольнике 58 (А) / при звезде 33 (А)
номинальная полезная мощность на валу Р2 = 30 (кВт) = 30000 (Вт) (Мощность полезная)
частота вращения 1470 (об/мин) (Частота с учетом скольжения возникающего между основным магнитным полем и ротором)
КПД 91,5% (η = 0,915) (Учитываются все потери в двигателе)
коэффициент мощности cosφ = 0,86
режим работы S1
класс изоляции F (При работе до 155 градусов С)
класс защиты IP54
название предприятия и страны изготовителя: Россия

Номинальный ток асинхронного двигателя

В самом начале расчета необходимо вычислить полную мощность, потребляемую двигателем.

Р1 = Р2/η = 30 000/0,915 = 32 787 Вт

Это мы нашли мощность двигателя Р1. Но для дальнейшего расчета нам необходимо учесть коэффициент мощности, так как имеется активно-индуктивная нагрузка.

Соответственно полная мощность двигателя равна

S = P1/cosφ = 32 787/0,86 = 38 124ВА

Зная полную мощность найдем номинальные токи для схемы обмотки статора «Звезда» и «Треугольник»

Схема «Звезда»: Iном = S/(1,73·U) = 38124/(1,73·660) = 33 А;

Схема «Треугольник»: Iном = S/(1,73·U) = 38124/(1,73·380) = 58 А.

Сравнивая расчетные значения с паспортными данными, видим полное сходство. Вот такими несложными вычислениями можно определить номинальный ток любого электродвигателя.

Кстати, нашел в интернете более грубый и более быстрый способ вычисления номинального тока электродвигателя. При схеме соединения «Звезда», берем мощность двигателя, переводим ее в киловатты, и просто умножаем на 2. Получается примерный номинальный ток.

То есть в нашем случае 30 кВ*2 = 60 А. По паспорту ток равен 58А. Метод достаточно грубый, но для каких-либо быстрых и не требующих точности подсчетов имеет место быть.