Ток электродвигателя, какую силу тока потребляет двигатель при пуске и работе. Как узнать пусковой и номинальный ток электромотора, движка.
Тема: способы нахождения и вычисления электрических токов движка.
Производители на самом корпусе электрических двигателей ставят металлическую табличку, на которой написаны основные характеристики данного электродвигателя.
На этой табличке указан и ток, который потребляет данная электрическая машина при своей номинальной работе (средне допустимой, с нормальной нагрузкой на валу двигателя). Данная надпись может иметь два значения, например 5,9/3,4А, что означает – при подключении двигателя в режиме «треугольник» номинальные ток будет равен 5,9 ампер, а при подключении в режиме «звезда» он будет 3,4 ампера. На этой же табличке можно увидеть и символы, указывающие данные режимы работы.
Если по каким-то причинам на корпусе электродвигателя нет надписи, какую номинальную силу тока он потребляет, то ток можно вычислить по следующей формуле (если конечно известны все остальные, имеющиеся в этой формуле, величины!):
При отсутствии металлической таблички с основными характеристиками на корпусе электрического двигателя можно пойти более простым путем, чтобы узнать приближенную силу тока, потребляемой движком. Если известна номинальная мощность двигателя, то применим следующее условие – «киловатт электрической мощности равен двум амперам тока» (это условие подходит для электродвигателей с мощностью от 3-х киловатт и более, то есть будет максимально приближенным). Например, у нас есть асинхронный электрический двигатель мощностью 5 кВт (5000 ватт). Следовательно, приближенное значение потребляемого тока будет около 10 ампер. Может возникнуть небольшая непонятка. Если воспользоваться простой формулой вычисления тока, зная мощность и напряжение: 5000 ватт / 380 вольт = 13,15 ампер. Но ведь у электродвигателей есть свой коэффициент полезного действия, который вовсе не равен 100% и косинус фи, который также меньше единицы. Вот мы и получаем, что реальная сила тока будет ближе к значению 10 ампер, а не 13,15 ампер.
Минимальный ток, что будет течь через обмотки электрического двигателя, будет тогда, когда движок работает на холостом ходу (то есть, к его валу не подсоединено ни одной механической нагрузки). Следовательно, чем сильнее мы нагрузим вал двигателя, тем большую силу тока начнет он потреблять. Номинальной нагрузкой считается та, на которую изначально данный электродвигатель был рассчитан при своем изготовлении, и при которой эта электрическая машина может работать продолжительное время без вреда для себя. Имеется также понятие о максимальной нагрузке, при которой сила тока, что потребляется двигателем, находится на предельно допустимом значении. При максимальных токах электродвигатели могут работать лишь незначительный промежуток времени, поскольку длительная работа может негативно влиять на сам движок (перегрев), сокращая его общий срок службы.
Иными вариантами снижения пусковых токов электродвигателя являются использование различных устройств плавного пуска, которые за счет электронных схем контролируют начальный режим разгона электрической машины. Допустим при использовании преобразователей частоты можно легко задать нужные параметры для старта и последующий работы электрического двигателя.
Характерные неисправности электродвигателей и способы их устранения.
Наиболее распространенные неисправности электрической части — короткие замыкания внутри обмоток электродвигателя и между ними, замыкания обмоток на корпус, а также обрывы в обмотках или во внешней цепи (питающие провода и пусковая аппаратура).
В результате указанных неисправностей электродвигателей могут иметь место: отсутствие возможности пуска электродвигателя; опасный нагрев его обмоток; ненормальная частота вращения электродвигателя; ненормальный шум (гудение и стук); неравенство токов в отдельных фазах.
Причины механического характера, вызывающие нарушение нормальной работы электродвигателей, чаще всего наблюдаются в неправильной работе подшипников: перегрев подшипников, вытекание из них масла, появление ненормального шума.
Основные виды неисправностей в электродвигателях и причины их возникновения.
Асинхронный электродвигатель не включается (перегорают предохранители или срабатывает защита). Причиной этого в электродвигателях с контактными кольцами могут быть закороченные положения пускового реостата или контактных колец. В первом случае необходимо пусковой реостат привести в нормальное (пусковое) положение, во втором — поднять приспособление, закорачивающее контактные кольца.
Включить электродвигатель не удается также из-за короткого замыкания в цепи статора. Обнаружить короткозамкнутую фазу можно на ощупь по повышенному нагреву обмотки (ощупывание следует производить, отключив предварительно электродвигатель от сети); по внешнему виду обуглившейся изоляции, а также измерением. Если фазы статора соединены в звезду, то измеряют величины токов, потребляемых из сети отдельными фазами. Фаза, имеющая короткозамкнутые витки, будет потреблять ток больший, чем неповрежденные фазы. При соединении отдельных фаз в треугольник токи в двух проводах, подключенных к дефектной фазе, будут иметь большие значения, чем в третьем, который соединяется только с неповрежденными фазами. При измерениях пользуются пониженным напряжением.
При включении асинхронный электродвигатель не трогается с места. Причиной этого может быть обрыв одной или двух фаз цепи питания. Для определения места обрыва сначала осматривают iiсе элементы цепи, питающей электродвигатель (проверяют целость предохранителей). Если при внешнем осмотре обнаружить обрыв фазы не удается, то мегомметром выполняют необходимые измерения. Для чего статор предварительно отключают от питающей сети. Если обмотки статора соединены в звезду, то один конец мегомметра соединяют с нулевой точкой звезды, после чего вторым концом мегомметра касаются поочередно других концов обмотки. Присоединение мегомметра к концу исправной фазы даст нулевое показание, присоединение к фазе, имеющей обрыв, покажет большое сопротивление цепи, т. е. наличие в ней обрыва. Если нулевая точка звезды недоступна, то двумя концами мегомметра касаются попарно всех выводов статора. Прикосновение мегомметра к концам исправных фаз покажет нулевое значение, прикосновение к концам двух фаз, одна из которых — дефектная, покажет большое сопротивление, т. е. обрыв в одной из этих фаз.
В случае соединения обмоток статора в треугольник необходимо обмотку разъединить в одной точке, после чего проверить целость каждой фазы в отдельности.
Фазу, имеющую обрыв, иногда обнаруживают на ощупь (остается холодной). Если обрыв произойдет в одной из фаз статора по время работы электродвигателя, он будет продолжать работать, но начнет гудеть сильнее, чем в обычных условиях. Отыскивать поврежденную фазу так, как это указано выше.
При работе асинхронного двигателя происходит сильный нагрев обмоток статора. Такое явление, сопровождаемое сильным гудением электродвигателя, наблюдается при коротком замыкании в какой-либо обмотке статора, а также при двойном замыкании обмотки статора на корпус.
Работающий асинхронный электродвигатель начал гудеть. При этом его скорость и мощность снижаются. Причиной нарушения режима работы электродвигателя является обрыв одной фазы.
При включении двигателя постоянного тока он не трогается с места. Причиной этого могут служить перегорание предохранителей, обрыв в цепях питания, обрыв сопротивлений в пусковом реостате. Сначала внимательно осматривают, затем проверяют с помощью мегомметра или контрольной лампы напряжением не выше 36 В целость указанных элементов. Если указанным путем не удается определить место обрыва, переходят к проверке целости обмотки якоря. Обрыв в обмотке якоря чаще всего наблюдается в местах соединений коллектора с секциями обмотки. Измеряя падения напряжения между коллекторными пластинами, находят место повреждения.
Другой причиной указанного явления может быть перегрузка электродвигателя. Проверить это можно с помощью пуска электродвигателя вхолостую, предварительно разобщив его с приводным механизмом.
При включении электродвигателя постоянного тока перегорают предохранители или срабатывает максимальная защита. Закороченное положение пускового реостата может быть одной из причин указанного явления. В этом случае реостат переводят в нормальное пусковое положение. Это явление может наблюдаться также при слишком быстром выводе рукоятки реостата, поэтому при повторном включении электродвигателя реостат выводят более медленно.
При работе электродвигателя наблюдается повышенный нагрев подшипника. Причиной повышенного нагрева подшипника может быть недостаточная величина зазора между шейкой вала и вкладышем подшипника, недостаточное или лишнее количество масла в подшипнике (проверяют уровень масла), загрязнение масла или применение масла несоответствующих марок. В последних случаях масло заменяют, промыв предварительно подшипник бензином.
При пуске или во время работы электродвигателя из зазора между ротором и статором появляются искры и дым. Возможной причиной этого явления может быть задевание ротора за статор. Это происходит при значительном срабатывании подшипников.
При работе электродвигателя постоянного тока наблюдается искрение под щетками. Причинами такого явления могут служить неправильный подбор щеток, слабое нажатие их на коллектор, недостаточно гладкая поверхность коллектора и неправильное расположение щеток. В последнем случае необходимо передвинуть щетки, расположив их на нейтральной линии.
При работе электродвигателя наблюдается усиленная вибрация, которая может появляться, например, из-за недостаточной прочности закрепления электродвигателя на фундаментной плите. Если вибрация сопровождается перегревом подшипника, это указывает на наличие осевого давления на подшипник.
Щетки искрят, некоторые щетки и их арматура сильно нагреваются и обгорают
Сила тока, потребляемого электродвигателем
из сети. Пусковой ток и способы
его снижения
Мощность, которую электродвигатель потребляет из
сети при поминальной нагрузке на валу,
P=Pн / ηн=√3·U·Iнcosφн (1)
где Рн—номинальная (эффективная) мощность электродвигателя, Вт;
ηн— номинальный к. п. д. электродвигателя;
U— напряжение сети, В;
Iн— номинальный ток электродвигателя, А;
cosφн—номинальный коэффициент мощности.
В паспорте электродвигателя среди номинальных
значений Рн, ηн, Uн, cosφн обычно приведены два значения номинального тока Iн например 13,8/8А. Больший ток потребляется двигателем из сети при включении обмоток по схеме треугольник, т. е. когда напряжение в сети соответствует меньшему из напряжений, указанных
и паспорте (220 В), а меньший — при включении обмоток по схеме звезда, когда напряжение в сети равно большему из указанных в паспорте значений (380 В).
Мощность же, вычисляемая по формуле, остается постоянной, поскольку независимо от напряжения сети значение произведения UIн в том и другом случае не изменяется.
Формулу (1) можно представить относительно Iн таким образом;
Iн=Pн / √3·U·cosφн·η=P / √3·U·cosφн (2)
При холостом ходе потребляемая из сети мощность Px.x
значительно меньше номинальной мощности, так как
ток холостого хода Ix.x меньше номинального тока Iн , ниже и значение cosφx.x по сравнению cosφн . Ток, потребляемый электродвигателем из сети, изменяется в весьма
широких пределах.
Из формулы (1) следует также, что при перегрузке электродвигателя, когда Pпер >Pн ток, потребляемый из сети, больше номинального. Вследствие этого происходит перегрев обмоток, что пагубно сказывается на состоянии их изоляции и может привести к выходу из строя
электродвигателя в целом.
Подобное явление наблюдается и в случае, если при снятии номинальной мощности с вала снизится напряжение в сети. Например, уменьшение напряжения с 380 до
340 В (примерно на 10%) влечет за собой в этих условиях усиление тока приблизительно на 10%, что при достаточно длительной перегрузке может оказаться причиной значительного перегрева и порчи изоляции.
Таким образом, ток, потребляемый электродвигателем из сети, не остается постоянным по величине, а меняется в зависимости от нагрузки.
Причины неисправностей асинхронных двигателей и методы их устранения
Асинхронные электродвигатели больше остальных распространены на производстве и часто встречаются в быту. С их помощью приводят в движение различные станки: токарные, фрезерные, заточные, грузоподъемные механизмы, такие как лифт или подъемный кран, а также различного рода вентиляторы и вытяжки. Такая популярность обусловлена низкой стоимостью, простотой и надежностью этого типа привода. Но случается так, что и простая техника ломается. В этой статье мы рассмотрим типовые неисправности асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.
Содержание статьи
Виды неисправностей асинхронных двигателей
Неисправности можно разделить на три группы:
Не вращается или не нормально вращается вал;
При этом корпус двигателя может греться полностью или какое-то отдельное место на нем. И вал электродвигателя может не сдвигаться с места совсем, не развивать нормальные обороты, перегреваться его подшипники, издавать ненормальные для его работы звуки, вибрировать.
Но для начала освежите в памяти его конструкцию, а в этом вам поможет иллюстрация ниже.
Причины неисправностей также можно разделить на две группы:
Большинство неисправностей диагностируются с помощью токовых клещей – путем сравнения токов фаз и номинального тока, и другими измерительными приборами. Рассмотрим типовые неисправности.
Не запускается электродвигатель
При подаче напряжения двигатель не начал вращаться и ни издаёт никаких звуков и вал не «пытается» сдвинуться с места. В первую очередь проверяют приходит ли питание на двигатель. Сделать это можно либо вскрыв борно двигателя и измерив в местах подключения питающего кабеля, либо измерив напряжение на питающем рубильнике, контакторе, пускателе или автоматическом выключателе.
Однако если есть напряжение на клеммах двигателя – значит вся линия в норме.
Измерив напряжение в начале линии – на автомате вы узнаете только то, что напряжение подано, а оно может и не дойти до конечного потребителя в результате обрывов кабеля, плохого соединения по всей его длине или из-за неисправных контакторов или магнитных пускателей, а также слаботочных цепей.
Если вы убедились, что напряжение приходит на двигатель, дальнейшая его диагностика заключается в прозвонке обмоток на предмет обрыва. Проверять целостность обмотки нужно мегаомметром, так вы заодно и проверите пробой на корпус. Можно прозвонить обмотки и обычной прозвонкой, но такая проверка не считается точной.
Чтобы проверить обмотки, не позванивая их и не вскрывая борно двигателя можно воспользоваться токовыми клещами. Для этого измеряют ток в каждой из фаз.
Если обмотки двигателя соединены звездой и при этом оборваны две обмотки – тока не будет ни в одной из фаз. При обрыве в одной из обмоток вы обнаружите что ток есть в двух фазах, и он повышен. При подключении по схеме треугольника даже при перегорании двух обмоток в двух из трёх фазных проводов будет протекать ток.
При обрыве в одной из обмоток двигатель может не запускаться под нагрузкой, или запускать, но медленно вращаться и вибрировать. Ниже изображен прибор для измерения вибраций двигателя.
Если обмотки исправны, а ток при измерении повышен и при этом выбивает автомат или перегорает предохранитель – наверняка заклинен вал или исполнительный механизм приводимый им в движение. Если это возможно – после отключения питания вал пытаются провернуть от руки, при этом нужно отсоединить его от приводимого в движение механизма.
Когда вы определите, что не вращается именно вал двигателя – проверяют подшипники. В электродвигателях устанавливают либо подшипники скольжения, либо подшипники качения. Изношенные втулки (подшипники скольжения) проверяют на наличие смазки, если втулки не имеют внешних изъянов – возможно просто их смазать, предварительно очистив от пыли, стружки и других загрязнений. Но так случается редко, да и такой способ ремонта актуален скорее для маломощных двигателей бытовой техники. В мощных двигателях подшипники чаще просто заменяют.
Проблемы с пониженными оборотами, нагревом, неподвижностью вала и повышенным износом подшипника могут быть связаны с неравномерной нагрузкой на вал, его перекосом, деформации и пригибанию. Если первых два случая исправимы правильной установкой вала или исполнительного механизма, а также снижением нагрузки, то деформация и провисание средней части вала требует его замены или сложного ремонта. Это особо часто возникает в мощных электродвигателях с длинным валом.
При износе одного из подшипников часто вал «закусывает». При этом в результате расширения металла из-за нагрева при трении вал может сначала начинать вращение, но либо не набрать полную скоростью, а в особо запущенном случае и вовсе остановится.
Подшипники качения также требуют регулярной набивки смазки и изнашиваются в процессе работы, особенно быстро если смазки мало или она загрязнена.
Двигатель греется
Первой причиной нагрева двигателя являются проблемы с системой охлаждения. При такой неисправности корпус электродвигателя нагревается полностью. В большинстве двигателей используется воздушное охлаждение. Для этого корпуса выполняются с оребрением, а с одной из сторон на валу устанавливают вентилятор охлаждения, воздушный поток которого направляется с помощью кожуха вдоль ребер.
При повреждении вентилятора, или если он, например, слетит с вала – возникает проблема перегрева. В мощных двигателях используют жидкостную систему охлаждения. Кроме того, бывают двигатели и без вентиляторов – охлаждаемый за счет естественной конвекции.
Если вентилятор в норме нужно продолжать диагностику.
При нагреве двигателя следует проверять, нагрев подшипников. Для этого рукой ощупывают поверхность корпуса со стороны задней крышки (где нет выступающих вращающихся валов – техника безопасности превыше всего).
Если крышки подшипников горячее чем другие части поверхности корпуса – нужно проверить наличие и состояние смазки в них, а при использовании вкладышей – заменить их.
В случае, когда замена смазки в шариковом подшипнике не исправила ситуации также следует заменить их.
Локальный нагрев корпуса – ситуация при которой какой-то его участок явно горячее всех остальных, наблюдается при межвитковых замыканиях. В таких случаях диагностику проводят с помощью токовых клещей – сравнивают токи в фазах. Если в одной из фаз ток явно превышает токи в остальных фазах – тогда неисправность обмоток электродвигателя подтверждается. В этом случае ремонт заключается в частичной или полной перемотке статора.
Повышенный нагрев асинхронного электродвигателя может возникать и при замыкании пластин статора.
Двигатель вибрирует, шумит и издает ненормальные звуки
Шум двигателя также может быть связан также с износом подшипников. Вы наверняка замечали, как воют старые дрели и кухонные электроприборы – причина именно в этом. Вибрации вала возникают при его осевом сдвиге и деформации о которой мы говорили ранее.
Также возможны вибрации, шум или перегрев активной стали если ротор при вращении касается статора. Это происходит либо при пригибании ротора, либо при повреждении пластин статора. В последнем случае его разбирают и пластины перепрессовуют. Место касания пластин можно найти по неровностям или оно будет отполировано ротором.
Заключение
Мы рассмотрели ряд неисправностей электродвигателя, как их устранить и причины возникновения. Эксплуатация перегревающегося двигателя чревата преждевременным выходом из строя изоляции обмоток. После длительного простоя нельзя запускать двигатель не измерив сопротивление между обмотками и корпусом с помощью мегаомметра.
Нормальным считается сопротивление изоляции порядка 1 МОма на 1 кВ питающего напряжения. То есть пригодным для эксплуатации в сети с напряжением 380 В можно считать двигатель у которого сопротивление изоляции обмоток не меньше чем 0,5 МОм. В противном случае вы рискуете повредить его. Если сопротивление изоляции меньше двигатель просушивают, часто снимая с него кожух или заднюю крышку. В процессе эксплуатации сопротивление обмотки постепенно увеличивается – из-за испарения влаги при нагреве.
При соблюдении режима работы, правил эксплуатации и обслуживания, а также нормального электропитания асинхронный двигатель служит долго, часто в разы перерабатывая свой ресурс. При этом основной ремонт заключается в смазке и замене подшипников.