Как выбрать автоматический выключатель для асинхронного двигателя

Как выбрать автоматический выключатель по току и мощности?

Многолетний опыт эксплуатации электроустановок убедительно доказывает, что выбор автоматического выключателя является очень важной процедурой.

По определению, которое приводится в учебниках по электротехнике и правилах обслуживания электрических сетей, автоматический выключатель представляет собой коммутационное устройство.

С его помощью производится подключение и отключение нагрузки. Нагрузкой считается любой прибор потребляющий электроэнергию.

Одновременно с подключением устройство данного типа выполняет функции защиты от короткого замыкания или от перегрузки в цепи потребления по току.

Прочитав данную статью, вы узнаете, как правильно выполнить расчет нагрузки и выключатель какого производителя следует выбрать.

Асинхронный

Асинхронный двигатель стиральной машины состоит из:

• Статора – неподвижная часть являющаяся основой конструкции и выполняющая функцию магнитопровода.
• Ротора – подвижная часть, вращающаяся при взаимодействии с магнитным полем статора и передающая вращение барабану.

Название «асинхронный» дано из-за неспособности синхронизироваться со скоростью магнитного поля и двигаться след за ним, немного отставая.

Двухфазные двигатели асинхронного типа прекратили использовать в машинках в начале 2000-х и заменили на компактные трехфазные.

Преимущества

Простая конструкция мотора и доступные по стоимости комплектующие приводят к высокой ремонтопригодности и легкости в обслуживании – достаточно своевременно смазывать подвижные части и периодически менять подшипники.

Неоспоримыми плюсами стали бюджетная стоимость мотора невысокий уровень шума издаваемого при работе.

Недостатки

Не смотря на старания конструкторов, размеры агрегата большие, что не позволяет применять его в компактных и узких стиральных машинах.

Существенным минусом конструкции стало небольшое КПД и сложное управление электросхемами.

Из-за перечисленных недостатков подобные моторы не используются в мощных машинках. Встретить их можно в бюджетных моделях с небольшим количеством загрузки и минимальным набором функций.

Частые неисправности

Основные неисправности двигателя связаны с износом деталей, нарушением их формы и перекоса. Возможны ослабления соединительных площадок и крепежей.

Изношенные подшипники и ремни вызывают повышение шума двигателя и требуют регулярной замены.

Наиболее распространенная проблема — ослабление вращающего момента, что вызывает раскачивание бака и не совершает полный оборот.

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:

Время срабатывания (от момента, когда контролируемый параметр стал больше предельного значения, до момента размыкания контактов). АВ по времени срабатывания делятся на:

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.

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:

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).

Подготовка асинхронного электродвигателя к включению

На самом первом этапе нам следует определиться с типом двигателя, который мы собрались подключать. Это может быть трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым или фазным ротором, двух- или однофазный двигатель, а может быть и вовсе синхронная машина.

Помочь в этом может бирка на электродвигателе, на которой указана нужная информация. Иногда это можно сделать чисто визуально — так как мы рассматриваем подключение трехфазных электрических машин, то двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет коллектора, а машина с фазным ротором имеет таковой.

Определение начала и конца обмотки

Трехфазный асинхронный электродвигатель имеет шесть выводов. Это три обмотки, каждая из которых имеет начало и конец.

Для правильного подключения мы должны определить начало и конец каждой обмотки. Существует множество вариантов того, как это сделать — мы остановимся на наиболее простых из них, применимых в домашних условиях.

• Для того чтоб определить начало и конец обмотки трехфазного двигателя своими руками, мы должны для начала определить выводы каждой отдельной обмотки, то есть определить каждую отдельную обмотку.
• Сделать это достаточно просто. Между концом и началом одной обмотки у нас обязательно будет цепь. Определить цепь нам помогут либо двухполюсный указатель напряжения с соответствующей функцией, либо обычный мультиметр.
• Для этого один конец мультиметра подключаем к одному из выводов и другим концом мультиметра касаемся поочередно остальных пяти выводов. Между началом и концом одной обмотки у нас будет значение близкое к нулю, в режиме измерения сопротивления. Между остальными четырьмя выводами значение будет практически бесконечным.
• Следующим этапом будет определение их начала и конца.

• Для того чтоб определить начало и конец обмотки, давайте немного погрузимся в теорию. В статоре электродвигателя имеется три обмотки. Если подключить конец одной обмотки к концу другой обмотки, а на начало обмоток подать напряжение, то в месте подключения ЭДС будет равен или близок к нулю. Ведь ЭДС одной обмотки компенсирует ЭДС второй обмотки. При этом в третьей обмотке ЭДС не будет наводиться.
• Теперь рассмотрим второй вариант. Вы соединили один конец обмотки с началом второй обмотки. В этом случае ЭДС наводится в каждой из обмоток, в результате получается их сумма. За счет электромагнитной индукции ЭДС наводится в третьей обмотке.

• Используя этот метод, мы можем найти начало и конец каждой из обмоток. Для этого к выводам одной обмотки подключаем вольтметр или лампочку. А любых два вывода других обмоток соединяем между собой. Два оставшихся вывода обмоток подключаем к электрической сети в 220В. Хотя можно использовать и меньшее напряжение.
• Если мы соединили конец и конец двух обмоток, то вольтметр на третьей обмотке покажет значение близкое к нулю. Если же мы подключили начало и конец двух обмоток правильно, то, как говорит инструкция, на вольтметре появится напряжение от 10 до 60В (данное значение является весьма условным и зависит от конструкции электродвигателя).
• Подобный опыт повторяем еще дважды, пока точно не определим начало и конец каждой из обмоток. Для этого обязательно подписывайте каждый полученный результат, дабы не запутаться.

Выбор схемы подключения электродвигателя

Практически любой асинхронный электродвигатель имеет два варианта подключения – это звезда или треугольник. В первом случае обмотки подключаются на фазное напряжение, во втором на линейное напряжение.

Электродвигатель асинхронный трехфазный и подключение звезда–треугольник зависит от особенностей обмотки. Обычно оно указано на бирке двигателя.

• Прежде всего, давайте разберемся, в чем отличие этих двух вариантов. Наиболее распространенным является соединение «звезда». Оно предполагает соединение между собой всех трех концов обмоток, а напряжение подается на начала обмоток.
• При соединении «треугольник» начало каждой обмотки соединятся с концом предыдущей обмотки. В результате каждая обмотка у нас получается стороной равностороннего треугольника – откуда и пошло название.

• Отличие этих двух вариантов соединения состоит в мощности двигателя и условий пуска. При соединении «треугольником» двигатель способен развивать большую мощность на валу. В то же время момент пуска характеризуется большой просадкой напряжения и большими пусковыми токами.
• В бытовых условиях выбор способа подключения обычно зависит от имеющегося класса напряжения. Исходя из этого параметра и номинальных параметров, указанных на табличке двигателя, выбирают способ подключения к сети.

Существующие типы электродвигателей

Современные стиральные машины оснащены, как правило, однофазными электродвигателями с тахогенераторами, регулирующими число оборотов. Электромоторы советских времён уже считаются редкостью, их отличает двухскоростной режим работы. Моторы, установленные в современных стиральных автоматах, можно разделить на три вида – это двигатели:

• асинхронные;
• коллекторные;
• инверторные.

Асинхронные

У двигателей такого типа частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля обмотки статора. Это наиболее распространённый вид электрических моторов. В стиральных машинах устанавливают асинхронные конденсаторные движки, питаемые от однофазной бытовой электросети.

На статоре имеются две обмотки, одна из которых включается непосредственно в сеть, а вторая обмотка подключается с пусковым конденсатором, образуя стартовое вращающееся магнитное поле.

Плюсом асинхронных движков является простота конструкции и неприхотливость в обслуживании. Износостойкие электромоторы могут при правильном обслуживании проработать не одно десятилетие.

К минусам асинхронных моторов следует отнести чувствительность к колебаниям частоты сетевого тока и невозможность изменения скорости вращения вала в процессе работы, однако это не мешает применять их в различных самодельных устройствах.

Коллекторные

Многие стиральные машины на сегодня комплектуют коллекторными движками. Отличительной чертой, которых является наличие 2-х щёток. Щётки прилегают к коллектору ротора, сообщая ему электроэнергию, что заставляет вращаться ротор в магнитном поле обмотки статора. Коллекторные силовые блоки эксплуатируют с использованием ременной передачи крутящего момента.

К плюсам следует отнести наличие на валу мотора шкива, что облегчает задачу домашним мастерам в создании устройств с ременной передачей, возможность работы от постоянного тока. Как правило, двигатели обладают небольшими габаритами и управляются простой электросхемой.

Недостатком можно считать быстрый износ ремня и «способность» щёток выходить из строя в самый неожиданный момент. И всё-таки это можно посчитать незначительными мелочами по сравнению с преимуществами.

Инверторные

Впервые инверторный двигатель был установлен в стиральную машину компанией LG 2005 году. С тех пор движки инверторного типа стали массово использовать ведущими фирмами в бытовых стиральных машинах. В отличие о своих аналогов, инвертор крепится непосредственно к барабану машинки и не нуждается в ременной передаче и подшипниках.

Плюсами инвертора с прямым приводом считается простота конструкции, компактность, возможность назначать различные режимы работы, низкая шумность и высокий КПД за счёт отсутствия нагрузок от трения ременной передачи.

Минусом считают нецелесообразность ремонта в случае поломки электродвигателя. Стоимость восстановления может оказаться большей, чем стоит сам движок. Также недостатком считают невозможность применения в различных самодельных станках и механических приспособлениях по причине конструктивных особенностей инверторов.

Выбор выключателя по месту использования

Прежде всего, необходимо отметить, что вне зависимости от назначения АВ и вида цепи, которую он будет предохранять, основными критериями будут являться:

• марка производителя (от этого может напрямую зависеть качество продукции);
• продавец (лучше не стоит покупать такой важный аппарат с рук или у непроверенного, нелицензированного продавца);
• сечение провода, чем оно выше, тем больше пропускная способность тока;
• напряжение, мощность тока в сети.

Для обычной жилой квартиры или дома чаще всего используют выключатели серии ВА. Они имеют две ступени защиты – от превышения номинального значения тока и от сверхтока (следствие короткого замыкания). Первая представляет собой биметаллическую пластину, которая изгибается от напряжения и выключает АВ (тепловая защита). Вторая имеет электромагнит, который отключает цепь в случае замыкания (электромагнитная защита).

Для применения в трансформаторах, электрических двигателях и иных высокомощных агрегатах требуется и соответствующий автомат. При расчете силы тока АВ используются особые формулы, о которых речь пойдет чуть ниже. Исходя из них, для мощных структур подойдут выключатели из серии К 8-15 или D 10-20.

Некоторая сложность возникает при расчете требуемой силы тока для асинхронного двигателя. Например, если для лампочек накаливания формула расчета будет следующая: суммарная мощность тока/напряжение = 200 Вт/220 В = 0,91 А, то для двигателя в формулу вмешается «косинус фи». Обычно его значение указывается на табличке, но если такового нет, можно брать цифру 0,7 или 0,6. Для асинхронного двигателя мощность 2000 Вт расчет будет следующий: мощность/напряжение/косинус фи = 2000 Вт/220 В/0,7 = 13 А.

Выбор автоматического выключателя по силе тока

Сила тока – самая важная характеристика для АВ. Именно по значению рабочей силы сети выбирается выключатель. Защитная функция как раз и состоит в том, чтобы показатель в амперах, проводимый по цепи не превышал показателя, на который рассчитан АВ, иначе произойдет отключение.

Ниже представлена таблица АВ по значению силы тока и их «рабочее пространство»:

Важно, чтобы сила тока попадала именно в рабочее пространство, тогда у выключателя будет достигнута максимальная эффективность. Например, по примерам из предыдущего раздела: для двух лампочек накаливания (I = 0,91А) лучше всего использовать самые слабые АВ с силой 1А. Сила тока асинхронного двигателя (I=13А) попадает в диапазон автомата с 16А.

Как выбрать АВ по мощности

Самый распространенный критерий выбора автомата – мощность электросети. Впрочем, важно не забывать, что немалую роль играет и сечение провода и даже возраст проводки. Помимо этого, значения могут разниться в зависимости от напряжения (220 или 380 вольт) и количества фаз.

Простой пример поможет лучше разобраться в выборе. Есть необходимость установить выключатель на сеть, обеспечивающую электричеством жилую комнату. Возьмем для наглядности следующие показатели:

• сечение провода не менее 2,5 мм, проводка медная и в хорошем состоянии;
• напряжение – 220 вольт, подключение – однофазное;
• мощность электрического тока – 3000 Ватт.

Сила измеряется по вышеуказанной формуле: мощность/напряжение и составит 13,6 А. Смотрим таблицу значений. Наиболее подходящий вариант – автомат 16А.

Для определения необходимого АВ, можно свериться со следующими усредненными параметрами для однофазной цепи с мощность 220В:

1. АВ 1А (автоматический выключатель 1А) – до 0,2 кВт.
2. АВ 2А – до 0,4 кВт.
3. АВ 3А – до 0,7 кВт.
4. АВ 6А – до 1,3 кВт.
5. АВ 10А – до 2,2 кВт.
6. АВ 16А – до 3,5 кВт.
7. АВ 20А – до 4,4 кВт.
8. АВ 25А – до 5,5 кВт.
9. АВ 32А – до 7 кВт.
10. АВ 40А – до 8,8 кВт.
11. АВ 50А – до 11 кВт.
12. АВ 63А – до 13,9 кВт.

При выборе выключателя для трехфазной сети мощностью 380В, по сути, ничего не меняется. Единственным различием будет учет упомянутого ранее косинуса фи (или угла сдвига).

Пример: необходимо установить на такую сеть АВ. Косинус фи по документации равен 0,6, напряжение – 380В, общая мощность – 7000 Вт. Формула – 7000/380/0,6 = 30,07. На одну фазу (полюс) придется напряжение, близкое к характеристикам 10А. По аналогии с прошлым сравнительным списком, ниже приведены характеристики для такой сети.

1. АВ 1А – до 1,1 кВт.
2. АВ 2А – до 2,3 кВт.
3. АВ 3А – до 3,4 кВт.
4. АВ 6А – до 6,8 кВт.
5. АВ 10А – до 11,4 кВт.
6. АВ 16А – до 18,2 кВт.
7. АВ 20А – до 22,8 кВт.
8. АВ 25А – до 28,5 кВт.
9. АВ 32А – до 36,5 кВт.
10. АВ 40А – до 45,6 кВт.
11. АВ 50А – до 57 кВт.
12. АВ 63А – до 71,8 кВт.

При выборе автоматического выключателя будьте предельно внимательны и обращайте внимание на все показатели самого АВ (марка, производитель, продавец, сила тока) и сети (косинус, мощность, напряжение, сечение, фазы и т.д.)