Пусковой момент асинхронного двигателя

Асинхронные двигатели – один из самых распространённых типов электрических машин. Их ценят за простое устройство, доступную стоимость и высокую надёжность, поэтому такие моторы ставят на насосы, вентиляторы, конвейеры, станки и другое промышленное оборудование. При этом именно пуск во многом влияет на ресурс привода и стабильность работы установки. Один из ключевых параметров в момент запуска — пусковой момент асинхронного электродвигателя.

Что такое пусковой момент

Пусковой момент — это вращающий момент на валу, который возникает в момент подачи тока на статор, когда двигатель ещё неподвижен.

В технической литературе встречаются близкие формулировки, но смысл одинаковый:

• начальный момент;
• момент трогания;
• начальный пусковой момент.

Чтобы двигатель развил расчётный пусковой момент, важно соблюсти базовое условие корректного подключения: обмотки статора соединяют по нужной схеме, а частота и уровень питающего тока должны быть максимально близки к номинальным. Тогда электромотор нормально выходит на рабочий режим.

Пусковой момент в цифрах

1) Расчёт через кратность (λ)

В паспорте двигателя чаще всего указывают кратность пускового момента относительно номинального. Для промышленных асинхронных машин она обычно находится в диапазоне 1,5–6.

Если:

• «Мн» - номинальный момент
• «λ» - кратность,

то пусковой момент считают так:

При подборе двигателя этот результат обязательно сопоставляют со статическим моментом нагрузки. Важное правило: пусковой момент должен быть выше момента сопротивления, иначе мотор может не стартовать под нагрузкой и не набрать нужные обороты.

2) Расчёт через мощность и частоту вращения

В практических расчётах часто идут от данных на шильдике: номинальная мощность на валу (кВт) и номинальная частота вращения (об/мин). Логика простая:

1. сначала определяют номинальный момент по мощности и оборотам;
2. затем умножают его на кратность пускового момента, заданную производителем.

Так удобнее сравнивать разные модели и выбирать электродвигатель по каталогу.

3) Пример расчёта (серия АИР)

Для ряда двигателей АИР получаются такие значения:

• АИРМ132М2: Mн = 36 Н·м, λ = 2,5 → Mп ≈ 90 Н·м
• АИР180S2: Mн = 72 Н·м, λ = 2 → Mп ≈ 144 Н·м
• АИР180М2: Mн = 97 Н·м, λ = 2,4 → Mп ≈ 233 Н·м

Пример наглядно показывает: при смене модели пусковой момент меняется существенно, поэтому этот параметр важно учитывать при проектировании привода.

Почему пусковой момент связан с пусковым током

Во многих системах запуск асинхронного электродвигателя выполняют простым подключением к сети через магнитный пускатель. На обмотки статора подаётся линейный ток, появляется вращающееся поле, и механизм начинает раскручиваться.

Во многих системах асинхронный электродвигатель запускают прямым включением в сеть через магнитный пускатель. На статор подают линейный ток, формируется вращающееся магнитное поле — и механизм начинает разгон.

Особенность прямого пуска: возникает бросок пускового тока, который обычно превышает номинальный в 5–7 раз. Чем больше мощность двигателя и чем тяжелее нагрузка, тем дольше держится этот режим и тем выше риск перегрузки.

Практика по мощности:

• до 3 кВт кратковременный стартовый бросок обычно допустим: сеть выдерживает, а нагрев обмоток не становится критичным;
• в небольшой технике, станках, насосах часто хватает правильного соединения обмоток: «звезда» при питании от 380 В или «треугольник» при 220 В

Но если речь о приводе 10 кВт и выше, прямой пуск может вызвать заметную перегрузку сети и ускоренное старение изоляции. Тогда пусковой режим стоит ограничивать и/или управлять им.

Как ограничивают пусковой ток и управляют пусковым моментом

Ниже — основные способы, которые применяют на практике, чтобы уменьшить пусковой ток и при необходимости скорректировать момент трогания асинхронного двигателя.

Пуск на пониженном напряжении (схема «звезда–треугольник»)

Самый известный вариант — запуск на сниженных параметрах с последующим переключением:

1. На старте обмотки соединяют «звездой» и подают питание.
2. После разгона до заданной частоты вращения переключают соединение на «треугольник».

Плюс: стартовый ток ниже.
Минус: вместе с током снижается и пусковой момент — зависимость квадратичная. Если напряжение уменьшить примерно в 1,7 раза, момент падает почти втрое. Поэтому способ подходит, когда нагрузка на валу при старте небольшая (например, когда узел запускается “вхолостую” или с минимальным сопротивлением).

Реостат в цепи ротора (реостатный пуск)

Для тяжёлых приводов (например, ленточных конвейеров) применяют двигатели с фазным ротором и реостатный пуск:

• внешний реостат включают в цепь ротора;
• добавочное сопротивление снижает стартовый ток, при этом пусковой момент остаётся достаточно высоким;
• по мере разгона сопротивление убирают ступенчато до нуля.

Дополнительно такой вариант позволяет в определённых пределах влиять и на рабочую скорость — полезно для инерционных нагрузок.

Пуск через автотрансформатор или реактор

Ещё одна схема — подключение двигателя через автотрансформатор либо реактор. В обоих случаях ограничивают величину подаваемого тока, но вместе с ним снижается и момент трогания. Обычно такие решения выбирают там, где надо кратковременно “пожалеть” сеть, а к тяговым характеристикам при пуске нет жёстких требований.

Устройство плавного пуска и частотный преобразователь

Самый эффективный современный подход — УПП (устройство плавного пуска) или частотный преобразователь (ЧП).

Преобразователь управляет напряжением и частотой по заданному алгоритму, благодаря чему:

• нет резких скачков пускового тока;
• пусковой момент можно формировать по нужной кривой;
• снижаются механические удары в приводе;
• уменьшается риск повреждения муфт, редукторных элементов и передач.

Особенно заметна польза при частых пусках и остановках: мягкий старт экономит ресурс механики.

Сравнение способов пуска: ток, момент, область применения

Связь пускового момента с нагрузкой и защитой двигателя

При выборе асинхронного электродвигателя работает простое правило: пусковой момент должен перекрывать статическое сопротивление нагрузки, но при этом пусковой ток и воздействие на сеть должны оставаться в допустимых пределах.

Чтобы подобрать двигатель и способ запуска правильно, учитывают:

• тип нагрузки: равномерная, инерционная, ударная;
• частоту включений;
• наличие средств ограничения: реостат, УПП, ЧП, реле перегрузки;
• паспортные данные: мощность (кВт), кратность пускового тока и момента, номинальные параметры.

Грамотно выбранный пусковой момент обеспечивает уверенный старт, снижает риск перегрева статора и ротора, уменьшает износ механических узлов и продлевает срок службы привода в целом.