Ток электродвигателя по мощности: формула и таблица

Зачем знать ток двигателя

Номинальный ток — главная цифра для всего, что подключается к двигателю. По нему выбирают автомат и тепловое реле, сечение кабеля, контактор, частотный преобразователь. Мощность в киловаттах на этот вопрос не отвечает: два двигателя по 4 кВт разных серий и с разным числом полюсов могут иметь заметно разные токи.

Лучший источник — шильдик двигателя: там указан номинальный ток для каждой схемы соединения. Если таблички нет или нужно прикинуть заранее, ток считают по формуле или берут из таблицы. Ниже — формула, таблица для типичных двигателей, быстрые правила и разбор пускового тока.

Формула тока трёхфазного двигателя

Для трёхфазного асинхронного двигателя номинальный ток I = P / (√3 × U × η × cos φ). Здесь P — номинальная мощность на валу в ваттах (с шильдика, кВт × 1000), U — линейное напряжение сети в вольтах, η — КПД в долях единицы, cos φ — коэффициент мощности. √3 приблизительно равен 1,732.

Почему нельзя просто разделить мощность на напряжение: на шильдике указана механическая мощность на валу, а двигатель потребляет больше — часть энергии уходит в тепло (это учитывает КПД), а часть тока реактивная и не совершает работы, но нагружает провода (это учитывает cos φ). Для типичного двигателя на 4 кВт произведение η × cos φ около 0,7, поэтому ток примерно в 1,4 раза больше, чем при «идеальном» двигателе.

Таблица тока по мощности

Таблица рассчитана по формуле для 4-полюсных двигателей (около 1500 об/мин) с типичными для серий общепромышленного назначения значениями КПД и cos φ. Двухполюсные двигатели обычно имеют немного более высокий cos φ и чуть меньший ток, шести- и восьмиполюсные — более низкий cos φ и больший ток при той же мощности. Отличия могут достигать 10–20%, поэтому для выбора частотника и уставки защиты используйте шильдик.

Быстрые правила для прикидки

Правило «2 ампера на киловатт» для сети 380 В — классическая прикидка электриков, и для двигателей средней мощности оно даёт результат с точностью около 10–15%. Его удобно использовать на объекте, когда нужно быстро прикинуть сечение кабеля или номинал автомата до того, как найдены точные данные. Потом расчёт обязательно уточняют по шильдику. Для маленьких двигателей мощностью до 1 кВт ток на киловатт заметно выше из-за низких КПД и cos φ, для мощных двигателей — немного ниже.

Три примера расчёта

Пример 1. Двигатель 7,5 кВт, 380 В, звезда, на шильдике КПД 88%, cos φ 0,84. I = 7500 / (1,732 × 380 × 0,88 × 0,84) = 7500 / 486,6 ≈ 15,4 А. Правило «2 А на кВт» дало бы 15 А — близко.

Пример 2. Тот же двигатель питается от частотника с однофазным входом 220 В и соединён треугольником. На выходе частотника ток I = 7500 / (1,732 × 220 × 0,88 × 0,84) ≈ 26,6 А. Это в √3 раза больше, чем при 380 В. Частотник нужен с выходным током не меньше 26,6 А, а из однофазной сети он будет потреблять ещё больше — поэтому однофазные частотники такой мощности встречаются редко, а сеть дома может не выдержать.

Пример 3. Двигатель без шильдика, известна только мощность 1,1 кВт и 4 полюса, сеть 380 В. Берём из таблицы ориентировочные η 0,77 и cos φ 0,77: I = 1100 / (1,732 × 380 × 0,77 × 0,77) ≈ 2,8 А. Правило «2 А на кВт» дало бы 2,2 А — для маленьких двигателей оно занижает ток, поэтому лучше считать по формуле.

Однофазный двигатель и однофазный частотник

Для однофазного двигателя 220 В формула без √3: I = P / (U × η × cos φ). У однофазных двигателей КПД и cos φ обычно ниже, чем у трёхфазных той же мощности, поэтому ток на киловатт заметно больше: для двигателя 1,5 кВт ток часто около 9–10 А.

Отдельный и важный случай — трёхфазный двигатель, питаемый от однофазного частотника. Ток на выходе частотника — это ток двигателя при соединении треугольником на 220 В (по таблице выше). А ток, который частотник потребляет из однофазной сети, заметно больше: из одной фазы нужно взять всю мощность, и форма тока несинусоидальная. Для частотника 2,2 кВт с однофазным входом входной ток по паспорту часто составляет порядка 20–24 А. Именно по входному току выбирают автомат и кабель питания частотника. Подробно — станок 380 В от сети 220 В.

Как ток зависит от числа полюсов

Двигатели одной мощности, но с разным числом полюсов, потребляют разный ток. Тихоходные двигатели — шести- и восьмиполюсные — имеют более низкий коэффициент мощности, потому что им нужен больший ток намагничивания. Поэтому при одинаковой мощности ток восьмиполюсного двигателя может быть заметно больше, чем двухполюсного.

Это одна из причин, почему частотник подбирают по току, а не по мощности: для тихоходного двигателя частотник «той же мощности» может оказаться слабым по выходному току. Подробно — мощность или ток.

Пусковой ток

В момент прямого включения в сеть ротор неподвижен, и двигатель потребляет ток в несколько раз больше номинального — для асинхронных двигателей обычно в 5–7,5 раз. Кратность пускового тока указывают в каталоге (Iп/Iн). Пусковой ток длится от долей секунды до нескольких секунд — в зависимости от инерции нагрузки.

Пусковой ток важен для выбора автомата: автомат с характеристикой B может сработать при прямом пуске двигателя, поэтому для двигателей используют характеристики C или D либо специальные мотор-автоматы. Подробно — автомат для электродвигателя и пусковой ток двигателя.

Ток при неполной нагрузке

Номинальный ток двигатель потребляет при номинальной нагрузке на валу. Если механизм нагружает двигатель меньше, ток тоже меньше, но не пропорционально: даже на холостом ходу асинхронный двигатель потребляет заметный ток намагничивания — часто 25–50% номинального, у маленьких двигателей больше. Поэтому по току холостого хода нельзя судить о мощности двигателя, а замеренный под нагрузкой ток сравнивают с номинальным, чтобы оценить загрузку.

Обратная задача: мощность по замеренному току

Иногда нужно наоборот — понять, какую мощность реально отдаёт двигатель, по замеренному току. Например, чтобы проверить, не перегружен ли механизм или не стоит ли двигатель избыточной мощности. Формула та же, только решается относительно мощности: P = √3 × U × I × cos φ × η.

Здесь есть подвох: при неполной нагрузке cos φ и КПД заметно ниже номинальных, и если подставить номинальные значения, мощность получится завышенной. Для точной оценки нужен ваттметр или анализатор сети, измеряющий активную мощность. Для грубой прикидки можно сравнить замеренный ток с номинальным: если ток около 60–70% номинального, двигатель нагружен, как правило, примерно наполовину, — из-за тока намагничивания связь тока и нагрузки нелинейная.

Как ток зависит от напряжения сети

Номинальный ток указан для номинального напряжения. Если напряжение в сети ниже, например на конце длинной линии в посёлке, при той же нагрузке на валу двигатель потребляет больший ток: чтобы отдать ту же мощность при меньшем напряжении, нужен больший ток. Одновременно падает момент двигателя. В результате двигатель греется сильнее, а защита может срабатывать, хотя механизм не перегружен.

При повышенном напряжении растёт ток намагничивания, и двигатель тоже может греться, особенно на холостом ходу. Поэтому при жалобах «двигатель греется» или «выбивает тепловое реле» первым делом стоит замерить напряжение на клеммах двигателя под нагрузкой. Подробно — двигатель греется.

Как измерить ток двигателя

Ток измеряют токовыми клещами, охватывая по одному фазному проводу. Замеряют все три фазы: в исправном двигателе при симметричном напряжении токи почти одинаковы. Разница больше 10% — повод проверить напряжение сети, контакты и обмотки. Если двигатель работает от частотника, удобнее смотреть ток на дисплее привода: многие частотники показывают выходной ток в реальном времени.

Ток двигателя при работе от частотника

Когда двигатель работает от частотника на пониженной частоте с той же нагрузкой момента, его ток остаётся близким к току на номинальной частоте: момент определяется током, а не скоростью. Поэтому на 25 Гц при полном моменте двигатель потребляет почти номинальный ток, хотя отдаёт вдвое меньшую мощность. Для насосов и вентиляторов всё иначе: на низкой скорости и момент, и ток падают.

Частотник показывает выходной ток на дисплее, и это удобный способ контролировать загрузку двигателя без клещей. Ток из сети при этом обычно меньше выходного при работе на пониженной скорости, потому что частотник потребляет из сети только активную мощность, а реактивную составляющую двигателя компенсирует звено постоянного тока.

Ток и сечение кабеля: короткий ориентир

Сечение медного кабеля выбирают по длительно допустимому току с учётом способа прокладки и длины линии. Для коротких линий внутри помещения ориентиры такие: до примерно 16 А — 1,5 мм², до 25 А — 2,5 мм², до 32 А — 4 мм², до 40 А — 6 мм². На длинных линиях сечение увеличивают из-за падения напряжения, а при прокладке в пучках и в жару — из-за худшего охлаждения. Подробный расчёт — сечение кабеля по току.

Частые ошибки при расчёте тока

Как использовать ток на практике

Подробно по каждому пункту: сечение кабеля по току, тепловое реле, категории AC-1 и AC-3, подбор частотника по току.

Частые вопросы