Почему пусковой ток большой

Пусковой ток.

В паспорте электрического двигателя указывается ток при номинальной нагрузке на валу, он меньше пускового тока. Если отмечено 13,8/8 А, то это значит, что при подсоединении двигателя к сети 220 В и номинальной нагрузке ток двигателя будет равен 13,8 А. При подсоединении к сети 380 В — ток 8 А, таким образом верно равенство мощностей: √3 х 380 х 8 = √3 х 220 х 13,8.

Зная номинальную мощность двигателя определяют его номинальный ток. При включении двигателя в трехфазную распредсеть 380 В номинальный ток рассчитывается следующим образом:

Iн = Pн/(√3Uн х сosφ), кА

где Pн — номинальная мощность двигателя, кВт, Uн — напряжение в сети, кВ (0,38 кВ). Коэффициент мощности (сosφ) — паспортные значения двигателя.

Рис. 1. Паспорт электрического двигателя.

Если не известен коэффициент мощности двигателя, то номинальный его ток с малой погрешностью определяется по отношению "два ампера на киловатт", т.е. если номинальная мощность двигателя 10 кВт, то потребляемый им из сети ток будет приблизительно равен 20 А.

Для упомянутого на рисунке двигателя это отношение также выполняется (3,4 А ≈ 2 х 1,5). Более верные величины тока при применении данного отношения получаются при мощностях электродвигателей от 3 кВт.

При холостом ходе электродвигателя из сети потребляется маленький ток (ток холостого хода). При увеличении нагрузки увеличивается и ток. С увеличением тока повышается нагрев обмоток. Большая перегрузка приводит к перегреву обмоток двигателя, и возникает опасность выхода из строя электродвигателя.

При пуске из сети электрическим двигателем потребляется пусковой ток Iпуск, который в 3 — 8 раз выше номинального. Характеристика изменения тока представлена на графике (рис. 2, а).

Рис. 2. Характеристика изменения тока, потребляемого электродвигателем из сети (а), и влияние большого тока на колебания напряжения в сети (б)

Подлинную величину пускового тока для электродвигателя определяют зная величину кратности пускового тока — Iпуск/Iном. Кратность пускового тока — техническая характеристика двигателя, ее известна из каталогов. Пусковой ток рассчитывается согласно формуле: I пуск = Iх. х (Iпуск/Iном).

Понимание истинной величины пускового тока необходимо для подбора плавких предохранителей, проверки включения электромагнитных расцепителей во время пуска двигателя, при подборе автоматических выключателей и для высчитывания величины падения напряжения в сети при пуске.

Большой пусковой ток вызывает значительное падение напряжения в сети (рис. 2, б).

Если взять электросопротивление проводов, проложенных от источника до электродвигателя, равным 0,5 Ом, номинальный ток Iн=15 А, а пусковой ток Iп равным пятикратному от номинального, потери напряжения в проводах во время пуска составят 0,5 х 75 + 0,5 х 75 = 75 В.

На клеммах электродвигателя, а также и на клеммах рядом работающих электродвигателей напряжение будет 220 — 75 = 145 В. Это понижение напряжения вызывает торможение работающих электродвигателей, что влечет за собой еще большее повышение тока в сети и выход из строя предохранителей.

В электрических лампах в моменты запуска электродвигателей уменьшается накал (лампы «мигают»). Поэтому при включении электродвигателей стремятся уменьшить пусковые токи.

Для понижения пускового тока используется схема пуска электродвигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник.

Рис. 3. Схема пуска электрического электродвигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник.

Имеет принципиальное значение то, что далеко не каждый двигатель возможно включать по этой схеме. Широко распространенные асинхронные двигатели с рабочим напряжением 220/380 В, в том числе и двигатель, показанный на рисунке 1 при включении по этой схеме выйдут из строя.

Для понижения пускового тока электродвигателей энергично употребляют специальные процессорные устройства плавного пуска (софт-стартеры).

Почему пусковой ток большой

Пуск асинхронного привода прямым включением в сеть связан с бросками тока в статорной цепи. Это общеизвестный факт. Но не все задумывались о том, в чем причина этого явления. Мы привыкли, что ток любого электродвигателя прямо пропорционален вращающему моменту на валу. А здесь, казалось бы, парадоксальная ситуация: момент двигателя при пуске ограничен, а ток может превышать номинальное значение в семь раз. Как же так получается?

Все дело в физике работы асинхронной машины. Переменное электромагнитное поле статора наводит ЭДС в обмотке ротора двигателя. Величина этой ЭДС, в соответствии с законами электромагнитной индукции, зависит от скорости изменения электромагнитного поля статора, то есть от частоты вращения этого поля относительно ротора (от скольжения).

Но если поле статора начинает вращаться сразу после подачи напряжения, то ротору необходимо какое-то время, для того, чтобы разогнаться. И чем мощнее и больше двигатель, тем больше времени требуется ротору для разгона – увеличенная масса способствует инерции.

Величина скольжения, в свою очередь, имеет самое большое значение именно в первый момент пуска. В этот момент скольжение равно единице, ротор еще неподвижен, а поле уже вращается с максимальной скоростью. ЭДС в роторной цепи достигает максимального значения, так же как и ток ротора.

Ток ротора тоже является переменным, поэтому он тоже создает свое переменное электромагнитное поле. Это поле опять же наводит ЭДС уже в статорной цепи двигателя. А под воздействием упомянутой ЭДС в статоре начинает протекать дополнительная составляющая тока, компенсирующая МДС ротора.

Таким образом, ток в статоре всегда складывается из двух сонаправленных составляющих. Величина одной составляющей обусловлена собственным сопротивлением статорной обмотки. Эта составляющая имеет постоянное значение и на идеальном холостом ходу двигателя весь статорный ток сводится только к ней.

А вторая составляющая статорного тока зависит от тока в роторной цепи и своего максимума достигает в первый момент пуска двигателя, уменьшаясь до нуля по мере приближения к точке идеального холостого хода. За счет второй составляющей статорный ток двигателя и достигает таких огромных значений при пуске.

Остается невыясненным только один нюанс: почему большой пусковой ток асинхронного двигателя не обеспечивает столь же большого пускового момента, как это бывает у двигателей постоянного тока? Причина состоит в том, что момент двигателя создается только активной составляющей тока ротора, то есть той составляющей, которая совпадает по фазе с роторной ЭДС.

А соотношение активного и реактивного тока ротора зависит, прежде всего, от частоты ЭДС, наводимой в роторной обмотке. Чем выше частота, тем более «переменным» становится ток и тем большее значение приобретает индуктивное сопротивление обмоток ротора. А чем больше индуктивное сопротивление роторных обмоток, тем более реактивным становится роторный ток.

Максимальной частоты ЭДС ротора достигает именно в момент пуска, когда ротор неподвижен. В этот момент роторная ЭДС изменяется с частотой питающей сети – 50 герц. Впоследствии, когда двигатель выходит на рабочий участок характеристики, эта частота падает до нескольких герц, и индуктивное сопротивление обмоток перестает иметь значение, а ток ротора становится практически полностью активным.

Да, пусковой ток в роторной цепи асинхронного двигателя велик, но это преимущественно реактивный ток, он не может обеспечить большой электромеханический момент. Активный ток достигает необходимой величины только после снижения частоты ЭДС и выхода двигателя на рабочую характеристику. С этим и связаны две проблемы пуска асинхронных двигателей: ограниченный пусковой момент и, напротив, повышенный в несколько раз пусковой статорный ток.

Максимальной частоты ЭДС ротора достигает именно в момент пуска, когда ротор неподвижен. В этот момент роторная ЭДС изменяется с частотой питающей сети – 50 герц. Впоследствии, когда двигатель выходит на рабочий участок характеристики, эта частота падает до нескольких герц, и индуктивное сопротивление обмоток перестает иметь значение, а ток ротора становится практически полностью активным.

Пусковой ток: что это, откуда берется и как действует

Пусковым током является ток, необходимый для запуска любого из электрических либо электротехнических устройств. Его величина в разы превосходит номинальный ток, а потому этот параметр очень важно учитывать при выборе бытового и промышленного оборудования. Явным примером служит ситуация с разгоном автомобиля, когда он при наборе скорости потребляет больше топлива в сравнении с потреблением при обычном режиме движения по трассе. Так и электродвигатель требует большее количество тока для полноценного «разгона». Помимо того, подобные явления наблюдаются и в отношении другого электрооборудования: ламп, электрических магнитов. Процесс пуска в различных электрических устройствах определяется характеристиками их основных функциональных компонентов – намагниченных катушек, накаливающихся нитей и др. В большинстве случаев производители электрических установок и бытовых приборов делают ограничение для токов пуска, применяя для этого так называемое пусковое сопротивление.

Типы пускового тока

Как правило, пусковой ток не появляется на долгое время, а лишь на доли секунды. В то же время, по своему значению его величина может до нескольких раз превышать номинальные значения. Влияние на этот параметр оказывает тип применяемого электрооборудования. В качестве примеров можно указывать следующие типы установок:

• Погружные насосы имеют ток пуска, в 7-9 раз превышающий номинальный ток;
• Электромясорубка – в 7 крат;
• Буровой пресс и бетономешалки, бойлер, электрообогреватели, стиральная машина – пусковой ток превышает номинальный в 3,5 раз;
• Холодильник – в 3,33 раза;
• Микроволновая печь и инвертор – в 2 раза;
• Циркулярная пила – ток пуска превосходит номинальный в 1,32 раза.

Обычно этот параметр не указывается производителем и узнается лишь ориентировочно.

Принцип срабатывания

В момент запуска любого типа электродвигателя возникает пусковой ток. Его характеристики и свойства определяются, как правило, типом силовой установки, наличием нагрузок непосредственно на валу, схемой подключения и скоростью вращения. Возникновению тока пуска предшествует появление достаточно сильного магнитного поля в обмотке в момент запуска устройства, необходимого для раскрутки ротора и перевода его в мобильное положение. Именно поэтому значения пускового тока намного больше рабочих параметров.

Так, непосредственно в момент, когда включается мотор, на его обмотках присутствует небольшое сопротивление, что приводит к возрастанию тока при неизменном напряжении. Сразу же после раскрутки двигателя, в обмотке возникает индуктивное сопротивление и наблюдается стремление тока к номинальным значениям.

Сегодня электродвигатели широко применяются в самых разных промышленных секторах. Поэтому очень важно знать их пусковые параметры, чтобы правильно выбрать и применить электрические приводы. В качестве основных параметров, влияющих на пусковой ток, рассматриваются момент и скольжение на валу.

Таким образом, этот параметр несет определенную важность как для электрических двигателей, так и для источников питания. Так, к примеру, в батареях аккумуляторного типа параметры пускового тока указывают на высшие значения мощности, которые прибор способен выдавать без того, чтобы просаживалось напряжение, на короткий промежуток времени. Как правило, величина пускового тока зависит от емкости батареи и не в последнюю очередь от климатических условий.

Особенности применения

Чтобы правильно эксплуатировать электрический привод, следует учитывать его пусковые характеристики. Если же минусы пускового тока не будут нивелированы, есть риск возникновения довольно неприятных последствий. Так, к примеру, этот ток будет отрицательно влиять на другое электрооборудование, одновременно работающее с указываемым электрическим двигателем в пределах одной линии. Если значения тока пуска резко возрастут, это скорее всего приведет к моментальному падению в сети напряжения или же к поломке электрических установок.

С целью снижения нежелательного воздействия таких факторов, допускаются к применению специальные методы и приспособления. Их действие направлено на максимальное снижение пускового тока:

• Запуск электродвигателя производится в холостом режиме и только затем к агрегату прикладывается нагрузка, необходимая для его вывода в рабочий режим. Такой метод отлично подходит для вентиляционного и насосного оборудования, для которого возможно регулирование нагрузок.
• Выполнение подключения силовой установки с использованием схемы звезды-треугольника.
• Применение метода запуска через автоматический трансформатор, где предполагается плавная подача напряжения.
• Применение пусковых реактором или резисторных установок, ограничивающих величину пускового тока. В этом случае происходит трата тока, превышающего установленные значения, на выделение тепловой энергии непосредственно на гасящем резисторе.
• Установка регуляторов частоты – способствует уменьшению тока пуска двигателя, однако метод допустим к применению исключительно для силовых агрегатов, мощность которых не превышает 30 КВт. Электроустановки с большей мощностью, как правило, требуют использование более дорогостоящих регуляторов частоты.

Устройства, предназначенные для плавного пуска. Такие приборы минимизируют влияние пускового тока посредством фазового управления.

Электролаборатория (электротехническая лаборатория) в Москве проводит испытания электроустановок, необходимые для контроля и обеспечения надежной работы электрической сети и оборудования.

Пусковые токи электрооборудования

Пользователей электроэнергии не оставляет равнодушными мощность электроприборов, которые окружают нас в повседневности, ведь в конце концов она упирается в возможности нашего кошелька. Суммарную мощность, из указанных в документации на электроприборы цифр мы учитываем при проектировании будущей сети, правда, не всегда принимаем во внимание, что производитель указывает электрические характеристики для оборудования, работающего в номинальном режиме.

В реальных условиях большинство электроприборов превышает номинальные мощности, достигая максимальной нагрузки в момент включения. Происходит это из-за пусковых токов, которые в течение краткого периода времени (от десятых долей до нескольких секунд) превышают номинальный потребляемый ток до 10 раз.

Такими особенностями отличаются электроприборы, имеющие электродвигатели (холодильники, кондиционеры, электронасосы), электронагревательные приборы, использующие ТЭНы. Как ни странно даже обычные лампы накаливания имеют достаточно высокие величины пускового тока от 5 до 13 раз превышающие номинальные значения (недаром практически всегда они перегорают в момент включения).

Природа пусковых токов

Проиллюстрировать причину возникновения пускового тока легко на простом примере. Кто когда-либо катался на велосипеде, знает – больше всего усилий требуют первые повороты педалей, когда велосипед трогается с места, долее при достижении номинальной скорости это делать значительно легче.

Аналогичные процессы происходят при запуске электродвигателя, ведь для преодоления инерции вала мотора и сопряженных с ним механизмов требуется мощное электромагнитное поле, которое действует до набора рабочих оборотов. Оно характеризуется более высокими токами при запуске двигателя, связанными с номинальными значениями при помощи коэффициентов пускового тока (кратностью пускового тока к номинальному значению).

Иная природа пусковых токов у ламп накаливания. Величина сопротивления вольфрамовой нити 100 ваттной лампочки в холодном (выключенном) состоянии составляет 40 Ом, а в накаленном (включенном) – 490 Ом, не удивительно, что ток в момент включения имеет более чем 12 кратное превышение над номинальным током лампы. Аналогичным образом меняется сопротивление нихромовой нити ТЭНа нагревательного электрического прибора.

Чем опасны пусковые токи и методы борьбы с ними

Пусковые токи не только ведут к неоправданному увеличению потребляемой мощности, они несут в себе серьезную опасность для:

• электрической сети в целом путем создания пиковых нагрузок;
• электронике другого электрооборудования, чувствительной к импульсным перепадам напряжения.

Максимальную мощность с учетом величин пусковых токов необходимо учитывать при выборе:

• генераторов резервного питания;
• стабилизаторов напряжения;
• входных автоматов.

Конечно же, можно предположить, что при штатном использовании бытовой аппаратуры пусковые токи различных потребителей по времени не совпадают, однако представьте ситуацию с отключением электроэнергии и последующем ее включением, при всех включенных ранее потребителях.

Выдержит ли суммарный пусковой ток входной автомат?

Не сработает ли защита от перегрузки стабилизатора?

А как поведет себя генератор резервного питания?

При проектировании конкретной электрической сети следует предварительно найти ответы на поставленные вопросы и учитывать их при выборе аппаратуры.

На сегодняшний день существуют различные способы уменьшения пускового тока, особенно это актуально в производственных условиях, где используется масса технологического оборудования, работающего на электродвигателях переменного тока. Среди наиболее популярных можно назвать:

• запуск электрического двигателя на холостом ходу, с последующим подключением нагрузки;
• изменение схемы подключения в момент пуска треугольник-звезда, правда, такой метод имеет ограничения при пуске асинхронных электродвигателей;
• автотрансформаторный запуск позволяет плавно изменять ток до достижения номинальной величины;
• добиваться ограничения стартовых токов путем применения пусковых резисторов.

Отличные результаты показывают устройства плавного запуска (тиристорные, преобразователи частоты, софт-стартеры).

Остались вопросы?

Заполните форму обратно связи ниже, наши специалисты свяжутся с Вами, проконсультируют, расскажут про возможные способы решения Вашей задачи.