Пусковой ток
При работе с различными электротехническими устройствами довольно часто возникает вопрос, что такое пусковой ток. В самом простом варианте ответа это будет такой ток, который потребен при запуске электродвигателя или другого устройства. Его значение может в несколько раз превышать номинальное, требующееся в нормальном устойчивом режиме работы. Таким образом, для того чтобы раскрутить ротор, электродвигатель должен приложить гораздо больше энергии по сравнению с работой при постоянном числе оборотов. Снизить пусковые токи можно с помощью систем гашения и устройств плавного пуска.
Пусковые токи электродвигателей
В каждом приборе, устройстве или механизме возникают процессы, называемые пусковыми. Это особенно заметно при начале движения, когда необходимо тронуться с места. В этот момент для первоначального толчка требуется значительно больше усилий, чем при дальнейшей работе данного механизма.
Точно такие же явления затрагивают и электрические устройства – электродвигатели, электромагниты, лампы и другие. Наличие пусковых процессов в каждом из них зависят от того, в каком состоянии находятся рабочие элементы. Например, нить накаливания обычной лампочки в холодном состоянии обладает сопротивлением, значительно меньшим, чем при нагревании в рабочем режиме до 1000 С. То есть, у лампы, мощностью 100 Вт сопротивление нити во время работы составит около 490 Ом, а в выключенном состоянии этот показатель снижается до 50 Ом. Поэтому при высоком пусковом токе лампочки иногда перегорают. От всеобщего перегорания их спасает сопротивление, возрастающее при нагревании. Постепенно оно достигает постоянного значения и способствует ограничению рабочего тока до нужной величины.
Влияние пусковых токов в полной мере затрагивает все виды электродвигателей, широко применяющихся во многих областях. Для того чтобы правильно эксплуатировать электроприводы нужно знать их пусковые характеристики. Существует два основных параметра, оказывающих влияние на пусковой ток. Скольжение является связующим звеном между частотой вращения ротора и скоростью вращения электромагнитного поля. Снижение скольжения происходит от 1 до минимума по мере набора скорости. Пусковой момент является вторым параметром, определяющим степень механической нагрузки на валу. Эта нагрузка имеет максимальное значение в момент пуска и становится номинальной после того, как произошел полный разгон механизма.
Следует учитывать особенности асинхронных электродвигателей, которые при пуске становятся эквивалентны трансформатору с короткозамкнутой вторичной обмоткой. Она обладает совсем небольшим сопротивлением, поэтому величина пускового тока при скачке может достичь многократного превышения по сравнению с номиналом. В процессе дальнейшей подачи тока в обмотки, сердечник ротора начинает по нарастающей насыщаться магнитным полем. Возникает ЭДС самоиндукции, под действием которой начинает расти индуктивное сопротивление цепи. С началом вращения ротора происходит снижение коэффициента скольжения, то есть наступает фаза разгона двигателя. При росте сопротивления пусковой ток снижается до нормативных показателей.
В процессе эксплуатации может возникнуть проблема, связанная с увеличенными пусковыми токами. Причиной их возникновения, чаще всего, становится перегрев электродвигателей, перегруженные электрические сети в момент пуска, а также ударные механические нагрузки в подключенных устройствах и механизмах, таких как редукторы и другие. Для решения этой проблемы предусмотрены специальные приборы, представленные частотными преобразователями и устройствами плавного пуска. Они выбираются с учетом особенностей эксплуатации того или иного электродвигателя. Например, устройства плавного пуска используются в основном для агрегатов, соединенных с вентиляторами. С их помощью достигается ограничение пускового тока до двух номиналов. Это вполне нормальный показатель, поскольку во время обычного пуска ток превышает номинальное значение в 5-10 раз. Ограничение достигается за счет измененного напряжения в обмотках.
Обычные двигатели переменного тока получили широкое распространение в промышленном производстве, благодаря очень простой конструкции и низкой стоимости. Их серьезным недостатком считается тяжелый запуск, который существенно облегчается частотными преобразователями. Наиболее ценным качеством этих устройств является способность к поддержке пускового тока в течение одной минуты и более. Самые современные приборы позволяют не только регулировать пуск, но и оптимизировать его по заранее установленным эксплуатационным характеристикам.
Пусковой ток аккумуляторной батареи
Аккумулятор не зря считается одним из важных элементов автомобиля. Его основная функция заключается в подаче напряжения на имеющееся электрооборудование. В основном это стартер, автомагнитола, освещение и другие устройства. Для того чтобы успешно решать эту задачу, в аккумуляторе должно происходить не только накопление, но и сохранение заряда в течение длительного времени.
Одним из основных параметров батареи является пусковой ток. Данная величина соответствует параметрам тока, который протекает в стартере в момент его пуска. Пусковой ток непосредственно связан с режимом работы автомобиля. Если транспортное средство эксплуатируется очень часто, особенно в холодных условиях, в этом случае батарея должна иметь большой пусковой ток. Его номинальный параметр обычно находится в соответствии с мощностью источника питания, выдаваемой в течение 30 секунд при температуре минус 18 С. Он появляется в тот момент, когда ключ поворачивается в замке зажигания и начинает работать стартер. Измерение токового значения производится в амперах.
Пусковые токи могут быть совершенно разными у аккумуляторов, одинаковых по своему внешнему виду и основным характеристикам. На этот фактор существенное влияние оказывают физические свойства материалов для изготовления и конструктивные особенности каждого изделия. Например, возрастание тока может наблюдаться, если свинцовые пластины становятся пористыми, повышается их количество, используется ортофосфорная кислота. Завышенная величина тока не оказывает негативного влияния на оборудование, она лишь способствует повышению надежности пуска.
Плавный пуск электродвигателя схема
Соединение звездой и треугольником обмоток электродвигателя
Частотные преобразователи: принцип работы
Устройство синхронного двигателя
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема
Выбираем аккумулятор: ток холодного пуска – что это за параметр и почему он так важен
Недавно мы рассказывали о «погоне за ампер-часами» — почему весьма полезно и совершенно безопасно установить в автомобиль аккумуляторную батарею емкостью больше штатной. Сегодня поговорим о еще более важном параметре – токе холодного пуска.
Что такое «ток холодного пуска»?
В мире существует несколько стандартов измерения величины холодного пуска батарей, которые отличаются друг от друга. Европейский, азиатский, американский и еще несколько локальных – российский, немецкий и т.п. И что по одному стандарту – хорошо, по другому – так себе. Для того, чтобы обычному автовладельцу не вникать в особенности стандартов и, тем более – в методики конвертации цифр одного в другой, в подавляющем большинстве случаев используется европейский стандарт – EN. В нем измеряют ток и пишут его на этикетке в том числе и практически все российские производители батарей. Надпись, типа «500 А (EN)» – это как раз тот самый параметр, который нам нужен! Иногда эта цифра изображается на этикетке аккумулятора огромным шрифтом (что заставляет задуматься – соответствует ли он реальности?), иногда – достаточно мелким:
Сколько есть и сколько нужно?
500 ампер, 550, 600 и т.п. – это ток, который может отдать аккумулятор. Ток огромный. Причем, речь идет о приличном (-18 С) морозе – в теплое время года величину тока можно еще и смело увеличивать раза в полтора! Ключевые слова — МОЖЕТ ОТДАТЬ. Но реально батарея отдает столько, сколько БЕРЕТ стартер. А вот сколько он берет?
Стартеры большинства бензиновых легковых автомобилей потребляют даже в мороз, с учетом загустевшего в картере масла, гораздо меньший ток – не более 300 ампер, а чаще всего – до 200-250. А аккумуляторы этих автомобилей способны отдать 500-600 ампер. У дизельных и многолитровых бензиновых моторов – все пропорционально: и потребляемый стартерами ток выше, и ток холодного пуска батарей. Возникает вопрос — зачем аккумуляторам способность выдавать пусковые токи с таким большим запасом – в два-три раза?
Объясняется все весьма просто. Производитель автомобиля, определяя параметры штатного аккумулятора, учитывает ряд очевидных, но важных моментов. Во-первых, минус 18 градусов, при которых замеряется ток холодного пуска АКБ – это, как мы понимаем, далеко не предел холода. А холод снижает токоотдачу аккумулятора. Если в минус 18 батарея выдаст 500 ампер, то в минус 25 – уже 400 (цифры условные, просто для понимания). От этих четырехсот ампер что-то отнимет неоптимальный уровень заряженности батареи (что повсеместно бывает на машинах, эксплуатирующихся в городских условиях), еще что-то будет потеряно из-за общего уровня износа аккумулятора, если он не новый – зашлакованности, засульфатированности. И вот по факту батарея оказывается способна дать стартеру лишь на самую малость больше того, что ему требуется… Иногда почти впритык. На это и рассчитан такой запас, и никаких «лишних амперов» нет!
Скажем больше – такая характеристика аккумулятора, как максимальный пусковой ток, на самом деле важнее емкости! В мороз нам ценнее умение батареи сделать одну (максимум, пару) попыток отдать стартеру большой ток, а не возможность пять-десять раз выдавать в полтора раза меньший.
Впрочем, ситуации, в которых именно емкость имеет большее значение – тоже бывают. К примеру, неисправность в системе зарядки, при которой генератор отказывает, и вы едете «на аккумуляторе». Но на деле вопрос холодного пуска – куда актуальнее. Внезапный и непредсказуемый отказ генератора на регулярно обслуживаемой машине – случай все же редкий. А холода длятся полгода…
Берем с запасом!
Недавно мы рассказывали, почему весьма полезно и совершенно безопасно установить в автомобиль аккумуляторную батарею емкостью больше штатной. Запас по току холодного пуска – еще более полезен. Главным ограничением по батареям в большинстве современных автомобилей являются фиксированные размеры отсека под аккумулятор под капотом, и если при выборе новой батареи для своего авто вы увидите на прилавке магазина несколько моделей в нужной размерности, но с разным током холодной прокрутки, предпочтение (при наличии средств) следует отдать той, у которой максимальный ток выше.
— У аккумуляторов, имеющих одни и те же установочные габариты длины, ширины и высоты, емкость, как правило, различается незначительно, а вот пусковой ток может различаться существенно – говорит Александр Казунин, заведующий аккумуляторной лабораторией автомобильной электроники и электрооборудования ФГУП НИИАЭ:
— У недорогих моделей с жидким электролитом в диапазоне 55-65 ампер-часов ток холодной прокрутки составляет 480-550 Ампер, у дорогих, в которых гораздо более сложная и продвинутся «химия» составов намазки пластин, — 620-650 ампер.
Взглянем на любой из популярных типоразмеров батарей. Ну, скажем, на 242x175x190 мм. Аккумуляторы с такими габаритами стоят на десятках моделей машин самых разных производителей. Придя в магазин, покупатель увидит среди ассортимента батарей в данной размерности некоторый разброс емкости (как правило, от 55 до 65 ампер-часов) и гораздо больший разброс по току холодной прокрутки. Берем распространенную емкость 60 ампер-часов – и пожалуйста, разброс по току холодной прокрутки от 500 ампер до 600! Разница от минимума до максимума – 100 ампер, что, на минуточку, практически близко к потреблению стартера на многих моторах до полутора литров в летнее время!
Предположим, что штатная батарея автомобиля, установленная на заводе, имеет емкость 60 ампер-часов и ток холодного пуска 550 ампер.
Если вопрос экономии денег не стоит остро, то для замены, помимо точно такой же, мы можем приобрести батарею и с более высокими электрическими параметрами. Допустим, перед нами две батареи с той же геометрической размерностью по длине, ширине и высоте, но одна – с повышенной емкостью 65 ампер-часов и пусковым током, как у штатной — 550 ампер, а вторая — с емкостью, как у штатной (60 ампер-часов), но с повышенным пусковым током — 600 ампер. В такой ситуации имеет смысл предпочесть именно второй вариант. Зимой он может вас сильно выручить!
Каков токовый максимум?
Подбирая новый аккумулятор, из двух одинаковых по размеру батарей целесообразно выбрать модель с более высоким током холодной прокрутки. А каков предел этого тока? Может, и эти две – не лучший выбор и стоит поискать еще?
Если говорить о классических свинцово-кислотных батареях с жидким электролитом для массовых легковых автомобилей (без удорожающих технологий AFB и AGM), то максимальный ток холодного пуска, встречающийся среди подавляющего большинства батарей емкостью 55 ампер-часов – 560 ампер. Максимум для батарей 60 ампер-часов – 640 ампер. В категории 65-амперных батарей (это, как правило, предел, который укладывается в габариты аккумуляторных отсеков большинства легковых машин и кроссоверов) на сегодняшний день технологический потолок по току холодной прокрутки дошел до величины в 650-660 ампер. Это отличный показатель – на 5-10% выше он только у AFB и AGM-батарей в тех же размерах и с аналогичной емкостью, которые, впрочем, обычно заметно дороже.
Характерный представитель батарей высшей категории мощности – южнокорейская линейка аккумуляторов CENE от одного из мировых аккумуляторных лидеров, компании JCI Delkor. К примеру, модель CENE 56513 при стандартных габаритах 242x175x190 мм имеет максимальный в классе пусковой ток 650 ампер и одновременно обладает емкостью в 65 ампер-часов (то есть, отлично переносит типичный для городской зимы перманентный недозаряд). Ну и честная гарантия в три года – как вишенка на торте!
CENE 56513 представлена в версиях с прямой и обратной полярностью, и, как и все батареи этого бренда, оснащена удобной рукояткой и индикатором-ареометром.
Компания DELKOR, выпускающая аккумуляторы CENE, основана в 1985 г. фирмами General Motors и Daewoo. Сегодня она входит в состав Clarios — одного из крупнейших аккумуляторных концернов в мире, и поставляет батареи на конвейеры Toyota, Honda, Nissan, Hyundai и Kia.
Digitrode
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Что такое пусковой ток и как его ограничить
Что такое пусковой ток
Пусковой ток – это максимальный ток, потребляемый электрической цепью во время ее включения. Значение пускового тока намного выше, чем установившийся ток цепи, и этот высокий ток может повредить устройство или привести в действие автоматический выключатель. Пусковой ток обычно появляется во всех устройствах, где присутствует магнитный сердечник, таких как трансформаторы, промышленные двигатели и т. д. Пусковой ток также известен как входной импульсный ток или импульсный ток включения.
Почему появляется пусковой ток
Есть причина появления пускового тока. Подобно некоторым устройствам или системам, которые имеют развязывающий конденсатор или сглаживающий конденсатор, при запуске потребляется большое количество тока для их зарядки. Ниже приведенная диаграмма даст вам представление о разнице между пусковым, пиковым и установившимся током цепи.
Пиковый ток: это максимальное значение тока, достигаемое сигналом в положительной или отрицательной области.
Ток установившегося состояния: он определяется как ток в каждом интервале времени, который остается постоянным в цепи. Ток установившегося состояния достигается, когда di/dt = 0, что означает, что ток остается неизменным во времени.
Особенности пускового тока: появляется мгновенно, когда устройство включается; появляется на короткий промежуток времени; выше номинального значения цепи или устройства.
Пусковой ток трансформатора
Пусковой ток трансформатора определяется как максимальный мгновенный ток, потребляемый трансформатором, когда вторичная сторона не нагружена или находится в состоянии разомкнутой цепи. Этот бросок тока вредит магнитным свойствам сердечника и вызывает нежелательное переключение автоматического выключателя трансформатора.
Величина пускового тока зависит от точки волны переменного тока, в которой запускается трансформатор. Если трансформатор (без нагрузки) включается, когда напряжение переменного тока достигает своего пика, тогда пусковой ток не возникает при запуске, и если трансформатор (без нагрузки) включается, когда напряжение переменного тока проходит через ноль, то значение броска ток будет очень высоким, и он также будет превышать ток насыщения, как вы можете видеть на изображении выше.
Пусковой ток двигателя
Как и трансформатор, асинхронный двигатель не имеет непрерывного магнитного пути. Сопротивление асинхронного двигателя высокое из-за воздушного зазора между ротором и статором. Следовательно, из-за такого характера индуктивного устройства с высоким сопротивлением требуется большой ток намагничивания для создания вращающегося магнитного поля при запуске. График ниже показывает пусковые характеристики двигателя при полном напряжении.
Как вы можете видеть на графике, пусковой ток и пусковой момент очень высоки в начале. Этот высокий пусковой ток может повредить электрическую систему, а начальный высокий крутящий момент может повлиять на механическую систему двигателя. Если уменьшить начальное значение напряжения на 50%, это может привести к снижению крутящего момента двигателя на 75%. Таким образом, для преодоления этих проблем используются схемы питания с плавным пуском.
Как ограничить пусковой ток
Всегда следует помнить о пусковом токе в асинхронных двигателях, трансформаторах и в электронных цепях, которые состоят из катушек индуктивности, конденсаторов или сердечников. Как упоминалось ранее, пусковой ток – это максимальный пиковый ток, наблюдаемый в системе, и он может быть в два-десять раз больше нормального номинального тока. Этот нежелательный всплеск тока может повредить устройство, пусковой ток может вызвать срабатывание выключателя при каждом включении. Регулировка допуска выключателя может помочь нам, но компоненты должны выдерживать пиковое значение.
Находясь в электронной схеме, некоторые компоненты должны выдерживать высокие значения пускового тока в течение короткого промежутка времени. Но некоторые компоненты сильно нагреваются или повреждаются, если значение при быстром запуске очень велико. Поэтому лучше использовать схему защиты от пускового тока при проектировании электронной схемы или печатной платы.
Для защиты от пускового тока вы можете использовать активное или пассивное устройство. Выбор типа защиты зависит от частоты пускового тока, производительности, стоимости и надежности.
Вы можете использовать NTC-термистор (с отрицательным температурным коэффициентом), который является пассивным устройством, работает как электрический резистор, сопротивление которого очень высоко при низкотемпературном значении. Термистор NTC соединяется последовательно с входной линией питания. Обладает высокой устойчивостью при температуре окружающей среды. Поэтому, когда мы включаем устройство, высокое сопротивление ограничивает пусковой ток, который протекает в систему. По мере непрерывного протекания тока температура термистора повышается, что значительно снижает сопротивление. Следовательно, термистор стабилизирует пусковой ток и позволяет постоянному току течь в цепь. Термистор NTC широко используется для ограничения тока из-за его простой конструкции и низкой стоимости. У него также есть некоторые недостатки, например, нельзя полагаться на термистор в экстремальных погодных условиях.
Активные устройства ограничения пускового тока стоят дороже, а также увеличивают размер системы или схемы. Они состоят из чувствительных компонентов, которые переключают высокий входящий ток. Некоторые из активных устройств – устройства плавного пуска, регуляторы напряжения и преобразователи постоянного тока.
Эти средства защиты используются для защиты как электрической, так и механической системы путем ограничения мгновенного пускового тока. На приведенном ниже графике показано значение пускового тока со схемой защиты и без схемы защиты. Мы ясно видим, насколько эффективна защита от пускового тока.
Как измерить пусковой ток
Сегодня на рынке представлено большое количество клещей (мультиметров), которые обеспечивают измерение пускового тока. Также вы можете использовать токовые клещи Fluke 376 FC True-RMS для измерения пускового тока. Иногда пусковой ток показывает значение, которое выше номинального значения автоматического выключателя, но, тем не менее, автоматический выключатель не отключается. Причина этого заключается в том, что автоматический выключатель работает по кривой зависимости тока от времени, например, если бы вы использовали автоматический выключатель на 10 А, поэтому пусковой ток, превышающий 10 А, должен протекать через автоматический выключатель больше, чем номинальное время.
Выполните следующие шаги для измерения пускового тока:
Пусковой ток. Типы и работа. Применение и особенности
Пусковой ток – представляет ток, который необходим для запуска электрического или электротехнического устройства. Он больше номинального тока в разы, вследствие чего при подборе оборудования так важно учитывать данный параметр. В качестве примера можно привести ситуацию, когда при разгоне автомобилю нужно на порядок больше топлива, чем при движении на автомагистрали с одинаковой скоростью. Таким же образом электрический двигатель потребляет больше электрического тока при «разгоне».
Подобные явления могут наблюдаться и в ином электрическом оборудовании: электрических магнитах, лампах и так далее. Пусковые процессы в устройствах определяются параметрами рабочих органов: намагниченностью катушки, накаливающейся нитью и тому подобное. Весьма часто производители ограничивают ток пуска при помощи пускового сопротивления.
Пусковой ток появляется на небольшой период времени, что в большинстве случаев составляет доли секунд. Однако по своему значению он может быть в несколько раз выше номинального значения. Этот параметр также зависит от вида применяемого оборудования. В различных приборах указанные токи могут составлять в 2-9 раз больше номинального.
Для примера можно привести следующее оборудование:
В большинстве случаев производители практически не указывают данный параметр в спецификациях. Поэтому часто приходится довольствоваться ориентировочными параметрами. Измерительные приборы бытового значения выделяются инерционностью, поэтому при помощи них затруднительно измерить кратковременный всплеск тока пуска. Лучше всего уточнить параметр тока пуска у прибора непосредственно у дилера.
Работа
При запуске любого вида электрического двигателя появляется пусковой ток, который может достигать 9 кратного значения от номинального тока. Характеристика тока пуска определяется типом двигателя, присутствием нагрузки на валу двигателя, схемы подключения, скорости вращения и тому подобное.
Ток пуска появляется вследствие того, что в период запуска требуется довольно сильное магнитное поле в обмотке, чтобы перевести ротор из статичного положения и раскрутить его. То есть это ток, который требуется, чтобы запустить электрический двигатель в рабочий режим. Именно поэтому его значение на порядок превышает рабочий ток.
В период включения мотора на обмотках наблюдается малое сопротивление, вследствие чего растет ток при постоянном напряжении. Как только двигатель начинает раскручиваться, то в обмотках появляется индуктивное сопротивление, вследствие чего ток начинает стремиться к номинальному значению.
Принцип действия
Электрические двигатели обширно применяются в разных сферах промышленности. В результате этого знание параметров пусковых характеристик важно для правильного применения электрических приводов. Основными параметрами, которые влияют на ток пуска, являются момент и скольжение на валу.
При подаче тока в обмотки наблюдается рост насыщения сердечника ротора магнитным полем, появлению эдс самоиндукции. В результате растет индукционное сопротивление в цепи. При раскручивании ротора уменьшается степень скольжения. В результате ток пуска с ростом сопротивления уменьшается до рабочего параметра.
Ток пуска важен не только для электродвигателей, но и для источников питания. В частности, это касается аккумуляторных батарей. Параметры тока пуска характеризуют мощность в наивысшем значении, которую аккумулятор может выдавать в течение некоторого времени без значительной просадки напряжения. Ток пуска в большинстве случаев определяется емкостью батареи, в том числе условий климата. Так как при запуске движка летом требуется меньше энергии, чем зимой, то ток пуска при первом варианте будет несколько раз ниже, чем во втором. К примеру, для запуска современной машины аккумулятору в соответствии со стандартами необходимо выдавать ток на уровне 250-300 А минимум в течении 30 секунд.
Применение
Для правильной эксплуатации электрических приводов важно учитывать их пусковые характеристики. Если этого не учитывать и не пытаться нивелировать минусы тока пуска, то возможны неприятные последствия. Так ток пуска может негативно сказываться на другом оборудовании, которое одновременно работает с указанным электродвигателем на одной линии. При больших значениях ток пуска может приводить к падению напряжения сети и даже вызывать поломку оборудования.
