Russian 
English 
French 
German 
Spanish 
Portuguese 
Dutch 
Italian 
Chinese 
Japanese 
Korean 
Indonesian 
Thai 
Vietnamese 
Arabic 
Turkish 
Hebrew 
Hindi 
На промышленных производственных площадках стрелка амперметра двигателей переменного тока (особенно асинхронных) часто резко отклоняется при запуске, указывая на «пусковой ток», значительно превышающий номинальный. Пусковой ток некоторых маломощных и средних двигателей может достигать 5-7 раз номинального значения, а у крупных высоковольтных двигателей он еще выше. Это явление не только создает проблемы для персонала, занимающегося эксплуатацией и техническим обслуживанием оборудования, но и скрывает потенциальные угрозы безопасности. Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо исходить из принципа работы двигателей переменного тока и проанализировать потенциальные риски и меры противодействия в сочетании с реальными условиями эксплуатации.
1. Основные причины чрезмерного пускового тока
Пусковые характеристики асинхронных двигателей переменного тока тесно связаны с «вращающимся магнитным полем» и «коэффициентом скольжения». Когда двигатель неподвижен, скорость вращения ротора равна 0, а коэффициент скольжения s=1 (коэффициент скольжения s = (скорость вращения – скорость вращения ротора) / скорость вращения). В это время скорость, при которой проводник ротора пересекает вращающееся магнитное поле, достигает максимального значения, и, соответственно, индуцированная электродвижущая сила и индуцированный ток ротора также достигают максимума. Согласно принципу электромагнитной индукции, магнитное поле, создаваемое током ротора, будет взаимодействовать с магнитным полем статора. Для поддержания баланса магнитного поля статор автоматически увеличивает ток, чтобы компенсировать влияние магнитного поля ротора, что в конечном итоге приводит к резкому увеличению пускового тока статора.
С точки зрения схемы, еще одним ключевым фактором является чрезвычайно низкое эквивалентное сопротивление двигателя при запуске. В статическом состоянии обмотку статора двигателя можно рассматривать как последовательную цепь «сопротивление + реактивное сопротивление рассеяния». В это время индуктивное реактивное сопротивление обмотки имеет минимальное значение, поскольку ротор не вращается, и само сопротивление мало. Согласно закону Ома I=U/Z, при номинальном напряжении уменьшение импеданса Z напрямую приводит к значительному увеличению тока I. Кроме того, стержни ротора асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором изготовлены из литого алюминия или меди, и сопротивление цепи ротора при запуске мало, что еще больше усиливает эффект усиления тока.
2. Основные негативные последствия высокого пускового тока
Чрезмерный пусковой ток окажет негативное воздействие на электросеть, сам двигатель и связанное с ним оборудование. Для электросети кратковременный скачок высокого тока вызовет мгновенное падение напряжения, что может привести к ненормальной работе другого оборудования в той же сети (например, прецизионных приборов, систем управления ПЛК) и даже вызвать срабатывание защиты и отключение электроэнергии. Для двигателя чрезмерный ток создаст огромную электрическую нагрузку на обмотку статора. Частые пуски в течение длительного времени могут привести к старению и повреждению изоляционного слоя обмотки, вызывая межвитковое короткое замыкание. В то же время, выделяемое током тепло Джоуля приведет к резкому повышению температуры обмотки, сокращая срок службы двигателя.
В промышленном производстве пусковой импульс также может повлиять на стабильность механической системы. Колебания пускового момента, соответствующие высокому току, приведут к ударным нагрузкам на соединительные элементы между двигателем и нагрузкой (например, вентиляторами, водяными насосами, конвейерами), что вызовет механические поломки, такие как ослабление соединений и износ шестерен, а также увеличит затраты на техническое обслуживание оборудования. В условиях воспламеняющихся и взрывоопасных сред (например, в химической промышленности, угольных шахтах) пусковой ток может вызвать электрические искры, представляя опасность для безопасности.
3. Эффективные стратегии подавления в промышленных условиях
В зависимости от мощности и требований к условиям эксплуатации, распространенные в промышленности методы снижения напряжения можно разделить на две категории: «понижающий пуск» и «плавный пуск». Для асинхронных двигателей малой и средней мощности (обычно менее 55 кВт) понижающий пуск является экономичным и практичным вариантом. Основная идея заключается в снижении напряжения статора при запуске для уменьшения пускового тока. К распространенным методам относятся пуск по схеме «звезда-треугольник» (Y-Δ), понижающий пуск с использованием автотрансформатора и понижающий пуск с использованием реактора. Среди них наиболее широко используется пуск по схеме «звезда-треугольник». Во время пуска обмотки статора соединяются по схеме «звезда», так что напряжение каждой фазы обмотки падает до 1/√3 от номинального значения, а пусковой ток затем уменьшается до 1/3 от тока при прямом пуске. После увеличения скорости вращения двигателя происходит переключение на схему «треугольник» для восстановления работы при номинальном напряжении.
Для мощных двигателей (более 100 кВт) или в сценариях с высокими требованиями к плавности пуска (например, лифты, прецизионные станки) лучшими решениями являются устройства плавного пуска и частотные преобразователи. Устройство плавного пуска использует фазовое управление тиристорами (SCR) для плавного повышения напряжения статора от низкого к высокому. Пусковой ток может регулироваться на уровне, в 2-3 раза превышающем номинальное значение, что предотвращает резкие скачки и падения напряжения. Одновременно оно имеет функции защиты от перегрузки по току и перегрузки и подходит для различных характеристик нагрузки. Частотный преобразователь управляет пуском двигателя путем изменения частоты питания. Во время пуска частота постепенно увеличивается от 0, а скорость плавно и синхронно возрастает. Пусковой ток может быть ограничен номинальным значением, а также может быть реализована функция регулирования скорости, что позволяет решить две задачи одновременно в сценариях, требующих работы с переменной скоростью (например, регулирование скорости вентилятора с помощью частотного преобразователя и энергосбережение).
Кроме того, для конкретных нагрузок могут применяться вспомогательные меры, такие как «пошаговый пуск» или «пуск с разгрузкой нагрузки». Например, для тяжелонагруженного оборудования, такого как ленточные конвейеры, нагрузка отключается муфтой перед запуском и включается после того, как двигатель достигнет номинальной скорости; для компрессорного оборудования можно использовать перепускной клапан для сброса давления в цилиндре, снижения сопротивления пуску и косвенного уменьшения пускового тока.
В заключение, чрезмерный пусковой ток двигателей переменного тока является неотъемлемым явлением, определяемым их электромагнитными характеристиками, но его вред можно эффективно контролировать с помощью научных методов пуска. В промышленных условиях необходимо учитывать такие факторы, как мощность двигателя, характеристики нагрузки и пропускная способность электросети, чтобы выбрать «экономичную и применимую» или «точную и контролируемую» схему подавления, обеспечивающую безопасность оборудования и повышающую стабильность производства.
