Russian 
English 
French 
German 
Spanish 
Portuguese 
Dutch 
Italian 
Chinese 
Japanese 
Korean 
Indonesian 
Thai 
Vietnamese 
Arabic 
Turkish 
Hebrew 
Hindi 
Introduction: The Importance of the Excessive Startup Current Problem
As core power equipment in fields such as industrial production and residential electricity use, the startup performance of AC motors directly affects equipment lifespan, power grid stability, and energy utilization efficiency. In practical applications, the current of AC motors during startup is often much higher than the rated current. This phenomenon may not only cause overheating of the motor windings and aging of insulation materials but also lead to fluctuations in grid voltage, affecting the normal operation of other equipment in the same power grid. Therefore, clarifying the causes of excessive startup current in AC motors and taking targeted suppression measures are of great significance in engineering practice.
I. Analysis of the Causes of Excessive Startup Current in AC Motors
First, starting from the principle of electromagnetic induction and the structural characteristics of motors, we analyze the core causes of excessive startup current. For asynchronous AC motors, the rotor speed is 0 at the moment of startup. After three-phase AC power is supplied to the stator windings, the relative cutting speed between the rotating magnetic field generated and the rotor conductors reaches the maximum value. According to the law of electromagnetic induction, a very strong induced electromotive force is induced in the rotor conductors, which in turn generates a huge rotor current. Through electromagnetic coupling, the rotor current reacts on the stator windings, leading to a sharp increase in stator current. Usually, the startup current can reach 5-8 times the rated current. In addition, the power factor of AC motors during startup is extremely low, with a large amount of current used to establish the magnetic field, and the proportion of current used for effective work is small, which further exacerbates the phenomenon of excessive current. For synchronous AC motors, although there is no slip problem like that of asynchronous motors, it is necessary to overcome rotor inertia to achieve synchronization during startup. If directly started, the current will also surge due to insufficient starting torque.
II. Hazards of Excessive Startup Current
Опасности, связанные с чрезмерным пусковым током, нельзя игнорировать. С одной стороны, чрезмерный ток генерирует большое количество джоулева тепла в обмотках двигателя. При частых пусках или слишком длительном времени запуска температура обмоток превысит допустимый диапазон, что ускорит старение изоляционных материалов, сократит срок службы двигателя и в тяжелых случаях может даже привести к перегоранию обмоток. С другой стороны, большой ток во время запуска двигателя вызовет большое падение напряжения на импедансе линий электропередачи, что приведет к мгновенному падению напряжения в сети. Для чувствительного к напряжению оборудования (например, прецизионных приборов, станков с ЧПУ, осветительного оборудования и т. д.) это может привести к неисправностям, ухудшению характеристик или даже остановке. В то же время это снизит качество электроснабжения сети и повлияет на стабильную работу сети.
III. Технические средства подавления чрезмерного пускового тока
Для решения вышеуказанных проблем в технике используются несколько распространенных технических средств для подавления чрезмерного пускового тока двигателей переменного тока:
(I) Метод пошагового запуска
Основная идея этого метода заключается в уменьшении индуцированной электродвижущей силы во время запуска путем снижения напряжения питания обмоток статора, тем самым уменьшая пусковой ток. К распространенным методам понижающего пуска относятся понижающий пуск по схеме «звезда-треугольник» (Y-Δ), понижающий пуск с помощью автотрансформатора, понижающий пуск с помощью последовательного сопротивления/реактивного резистора и т. д. Понижающий пуск по схеме «звезда-треугольник» подходит для асинхронных двигателей, работающих в обычном режиме по схеме «треугольник». Во время запуска обмотки статора соединяются по схеме «звезда», снижая напряжение каждой фазы обмотки до 1/√3 от номинального напряжения, а пусковой ток уменьшается до 1/3 от тока прямого пуска. Он имеет простую конструкцию и низкую стоимость, и широко используется в асинхронных двигателях малого и среднего размера. Понижающий пуск с помощью автотрансформатора регулирует выходное напряжение через отводы автотрансформатора, позволяя выбирать различные коэффициенты понижения в соответствии с требованиями запуска, что обеспечивает более широкий диапазон применения, но оборудование имеет большие размеры и относительно высокую стоимость. Последовательный понижающий пуск с использованием резистора/реактивного элемента уменьшает ток статора за счет подключения резистора или реактора в цепи статора, который потребляет часть напряжения. Однако пуск с использованием резистора приводит к большим потерям энергии и в основном используется в случаях с низкими требованиями к пусковому току.
(II) Метод плавного пуска
Устройство плавного пуска — это новый тип пускового оборудования, основанный на силовой электронике. Оно плавно регулирует напряжение питания обмоток статора с помощью внутренних силовых электронных устройств, таких как тиристоры, позволяя скорости вращения двигателя постепенно увеличиваться от 0 до номинальной скорости для обеспечения плавного пуска. Устройство плавного пуска может точно контролировать пусковой ток в пределах 1,5-2,5 раз номинального тока, избегая резких скачков и падений напряжения. В то же время оно обладает преимуществами регулируемого пускового момента и полных функций защиты (таких как защита от перегрузки по току, защита от перегрева, защита от обрыва фазы и т. д.). Оно подходит для случаев, когда к плавности пуска предъявляются высокие требования, например, для водяных насосов, вентиляторов, конвейерных лент и другого оборудования. По сравнению с традиционными методами понижающего пуска, устройства плавного пуска обладают большей интеллектуальностью и могут осуществлять автоматическое управление, но их стоимость относительно высока.
(III) Метод запуска с переменной частотой
Пуск с регулируемой частотой использует инвертор для преобразования переменного тока промышленной частоты в переменный ток с регулируемой частотой и напряжением для питания двигателя. Во время запуска инвертор выдает чрезвычайно низкую частоту и напряжение, позволяя ротору двигателя медленно разгоняться. По мере увеличения скорости выходная частота и напряжение постепенно увеличиваются до достижения номинальных значений. В процессе пуска с регулируемой частотой пусковой ток двигателя всегда контролируется в небольшом диапазоне, что практически не влияет на электросеть и двигатель. В то же время это позволяет обеспечить энергосбережение, что делает его самым передовым и идеальным методом пуска на сегодняшний день. Однако инвертор имеет высокую стоимость и требует профессиональной установки и обслуживания. Он подходит для крупных двигателей переменного тока, прецизионного оборудования и случаев с высокими требованиями к энергосбережению и пусковым характеристикам, таких как крупные компрессоры, лифты, станки с ЧПУ и т. д.
IV. Резюме и перспективы
Вкратце, суть чрезмерного пускового тока в двигателях переменного тока заключается в эффекте суперпозиции условий электромагнитной индукции и характеристик работы двигателя в момент запуска. В практических приложениях необходимо разумно выбирать технические средства, такие как понижающий пуск, плавный пуск или пуск с регулируемой частотой, в зависимости от таких факторов, как мощность двигателя, условия эксплуатации, частота запуска и состояние электросети, чтобы достичь целей подавления пускового тока, защиты оборудования двигателя и стабилизации работы электросети. С непрерывным развитием силовой электроники и технологий автоматического управления технология управления запуском двигателей переменного тока будет развиваться в направлении большей эффективности, энергосбережения и интеллектуальности, обеспечивая более надежную поддержку электроснабжения для промышленного производства и благосостояния общества.
