Что такое пусковой ток?
Как известно, в пределах объективной реальности законы физики действуют везде и всегда. Именно они, в частности закон электромагнитной индукции Фарадея, приводят к скачкам тока, потребляемого электрооборудованием в момент запуска. Такой скачок и называется – пусковым током.
Формально он возникает в момент включения практически всех электроприборов (виной тому неизбежные переходные процессы). Однако под «оборудованием без пускового тока» принято понимать изделия, у которых стартовые скачки не оказывают выраженного влияния на источник входного напряжения, что возможно в двух случаях, когда такой ток:
- незначительно превышает номинальный;
- длится короткий промежуток времени (не более 10-20 миллисекунд).
В чем особенность оборудования с пусковым током?
У оборудования с пусковым током мощность в момент запуска (иначе – пусковая мощность) в несколько раз превышает мощность в установившемся режиме работы (номинальная), что является прямым следствием закона Ома, согласно которому:
Мощность (Р) = Напряжение (U) х Ток (I)
Далее чистая математика:
Р пусковая = U входное х I пусковой
Р номинальная = U входное х I номинальный
U входное – будем считать константой, а как уже ранее говорилось:
I пусковой ˃ I номинальный,
следовательно:
Рпусковая ˃ Рноминальная
(размер превышения – во столько же раз, во сколько стартовый ток больше номинального).
⇒ Требования к источнику входного напряжения определяются исходя из пикового потребления нагрузки, которое для оборудования со стартовым током эквивалентно максимальной пусковой мощности.
Распространённая практическая ошибка: подключение устройства с пусковым током к источнику питания, характеристики которого рассчитаны на номинальную мощность устройства, но не соответствуют стартовой.
⇒ Определение характеристик источника электропитания для такого оборудования:
- по номинальной мощности оборудования – неверно;
- по максимальной мощности во время запуска оборудования – верно.
Какое оборудование имеет пусковые токи?
Стартовые токи, превышающие номинальные в три и более раза, свойственны электродвигателям и любым устройствам с электромоторами в составе.
Основные причины:
- отсутствие противо-ЭДС и высокая механическая инерция – характеризуют состояние ротора в начальный момент пуска;
- интенсивное нарастание магнитного потока в обмотках статора – сопутствует процессу запуска двигателя.
⇒ Для отдельных двигателей разница между стартовым и номинальным током может достигать 10 раз.
⇒ Более подробную информацию о физической природе высоких токов электродвигателей во время запуска можно почерпнуть из специализированной литературы, в частности относящейся к курсу «Электрические машины» технических вузов.
Отметим, что в категорию устройств с электродвигателями попадает разное оборудование – это и насосы, и станки, и лифты, и привычные для быта: стиральные и посудомоечные машины, холодильники, кондиционеры, пылесосы, а также ручной электроинструмент и кухонная техника с вращающимися элементами (миксеры, блендеры).
Усреднённые значения пусковых токов электрооборудования сведем в таблицу.
| Оборудование | Превышение стартового тока над номинальным |
| Погружной насос | от 3 до 7 раз (в тяжелых условиях пуска может доходить и до 8-9 раз) |
| Циркуляционный насос | от 2 до 5 раз |
| Станки разных типов | от 3 до 10 раз |
| Лифт | от 2 до 7 раз |
| Холодильник | от 2 до 4 раз для инверторных моделей и до 8 раз для устройств с компрессорами классического типа |
| Стиральная и посудомоечная машины | от 3 до 5 раз |
| Кондиционер | от 3 до 6 раз (при включении в условиях температуры ˃ 30 С° превышение может доходить до 7-8 раз) |
| Пылесос | от 3 до 5 раз |
| Электромясорубка, миксер | от 2 до 4 раз на холостом ходу и до 7 раз с продуктом |
Как учитывать пусковой ток при выборе ИБП?
Подбор «бесперебойника» начинается с определения требуемой от устройства выходной мощности. Значение данного параметра должно быть больше или, в крайнем случае, не меньше, чем мощность нагрузки.
Р выходная ИБП ˃ Р потребляемая нагрузкой – рекомендовано (оптимальное превышение составляет 20-30%);
Р выходная ИБП = Р потребляемая нагрузкой – допустимо;
Р выходная ИБП ˂ Р потребляемая нагрузкой – недопустимо.
В разделе про особенности оборудования с пусковым током отмечалось, что его мощность, потребляемая в момент включения, во-первых, существенно выше потребляемой при дальнейшей работе, а во-вторых, определяет требования к источнику входного напряжения.
Следовательно, выбирая выходную мощность ИБП, необходимо использовать величину не только номинальной, но и стартовой мощности подключаемого оборудования. В этом и будет заключатся учёт пускового тока нагрузки!
⇒ Переход от значения пускового тока к величине пусковой мощности осуществляется по ранее уже упомянутой формуле из закона Ома:
Р пусковая = U х I пусковой
В идеале выходная мощность ИБП должна превышать номинальную мощность нагрузки и быть не меньше стартовой.
Р выходная ИБП ≥ Р пусковая нагрузки ˃ Р номинальная нагрузки
Зачастую попытка достичь этого соотношения приводит к серьезным финансовым затратам.
⇒ Стоимость бесперебойника возрастает вместе с его мощностью, поэтому стремление полностью компенсировать. К примеру, 3-4-кратный возрастающий ток приведет к существенному удорожанию прибора.
Сэкономить можно благодаря перегрузочной способности ИБП, которая позволяет качественным приборам кратковременно питать нагрузку, превосходящую их выходную мощность в полтора-два раза.
На практике не обязательно приобретать бесперебойник с номиналом, который соответствует пусковой мощности электротехники. Достаточно подобрать устройство, способное выдержать величину и продолжительность стартовой перегрузки.
⇈ В данном случае на протяжении большей части рабочего времени существенный процент выходной мощности ИБП – не задействован ⇈
⇈ Допустимо ⇈
⇈ Недопустимо (перегрузочная способность ниже пусковой мощности) ⇈
⇈ Недопустимо (стартовый скачок длится больше, чем ИБП способен работать в условиях такой перегрузки) ⇈
⇒ Подбор ИБП с перекрытием пусковых токов за счёт своей перегрузочной способности рекомендуем доверить специалисту. Иначе любая ошибка приведет к невозможности работы устройства с такой нагрузкой.
Как учитывать пусковой ток при выборе стабилизатора?
Подход к расчету выходной мощности для стабилизатора схож с рассмотренным в предыдущем разделе способом. Соответственно, аналогичными будут и действия при наличии у нагрузки стартовых токов – их необходимо компенсировать либо номинальной выходной мощностью устройства, либо его перегрузочной способностью.
Если выбран второй способ (использование перегрузочной способности), то, как и в случае с ИБП, важно соблюсти два следующих требования:
- допустимая перегрузка стабилизатора – не меньше максимальной мощности нагрузки во время включения;
- время работы стабилизатора в условиях перегрузки – больше, чем продолжительность стартового режима нагрузки.
Что будет если не учесть пусковой ток?
Итак, верный подход к определению выходной мощности стабилизатора или ИБП заключается в учёте пусковых характеристик нагрузки, выяснить которые можно разными способами.
Самый распространенный совет – изучить техническую документацию, а также заводскую этикетку изделия. Действительно, и там, и там в теории могут приводиться сведенья о характеристиках во время запуска. Однако производители часто не указывают значения данных параметров в руководствах по эксплуатации и на шильдиках. Это легко объяснить – немногие готовы привлекать лишнее внимание к стартовым скачкам энергопотребления своего оборудования. Кроме этого, никакой стандарт не обязывает приводить подобную информацию в обязательном порядке.
⇒ Всегда изучайте документацию, сопутствующую любому электроприбору, так как в ней содержатся требования по его правильной и безопасной эксплуатации.
Если паспорт, руководство по эксплуатации и маркировка не содержат характеристик работы во время запуска, то их можно запросить напрямую у поставщика или производителя оборудования. Но получить обратную связь не всегда реально – особенно для продукции зарубежного производства.
В ситуации, когда одновременно отсутствуют и записи в документации, и ответ от производителя, существуют два подхода к их определению:
1) Использовать усредненное для приборов данного типа значение (см. таблицу из раздела «Какое оборудование имеет пусковые токи?» либо дополнительные источники) – такое решение несет определенные риски. Никто не гарантирует того, что токи во время включения какого-то конкретного прибора не окажутся отличными от усредненных значений для схожего по типу оборудования;
2) Практические измерения величины и продолжительности стартового скачка –текстовые и видеоинструкции по их проведению можно найти в интернете. Однако мы рекомендуем доверить работу квалифицированному электрику с навыками безопасного обращения с необходимым инструментом, в частности, с токоизмерительными клещами.
Можно ли понизить пусковой ток?
⇒ Выбор стабилизатора или ИБП для связки: оборудование со стартовым током + частотный преобразователь либо устройство (блок) плавного пуска, производится исходя из мощности, потребляемой частотным преобразователем/устройством (блоком) плавного пуска, так как от работы именно этого прибора будет зависеть итоговое энергопотребление всей связки.
Некоторые модели частотных преобразователей имеют функцию рекуперации – она позволяет сбрасывать в сеть избыточную энергию, возникающую при торможении электродвигателя. При питании преобразователя от стабилизатора или ИБП данная функция должна отключаться!
⇒ В схеме стабилизатора и ИБП отсутствует цепь, предназначенная для возврата энергии в питающую сеть, и при поступлении «обратного» напряжения на выход устройство может либо отключиться, либо выйти из строя.
Примеры расчета мощности с учетом пускового тока
Задача 1
Подобрать стабилизатор для работы с бытовым двухкамерным холодильником, имеющим классический (не инверторный) компрессор.
Предположим, что документация на прибор сообщает только номинальные ток и мощность:
- «Рабочий ток 0,68 А»
- «Номинальная мощность 160 Вт»
Тогда стартовые характеристики компрессора узнаем путем реальных замеров. Пусть, согласно их показаниям, величина тока во время запуска составляет 4,08 А, а длительность – 150 миллисекунд:
Рпусковая = 220 х 4,08 = 897,6 Вт
Из линейки бренда «Штиль» нам подойдут две модели:
- ИнСтаб IS1500 – выходная мощность 1125 Вт обеспечит полную токовую компенсацию во время запуска;
- ИнСтаб IS800 – выходная мощность 600 Вт, что меньше максимальной мощности нагрузки. Однако, перегрузочная способность: 150% в течение 5 секунд – позволит запустить холодильник, но только при значении входного напряжения ≥ 165 В (см. характеристики стабилизатора).
Задача 2
Подобрать ИБП для работы с системой отопления, включающей настенный газовый котел с электрической мощностью 135 Вт и циркуляционный насос, для которого в документации представлена следующая информация по стартовому току:
Котлам пусковые скачки не свойственны, а для насоса: Р пусковая = 220 х 3,5 = 770 Вт.
Общая максимальная мощность системы отопления, в момент включения насоса составит: 770 + 135 = 905 Вт.
Подходит ИБП Штиль SW1000SL с номинальной выходной мощностью 900 Вт и перегрузочной способностью 101-105% – без ограничения по времени.
Задача 3
Подобрать стабилизатор для погружного насоса скважины водоснабжения со следующими характеристиками:
Р пусковая = 16 х 220 = 3520 Вт
Полностью покрыть такую мощность сможет стабилизатор Штиль ИнСтаб IS5000 с 4500 Вт на выходе.
Не исключён подбор модели и с меньшим номиналом, но с подходящей для запуска насоса перегрузочной способностью. Для этого необходимо замерить продолжительность стартового режима, а также провести дополнительную консультацию со специалистом.
Понизить мощностные требования к стабилизатору можно, подключив к насосу устройство плавного пуска – современное изделие обеспечит плавную раскрутку электродвигателя до номинальных оборотов и уменьшит пусковой ток в 2,5-3 раза (16/2,5 = 6,4).
Соответственно, максимальная мощность связки: устройство плавного пуска + насос – составит:
Р пусковая связки = 6,4 х 220 = 1408 Вт
Под такое значение подойдёт стабилизатор Штиль ИнСтаб IS2000 с выходной мощностью 1500 Вт.