Что такое пусковой ток?
Пусковой ток – это кратковременный скачок тока, который возникает в момент включения электроприбора. У техники с электродвигателями он может быть в несколько раз выше рабочего тока. Поэтому насос, холодильник, компрессор, кондиционер или электроинструмент при запуске могут потреблять намного больше мощности, чем указано в характеристиках как номинальная.
Для выбора стабилизатора или ИБП важно учитывать не только рабочую мощность нагрузки, но и максимальную мощность в момент запуска. Если этого не сделать, устройство защиты может не выдержать стартовую перегрузку: уйти в защиту, отключиться, перейти в байпас или не запустить оборудование.
Формально пусковой ток возникает при включении почти любого электроприбора из-за переходных процессов. 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 мс).
У оборудования с выраженным пусковым током ситуация другая: стартовый скачок может быть в 2-7 раз выше номинального тока, а у некоторых двигателей – ещё больше. Именно поэтому при подборе стабилизатора или ИБП для такой техники ориентируются не только на номинальное потребление, но и на пусковую мощность или перегрузочную способность устройства.
В чем особенность оборудования с пусковым током?
Главная особенность оборудования с пусковым током в том, что в момент запуска оно потребляет больше энергии, чем в обычном рабочем режиме. Поэтому устройство, которое в паспорте указано как нагрузка на 500 Вт, при включении может кратковременно потреблять 1500-3000 Вт и более – в зависимости от типа двигателя, условий запуска. Потребляемую мощность можно оценить по формуле:
Мощность (P) = Напряжение (U) х Ток (I)
Если напряжение считать постоянным, то при росте тока в момент запуска возрастает и потребляемая мощность:
Р пусковая = U входное х I пусковой
Р номинальная = U входное х I номинальный
Поскольку пусковой ток выше номинального, пусковая мощность также будет выше номинальной:
I пусковой ˃ I номинальный,
следовательно:
Рпусковая ˃ Рноминальная
(размер превышения – во столько же раз, во сколько стартовый ток больше номинального).
⇒ Именно пусковая, а не только номинальная мощность определяет требования к стабилизатору напряжения или ИБП.
Если выбрать устройство защиты только по рабочей мощности нагрузки, оно может не выдержать момент запуска: уйти в перегрузку, отключиться, перейти в байпас или не запустить оборудование.
⇒ Поэтому для техники с электродвигателями – насосов, холодильников, компрессоров, кондиционеров, станков, стиральных и посудомоечных машин – при подборе стабилизатора или ИБП определение характеристик:
- 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 выше 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 |
Таблица помогает оценить порядок превышения стартового тока, но для подбора стабилизатора или ИБП этого недостаточно. Стартовый ток нужно перевести в пусковую мощность и сравнить её с характеристиками конкретного устройства: номинальной выходной мощностью, перегрузочной способностью и временем допустимой перегрузки. Для стабилизатора дополнительно учитывают входное напряжение сети, а для ИБП – ещё и требуемое время автономной работы.
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 заключается учёт пускового тока нагрузки!
⇒ Переход от значения пускового тока к величине пусковой мощности осуществляется по ранее уже упомянутой формуле мощности:
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 всегда обязательно выбирать ИБП, номинальная мощность которого полностью перекрывает пусковую мощность нагрузки. Важно, чтобы устройство выдерживало величину и длительность стартовой перегрузки с учётом своей перегрузочной способности.
⇈ 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?
Для стабилизатора логика похожа. При его выборе для нагрузки с пусковым током нужно учитывать не только рабочую мощность, но и максимальную мощность в момент запуска. Это особенно важно для насосов, холодильников, компрессоров, кондиционеров, станков, пылесосов, стиральных и посудомоечных машин.
Проверяют три параметра:
- номинальную мощность нагрузки в рабочем режиме;
- пусковой ток или пусковую мощность в момент запуска;
- перегрузочную способность стабилизатора и допустимое время работы в перегрузке;
Если пусковая мощность меньше или равна выходной мощности стабилизатора с учётом запаса, модель подходит по мощности. Если пусковая мощность выше номинальной мощности стабилизатора, нужно проверить, выдержит ли устройство такую кратковременную перегрузку.
Важно учитывать не только величину перегрузки, но и её длительность. Если запуск двигателя длится дольше, чем стабилизатор способен работать в перегрузочном режиме, устройство может отключиться, уйти в защиту или не запустить нагрузку.
Также нужно учитывать входное напряжение в сети. При глубокой просадке у некоторых стабилизаторов уменьшается доступная выходная мощность. Поэтому для нагрузки с выраженными пусковыми токами запас особенно важен: стабилизатор должен выдерживать и стартовый скачок, и работу в условиях пониженного входного напряжения.
Короткий алгоритм расчёта для стабилизатора и ИБП
Чтобы учесть пусковой ток при выборе стабилизатора или ИБП, действуйте по шагам:
- Найдите номинальную мощность нагрузки в паспорте или на шильдике.
- Узнайте пусковой ток, пусковую мощность или коэффициент превышения стартового тока.
- Рассчитайте пусковую мощность по формуле: Pпусковая = U × Iпусковой.
- Сравните пусковую мощность с выходной мощностью стабилизатора или ИБП.
- Проверьте перегрузочную способность устройства и допустимое время работы в перегрузке.
- Для стабилизатора учтите реальное входное напряжение в сети.
- Для ИБП дополнительно рассчитайте время автономной работы от аккумуляторов.
Если точных данных по пусковому току нет, используйте усреднённые значения для похожего оборудования и проконсультируйтесь со специалистом. Для насосов, компрессоров, станков и другой мощной нагрузки лучше опираться на паспортные данные или результаты измерений.
Как узнать пусковой ток оборудования?
Пусковой ток можно узнать несколькими способами. Лучше начинать с документации на оборудование, а если данных нет – использовать усреднённые значения или провести измерения.
1. Посмотреть паспорт, инструкцию или шильдик
В первую очередь проверьте технический паспорт, инструкцию по эксплуатации и заводскую маркировку на корпусе оборудования. Иногда производитель указывает не только номинальный ток и мощность, но и максимальный ток при запуске.
Такие данные могут называться по-разному:
- пусковой ток;
- стартовый ток;
- starting current;
- locked rotor current;
- LRA;
- inrush current.
⇒ Всегда изучайте документацию, сопутствующую любому электроприбору, так как в ней содержатся требования по его правильной и безопасной эксплуатации.
Если пусковой ток указан, его можно использовать для расчёта пусковой мощности по формуле Pпусковая = U × Iпусковой, где: Pпусковая – пусковая мощность, Вт, U – напряжение сети, В, Iпусковой – пусковой ток, А. Однако производители часто не указывают эти параметры в руководствах по эксплуатации и на шильдиках. Кроме того, никакой стандарт не обязывает приводить такую информацию в обязательном порядке.
2. Запросить данные у производителя или поставщика
Если в паспорте и инструкции нет информации о пусковом токе, можно обратиться к производителю, поставщику или сервисной организации. Это особенно важно для насосов, компрессоров, станков, холодильного оборудования и другой техники с электродвигателями.
Не все производители указывают пусковые характеристики в открытой документации, поэтому иногда приходится запрашивать их отдельно.
3. Использовать усреднённые коэффициенты
Если точных данных нет, можно ориентироваться на усреднённые значения для оборудования того же типа (см. таблицу из раздела «Какое оборудование имеет пусковые токи?» либо дополнительные источники). Например, у холодильников, насосов, компрессоров и кондиционеров пусковой ток может превышать номинальный в несколько раз.
Такой способ даёт только приблизительную оценку. Конкретная модель может отличаться от среднего значения, особенно если запуск происходит под нагрузкой, в условиях низкого напряжения или при тяжёлых механических условиях.
4. Измерить пусковой ток
Самый точный способ – измерить пусковой ток на практике с помощью токоизмерительных клещей или другого подходящего прибора. Измерение позволяет увидеть не только величину стартового скачка, но и его продолжительность.
Такую работу лучше доверить квалифицированному электрику, особенно если речь идёт о насосах, компрессорах, станках, мощных двигателях или оборудовании, подключённом напрямую к электросети.
После того как пусковой ток известен, можно проверить, выдержит ли его стабилизатор или ИБП: по номинальной мощности, перегрузочной способности и времени допустимой перегрузки.
Для стабилизатора эти данные используют вместе с рабочей мощностью нагрузки и параметрами сети. Для ИБП – вместе с выходной мощностью, перегрузочной способностью и требуемым временем автономии. Если пусковой ток высокий, а входное напряжение часто проседает, оборудование лучше подбирать с дополнительным запасом.
Что будет, если не учесть пусковой ток?
Подбор стабилизатора или ИБП «впритык», только по номинальной мощности нагрузки, часто приводит к перегрузке устройства сразу после запуска подключённого оборудования. В такой ситуации стабилизатор или ИБП может:
- отключить нагрузку;
- перейти в байпас;
- выдать ошибку;
- не запустить насос, холодильник, компрессор или другое оборудование;
- перегреваться при повторных попытках запуска.
Для стабилизатора такая ситуация особенно критична при запуске двигателей в сети с пониженным напряжением: устройство одновременно компенсирует просадку и принимает стартовую перегрузку от нагрузки. Для ИБП риск другой: даже если устройство выдержит запуск по мощности, аккумуляторы должны обеспечить нужное время автономной работы после старта оборудования.
Если стартовая мощность нагрузки выше номинальной или допустимой перегрузочной способности стабилизатора/ИБП, система питания будет работать нестабильно или фактически не сможет запустить оборудование.
Чаще всего такая проблема возникает с техникой, у которой есть электродвигатель: насосами, холодильниками, компрессорами, кондиционерами, станками, стиральными и посудомоечными машинами, пылесосами и электроинструментом.
Особенно важно учитывать пусковой ток при низком входном напряжении. В таких условиях стабилизатор уже работает с повышенной нагрузкой, а запуск двигателя дополнительно увеличивает потребление.
Можно ли понизить пусковой ток?
Существуют специальные технические средства, которые подключаются к оборудованию с электродвигателем и снижают его пусковые токи в несколько раз. Речь, в первую очередь, о частотных преобразователях и устройствах плавного пуска – и те, и другие используются с насосами, компрессорами, станками, лифтами и прочими изделиями, содержащими мощный электродвигатель.
Не исключено использование подобных устройств и с классической бытовой техникой, а также электроинструментом, для которого даже разработаны специальные блоки плавного пуска (упрощенная по функционалу версия устройства плавного пуска).
⇒ 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.
Ниже приведены примеры стабилизаторов и ИБП «Штиль», которые могут использоваться для оборудования с пусковыми токами при правильном подборе по мощности, перегрузочной способности и условиям эксплуатации.