При включении в работу любого устройства, механизма или прибора, в течение некоторого времени в них происходят процессы, которые называются нестационарными или пусковыми. Наиболее всем известные примеры из жизни – трогание с места, допустим, груженой тележки, поезда, вполне наглядно показывает, что первоначальный силовой толчок обычно требуется сильнее, чем усилия в дальнейшем.
Такие же явления происходят и в электрических устройствах: лампах, электродвигателях, электромагнитах и т.д. Пусковые процессы в этих устройствах зависят от состояния рабочих элементов: нити накаливания лампы, состояния намагниченности сердечника катушки электромагнита, степени ионизации межэлектродного промежутка в газоразрядных лампах и т.д. Для примера рассмотрим нить накаливания осветительной лампы. Хорошо известно, что в холодном состоянии она имеет значительно меньшее сопротивление, чем при ее
нагреве до 1000 град. в рабочем режиме. Попробуйте рассчитать сопротивление
нити накаливания для 100-ваттной лампочки – это примерно 490 Ом, а измеренное омметром в нерабочем состоянии это значение меньше 50 Ом. А вот теперь самое интересное – посчитайте пусковой ток, и вы поймете, почему горят лампочки при включении.
Оказывается, что при включении ток доходит до 4-5 А, а это составляет потребляемую мощность более 1 кВт. Так почему же 100-ваттные лампочки не горят «поголовно»? Да только потому, что, нагреваясь, нить лампочки оказывает
растущее сопротивление, которое в установившемся режиме становится постоянным, большим начального значения и ограничивает рабочий ток на уровне около 0,5 А.
Электродвигатели имеют широчайшее применение в технике, поэтому знание особенностей их пусковых характеристик имеет большое значение для правильной эксплуатации элетроприводов. Скольжение и момент на валу – основные, влияющие на пусковой ток, параметры. Первый связывает скорость вращения электромагнитного поля с частотой вращения ротора и уменьшается с набором скорости от 1 до минимального значения, а второй определяет механическую нагрузку на валу, максимальную в начале пуска и номинальную после полного разгона. Асинхронный электродвигатель в момент пуска эквивалентен трансформатору с закороченной вторичной обмоткой. Из-за ее малого
сопротивления пусковой ток двигателя скачкообразно достигает десятикратного превышения от его номинального значения.
Подача тока в обмотки приводит к росту насыщения сердечника ротора магнитным полем, возникновению э.д.с. самоиндукции, что приводит к росту индуктивного
сопротивления цепи. Ротор начинает вращаться, и коэффициент скольжения снижается, т.е. двигатель разгоняется. При этом пусковой ток с ростом сопротивления снижается до установившегося значения.
Проблемы, вызываемые протеканием увеличенных пусковых токов, возникают
из-за перегрева электродвигателей, перегрузки электрических сетей в момент
пуска, возникновения ударных механических нагрузок в подключенных механизмах, например, редукторы. Существует два класса устройств, решающих эти вопросы в современной технике – устройства плавного пуска и частотные преобразователи.
Их выбор – это инженерная задача с анализом многих эксплуатационных
характеристик. Нагрузка в реальных условиях применения электродвигателей делится на две группы: насосно-вентиляторная и общепромышленная. Устройства плавного пуска применяют преимущественно для нагрузок вентиляторной группы. Такие регуляторы ограничивают пусковой ток на уровне не выше 2 номинальных значений, вместо 5-10 кратного при обычном пуске, путем изменения напряжения обмоток.
Наиболее широкое распространение в промышленности получили электродвигатели переменного тока. Однако их простота конструкции и дешевизна имеет обратную сторону – тяжелые условия пуска, которые облегчаются с помощью частотных преобразователей. Особенно ценно свойство частотных
преобразователей поддерживать пусковой ток асинхронного двигателя в течение
длительного времени – минута и более. Лучшие образцы современных преобразователей представляют собой интеллектуальные устройства, выполняющие не просто регулирование процесса пуска, но и оптимизацию пуска по любому заданному эксплуатационному критерию: величина и постоянство пускового тока, скольжения, момента на валу, оптимального коэффициента мощности и т.д.
