Dlaczego silnik jednofazowy wymaga większego prądu przy rozruchu niż w trakcie pracy?
Motory jednofazowe wymagają większego prądu podczas startu w porównaniu do pracy ciągłej głównie z następujących powodów:
1. Bezwładność podczas startu
Podczas startu silnik musi pokonać własną statyczną bezwładność. Ponieważ silnik przed startem jest nieruchomy, potrzebny jest większy moment obrotowy, aby pokonać tarcie statyczne i przyspieszyć do prędkości roboczej. Ten proces wymaga wyższego prądu, aby zapewnić niezbędny moment obrotowy startowy w porównaniu do normalnej pracy.
2. Zmiana gęstości strumienia magnetycznego
Podczas startu gęstość strumienia magnetycznego w silniku musi być ustanowiona od zera. To oznacza, że silnik potrzebuje większego prądu, aby szybko zbudować pole magnetyczne niezbędne do wygenerowania wystarczającego momentu obrotowego startowego. Gdy silnik zaczyna się obracać, gęstość strumienia magnetycznego stabilizuje się, a wymagany prąd maleje.
3. Różnica fazowa
Motory jednofazowe, podczas startu, mają tylko jedną fazę zasilania, co nie powoduje naturalnego powstania pola magnetycznego obrotowego. Aby symulować pole magnetyczne obrotowe, często używane są kondensatory, oporniki lub termistory PTC (Positive Temperature Coefficient) jako pomocniki startowe. Te elementy dostarczają dodatkową różnicę fazową podczas startu, co sprawia, że rozkład prądu staje się bardziej równomierny, aby wytworzyć pole magnetyczne obrotowe. Ten proces wymaga większego prądu, aby go aktywować.
4. Opor mechaniczny
Oprócz pokonania bezwładności silnika, silnik może również musieć pokonać opór ładunku, którym steruje. Jeśli silnik jest połączony z obciążeniem mechanicznym o masie lub tarciu, potrzebny jest większy moment obrotowy, aby pokonać te opory, co prowadzi do wzrostu prądu startowego.
5. Efekt indukcyjny
Obręcze silnika mają właściwości indukcyjne, co oznacza, że nagłe zmiany prądu powodują powstanie przeciw EMF (back EMF), który opiera się wzrostowi prądu. Jednak podczas startu, ponieważ silnik jeszcze się nie kręci, back EMF jest minimalny, co pozwala prądowi szybko wzrosnąć do wyższego poziomu.
6. Efekty termiczne
Podczas startu silnik może doświadczyć szybkiego wzrostu temperatury, co powoduje wzrost oporu obręczy. Chociaż wzrost oporu ogranicza prąd, w początkowej chwili startu silnik nie jest jeszcze całkowicie rozgrzany, więc prąd nadal może osiągnąć szczytowe poziomy.
Zastosowania praktyczne
Aby chronić motory jednofazowe przed uszkodzeniami spowodowanymi nadmiernymi prądami startowymi, często stosowane są kondensatory startowe, oporniki startowe lub termistory PTC, aby wygładzić proces startu. Dodatkowo, urządzenia ochronne przed przeciążeniem (np. relays termiczne) są stosowane, aby zapobiec nadmiernemu grzaniu lub uszkodzeniu silnika przez duże prądy startowe.
Podsumowanie
Motory jednofazowe wymagają większego prądu podczas startu głównie dlatego, że muszą pokonać tarcie statyczne, ustanowić pole magnetyczne, dostarczyć wystarczający moment obrotowy startowy oraz pokonać opór mechaniczny. Dzięki odpowiednim rozwiązaniom projektowym i ochronnym możliwe jest zapewnienie, że silnik nie zostanie uszkodzony podczas startu i płynnie przejdzie do pracy normalnej.
