Почему однофазный двигатель требует больше тока при запуске, чем в рабочем режиме?

Однофазные двигатели требуют большего тока при запуске по сравнению с их работой в основном из-за следующих причин:

1. Инерция при запуске

При запуске двигатель должен преодолеть свою собственную статическую инерцию. Поскольку двигатель неподвижен до запуска, требуется больший крутящий момент для преодоления статического трения и ускорения до рабочей скорости. Этот процесс требует более высокого тока для обеспечения необходимого крутящего момента при запуске по сравнению с нормальной работой.

2. Изменение плотности потока

При запуске плотность потока внутри двигателя необходимо установить с нуля. Это означает, что двигатель требует большего тока для быстрого создания магнитного поля, необходимого для генерации достаточного крутящего момента при запуске. По мере того как двигатель начинает вращаться, плотность потока стабилизируется, и требуемый ток уменьшается.

3. Разность фаз

Однофазные двигатели при запуске имеют только одну фазу питания, которая не создает естественно вращающееся магнитное поле. Для имитации вращающегося магнитного поля обычно используются конденсаторы, резисторы или PTC (положительный температурный коэффициент) термисторы в качестве вспомогательных средств запуска. Эти компоненты обеспечивают дополнительную разность фаз при запуске, делая распределение тока более равномерным для генерации вращающегося магнитного поля. Этот процесс требует большего тока для активации.

4. Механическое сопротивление

Помимо преодоления инерции двигателя, двигатель также может нуждаться в преодолении сопротивления нагрузки, которую он приводит. Если двигатель подключен к механической нагрузке с весом или трением, требуется больший крутящий момент для преодоления этих сопротивлений, что приводит к увеличению тока при запуске.

5. Индуктивный эффект

Обмотки двигателя обладают индуктивными свойствами, что означает, что внезапные изменения тока вызывают обратное электродвижущую силу (обратное ЭДС), которая противодействует увеличению тока. Однако при запуске, поскольку двигатель еще не вращается, обратное ЭДС минимально, что позволяет току быстро возрастать до более высокого уровня.

6. Тепловые эффекты

При запуске двигатель может испытывать быстрое повышение температуры, что приводит к увеличению сопротивления обмоток. Хотя увеличение сопротивления ограничивает ток, в начальный момент запуска двигатель еще не полностью нагрелся, поэтому ток может достигать пиковых значений.

Практические применения

Для защиты однофазных двигателей от повреждений из-за чрезмерного тока при запуске часто используются пусковые конденсаторы, пусковые резисторы или PTC термисторы, чтобы сгладить процесс запуска. Кроме того, применяются устройства защиты от перегрузки (например, тепловые реле), чтобы предотвратить перегрев или повреждение двигателя из-за больших токов при запуске.

Резюме

Однофазные двигатели требуют большего тока при запуске, главным образом, потому, что они должны преодолеть статическое трение, создать магнитное поле, обеспечить достаточный крутящий момент при запуске и преодолеть механическое сопротивление. С помощью соответствующего проектирования и защитных мер можно обеспечить, чтобы двигатель не был поврежден при запуске и плавно переходил к нормальному режиму работы.