Расчет пускового тока электродвигателя

Сравниваем характеристики пускового тока автомобильных аккумуляторов


Знаете ли вы, отчего зависит запуск двигателя в лютый мороз? Вопреки распространенному мнению, уверенный старт обеспечивает не емкость АКБ, которая влияет лишь на количество попыток завода. А важнейшей характеристикой, отвечающей именно за мощность прокрутки, является пусковой ток.

Что это такое? В соответствии с официальным определением, под данным термином принято понимать максимальный ток, отдаваемый аккумуляторной батареей в течение нескольких секунд для запуска двигателя. Под заданным временем подразумевается интервал от 3 до 30 секунд, который варьируется в зависимости от методики испытаний батарей, принятой в том или ином регионе.

Отметим, что пусковой ток – это относительная величина. Это обусловлено тем, что в новом и старом аккумуляторе данный параметр будет сильно отличаться по причине снижения емкости. Поэтому, выбирая батарею для своего авто, покупайте аккумулятор со значительным запасом пускового тока – так, чтобы даже через 3-5 лет не испытывать проблем с пуском мотора даже в самую лютую зиму.

Каким образом подобрать оптимальный стартерный ток? Приведем пример: предположим, для прокрутки стартера автомобиля необходимо 250 ампер. Это значит, что покупать нужно такой аккумулятор, который на выходе даст не менее 350 ампер. В противном случае преждевременная замена АКБ будет практически неизбежной.

Обратите внимание на то, что пусковым током называется параметр, подразумевающий краткосрочную подачу тока на стартер, которая не должна превышать полуминуты. Если пытаться завести двигатель дольше 30 секунд, можно столкнуться с перегревом АКБ и выходом ее из строя

От теории к практике

Если вы посмотрите на крышку автомобильного аккумулятора, то увидите маркировку, в которой помимо прочих параметров, указывается и ток холодной прокрутки. Для примера возьмем батарею со следующей надписью «250 А (DIN)». Это значит, что данный аккумулятор дает 250 ампер тока при температуре окружающей среды 18 градусов Цельсия и кратковременной разрядке в соответствии со стандартами DIN, принятыми в Германии. Другими словами, на первой секунде напряжение составляет 12 вольт, через полминуты – 9 вольт, а по прошествии двух минут и тридцати секунд — 6 вольт. Измерения по данной технологии проводятся, исходя из требований Германского промышленного стандарта или так называемого DIN 43539. Также они соответствуют нормативам отечественного ГОСТ 959-91.

Отметим, что в Соединенных Штатах Америки стандарты DIN и ГОСТ не применяются. Здесь действуют нормы SAE, принятые Обществом Автомобильных Инженеров. Они максимально приближены к стандартам (ЕС ЕN 60095-1) и новым нормативам, действующим сегодня в России (ГОСТ 959-2002). Разумеется, из-за этого возникает определенная путаница. То есть, покупая аккумулятор, изготовленный в США, мы должны соотнести параметры с европейскими нормами. Именно для этого создана таблица, размещенная ниже. Она поможет найти характеристик по токам холодной прокрутки, исходя из различных методик испытания.

ЕN 60095-1 (ряд Европейских стран и новый российский ГОСТ 959-2002) DIN 43539 (Германия) и

ГОСТ 959-91 (Россия)

SAE (США)
280 170 300
330 200 350
360 225 400
420 255 450
480 280 500
520 310 550
540 335 600
600 365 650
640 395 700
680 420 750
760 450 800
790 480 850
860 505 900
900 535 950
940 560 1000
1000 590 1050
1040 620 1100
1080 645 1150
1150 675 1200
1170 700 1250

Располагая предоставленной выше информацией, не составляет труда провести простой сравнительный анализ автомобильных аккумуляторов различных марок, исходя из пусковых параметров. Так, к примеру, если на аккумуляторе американского бренда обозначен ток 900 А (SAE), то этой батарее по своим характеристикам идентичны АКБ с токами 860 А (EN) или 505 А (DIN) – см. таблицу.

На аккумулятор надейся, а сам не плошай!

Не забывайте: чем сильнее ток холодной прокрутки, тем более уверенно батарея будет крутить маховик в холодное время хода. Но! Слишком большая сила тока негативно отражается на ресурсе щеточно-коллекторной части стартера. Если же при новом аккумуляторе запуск двигателя все равно затруднен, это может свидетельствовать о неисправностях системы зажигания, генератора, неправильном выборе моторного масла (по вязкости) и пр.

Методы ограничения пусковых токов

При анализе схемотехники импульсных выпрямительных устройств с бестрансформаторным входом становится понятно, что одним из наилучших методов уменьшения пусковых токов является кратковременное увеличение сопротивления входной цепи в момент включения. Именно по такому пути пошла компания MEAN WELL, представив на рынке серию ограничителей пусковых токов семейства ICL (рисунок 5).

Рис. 5. Ограничители пусковых токов производства компании MEAN WELL

На сегодняшний день MEAN WELL предлагает своим клиентам четыре модели ограничителей с максимальным пусковым током 23 А (ICL-16R/L) и 48 А (ICL-28R/L), предназначенные для установки на DIN-рейку (модели с суффиксом R) или на шасси (модели с суффиксом L). Основными элементами модулей являются мощные токоограничивающие резисторы, реле и схема управления (рисунок 6). В момент включения контакты реле разомкнуты, и входной ток выпрямительных устройств протекает через резистор с сопротивлением R. Через некоторое время, определяемое схемой управления, на обмотку реле подается напряжение, и его контакты замыкают токоограничивающий резистор, подключая выпрямительные устройства непосредственно к сети.

Рис. 6. Структурная схема ограничителей ICL

Время срабатывания реле определяется схемой управления и составляет 300 мс для моделей ICL-16R/L и 150 мс для ICL-28R/L (таблица 4), что равно, соответственно, 15 и 7,5 периодам изменения напряжения сети с частотой 50 Гц. Этого времени вполне достаточного для заряда конденсаторов входных фильтров, поскольку в большинстве случаев напряжение на них достигает необходимой величины в течение 1…3 периодов (20…60 мс).

Таблица 4. Основные технические характеристики ограничителей ICL

Параметры Наименование
ICL-16R/L ICL-28R/L
Входное напряжение, В AC 180…264 180…264
Ограничение пускового тока, А 23 48
Максимальный выходной ток (продолжительный), А 16 28
Потребляемая мощность при 264 В, Вт < 1,5 < 2
Длительность ограничения тока, мс 300 ± 50 150 ± 50
Диапазон рабочих температур, °С -30…70 -30…70

Ключевым преимуществом ограничителей ICL является возможность работы с несколькими ИП (рисунок 7). Действительно, при наличии последовательно включенного резистора максимальный ток в цепи не может превысить определенное значение даже при коротком замыкании выхода ограничителя. В этом случае максимальное количество подключаемых источников питания ограничивается максимально допустимым током контактов реле, равным 16 А для ICL-16R/L и 28 А для ICL-28R/L. Таким образом, пусковой ток в системе с использованием ограничителей тока будет превышать ток при полной нагрузке не более чем в два раза.

Рис. 7. Типовая схема включения ограничителей ICL

Еще одним преимуществом такого решения является его универсальность, поскольку проблема пусковых токов существует не только у импульсных ИП. Например, такая же проблема может возникнуть при включении мощных трансформаторов. И хоть в этом случае причина появления пускового тока имеет иную физическую природу (наличие остаточной намагниченности ферромагнитного материала магнитопровода), тем не менее, ее теоретически можно также решить с помощью ограничителей пусковых токов производства компании MEAN WELL.

Базовые понятия

Для начала рассмотрим несколько базовых понятий, чтобы лучше понимать, что такое пусковой ток автомобильного стартера, и не путать эту величину с другими характеристиками.

Автомобильный стартер является ничем иным, как электродвигателем постоянного тока. Это означает, что он выполняет свою работу (крутит коленвал двигателя), потребляя электрическую энергию, накопленную в аккумуляторной батарее. Эта энергия характеризуется несколькими величинами – напряжением, силой тока и мощностью.

Напряжение, при котором работает нагруженный стартер легкового автомобиля, находится в диапазоне примерно 11-13 В. Что значит нагруженный? Если стартер снять с двигателя и подключить к источнику тока без какой-либо нагрузки, то он будет работать и при гораздо меньшем напряжении. Однако будучи установленным на автомобиле, при напряжении менее 11 В он, как правило, не работает. Это хорошо знакомо тем автолюбителям, у которых была изношенная или полностью разряженная АКБ.

Сила тока, который потребляется нагруженным стартером легкового автомобиля, варьируется в диапазоне 100-500 А. Здесь, как и в случае с напряжением, большую роль играет нагрузка. Если стартер подключить к источнику питания отдельно от двигателя, то тока он потреблять будет гораздо меньше. Из этого следует, что чем большая нагрузка на стартер, тем больше тока он будет потреблять.

Мощностью стартера называется величина, которая зависит от напряжения, при котором он работает, и силы тока, который им потребляется в конкретный момент времени. Так, например, если стартер вашего автомобиля при напряжении 12 В потребляет ток силой 150 А, то его мощность в данный момент составляет 12 × 150 = 1800 Вт.

Из этого всего можно вывести следующее, важное для автомобилистов, понятие. Что происходит, когда АКБ изношена или слабо заряжена? А происходит то, что при работе стартера напряжение на ней просаживается, например, до 10,5 В

Это означает, что, если стартер потребляет все те же 150 А, то его мощность при таких условиях уже не 1,8 кВт, а всего лишь 1,5 кВт. Соответственно, он крутит коленвал вяло, либо ему вообще не хватает мощности, чтобы сдвинуть его с места.

Кроме того, чем большая просадка напряжения происходит на клеммах АКБ, тем меньший пусковой ток она способна выдавать. Отсюда следует, что на наш стартер идет уже не 150 А, а вдвое-втрое меньше. Это приводит к резкому уменьшению мощности, которой оказывается недостаточно, чтобы провернуть коленчатый вал двигателя.

Для некоторых автолюбителей будет интересной еще одна характеристика стартера. Она показывает количество энергии, которое он израсходовал, пока запускал двигатель. Измерить ее можно в А*ч (ампер-часах), а как мы помним, именно в этих единицах указывается емкость АКБ. Это означает, что по пусковому току и времени работы стартера мы можем узнать, на сколько сильно он разрядил нашу батарею.

Рассмотрим все тот же стартер. Допустим, во время всей своей работы он, потребляя ток силой 150 А, запустил двигатель с первой попытки, вращая его в течение 5 секунд. Теперь секунды надо перевести в часы, так как нас интересуют именно ампер-часы. 5 секунд – это примерно 0,0014 часов. Соответственно, наш стартер «взял» из батареи 150 × 0,0014 А*ч, то есть примерно 0,21 А*ч. И это при емкости в 50-60 А*ч.

Но здесь следует понимать, что мы рассмотрели упрощенные условия. Так, при больших токах потребления АКБ садится немного больше, чем это можно рассчитать на бумаге. Кроме того, не всегда двигатель запускается с первого раза, и так далее

Из всего этого важно усвоить следующее. Если стартер не смог прокрутиться из-за ослабленной АКБ, то ему, скорее всего, хвалило не А*ч, как думают многие

Ему не хватило пускового тока, так как разряженная или испорченная батарея не в состоянии выдавать такие большие токи.

Доступный запас энергии

Неважно, заинтересовала владельца авто выгодная продажа аккумуляторов Banner (Австрия) или скидки на проверенные отечественные бренды, основным критерием выбора остается емкость батареи. Даже самая качественная АКБ, которая не обладает достаточным количеством ампер-часов (запасом энергии), – это не более чем частично разряженный аккумулятор с оптимальными емкостными характеристиками

Один-два неудачных запуска на морозе – и потребуется зарядное устройство или поиск дружелюбного автомобилиста, чтобы прикурить авто. Такой же риск связан с активным питанием потребителей бортовой сети при выключенном двигателе.

Самый простой способ правильно выбрать АКБ по емкости – ориентироваться на рекомендации автопроизводителя или специальную таблицу, в которой увязан требуемый запас энергии с рабочим объемом ДВС. При этом необходимо учитывать способ подачи топлива и тип двигателя (бензин или дизель).

Емкость АКБ, Ач Рабочий объем двигателя, литров
бензин + карбюратор бензин + инжектор дизель
44-50 до 1,2 до 1,6
55-60 1,2-1,8 1,6-2,2 до 1,5
60-70 1,8-2,5 2,2-3,0 1,5-2,0
75-80 2,5-4,5 3,0-3,5 2,0-2,7
85-90 4,5-6,0 от 3,5 2,7-3,5
100-130 6,0-8,0 3,5-6,0
130-190 от 6,5

Из-за сильного сжатия энергия для воспламенения топлива в дизельных ДВС на 10-12% выше, чем в бензиновых, что и определяет различия в емкости АКБ для двигателей с одинаковыми рабочими характеристиками. Самыми востребованными являются модели батарей 55-60 А*ч, которые охватывают большинство популярных объемов моторов.  

Что это значит?

Для запуска автомобильного двигателя стартеру требуется приложить к коленвалу значительное усилие. Требуется не только сдвинуть все подвижные детали с места, но и сжать топливную смесь для обеспечения зажигания, а это от 9 до 16 атмосфер для различных двигателей. Для выполнения такой работы требуется большое количество энергии.


Для запуска каждого конкретного автомобиля потребуется индивидуальное количество тока. Это зависит от ряда условий.

  • Тип двигателя: бензиновый/дизельный (Для запуска исправного бензинового мотора 1,5 л. пусковой ток — в среднем 180 Ампер. Пусковой ток для дизельного двигателя 1,5 л. — 300 Ампер.)
  • Температура окружающей среды и температура масла в двигателе (тут применим термин — ток холодной прокрутки)
  • Объём двигателя (чем больше мотор — тем труднее его запустить)
  • Степень сжатия двигателя

Стоит отметить что пуск двигателя происходит не моментально, в среднем стартеру потребуется от 0.3 до 1.5 секунд в нормальных условиях. За это время двигатель внутреннего сгорания достигает своих пусковых оборотов.

Пусковые обороты двигателя — это то количество оборотов коленчатого вала в минуту, при котором двигатель может продолжать работу самостоятельно. Сегодняшние бензиновые моторы способны запускаться и самостоятельно поддерживать свою работу уже при 40 — 70 оборотах в минуту, дизельные при 100 — 200 оборотах.

Стартер раскручивает и запускает двигатель за доли секунды, при этом потребляя из аккумулятора ток в сотни ампер. Аккумулятор в этот момент работает на максимум, значительно разряжаясь, выдавая необходимый пусковой ток и неизбежно проседая по показателю напряжения.

Для лучшего понимания происходящего с аккумулятором разберём осциллограмму напряжения и тока снятую с контактов стартера.

Здесь показан запуск бензинового двигателя с объёмом в 1.5 литра, используя АКБ емкостью 60 Ач с пусковым током EN 500 А. На запуск мотора потребовалось 1.2 секунды времени, которое отмечено шкалой внизу изображения, за это время скорость коленвала поднялась до 200 оборотов в минуту.

  • Красным цветом на графике показано изменение силы тока (Ампер) со шкалой слева.
  • Синим цветом раскрашен график напряжения (Вольт) шкала справа.

Прекрасно видно что в первые миллисекунды запуска потребляемый ток молниеносно поднялся до показателя в 350 ампер, в то же время произошла просадка напряжения до 8.5 вольт. Но уже через 1 десятую долю секунды потребляемый ток снизился больше чем в 2 раза и составил 125 ампер, а напряжение поднялось выше 10 вольт.

Оставшееся время (чуть более секунды) стартер потреблял около 75 ампер, со скачками при зажигании в каждом из цилиндров. Вольтаж ровно повышался до 12 вольт по окончании запуска, и после повысился до 14 вольт — пошёл процесс зарядки аккумулятора.

Становится понятно что каждый пуск двигателя становится для аккумулятора небольшой проверкой напрочность.

Благодаря тому, что время затрачиваемое на запуск двигателя достаточно мало (около 30 сек.), средних показателей аккумулятора хватает, чтобы автомобиль заводился с первой попытки.

Это интересно: Как правильно выбрать солнечную батарею

Рекомендации бывалых мастеров и водителей

Естественно, что дать все рекомендации только на основе документированной информации невозможно. Необходимо прислушиваться к советам мастеров, которые имеют достаточный опыт проведения капитального ремонта.

Заряди аккумулятор

К примеру, прежде чем провести обкатку, вам понадобится проверить, чтобы аккумулятор имел полный уровень заряда. Дело в том, что первый пуск силового агрегата является самым важным. А коленвал будет прокручиваться очень туго, так что от аккумулятора потребуются максимальные усилия.

Замени масло и фильтр

Далее следует то, что вам нужно установить полностью новый фильтр масла, а также залить это самое масло в автомобиль. Фильтр не должен обмакиваться в масле перед своей установкой, так как это может привести к возникновению воздушной пробки. И мотор, в самый важный для него момент, получит эффект масляного дефицита. Это способно привести к дальнейшим повреждениям силового агрегата.

Подробнее о том как менять масла на автомобилях Лифан:

  • Солано (здесь)
  • Смайли (тут)
  • Х60 (жми сюда)
  • Бриз (тута)

Холостой ход и давление масла

Когда мотор уже заведён, вы должны оставить его так поработать на холостом ходу до того момента, пока давление масла не станет на свой нормальный уровень. Если всё проходит хорошо, то на это не потребуется времени не больше трёх или четырёх секунд. Но, если масляное давление не снижается, то это может говорить о необходимости сразу же выключить зажигание. Вполне возможно, что проблема заключается в процессе подачи масла.


Постоянно следите за давлением масла (на примере отечественный автомобиль)

Но, если давление стоит на своём уровне, то мотору нужно дать время, чтобы он набрал нужную температуру. Как только температура масла увеличится, оно станет намного жиже, и давление будет уменьшаться до своих нормальных значений. Как правило, мы говорим о показателе от 0,4 до 0,8 килограммов на один квадратный сантиметр.

Примечательно, что после капитального ремонта возможно возникновение дополнительных проблем. Мы говорим об утечке рабочих жидкостей. Решать подобные недочёты, в случае их проявления, нужно будет очень быстро. Если этого не сделать, то может снизиться уровень масла или охлаждающей жидкости. А это, в свою очередь, приведёт к тому, что мотор перегреется и выйдет из строя.

Поехали

Мотор можно заводить несколько раз, чтобы он разогрелся до необходимого уровня. Работать он, в этом случае, должен только на холостых оборотах. Если после нескольких циклов запуска вы не услышали никаких посторонних звуков, включая шорох или стуки, то можно сразу же выезжать из гаража. Также при глушении и запуске не должно происходить детонации двигателя.

До ремонта двигатель мог работать неустойчиво не только из-за собственного износа, виновниками могли выступать и прочие элементы его питания. Если двигатель работает не устойчиво, то следует проверить:

  • свечи
  • давление в топливной рампе
  • бензонасос (давление)

Бензонасос Лифан Солано

Топливная рампа Лифан Солано

Свечи Лифан Смайли

Первая тысяча км нового сердца автомобиля

Как только первая тысяча километров в режиме обкатки прошла, можно поднимать уровень максимальной скорости с пятидесяти километров в час до девяноста километров в час. Так придётся ездить ещё около двух тысяч километров.

5000 км — меняем масло

А вот после пяти тысяч километров пробега нужно будет слить моторного масло. Вы сами сможете убедиться в том, насколько много в нём есть мелких посторонних предметов. Теперь уже нужно заливать то масло, которое рекомендует производитель вашего автомобиля.

Лучше всего, избегать езды по городу в первое время

Также, помните, что если геометрия цилиндров была нарушена (проводилась расточка или же устанавливались ремонтные поршни, размер которых больше), то придётся заливать масло с повышенной вязкостью. Это нужно для поддержания необходимого уровня компрессии.

А вот после прохождения десяти тысяч километров, можно давать мотору уже полную нагрузку.

Как снизить вред от пускового тока?

Если изменить схему питания двигателя невозможно (например, сосед по даче каждые пол часа запускает токарный станок, а никакие “методы воздействия” не воздействуют), то можно применить различные методы минимизации вреда от пусковых токов. Например:

  1. На важные потребители или на весь дом установить инверторный ИБП (UPS), который будет держать напряжение в норме при любом раскладе. Самый дорогой, но действенный способ.
  2. Поставить стабилизатор напряжения. Но учтите, что не все стабилизаторы одинаково полезны. Иногда они могут не справляться, а иногда – даже усугублять ситуацию. Подробнее – по приведенной ссылке.
  3. Если питание – однофазное, то можно попробовать переключиться с “плохой” фазы на “хорошую”. Иногда этот способ так же эффективен, как использование телепорта вместо автобуса “Таганрог-Москва”.

Но напоминаю, что мы тут занимаемся не устранением последствий, а предотвращением проблем, поэтому погнали дальше.

Подписка на рассылку

Ток, который нужен для запуска электродвигателя, называется пусковым. Как правило, пусковые токи электродвигателей в несколько раз большие, чем токи, необходимые для работы в нормально-устойчивом режиме.

Рисунок 1. Асинхронный электродвигатель Большой пусковой ток асинхронного электродвигателя необходим для того, чтобы раскрутить ротор с места, для чего требуется приложить гораздо больше энергии, чем для дальнейшего поддержания постоянного числа его оборотов. Стоит отметить, что, несмотря на совсем другой принцип действия, однофазные двигатели постоянного тока также характеризуются большими значениями пусковых токов.

Высокие пусковые токи электродвигателей — нежелательное явление, поскольку они могут приводить к кратковременной нехватке энергии для другого подключенного к сети оборудования (падению напряжения). Поэтому при подключении и наладке двигателей переменного тока (наиболее распространенных в промышленности) всегда стоит задача минимизировать значения пусковых токов, а также повысить плавность пуска двигателя за счет применения специального дополнительного оборудования. Такие мероприятия также позволяют снизить уровень затрат на пуск электродвигателя (применять провода меньшего сечения, стабилизаторы и дизельные электростанции меньшей мощности, проч.).

Одной из наиболее эффективных категорий устройств, облегчающих тяжелые условия пуска, являются софтстартеры и частотные преобразователи. Особенно ценным считается их свойство поддерживать пусковой ток двигателей переменного тока в течение продолжительного периода — более минуты. Также пусковой ток асинхронного электродвигателя можно уменьшить за счет внедрения внешнего сопротивления в обмотку ротора.

Расчет пускового тока асинхронного электродвигателя

Рисунок 2. Асинхронный электродвигатель с частотным преобразователем Расчет пускового тока электродвигателя может потребоваться для того, чтобы подобрать подходящие автоматические выключатели, способные защитить линию включения данного электродвигателя, а также для того, чтобы подобрать подходящее по параметрам дополнительное оборудование (генераторы, проч.).

Расчет пускового тока электродвигателя осуществляется в несколько этапов:

Определение номинального тока трехфазного электродвигателя переменного тока согласно формуле: Iн=1000Pн/(Uн*cosφ*√ηн). Рн здесь — номинальная мощность двигателя, Uн выступает номинальным напряжением, а ηн — номинальным коэффициентом полезного действия. Cosφ — это номинальный коэффициент мощности электромотора. Все эти данные можно найти в технической документации по двигателю.

Расчет величины пускового тока по формуле Iпуск=Iн*Кпуск. Здесь Iн — номинальная величина тока, а Кпуск выступает кратностью постоянного тока к номинальному значению, которая также должна указываться в технической документации к электродвигателю.

Точно зная пусковые токи электродвигателей, можно правильно подобрать автоматические выключатели, которые будут защищать линию включения.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий