Двигатель запускается с большим током, но после запуска ток уменьшается. В чём причина? 

Рисунок 1: Структурные компоненты трёхфазного асинхронного двигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором . Обратите внимание на ротор на рисунке 1. Его обмотки фактически представляют собой стержни короткозамкнутого ротора с определённым наклоном.

Момент старта: преодоление инерции покоя

При включении и запуске двигателя его ток резко возрастает, создавая так называемый «пусковой ток» или «ток заторможенного ротора». Для обычных асинхронных двигателей переменного тока этот ток часто может превышать номинальный в четыре-семь раз и даже больше. Основная причина этого — возникновение «обратной электродвижущей силы».

При подаче переменного тока на обмотку статора двигателя создаётся вращающееся магнитное поле. Однако в момент замыкания цепи ротор остаётся неподвижным. В этот момент вращающееся магнитное поле и обмотки ротора (или стержни) достигают максимальной относительной скорости, что индуцирует в роторе чрезвычайно высокую электродвижущую силу и ток. Согласно закону Ленца, этот индуцированный ток создаёт магнитное поле, которое оказывает сильное сопротивление относительному движению магнитного поля статора.

С точки зрения электрической цепи, в момент запуска обмотка ротора практически замкнута накоротко. Эквивалентное сопротивление двигателя в этот момент определяется в основном активным сопротивлением обмотки и минимальной индуктивностью рассеяния, что приводит к очень низкому импедансу. Согласно закону Ома ( I = U / Z), при фиксированном напряжении питания (U) чем меньше импеданс (Z), тем выше ток (I). Это похоже на то, как если бы неподвижному автомобилю требовалась огромная сила тяги, чтобы преодолеть трение покоя и начать движение.

Плавная работа: установление динамического равновесия

С точки зрения основ работы двигателя, основной причиной высокого пускового тока является отсутствие противоЭДС. В момент запуска двигателя ротор ещё не вращается. При подаче питания на обмотку статора быстро создаётся магнитное поле. Однако скорость ротора при пересечении линий магнитного потока равна нулю, что предотвращает возникновение противоЭДС, препятствующей протеканию тока. Согласно закону Ома, ток в цепи определяется исключительно сопротивлением обмотки статора. Однако сопротивление обмоток двигателя, как правило, крайне мало, что приводит к резкому увеличению тока при пуске, часто достигающему 5-7 номинальных значений. Например, взрывозащищённый двигатель, приводящий вентилятор, требует более высокого выходного крутящего момента для преодоления статической инерции вентилятора при пуске, что ещё больше увеличивает пусковой ток. Поэтому при пуске взрывозащищённых двигателей во взрывобезопасных средах, таких как химическая и горнодобывающая промышленность, требуются специальные токоограничивающие устройства.

При запуске двигателя, по мере постепенного увеличения скорости вращения ротора, скорость пересечения ротором магнитных силовых линий продолжает увеличиваться, и возникает обратная ЭДС, которая постепенно увеличивается. Обратная ЭДС направлена противоположно напряжению питания и непрерывно компенсирует часть напряжения питания, вызывая снижение действующего напряжения в цепи. Когда двигатель достигает номинальной скорости, обратная ЭДС также стабилизируется на соответствующем значении. В этот момент ток в цепи необходим только для поддержания нормальной работы двигателя, преодоления механических потерь и сопротивления нагрузки. Таким образом, ток значительно снижается до номинального значения. Этот процесс особенно ярко проявляется во взрывозащищенных двигателях: во взрывоопасных и пожароопасных средах корпус и внутренняя конструкция взрывозащищенного двигателя специально разработаны для предотвращения утечки электрических искр, но принцип внутренней электромагнитной индукции точно такой же, как и у обычных двигателей, и механизм спада тока после запуска также аналогичен.

Стоит отметить, что хотя высокий пусковой ток двигателя является общим правилом, во взрывозащищенных применениях двигателей необходимо уделять особое внимание его влиянию на цепи и оборудование. Чрезмерный пусковой ток может вызвать колебания напряжения сети, влияя на нормальную работу другого оборудования в той же цепи. Он может даже вызвать перегрев цепи из-за чрезмерного переходного тока, что противоречит принципам безопасности проектирования взрывозащищенных двигателей. Поэтому при выборе и использовании взрывозащищенных двигателей, помимо соответствия требованиям взрывозащищенности, также важно выбрать подходящий способ пуска, основанный на характеристиках нагрузки, например, пуск по схеме «звезда-треугольник» или плавный пуск. Управление пиковым пусковым током обеспечивает как стабильный пуск двигателя, так и безопасную работу всей взрывозащищенной системы.