Как определить пусковой ток аккумулятора и на что он влияет

Способы и особенности проверки стартовой нагрузки источника питания

Для того чтобы определить пусковой ток нового аккумулятора автомобиля, используются две технологии

Перед использованием важно уточнить, на что обращать внимание, как проводить процесс

Использование нагрузочной вилки

В состав нагрузочной вилки входят спирали, с помощью которых формируется нагрузочное сопротивление, и вольтметр. При подключении к выводам источника питания должна соблюдаться полярность. Горячую батарею не подсоединяют. Длительность подачи нагрузки – 5–6 секунд.

Снимаются показания на 5-6 секунде. Если напряжение составляет 9–10В, то аккумуляторная батарея считается эксплуатируемой. Она выдерживает подаваемую нагрузку.

Замеры при помощи нагрузочной вилки выполняют с установленной периодичностью. Это снизит вероятность разрушения АКБ.

Применение штатного электрического оборудования

Для дизеля и бензинового автотранспорта нередко используется данная методика. Ведь не все автолюбители располагают специальным оборудованием для тестирования.

Для тестирования подойдет та нагрузка, которая отбирает 40–50% имеющейся емкости. Автовладельцы применяют лампы ближнего света, которым требуется установленный процент емкости. Если после 5–6 минут подключения яркость освещения не меняется, то источник питания может эксплуатироваться и в дальнейшем.

Методы проверки пускового тока

Теперь необходимо узнать, как проверить пусковой ток аккумулятора. Данный параметр необходимо проверять при покупке новой аккумуляторной батареи. Самостоятельная проверка пускового тока не даст высокой точности. Для профессионального и точного замера требуется дорогое оборудование.

Как измерять пусковой ток АКБ с помощью приборов и другими «народными» методами:

Проверка с помощью нагрузочной вилки. Нагрузочная вилка – это портативный измерительный прибор аккумуляторщика, который состоит из вольтметра и добавочного сопротивления. При подключении к аккумулятору, нагрузочная вилка заменяет собой нагрузку бортовой сети автомобиля.

• Проверка с помощью токоизмерительных клещей. Электротехнические клещи – это недорогой и доступный прибор, который используют многие электрики. Существуют универсальные измерительные приборы, помимо силы тока, измеряющие напряжение и сопротивление. Клещи специально созданы для измерения силы тока, поэтому большой ампераж не выведет прибор из строя.
• Простой дедовский метод советует подключить автомобильный аккумулятор к бортовой электросети машины и включить, например, ближний свет. Стандартная нагрузка не должна быстро разрядить АКБ. В течение 5-10 минут, свет ламп ближнего света должен оставаться ярким. Такой метод не даст точной гарантии, но поможет определить серьёзную неисправность сразу и не купить бракованный товар.
• Проверка «на слух». Во время такой надо установить на автомобиль и произвести запуск стартера. Среднее время запуска двигателя (при исправной топливной системе) составляет 2-3 секунды. Если запуск происходит в течение 10-15 секунд, и параметры аккумулятора подходят к данному типу автомобилей, то АКБ неисправен, или его пускового тока недостаточно.

Как проверяют пусковой ток на заводах? Перед запуском аккумуляторной батареи в масштабное производство, производитель должен убедиться в соответствии всех параметров АКБ. Для этого батарею помещают в температуру окружающей среды не более 18 градусов на несколько часов, и запускают двигатель с подходящими параметрами. При запуске проводится измерение пускового тока нового аккумулятора.

Если запуск прошёл успешно (среднее время не должно превышать 30 секунд), то можно начинать массовое производство . Если же двигатель не запустился, то конструкция АКБ требует изменений и доработок.

От чего зависит пусковой ток?

Если посмотреть различных производителей, например страны Европы, США, Россия или Китай, то у всех этих батарей будет различный показатель пускового тока. Так, например если сравнить 55 Aч Китай и Европа, разница может быть на 30 – 40%! Но почему так?

Все дело в технологиях:

• Применение очищенного свинца, даже в простых кислотных АКБ приведет к быстрой зарядке и последующей разрядке, соответственно пусковые значения увеличиться.
• Большее количество пластин в таком же по габаритам корпусе.
• Большее количество электролита.
• Плюсовые пластины более пористые, что позволит больше накапливать заряда.
• Герметичные конструкции, не дают испаряться электролиту, что позволит батареи всегда держать нужный уровень, не оголяя пластины.

Конечно, можно добавить и качество сборки и порядочность производителя, все это дает большие результаты, нежели у конкурентов. Правда и стоят такие АКБ дороже.

Но на данный момент, есть и новые технологии — рекордсменами по отдачи пускового тока являются GEL и AGM аккумуляторы, у них ток отдачи может доходить до 1000 Ампер в 30 секунд, примерно в 3 – 4 раза больше, чем у обычных кислотных вариантов. Хотя у этих технологий также есть свои минусы и в первую очередь это цена.

Также стоит отметить, что при пуске двигателя напряжение батареи падает примерно до 9 Вольт, но сила тока многократно возрастает – это нормальный процесс. После пуска мотора, напряжение займет опять свои нормальные показатели в 12,7Вольта, а потраченный заряд восполнит генератор автомобиля. Если показатели напряжения при пуске падают до 6 Вольт (и очень долго восстанавливаются), то это может быть критично, стартеру просто не хватит энергии для запуска. Скорее всего, что АКБ выходит из строя.

Пусковые токи электрооборудования

Пользователей электроэнергии не оставляет равнодушными мощность электроприборов, которые окружают нас в повседневности, ведь в конце концов она упирается в возможности нашего кошелька

Суммарную мощность, из указанных в документации на электроприборы цифр мы учитываем при проектировании будущей сети, правда, не всегда принимаем во внимание, что производитель указывает электрические характеристики для оборудования, работающего в номинальном режиме

В реальных условиях большинство электроприборов превышает номинальные мощности, достигая максимальной нагрузки в момент включения. Происходит это из-за пусковых токов, которые в течение краткого периода времени (от десятых долей до нескольких секунд) превышают номинальный потребляемый ток до 10 раз.

Такими особенностями отличаются электроприборы, имеющие электродвигатели (холодильники, кондиционеры, электронасосы), электронагревательные приборы, использующие ТЭНы. Как ни странно даже обычные лампы накаливания имеют достаточно высокие величины пускового тока от 5 до 13 раз превышающие номинальные значения (недаром практически всегда они перегорают в момент включения).

Природа пусковых токов

Проиллюстрировать причину возникновения пускового тока легко на простом примере. Кто когда-либо катался на велосипеде, знает – больше всего усилий требуют первые повороты педалей, когда велосипед трогается с места, долее при достижении номинальной скорости это делать значительно легче.

Аналогичные процессы происходят при запуске электродвигателя, ведь для преодоления инерции вала мотора и сопряженных с ним механизмов требуется мощное электромагнитное поле, которое действует до набора рабочих оборотов. Оно характеризуется более высокими токами при запуске двигателя, связанными с номинальными значениями при помощи коэффициентов пускового тока (кратностью пускового тока к номинальному значению).

Иная природа пусковых токов у ламп накаливания. Величина сопротивления вольфрамовой нити 100 ваттной лампочки в холодном (выключенном) состоянии составляет 40 Ом, а в накаленном (включенном) – 490 Ом, не удивительно, что ток в момент включения имеет более чем 12 кратное превышение над номинальным током лампы. Аналогичным образом меняется сопротивление нихромовой нити ТЭНа нагревательного электрического прибора.

Чем опасны пусковые токи и методы борьбы с ними

Связь между силой тока и скоростью движения зарядов

Рассмотрим металлический проводник. Мысленно выделим в нем два сечения площадью \(\large S \) на некотором расстоянии \(\large \Delta x\) одно от другого. Сечения располагаются поперечно проводнику.

В металлах электрический ток создается электронами. Обозначим \(\large e_{0}\) заряд каждого электрона.

Рис. 10. Свободные заряды в объеме проводника

Заряды в проводнике, под действием электрического поля напряженностью \(\large \vec{E} \) будут двигаться сонаправленно, от сечения к сечению.

При этом, они будут проходить путь \(\large \Delta x\) между двумя сечениями.

Если ток постоянный, то скорость движения зарядов изменяться не будет.

В таком случае, расстояние \(\large \Delta x\) и скорость \(\large v\) движения электронов будут связаны формулой равномерного движения.

\

\(\large \Delta x \left( \text{м}\right) \) – расстояние между двумя поперечными сечениями;

\(\large v \left( \frac{\text{м}}{c}\right) \) – скорость, с которой сонаправленно движутся заряды в проводнике; Эта скорость значительно меньше скорости теплового движения.

\(\large \Delta t \left( c \right) \) – интервал времени, за который пройдено расстояние \(\large \Delta x\) между двумя поперечными сечениями;

Выразим из этой формулы время движения:

\

Это выражение нам понадобится далее.

Сечения \(\large S \)  и расстояние между ними \(\large \Delta x\) образуют в проводнике цилиндрический объем:

\

\(\large V \left( \text{м}^{3}\right) \) – объем цилиндра;

В этом объеме содержится определенное количество электронов. Обозначим это количество: \(\large N \) штук.

Количество штук \(\large N \), расположенное в объеме \(\large V\), называют концентрацией:

\

\(\large n \left( \frac{\text{штук}}{\text{м}^{3}}\right) \) – концентрация зарядов в объеме;

Найдем общий заряд всех заряженных частиц, расположенных в объеме \(\large V\) между двумя поперечными сечениями:

\

Умножим правую часть уравнения на единицу, которую представим в виде дроби \(\displaystyle \frac{V}{V}\), в которой \(\large V\) – это рассматриваемый объем. Тогда полный заряд можно записать в таком виде:

\

Числитель V дроби и количество N частиц поменяем местами.

\

Подставим в эту формулу выражение для объема:

\

Дробь в правой части заменим символом «n» концентрации:

\

Средняя скорость совместного направленного движения зарядов \(\large v\).

Применим определение силы тока:

\

Подставим в это выражение формулу для общего заряда, прошедшего через сечение проводника:

\

Выражение для удобства можно переписать так:

\

Мы заранее выразили время \(\large \Delta t \):

\

Найдем для него обратную величину:

\

Подставим ее в формулу для тока:

\

Расстояние \(\Delta x\) находится в числителе и в знаменателе, оно сократится. Окончательно получим выражение для связи между силой тока и скоростью движения зарядов:

\

Теперь можно утверждать, что

• чем больше зарядов помещаются в объеме,
• чем быстрее они сонаправленно двигаются
• и, чем толще проводник (чем больше площадь поперечного сечения),

тем больше ток.

Пусковые токи электродвигателей

В каждом приборе, устройстве или механизме возникают процессы, называемые пусковыми. Это особенно заметно при начале движения, когда необходимо тронуться с места. В этот момент для первоначального толчка требуется значительно больше усилий, чем при дальнейшей работе данного механизма. Точно такие же явления затрагивают и электрические устройства – электродвигатели, электромагниты, лампы и другие. Наличие пусковых процессов в каждом из них зависят от того, в каком состоянии находятся рабочие элементы. Например, нить накаливания обычной лампочки в холодном состоянии обладает сопротивлением, значительно меньшим, чем при нагревании в рабочем режиме до 1000С. То есть, у лампы, мощностью 100 Вт сопротивление нити во время работы составит около 490 Ом, а в выключенном состоянии этот показатель снижается до 50 Ом. Поэтому при высоком пусковом токе лампочки иногда перегорают. От всеобщего перегорания их спасает сопротивление, возрастающее при нагревании. Постепенно оно достигает постоянного значения и способствует ограничению рабочего тока до нужной величины.

Влияние пусковых токов в полной мере затрагивает все виды электродвигателей, широко применяющихся во многих областях. Для того чтобы правильно эксплуатировать электроприводы нужно знать их пусковые характеристики. Существует два основных параметра, оказывающих влияние на пусковой ток. Скольжение является связующим звеном между частотой вращения ротора и скоростью вращения электромагнитного поля. Снижение скольжения происходит от 1 до минимума по мере набора скорости. Пусковой момент является вторым параметром, определяющим степень механической нагрузки на валу. Эта нагрузка имеет максимальное значение в момент пуска и становится номинальной после того, как произошел полный разгон механизма.

Следует учитывать особенности асинхронных электродвигателей, которые при пуске становятся эквивалентны трансформатору с короткозамкнутой вторичной обмоткой. Она обладает совсем небольшим сопротивлением, поэтому величина пускового тока при скачке может достичь многократного превышения по сравнению с номиналом. В процессе дальнейшей подачи тока в обмотки, сердечник ротора начинает по нарастающей насыщаться магнитным полем. Возникает ЭДС самоиндукции, под действием которой начинает расти индуктивное сопротивление цепи. С началом вращения ротора происходит снижение коэффициента скольжения, то есть наступает фаза разгона двигателя. При росте сопротивления пусковой ток снижается до нормативных показателей.

В процессе эксплуатации может возникнуть проблема, связанная с увеличенными пусковыми токами. Причиной их возникновения, чаще всего, становится перегрев электродвигателей, перегруженные электрические сети в момент пуска, а также ударные механические нагрузки в подключенных устройствах и механизмах, таких как редукторы и другие. Для решения этой проблемы предусмотрены специальные приборы, представленные частотными преобразователями и устройствами плавного пуска. Они выбираются с учетом особенностей эксплуатации того или иного электродвигателя. Например, устройства плавного пуска используются в основном для агрегатов, соединенных с вентиляторами. С их помощью достигается ограничение пускового тока до двух номиналов. Это вполне нормальный показатель, поскольку во время обычного пуска ток превышает номинальное значение в 5-10 раз. Ограничение достигается за счет измененного напряжения в обмотках.

Обычные двигатели переменного тока получили широкое распространение в промышленном производстве, благодаря очень простой конструкции и низкой стоимости. Их серьезным недостатком считается тяжелый запуск, который существенно облегчается частотными преобразователями. Наиболее ценным качеством этих устройств является способность к поддержке пускового тока в течение одной минуты и более. Самые современные приборы позволяют не только регулировать пуск, но и оптимизировать его по заранее установленным эксплуатационным характеристикам.

Как рассчитать пусковой ток

Вы хотите, чтобы стабилизатор напряжения, источник бесперебойного питания или генератор служили безотказно? Тогда эта статья будет для вас полезна.

Одна из основных характеристик бытовых приборов — электрическая мощность на выходе. Она отражает возможность питания подключённой нагрузки. Для правильного выбора стабилизатора напряжения переменного тока, ИБП или генератора нужно знать мощность устройства. Для ее расчета следует подсчитать сумму электрической мощности всех приборов, которые могут быть единовременно подключены.

Одно из основных условий долгой и стабильной работы стабилизатора, генератора и ИБП: мощность техники не должна превышать их возможности по выходной мощности. Лучше, чтобы суммарная электрическая мощность электроприборов, которые функционируют одновременно, была на 20 % меньше выходной мощности питающего прибора. Чем меньше стабилизатор или ИБП работает с перегрузкой, тем дольше он служит.

В расчете суммарной мощности и состоит основная трудность. В паспорте любого устройства указана мощность в кВт. Вроде бы всё просто: нужно сложить мощность приборов. Но в этом кроется основная ошибка. Приборы, в конструкции которых есть электродвигатели, насосы или компрессоры, в момент запуска дают нагрузку на сеть, превышающую номинал в Такое явление обусловлено наличием пусковых токов. Это же правило относится к приборам, в состав которых входят инерционные компоненты или элементы, физические свойства которых в момент запуска отличаются от их обычных значений при эксплуатации. Классический пример — изменение сопротивления у обыкновенной лампы накаливания. В конструкции таких ламп есть вольфрамовая нить, при включении электрическое сопротивление вольфрама меньше (нить холодная), чем при работе. Сопротивление увеличивается с ростом температуры, следовательно, при включении лампы её мощность намного больше, чем во время работы. При включении лампы накаливания присутствуют пусковые токи.

Мощность любого прибора рассчитается как произведение напряжения (в вольтах) и силы тока (в амперах). По мере увеличения силы тока растет мощность, а значит, возрастает нагрузка на стабилизатор, генератор и источник питания. Определение пусковых токов можно сформулировать так: электроприборы или их элементы, имеющие инерционные свойства, в момент запуска дают большую нагрузку на электрическую сеть или питающий прибор, чем в процессе работы.

Значение пусковых токов зависит не только от усилия по раскрутке ротора двигателя или насоса до номинальных оборотов, но и от изменения сопротивления проводника. Чем меньше сопротивление, тем больше величина силы тока, который может протекать по нему. При нагреве уменьшается сопротивление и снижается возможность проводника пропускать большие токи.

Помимо вращающего момента и электросопротивления дополнительную электрическую мощность в момент старта прибору придаёт индуктивная мощность. В момент включения люминесцентной лампы у индуктивной катушки сопротивление мало. Также действует мощность для поджига разряда, что увеличивает силу тока.

Влияние пусковых токов особенно важно для стабилизаторов напряжения и источников бесперебойного питания on-line типа. Стабилизаторы работают в одном из двух режимов работы: номинальном или предельном

В номинальном режиме работы сохраняется мощность, но при ухудшении качества электроснабжения в сети наблюдается очень низкое или, напротив, очень высокое напряжение. В таком случае стабилизатор переходит в предельный режим работы, его выходная мощность снижается примерно на 30 %. Если при этом происходит перегрузка по пусковым токам, то он выключится, сработает система защиты. Если это будет повторяться часто, срок службы качественного стабилизатора будет небольшим (что уж говорить о китайской технике).

Один Ампер – много это, или мало

1 Ампер это 1 Кулон деленный на 1 секунду. Для большинства бытовых электроприборов это достаточно большая сила тока.

Например, через энергосберегающие лампы протекают токи 0,04 — 0,08 Ампера.

Большой плоский телевизор от электроосветительной сети потребляет ток 0,2 Ампера.

Лампа накаливания –примерно 0,5 Ампера.

Как видно, большинство электроприборов токи менее одного Ампера.

Поэтому, для тока часто применяют дольные единицы измерения:

миллиамперы, микроамперы, и наноамперы:

1мА (миллиампер)= 10⁻³ А

1мкА (микроампер) = 10⁻⁶ А

1нА (наноампер) = 10⁻9 А

Ток зарядки аккумулятора мобильного телефона может достигать 2 Ампер.

А через электрический обогреватель, или электрочайник, протекает ток силой до 10 Ампер.

Примечание: Ток силой всего 0,05 А может привести к летальному исходу. Будьте осторожны с электричеством!

В то же время, используют и токи, превышающие сотни Ампер. Например, на промышленных электростанциях.

Для таких токов применяют кратные единицы: килоампер, мегаампер.

1КА (килоампер)= 10³ А

1МА (мегаампер) = 10⁶ А

Как происходят замеры?

После производства батареи, ее нужно испытать, чтобы определить стартерные показали. Испытания на производствах сложные, зачастую батареи помещают в отрицательные температуры, охлаждают их несколько часов, затем пробуют запустить двигатель.

Замеряют несколько раз, то есть существует ряд интервалов с максимальными значениями, в такие интервалы замеряют максимальные токи, которые способен выдать именно этот экземпляр, они записываются и позже наносятся на «борта» АКБ. Нужно отметить, что в партии так жестко проверяют далеко не все аккумуляторы. Однако «дефектовка» присутствует, происходят проверки нагрузочной вилкой.

Справедливости ради, стоит отметить, что раньше во времена СССР, аккумуляторы вообще не заливались электролитом на производстве (было понятие сухого заряда), их вы сами должны были залить и зарядить! То есть покупаем электролит нужной плотности, и затем в течении 12 – 24 часов заряжаем.

Пусковые токи асинхронных электродвигателей

Пусковым называется ток, необходимый для осуществления запуска электрического двигателя. Пусковые токи асинхронных электродвигателей обычно в несколько раз превышают показатели, достаточные для работы в нормальном режиме.

Пусковые токи асинхронных электродвигателей

Двигатели асинхронного типа в момент подключения к электросети потребляют значительное количество энергии для того, чтобы:

• привести ротор в движение;
• поднять скорость вращения с нуля до рабочего уровня.

Этим объясняется необходимость использования большого пускового тока, который существенно отличается от количества электроэнергии, позволяющего поддерживать постоянное число оборотов. Это характерно не только для асинхронных, но и для однофазных двигателей постоянного тока, хотя принцип действия последних совершенно иной.

Проблема высоких пусковых токов: решение

Высокий пусковой ток может спровоцировать резкое, хотя и кратковременное падение напряжения, при котором прочие подключенные к сети устройства испытают недостаток энергии. Это нежелательно, поскольку негативно влияет на безопасность работы и долговечность оборудования.

Для решения задачи предусмотрены специальные дополнительные устройства, установка которых в процессе подключения и наладки двигателей позволяет:

• максимально уменьшить значение пускового тока;
• повысить плавность запуска;
• снизить затраты на запуск агрегата, так как становится возможным применение менее мощных дизельных электростанций, стабилизаторов, проводов с меньшим сечением и пр.

Наибольшей эффективностью отличаются такие современные устройства, как частотные преобразователи и софтстартеры. Они обеспечивают высокую (более минуты) продолжительность поддержания пускового тока.

Как рассчитать пусковой ток электродвигателя

Чтобы объективно оценить сложность условий запуска двигателя, необходимо предварительно узнать величину необходимого для этого пускового тока. Основные этапы расчета следующие:

• вычисление номинального тока;
• определение значения пускового тока (в амперах).

Для того чтобы получить значение номинального тока для используемой модели электродвигателя, применяют формулу, которая имеет вид Iн=1000Pн / (Uн*cosφ*√ηн). Pн и Uн – это номинальные показатели мощности и напряжения, cosφ и ηн – номинальные коэффициенты мощности и полезного действия.

Собственно пусковой ток, который обозначается как Iп, определяется при помощи формулы Iп = Iн * Kп, где Kп – это кратность постоянного тока по отношению к его номинальному значению (Iн). Всю необходимую для проведения расчетов информацию (значения Kп, Pн, ηн, cosφ, Uн) можно найти в технической документации, которая прилагается к электродвигателю.

Корректный расчет пускового тока двигателя способствует правильному выбору автоматических выключателей, предназначенных для защиты линии включения, а также приобретению дополнительного оборудования (генераторы и пр.) с подходящими параметрами.