Пусковой ток - Википедия - Inrush current

Пример переходных процессов пускового тока при включении конденсаторной батареи

Пусковой ток, входной импульсный ток, или же импульс включения это максимальный мгновенный ввод Текущий нарисованный электрическим устройством при первом включении. Переменный ток электродвигатели и трансформаторы может потреблять в несколько раз больше обычного тока полной нагрузки при первом включении в течение нескольких циклов входного сигнала. Преобразователи мощности также часто имеют пусковые токи, намного превышающие их установившиеся токи, из-за зарядного тока входа емкость. Выбор устройств защиты от сверхтоков, таких как предохранители и Автоматические выключатели усложняется, когда необходимо допускать высокие пусковые токи. Защита от перегрузки по току должна быстро реагировать на перегрузку или короткое замыкание неисправности, но не должны прерывать цепь при протекании (обычно безвредного) пускового тока.

Конденсаторы

Разряженный или частично заряженный конденсатор появляется как короткое замыкание на источник, когда напряжение источника выше, чем потенциал конденсатора. На полностью разряженный конденсатор потребуется примерно 5 RC время циклов до полной зарядки; во время зарядной части цикла мгновенный ток может значительно превышать ток нагрузки. Мгновенный ток снижается до тока нагрузки, когда конденсатор полностью заряжается. В случае разомкнутой цепи конденсатор будет заряжен до пикового напряжения переменного тока (на самом деле невозможно зарядить конденсатор сетью переменного тока - это относится к однонаправленному переменному напряжению на выходе выпрямителя).

В случае зарядки конденсатора от линейного постоянного напряжения, например, от аккумулятора, конденсатор все равно будет иметь вид короткого замыкания; он будет потреблять ток от источника, ограниченный только внутренним сопротивлением источника и СОЭ конденсатора. В этом случае зарядный ток будет непрерывным и будет экспоненциально снижаться до тока нагрузки. При разомкнутой цепи конденсатор будет заряжен до постоянного напряжения.

Защита от начального броска тока во время зарядки конденсатора фильтра имеет решающее значение для работы устройства. Временное создание высокого сопротивления между входной мощностью и выпрямителем может увеличить сопротивление при включении питания, что приведет к снижению пускового тока. Использование для этой цели ограничителя пускового тока помогает, поскольку он может обеспечить необходимое начальное сопротивление.

Трансформеры

Когда трансформатор При первом включении, переходный ток, в 10-15 раз превышающий номинальный ток трансформатора, может протекать в течение нескольких циклов. Тороидальные трансформаторы, использующие меньше меди для той же мощности, могут иметь до 60-кратного броска к рабочему току. В худшем случае броски тока возникают, когда первичная обмотка подключается в момент, близкий к нулевому переходу первичного напряжения (что для чистого индуктивность будет максимальным током в цикле переменного тока), и если полярность полупериода напряжения имеет ту же полярность, что и остаточная намагниченность в железном сердечнике ( магнитная намагниченность был оставлен высоким по сравнению с предыдущим полупериодом). Если размеры обмоток и сердечника обычно не превышают 50% насыщения (а в эффективном трансформаторе этого никогда не бывает, такая конструкция была бы слишком тяжелой и неэффективной), то во время такого запуска сердечник будет насыщен. Это также можно выразить тем, что остаточный магнетизм при нормальной работе почти такой же высокий, как магнетизм насыщения в «изгибе» гистерезис петля. Однако, когда сердечник насыщается, индуктивность обмотки значительно уменьшается, и только сопротивление обмоток первичной стороны и полное сопротивление линии питания ограничивают ток. Поскольку насыщение происходит только в течение части полупериодов, могут генерироваться богатые гармониками сигналы, которые могут вызвать проблемы для другого оборудования.Для больших трансформаторов с низким сопротивлением обмотки и высокой индуктивностью эти пусковые токи могут длиться в течение нескольких секунд, пока переходный процесс не исчезнет. (время затухания пропорционально ИксL/р) и устанавливается регулярное равновесие АС. Чтобы избежать магнитного броска, только для трансформаторов с воздушным зазором в сердечнике индуктивная нагрузка должна быть синхронно подключена около пика напряжения питания, в отличие от переключения при нулевом напряжении, что желательно для минимизации резких переходных процессов тока с резистивные нагрузки, такие как нагреватели большой мощности. Но для тороидальных трансформаторов только процедура предварительного намагничивания перед включением позволяет запускать эти трансформаторы без пика пускового тока.

Пример переходного процесса броска тока при включении тороидального трансформатора 100 ВА. Пиковый бросок тока примерно в 50 раз больше номинального тока

Пусковой ток можно разделить на три категории:

Пусковой ток включения результат повторного включения трансформатора. Остаточный поток в этом случае может быть нулевым или зависеть от времени включения.
Пусковой ток восстановления расход при восстановлении напряжения трансформатора после его снижения из-за сбоя в системе.
Симпатический пусковой ток поток, когда несколько трансформаторов подключены к одной линии и один из них находится под напряжением.

Двигатели

Когда электрический двигатель, Переменный или постоянный ток, сначала включается, ротор не движется, и ток, эквивалентный остановившемуся току, будет течь, уменьшаясь по мере того, как двигатель набирает скорость и развивает обратная ЭДС противодействовать поставке. Асинхронные двигатели переменного тока ведут себя как трансформаторы с закороченной вторичной обмоткой до тех пор, пока ротор не начнет двигаться, в то время как электродвигатели с щеточным покрытием представляют в основном сопротивление обмотки. Продолжительность переходного процесса пуска меньше, если механическая нагрузка на двигатель снимается до тех пор, пока он не наберет скорость.

Для двигателей большой мощности конфигурация обмоток может быть изменена (уай в начале, а затем дельта ) во время запуска для уменьшения потребляемого тока.

Обогреватели и лампы накаливания

Пусковой ток лампы накаливания заставляет настольный источник питания ограничивать выходной ток.

У металлов есть положительный температурный коэффициент сопротивления; они имеют меньшее сопротивление в холодном состоянии. Любая электрическая нагрузка, которая содержит значительный компонент металлических резистивных нагревательных элементов, например, электрический печь или банка вольфрамовой нити лампы накаливания, будет потреблять сильный ток, пока металлический элемент не достигнет рабочей температуры. Например, настенные выключатели, предназначенные для управления лампами накаливания, будут иметь рейтинг «Т», указывающий, что они могут безопасно управлять цепями с большими пусковыми токами ламп накаливания. Бросок тока может в 14 раз превышать установившийся ток и может сохраняться в течение нескольких миллисекунд для небольших ламп до нескольких секунд для ламп мощностью 500 Вт и более. [1] (Неграфитированные) лампы с углеродной нитью, которые сейчас используются редко, имеют отрицательный температурный коэффициент и потребляют больше тока при нагревании; «пусковой» ток у этих типов отсутствует.

Защита

Смотрите также: Ограничитель пускового тока

Резистор, включенный последовательно с линией, можно использовать для ограничения тока зарядки входных конденсаторов. Однако этот подход не очень эффективен, особенно в устройствах с большой мощностью, поскольку резистор будет иметь падение напряжения и рассеивать некоторую мощность.

Пусковой ток также можно уменьшить с помощью ограничителей пускового тока. Отрицательный температурный коэффициент (NTC) термисторы обычно используются в импульсных источниках питания, приводах двигателей и звуковом оборудовании для предотвращения повреждений, вызванных пусковым током. Термистор - это термочувствительный резистор с сопротивлением, которое значительно и предсказуемо изменяется в результате изменений температуры. Сопротивление термистора NTC уменьшается с увеличением его температуры.[2]

По мере того как ограничитель пускового тока нагревается, ток начинает течь через него и нагревает его. Его сопротивление начинает падать, и относительно небольшой ток заряжает входные конденсаторы. После того, как конденсаторы в источнике питания заряжаются, ограничитель пускового тока с самонагревом оказывает небольшое сопротивление в цепи с низким падением напряжения по сравнению с общим падением напряжения в цепи. Недостатком является то, что сразу после выключения устройства резистор NTC остается горячим и имеет низкое сопротивление. Он не может ограничить пусковой ток, если не остынет более 1 минуты для получения более высокого сопротивления. Другой недостаток заключается в том, что термистор NTC не защищен от короткого замыкания.

Другой способ избежать пускового тока трансформатора - это «реле переключения трансформатора». Это не требует времени для остывания. Он также может справляться с провалами полуволнового напряжения в линии питания и устойчив к коротким замыканиям. Этот метод важен для испытаний IEC 61000-4-11.

Другой вариант, особенно для высокое напряжение схем, заключается в использовании предварительная зарядка схема. Схема будет поддерживать режим предварительной зарядки с ограничением тока во время зарядки конденсаторов, а затем переключаться в неограниченный режим для нормальной работы, когда напряжение на нагрузке составляет 90% от полного заряда.

Пик выключения

Когда трансформатор, электромагнит, или другая индуктивная нагрузка отключена, индуктор увеличивает напряжение на переключателе или прерывателе и вызывает продолжительное искрение. Когда трансформатор отключен на своей первичной стороне, индуктивный удар производит скачок напряжения на вторичной обмотке, что может повредить изоляцию и подключенные нагрузки.[3]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ральф Фер, Промышленное распределение электроэнергии, John Wiley & Sons, 2015 г. ISBN  1119065089, страницы 8–73.
  2. ^ Термисторы NTC В архиве 2008-07-10 на Wayback Machine на Temperatures.com.
  3. ^ "Инженер-электрик". 1896.

внешняя ссылка

  • IEC 61000–4–30, Электромагнитная совместимость (ЭМС) - Методы испытаний и измерений - Методы измерения качества электроэнергии, опубликовано Международной электротехнической комиссией, 2003 г.