Čo je zapínací prúd a ako ho obmedziť?

Nábehový prúd je maximálny prúd odoberaný elektrickým obvodom v čase, keď je zapnutý. Zobrazuje sa pre niekoľko cyklov vstupnej krivky. Hodnota zapínacieho prúdu je oveľa vyššia ako ustálený prúd obvodu a tento vysoký prúd môže poškodiť zariadenie alebo spustiť istič. Nábehový prúd sa zvyčajne vyskytuje vo všetkých zariadeniach, kde je prítomné magnetické jadro, ako sú transformátory, priemyselné motory atď. Nábehový prúd je tiež známy ako vstupný nárazový prúd alebo prepínací prúd.

Prečo sa objavuje nárazový prúd?

Za príčinou zapínacieho prúdu stojí množstvo faktorov. Rovnako ako niektoré zariadenia alebo systémy, ktoré pozostávajú z oddelenia kondenzátora alebo hladkého kondenzátora, na začiatku ich odoberá veľké množstvo prúdu a nabíja ich. Nižšie uvedený diagram vám poskytne predstavu o rozdiele medzi zapínacím, špičkovým a ustáleným prúdom obvodu:

Špičkový prúd: Je to maximálna hodnota prúdu dosiahnutá tvarom vlny v kladnej alebo zápornej oblasti.

Rovnovážny prúd: Je definovaný ako prúd v každom časovom intervale, ktorý zostáva v obvode konštantný. Prúd v ustálenom stave sa dosiahne, keď di / dt = 0, čo znamená, že prúd zostáva nezmenený vzhľadom na čas.

Charakteristika zapínacieho prúdu:

• Vyskytujú sa okamžite, keď je zariadenie zapnuté
• Zobrazuje sa na krátky čas
• Vyššia ako menovitá hodnota obvodu alebo zariadenia

Niekoľko príkladov, kde sa vyskytuje nárazový prúd:

• Žiarovka
• Štartovanie indukčného motora
• Transformátor
• Zapnutie napájacích zdrojov založených na SMPS

Nábehový prúd v transformátore

Nábehový prúd transformátora je definovaný ako maximálny okamžitý prúd odoberaný transformátorom, keď je sekundárna strana nezaťažená alebo v stave otvoreného obvodu. Tento zapínací prúd poškodzuje magnetické vlastnosti jadra a spôsobuje nežiaduce prepínanie ističa transformátora.

Veľkosť zapínacieho prúdu závisí od bodu striedavej vlny, v ktorej sa transformátor spúšťa. Ak sa transformátor (bez zaťaženia) zapne, keď je striedavé napätie na vrchole, potom pri štarte nedôjde k žiadnemu zapínaciemu prúdu a ak sa transformátor (bez zaťaženia) zapne, keď striedavé napätie prechádza nulou, potom hodnota zapínacieho prúdu prúd bude veľmi vysoký a tiež presahuje saturačný prúd, ako vidíte na obrázku nižšie:

Nábehový prúd v motoroch

Rovnako ako indukčný motor transformátora nemajú kontinuálnu magnetickú cestu. Kvôli vzduchovej medzere medzi rotorom a statorom je vysoká neochota indukčného motora. Preto kvôli tejto vysokej reluktancii vyžaduje indukčný motor vysoký magnetický prúd, aby pri spustení vytvoril rotujúce magnetické pole. Nasledujúca schéma zobrazuje počiatočné charakteristiky motora pri plnom napätí.

Ako je zrejmé z diagramu, počiatočný prúd aj počiatočný krútiaci moment sú na začiatku veľmi vysoké. Tento vysoký rozbehový prúd, ktorý sa tiež nazýva zapínací prúd, môže poškodiť elektrický systém a počiatočný vysoký krútiaci moment môže ovplyvniť mechanický systém motora. Ak znížime počiatočnú hodnotu napätia o 50%, môže to mať za následok 75% zníženie krútiaceho momentu motora. Na prekonanie týchto problémov sa používajú obvody napájania s pozvoľným štartom (nazývané hlavne ako softštartéry).

Malo by nám záležať na nárazovom prúde a ako ho obmedziť?

Áno, vždy by nám malo záležať na zapínacom prúde v indukčných motoroch, transformátoroch a v elektronických obvodoch, ktoré tvoria tlmivky, kondenzátory alebo jadro. Ako už bolo spomenuté, nábehový prúd je maximálny špičkový prúd v systéme, ktorý môže byť dvakrát alebo desaťkrát väčší ako normálny menovitý prúd. Tento nežiaduci prúdový hrot môže poškodiť zariadenie ako v transformátore, zapínací prúd môže spôsobiť vypnutie ističa pri každom zapnutí. Môže nám pomôcť nastavenie tolerancie prerušovača, ale komponenty by mali vydržať špičkovú hodnotu pri nábehu.

Zatiaľ čo v elektronických obvodoch majú niektoré súčasti špecifikáciu, aby krátkodobo vydržali s vysokou hodnotou zapínacieho prúdu. Niektoré komponenty sa ale veľmi zahrejú alebo poškodia, ak je hodnota nábehu veľmi vysoká. Pri návrhu elektronického obvodu alebo DPS je teda lepšie použiť obvod na ochranu pred zapínacím prúdom.

Na ochranu pred zapínacím prúdom môžete použiť aktívne alebo pasívne zariadenie. Voľba typu ochrany závisí od frekvencie zapínacieho prúdu, výkonu, nákladov a spoľahlivosti.

Rovnako ako môžete použiť NTC termistor (negatívny teplotný koeficient), ktorý je pasívnym zariadenímfunguje ako elektrický odpor, ktorého odpor je pri nízkej teplote veľmi vysoký. NTC termistor je zapojený do série so vstupným vedením napájacieho zdroja. Vykazuje vysokú hodnotu odporu pri teplote okolia. Takže keď zapneme zariadenie, vysoký odpor obmedzuje zapínací prúd, ktorý prúdi do systému. Keď prúd prúdi nepretržite, teplota termistora stúpa, čo výrazne znižuje odpor. Preto termistor stabilizuje zapínací prúd a umožňuje prúdeniu ustáleného prúdu do obvodu. NTC termistor je široko používaný na účely obmedzenia prúdu vďaka svojej jednoduchej konštrukcii a nízkym nákladom. Má tiež určité nevýhody, že sa nemôžete spoľahnúť na termistor v extrémnych poveternostných podmienkach.

Aktívne zariadenia sú nákladnejšie a tiež zvyšujú veľkosť systému alebo obvodu. Skladá sa z citlivých komponentov, ktoré prepínajú vysoký prichádzajúci prúd. Niektoré z aktívnych zariadení sú softštartéry, regulátory napätia a konvertory DC / DC.

Tieto ochrany sa používajú na ochranu elektrického aj mechanického systému obmedzením okamžitého zapínacieho prúdu. Nižšie uvedený graf zobrazuje hodnotu zapínacieho prúdu s ochranným obvodom a bez ochranného obvodu. Jasne vidíme, aká účinná je ochrana pred zapínacím prúdom.

Ako merať nárazový prúd?

Všetci ste už videli vozík na bicykel, aby ho jazdec dokázal vyviesť energicky. Akonáhle sa koleso začne hýbať, zníži sa požadovaná sila. Táto počiatočná sila je teda ekvivalentná so zapínacím prúdom. Podobne v motoroch, akonáhle sa rotor začne hýbať, motor začne dosahovať ustálený stav, keď na jeho spustenie nie je potrebný vysoký prúd.

K dispozícii je množstvo kliešťových meračov (multimetrov), ktoré ponúkajú meranie nárazového prúdu. Rovnako ako môžete na meranie zapínacieho prúdu použiť klešťový merač Fluke 376 FC True-RMS. Niekedy zapínací prúd vykazuje hodnotu, ktorá je vyššia ako hodnota ističa, istič však stále nevypína. Dôvodom je to, že istič pracuje na prúdovej krivke času v / s, akoby ste používali istič s 10 A, takže zapínací prúd, ktorý je viac ako 10 A, by mal prúdiť cez istič viac, ako je stanovený čas. toho.

Podľa pokynov uvedených nižšie zmerajte zapínací prúd:

• Testované zariadenie by malo byť pôvodne vypnuté
• Otáčajte číselníkom a nastavte na znamienko Hz-Ã
• Vložte živý vodič do čeľuste alebo použite sondu spojenú s kliešťovým meračom
• Stlačte tlačidlo zapínacieho prúdu v kliešťovom merači, ako je to znázornené na obrázku vyššie
• Zapnite zariadenie, na displeji prístroja sa zobrazí hodnota zapínacieho prúdu