Co je zapínací proud a jak jej omezit?

Náběhový proud je maximální proud odebíraný elektrickým obvodem v době zapnutí. Objeví se pro několik cyklů vstupního průběhu. Hodnota zapínacího proudu je mnohem vyšší než ustálený proud obvodu a tento vysoký proud může poškodit zařízení nebo spustit jistič. Náběhový proud se obvykle objevuje ve všech zařízeních, kde je přítomno magnetické jádro, jako jsou transformátory, průmyslové motory atd. Náběhový proud je také známý jako vstupní nárazový proud nebo přepínací proud.

Proč se objevuje aktuální proud?

Za příčinou zapínacího proudu stojí řada faktorů. Stejně jako některá zařízení nebo systémy, které se skládají z oddělení kondenzátoru nebo hladkého kondenzátoru, odebírá na začátku velké množství proudu a nabíjí je. Níže uvedený diagram vám poskytne představu o rozdílu mezi zapínacím, špičkovým a ustáleným proudem obvodu:

Špičkový proud: Je to maximální hodnota proudu dosažená křivkou v kladné nebo záporné oblasti.

Rovnovážný proud: Je definován jako proud v každém časovém intervalu, který v obvodu zůstává konstantní. Rovnovážného proudu je dosaženo, když di / dt = 0, což znamená, že proud zůstává nezměněn s ohledem na čas.

Charakteristika zapínacího proudu:

• Nastane okamžitě, když je zařízení zapnuto
• Objeví se na krátkou dobu
• Vyšší než jmenovitá hodnota obvodu nebo zařízení

Některé příklady, kde dochází k nárazovému proudu:

• Žárovka
• Spouštění indukčního motoru
• Transformátor
• Zapnutí napájecích zdrojů založených na SMPS

Náběhový proud v transformátoru

Náběhový proud transformátoru je definován jako maximální okamžitý proud odebíraný transformátorem, když je sekundární strana nezatížená nebo ve stavu otevřeného obvodu. Tento zapínací proud poškozuje magnetické vlastnosti jádra a způsobuje nežádoucí spínání jističe transformátoru.

Velikost zapínacího proudu závisí na bodě střídavé vlny, ve které transformátor začíná. Pokud se transformátor (bez zátěže) zapne, když je střídavé napětí na špičce, při spuštění nedojde k žádnému zapínacímu proudu a pokud se transformátor (bez zátěže) zapne, když střídavé napětí prochází nulou, pak hodnota zapínacího proudu proud bude velmi vysoký a také překročí saturační proud, jak vidíte na následujícím obrázku:

Náběhový proud v motorech

Stejně jako indukční motor transformátoru nemají kontinuální magnetickou cestu. Neochota indukčního motoru je vysoká kvůli vzduchové mezeře mezi rotorem a statorem. Z tohoto důvodu indukční motor s vysokou reluktancí vyžaduje pro spuštění rotujícího magnetického pole vysoký magnetizační proud. Níže uvedený diagram ukazuje spouštěcí charakteristiky motoru na plné napětí.

Jak je vidět na schématu, počáteční proud a počáteční moment jsou na začátku velmi vysoké. Tento vysoký rozběhový proud, který se také nazývá zapínací proud, může poškodit elektrický systém a počáteční vysoký točivý moment může ovlivnit mechanický systém motoru. Pokud snížíme počáteční hodnotu napětí o 50%, může to mít za následek 75% snížení točivého momentu motoru. K překonání těchto problémů se tedy používají obvody napájecího zdroje s měkkým startem (nazývané hlavně jako softstartéry).

Měli bychom se starat o nárazový proud a jak jej omezit?

Ano, vždy by nám mělo záležet na zapínacím proudu v indukčních motorech, transformátorech a v elektronických obvodech, které tvoří induktory, kondenzátory nebo jádro. Jak již bylo zmíněno dříve, zapínací proud je maximální špičkový proud, který se v systému vyskytl, a může být dvakrát nebo desetkrát vyšší než normální jmenovitý proud. Tento nežádoucí proudový hrot může poškodit zařízení jako v transformátoru, zapínací proud může způsobit vypnutí jističe při každém zapnutí. Úprava tolerance jističe nám může pomoci, ale součásti by měly odolat špičkové hodnotě při náběhu.

Zatímco v elektronických obvodech mají některé komponenty specifikaci, aby krátkodobě vydržely vysokou hodnotou zapínacího proudu. Některé součásti se ale velmi zahřívají nebo se poškodí, pokud je hodnota náběhu velmi vysoká. Při návrhu elektronického obvodu nebo desky plošných spojů je tedy lepší použít ochranný obvod zapínacího proudu.

Pro ochranu před zapínacím proudem můžete použít aktivní nebo pasivní zařízení. Volba typu ochrany závisí na frekvenci zapínacího proudu, výkonu, ceně a spolehlivosti.

Stejně jako můžete použít NTC termistor (záporný teplotní koeficient), který je pasivním zařízenímfunguje jako elektrický rezistor, jehož odpor je při vysoké teplotě velmi vysoký. NTC termistor se zapojuje do série se vstupním vedením napájecího zdroje. Vykazuje vysokou hodnotu odporu při okolní teplotě. Když tedy zařízení zapneme, vysoký odpor omezuje zapínací proud, který teče do systému. Jak proud neustále proudí, teplota termistoru stoupá, což výrazně snižuje odpor. Termistor proto stabilizuje zapínací proud a umožňuje toku ustáleného proudu do obvodu. NTC termistor je široce používán pro účely omezení proudu díky své jednoduché konstrukci a nízké ceně. Má také některé nevýhody, jako byste se nemohli spolehnout na termistor v extrémních povětrnostních podmínkách.

Aktivní zařízení jsou nákladnější a také zvyšují velikost systému nebo obvodu. Skládá se z citlivých součástí, které přepínají vysoký příchozí proud. Některá z aktivních zařízení jsou softstartéry, regulátory napětí a měniče DC / DC.

Tyto ochrany se používají k ochraně elektrického i mechanického systému omezením okamžitého zapínacího proudu. Níže uvedený graf ukazuje hodnotu zapínacího proudu s ochranným obvodem a bez ochranného obvodu. Jasně vidíme, jak účinná je ochrana před zapínacím proudem.

Jak měřit zapínací proud?

Všichni jste viděli vozík na kolo, aby ho rozpohyboval, jezdec musí vyvinout energickou sílu. Jakmile se kolo začne pohybovat, sníží se potřebná síla. Tato počáteční síla je tedy ekvivalentní spouštěcímu proudu. Podobně, v motorech, jakmile se rotor začne pohybovat, motor začne dosahovat ustáleného stavu, kdy ke svému chodu nevyžaduje vysoký proud.

K dispozici je řada klešťových metrů (multimetr), které nabízejí měření nárazového proudu. Jako můžete použít klešťový měřič Fluke 376 FC True-RMS k měření zapínacího proudu. Někdy zapínací proud vykazuje hodnotu, která je vyšší než jmenovitý výkon jističe, ale jistič se nevypne. Důvodem je to, že jistič pracuje na proudové křivce času v / s, jako byste používali jistič 10 A, takže zapínací proud, který je více než 10 A, by měl protékat jističem více než jmenovitý čas toho.

Při měření zapínacího proudu postupujte podle níže uvedených kroků:

• Testované zařízení by mělo být zpočátku vypnuto
• Otočte číselníkem a nastavte znak Hz-Ã
• Umístěte vodič pod napětím do čelisti nebo použijte sondu spojenou s klešťovým měřičem
• Stiskněte tlačítko zapínacího proudu v klešťovém měřiči, jak je znázorněno na obrázku výše
• Zapněte zařízení, hodnota zapínacího proudu se zobrazí na displeji měřiče