Пусковой ток , входной импульсный ток или импульс включения — это максимальный мгновенный входной ток, потребляемый электрическим устройством при первом включении. Электродвигатели и трансформаторы переменного тока могут потреблять в несколько раз больше своего нормального тока полной нагрузки при первом включении в течение нескольких циклов входной формы волны. Преобразователи мощности также часто имеют пусковые токи, намного превышающие их установившиеся токи из-за зарядного тока входной емкости . Выбор устройств защиты от перегрузки по току, таких как предохранители и автоматические выключатели, усложняется, когда необходимо выдерживать высокие пусковые токи. Защита от перегрузки по току должна быстро реагировать на перегрузки или короткие замыкания , но не должна прерывать цепь, когда протекает (обычно безвредный) пусковой ток.
Разряженный или частично заряженный конденсатор выглядит как короткое замыкание на источник, когда напряжение источника выше потенциала конденсатора. Полностью разряженному конденсатору потребуется приблизительно 5 периодов времени RC для полной зарядки; в течение периода зарядки мгновенный ток может превышать установившийся ток в значительное количество раз. Мгновенный ток снижается до установившегося тока, когда конденсатор достигает полной зарядки. В случае разомкнутой цепи конденсатор будет заряжен до пикового напряжения переменного тока (на самом деле невозможно зарядить конденсатор с помощью сети переменного тока, поэтому это относится к изменяющемуся, но однонаправленному напряжению; например, выходному напряжению выпрямителя).
В случае зарядки конденсатора от линейного постоянного напряжения, например, от батареи, конденсатор все равно будет выглядеть как короткое замыкание; он будет потреблять ток от источника, ограниченный только внутренним сопротивлением источника и ESR конденсатора. В этом случае зарядный ток будет непрерывным и экспоненциально уменьшаться до тока нагрузки. При разомкнутой цепи конденсатор будет заряжаться до постоянного напряжения.
Защита от начального броска тока в период зарядки конденсатора фильтра имеет решающее значение для производительности устройства. Временное введение высокого сопротивления между входным питанием и выпрямителем может увеличить сопротивление включения, что приведет к снижению броска тока. Использование ограничителя броска тока для этой цели помогает, так как он может обеспечить необходимое начальное сопротивление.
Когда трансформатор впервые включается, 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 бросок тока до 60 раз больше рабочего тока. Наихудший случай броска тока происходит, когда первичная обмотка подключается в момент около нулевого пересечения первичного напряжения (что для чистой индуктивности было бы максимальным током в цикле переменного тока) и если полярность полупериода напряжения имеет ту же полярность, что и остаточная намагниченность в железном сердечнике ( магнитная остаточная намагниченность осталась высокой с предыдущего полупериода). Если только обмотки и сердечник не рассчитаны так, чтобы обычно никогда не превышать 50% насыщения (а в эффективном трансформаторе они никогда не превышают, такая конструкция была бы слишком тяжелой и неэффективной), то во время такого запуска сердечник будет насыщен. Это также можно выразить как остаточный магнетизм при нормальной работе почти такой же высокий, как магнетизм насыщения в «колене» петли гистерезиса . Однако после насыщения сердечника индуктивность обмотки оказывается значительно сниженной, и только сопротивление обмоток первичной стороны и импеданс линии электропередачи ограничивают ток. Поскольку насыщение происходит только в течение части полупериодов, могут генерироваться богатые гармониками формы волн, которые могут вызывать проблемы для другого оборудования. Для больших трансформаторов с низким сопротивлением обмотки и высокой индуктивностью эти пусковые токи могут длиться несколько секунд, пока переходный процесс не затихнет (время затухания пропорционально X L / R ) и не установится регулярное равновесие переменного тока. Чтобы избежать магнитного броска, только для трансформаторов с воздушным зазором в сердечнике индуктивная нагрузка должна быть синхронно подключена вблизи пика напряжения питания, в отличие от переключения при нулевом напряжении, которое желательно для минимизации резких переходных токов с резистивными нагрузками, такими как мощные нагреватели. Однако для тороидальных трансформаторов только процедура предварительного намагничивания перед включением позволяет запустить эти трансформаторы без пиковых пусковых токов.
Пусковой ток можно разделить на три категории:
Когда электродвигатель переменного или постоянного тока впервые включается, ротор не движется, и ток, эквивалентный току остановки, будет течь, уменьшаясь по мере того, как двигатель набирает скорость и развивает обратную ЭДС , чтобы противостоять питанию. Асинхронные двигатели переменного тока ведут себя как трансформаторы с закороченной вторичной обмоткой, пока ротор не начнет двигаться, в то время как щеточные двигатели по сути представляют собой сопротивление обмотки. Продолжительность переходного процесса запуска меньше, если механическая нагрузка на двигатель снимается, пока он не наберет скорость.
Для двигателей большой мощности конфигурация обмоток может быть изменена ( звезда при запуске и затем треугольник ) во время запуска, чтобы уменьшить потребляемый ток.
Металлы имеют положительный температурный коэффициент сопротивления ; они имеют более низкое сопротивление в холодном состоянии. Любая электрическая нагрузка, которая содержит существенный компонент металлических резистивных нагревательных элементов, таких как электрическая печь или батарея ламп накаливания с вольфрамовой нитью , будет потреблять большой ток до тех пор, пока металлический элемент не достигнет рабочей температуры. Например, настенные выключатели, предназначенные для управления лампами накаливания, будут иметь рейтинг «T», указывающий, что они могут безопасно управлять цепями с большими пусковыми токами ламп накаливания. Пусковой ток может быть в 14 раз больше установившегося тока и может сохраняться в течение нескольких миллисекунд для ламп меньшего размера и до нескольких секунд для ламп мощностью 500 Вт и более. [1] (Неграфитированные) лампы с углеродной нитью, которые сейчас редко используются, имеют отрицательный температурный коэффициент и потребляют больше тока по мере нагрева; «пусковой» ток у этих типов не обнаружен.
Резистор, включенный последовательно с линией, может быть использован для ограничения тока, заряжающего входные конденсаторы. Однако этот подход не очень эффективен, особенно в мощных устройствах, поскольку резистор будет иметь падение напряжения и рассеивать некоторую мощность.
Пусковой ток также можно уменьшить с помощью ограничителей пускового тока. Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) обычно используются в импульсных источниках питания, приводах двигателей и аудиооборудовании для предотвращения повреждений, вызванных пусковым током. Термистор — это термочувствительный резистор с сопротивлением, которое значительно и предсказуемо изменяется в результате изменения температуры. Сопротивление NTC-термистора уменьшается по мере повышения его температуры. [2]
По мере того, как ограничитель пускового тока самонагревается, ток начинает протекать через него и нагревать его. Его сопротивление начинает падать, и относительно небольшой ток заряжает входные конденсаторы. После того, как конденсаторы в источнике питания заряжаются, самонагревающийся ограничитель пускового тока оказывает небольшое сопротивление в цепи с низким падением напряжения по отношению к общему падению напряжения цепи. Недостатком является то, что сразу после выключения устройства резистор NTC все еще горячий и имеет низкое сопротивление. Он не может ограничить пусковой ток, если не остынет в течение более 1 минуты, чтобы получить более высокое сопротивление. Другим недостатком является то, что термистор NTC не защищен от короткого замыкания.
Другим способом избежать пускового тока трансформатора является «реле переключения трансформатора». Ему не нужно время на охлаждение. Оно также может справляться с полуволновыми провалами напряжения в линии электропередачи и защищено от короткого замыкания. Эта техника важна для испытаний IEC 61000-4-11.
Другим вариантом, особенно для высоковольтных цепей, является использование схемы предварительной зарядки . Схема будет поддерживать режим предварительной зарядки с ограничением тока во время зарядки конденсаторов, а затем переключаться в режим без ограничения тока для нормальной работы, когда напряжение на нагрузке составляет 90% от полного заряда.
Когда трансформатор , электродвигатель , электромагнит или другая индуктивная нагрузка отключаются, индуктор увеличивает напряжение на переключателе или выключателе и вызывает расширенную дугу. Когда трансформатор отключается на первичной стороне, индуктивный толчок вызывает скачок напряжения на вторичной обмотке, который может повредить изоляцию и подключенные нагрузки. [3]