Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Методы снижения пусковых токов импульсных источников питания

18 мая 2020

Александр Русу (г. Одесса)

Одна из главных проблем использования импульсных источников питания в светодиодных осветительных системах – ограничение пусковых токов, способных вывести эти системы из строя. Модульные решения, предусматриваюшие ограничение этих токов, предлагает компания MEAN WELL, а дискретные – для малосерийной продукции или индивидуальной разработки – сам автор статьи.

Маломощные импульсные источники питания (ИП) всегда пользовались стабильным спросом на рынке электроники – в системах промышленной автоматики, контроля доступа, пожарной безопасности и многих других. В последнее время этот список пополнился устройствами интернета вещей, умного дома и домашней автоматизации.

До недавнего времени использование ИП, независимо от того, являлись ли они универсальными блоками общего применения или разрабатывались для конкретного устройства, не вызывало особых технических проблем, но с началом эпохи светодиодного освещения ситуация изменилась не в лучшую сторону. Активное использование недорогих 12-вольтовых светодиодных лент увеличило число ИП в системах освещения, в результате чего стали появляться сбои в системах электроснабжения, вплоть до выхода оборудования из строя.

Суть проблемы заключается в значительной величине пускового тока (Inrush Current), возникающего в момент подключения блока питания к сети. Несмотря на то, что в каждом ИП приняты меры для его ограничения, все равно в большинстве устройств его величина может в десятки раз превышать ток, потребляемый при максимальной нагрузке. В результате одновременное включение нескольких ИП может приводить к срабатыванию защиты от короткого замыкания и вынуждает устанавливать автоматические выключатели либо с большим током, либо с большим временем срабатывания. Кроме того, при частом включении осветительных приборов резко уменьшается срок службы коммутирующих устройств – выключателей или реле, поскольку из-за чрезвычайно большого коммутируемого тока у них быстро прогорают контакты.

Хотя эта проблема не нова, до недавнего времени каких-либо готовых, а главное – доступных решений практически не было. Это и послужило поводом рассмотреть имеющиеся на рынке устройства для уменьшения пусковых токов, а также несколько доступных способов самостоятельного устранения этой проблемы.

 

Технические характеристики источников питания

На сегодняшний день создать ИП мощностью до 1 кВт не является сложной технической задачей. Доступность элементной базы и большое количество наработок в этой области позволяют в сжатые сроки наладить производство источников питания на основе известных компонентов и по известным рекомендациям. Неудивительно, что схемотехника, технические характеристики и внешний вид недорогих выпрямительных устройств как ведущих мировых производителей, так и малоизвестных компаний очень схожи.

Одними из недорогих источников питания, часто используемыми для питания светодиодных лент, являются модули серии LRS производства компании MEAN WELL (рисунок 1). При разработке данной линейки были использованы как последние достижения в области производства импульсных источников питания, так и самая современная элементная база, что позволило вывести ИП семейства LRS на современный технический уровень и обеспечить хорошее соотношение «цена/качество».

Рис. 1. Выпрямитель из семейства LRS

Ключевыми особенностями семейства LRS (таблица 1) являются возможность работы в универсальном диапазоне входных напряжений (85…264 B AC), компактный размер (высота профиля 1U – 30 мм), высокий КПД (до 91,2%) и малое потребление при отключении нагрузки (0,2…0,75 Вт). ИП семейства LRS имеют множество сертификатов, среди которых IEC/EN 60335-1 (PD3) и IEC/EN61558-1, 2-16. Все источники питания LRS проходят тестирование при 100% нагрузки и имеют трехлетнюю гарантию.

Таблица 1. Основные технические характеристики выпрямителей семейства LRS

Наименование Номинальная  выходная мощность, Вт Выходное напряжение, В Входное напряжение В AC Потребляемый ток при 230 В АС, А Стартовый ток при 230 В АС, А
LRS-35 35 5…48 85…264 0,42 45
LRS-50 50 3,3…48 85…264 0,56 45
LRS-75 75 5…48 85…264 0,85 65
LRS-100 100 3,3…48 85…264 1,2 50
LRS-150 150 12…48 85…132/170…264 1,7 60
LRS-150F 150 5…48 85…264 1,7 60
LRS-200 200 3,3…48 90…132/180…264 2,2 60
LRS-350 350 3,3…48 90…132/180…264 3,4 60

Одной из специфических особенностей светодиодного освещения является возможность установки оборудования в специализированных электрических шкафах, поэтому наряду с ИП в перфорированных корпусах на практике может возникнуть реальная потребность в модулях с форм-фактором, рассчитанном на установку на DIN-рейку. В этом случае следует обратить внимание на семейство HDR производства компании MEAN WELL, выпускаемое в малогабаритных пластмассовых корпусах (рисунок 2).

Рис. 2. Внешний вид выпрямителей семейства HDR производства MEAN WELL

Несмотря на то, что выпрямители HDR изначально были спроектированы для использования в автоматизированных системах управления и имеют изоляцию с электрической прочностью вплоть до Class II, сфера их применения не ограничивается питанием только промышленных контроллеров. Благодаря широкому диапазону входных напряжений, хорошему уровню электробезопасности, высокому КПД и малому энергопотреблению при отключении нагрузки (не более 0,3 Вт) эти модули (таблица 2) можно с успехом применить в самых разнообразных приложениях, начиная от питания элементов сложных технологических линий и заканчивая тем же светодиодным освещением.

Таблица 2. Основные технические характеристики выпрямителей семейства HDR

Наименование Максимальная выходная мощность, Вт Выходное напряжение, В Входное напряжение, В AC Потребляемый ток при 230 В АС, А Стартовый ток при 230 В АС, А
HDR-15 15 5…48 85…264 0,25 45
HDR-30 36 5…48 85…264 0,48 25
HDR-60 60 5…48 85…264 0,8 60
HDR-100 100 12…48 85…264 1,6 70
HDR-150 150 12…48 85…264 1,6 70

Анализируя данные таблиц 1 и 2, можно увидеть, что у всех рассмотренных ИП пусковой ток в десятки раз превышает ток, потребляемый при максимальной нагрузке. Причем чем меньше мощность источника питания, тем больше это соотношение. Например, для самой маломощной из рассмотренных моделей – ИП HDR-15 пусковой ток (45 А), согласно технической документации, в 180 раз превышает максимальное значение во время работы (0,25 А). Для мощных выпрямителей это соотношение хоть и немного меньше, но все равно является достаточно большим. Абсолютный рекорд по величине пускового тока (70 А) принадлежит моделям HDR-150. При таком пусковом токе в момент включения устройства хоть и кратковременно, но будет потребляться около 15 кВт, что достаточно много даже для промышленного оборудования.

Ситуацию не спасает и введение в ИП корректора коэффициента мощности (ККМ). Если проанализировать технические характеристики модулей семейства RSP производства MEAN WELL (рисунок 3), отличающихся от рассмотренных выше выпрямителей LRS наличием активного корректора коэффициента мощности, то окажется, что их пусковые токи также превышают номинальные значения в 15…70 раз (таблица 3). Это, конечно, меньше, чем в модулях без ККМ, однако все равно много, даже несмотря на высокий коэффициент мощности (не менее 0,93).

Рис. 3. Выпрямитель семейства RSP производства MEAN WELL

Таблица 3. Основные технические характеристики выпрямителей семейства RSP

Наименование Максимальная выходная мощность, Вт Выходное напряжение, В Входное напряжение, В АС Потребляемый ток при 230 В АС, А Стартовый ток при 230 В АС, А
RSP-75 75 3,3…48 85…264 0,5 35
RSP-100 100 3,3…48 85…264 0,55 30
RSP-150 150 3,3…48 85…264 0,8 45
RSP-200 200 2,5…48 88…264 1,1 40
RSP-320 320 2,5…12 88…264 1,5 40
RSP-500 500 3,3…48 85…264 2,65 40

Причины появления пусковых токов

На сегодняшний день большинство ИП изготавливается по схеме с бестрансформаторным входом. Ключевыми элементами данной схемы являются выпрямитель, реализуемый чаще всего по мостовой схеме, и входной сглаживающий конденсатор (рисунок 4).

Рис. 4. Типовая схема входной цепи выпрямительного устройства с бестрансформаторным входом

До включения блока питания конденсатор C1 полностью разряжен и напряжение на нем равно нулю, в то время как в рабочем режиме оно достигает амплитудного значения напряжения сети, равного, при входном напряжении 220 В, около 310 В. Поскольку напряжение на конденсаторе измениться мгновенно не может, то в момент включения схемы обязательно должен произойти бросок тока из-за необходимости заряда конденсатора фильтра.

Максимальное значение пускового тока зависит не только от электрических характеристик элементов схемы, но и от момента включения ее в сеть. Наихудшим случаем считается подключение к сети в моменты, когда ее напряжение равно амплитудным значениям. В этом случае к диодам выпрямителя VD1…VD4 прикладывается прямое напряжение около 310 В, и их ток ограничивается лишь активными сопротивлениями кристаллов, соединительных проводников и внутренним последовательным сопротивлением конденсатора. Очевидно, что если не принимать никаких мер, то начальное значение пускового тока может превысить 100 А даже при небольшой емкости конденсатора C1.

Несмотря на то, что выпрямительные полупроводниковые диоды VD1…VD4 обычно выдерживают подобные перегрузки, столь высокое значение тока может значительно сократить срок их службы и вывести из строя. Для предотвращения этого пусковой ток даже в маломощных схемах обычно ограничивается с помощью резистора, сопротивление которого выбирается таким, чтобы ток через диоды выпрямителя в самом худшем случае не превышал максимально допустимое значение для данного режима работы.

Однако последовательное включение сопротивления приводит к увеличению потерь, величина которых может оказаться недопустимо большой. Для исключения этого в выпрямителях вместо резистора чаще всего устанавливают термистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. В момент включения, когда сопротивление термистора велико, пусковой ток мал. После запуска источника питания ток, протекающий через термистор, разогревает его, что приводит к снижению его сопротивления и, как следствие, к уменьшению влияния на работу схемы. Несмотря на простоту, у такого способа есть один серьезный недостаток – при частой коммутации, например, когда ИП включается сразу после выключения, термистор не успевает остыть и ограничение пускового тока происходит не так эффективно.

Таким образом, в импульсных ИП, построенных по классическим схемам, пусковой ток ограничивается лишь на уровне, обеспечивающем безопасный режим работы выпрямительных диодов, поскольку использование иного решения приведет или к уменьшению КПД системы в целом, или к ее существенному удорожанию. Очевидно, что проблему пусковых токов в большинстве случаев необходимо решать другими способами.

Методы ограничения пусковых токов

При анализе схемотехники импульсных выпрямительных устройств с бестрансформаторным входом становится понятно, что одним из наилучших методов уменьшения пусковых токов является кратковременное увеличение сопротивления входной цепи в момент включения. Именно по такому пути пошла компания MEAN WELL, представив на рынке серию ограничителей пусковых токов семейства ICL (рисунок 5).

Рис. 5. Ограничители пусковых токов производства компании MEAN WELL

На сегодняшний день MEAN WELL предлагает своим клиентам четыре модели ограничителей с максимальным пусковым током 23 А (ICL-16R/L) и 48 А (ICL-28R/L), предназначенные для установки на DIN-рейку (модели с суффиксом R) или на шасси (модели с суффиксом L). Основными элементами модулей являются мощные токоограничивающие резисторы, реле и схема управления (рисунок 6). В момент включения контакты реле разомкнуты, и входной ток выпрямительных устройств протекает через резистор с сопротивлением R. Через некоторое время, определяемое схемой управления, на обмотку реле подается напряжение, и его контакты замыкают токоограничивающий резистор, подключая выпрямительные устройства непосредственно к сети.

Рис. 6. Структурная схема ограничителей ICL

Время срабатывания реле определяется схемой управления и составляет 300 мс для моделей ICL-16R/L и 150 мс для ICL-28R/L (таблица 4), что равно, соответственно, 15 и 7,5 периодам изменения напряжения сети с частотой 50 Гц. Этого времени вполне достаточного для заряда конденсаторов входных фильтров, поскольку в большинстве случаев напряжение на них достигает необходимой величины в течение 1…3 периодов (20…60 мс).

Таблица 4. Основные технические характеристики ограничителей ICL

Параметры Наименование
ICL-16R/L ICL-28R/L
Входное напряжение, В AC 180…264 180…264
Ограничение пускового тока, А 23 48
Максимальный выходной ток (продолжительный), А 16 28
Потребляемая мощность при 264 В, Вт < 1,5 < 2
Длительность ограничения тока, мс 300 ± 50 150 ± 50
Диапазон рабочих температур, °С -30…70 -30…70

Ключевым преимуществом ограничителей ICL является возможность работы с несколькими ИП (рисунок 7). Действительно, при наличии последовательно включенного резистора максимальный ток в цепи не может превысить определенное значение даже при коротком замыкании выхода ограничителя. В этом случае максимальное количество подключаемых источников питания ограничивается максимально допустимым током контактов реле, равным 16 А для ICL-16R/L и 28 А для ICL-28R/L. Таким образом, пусковой ток в системе с использованием ограничителей тока будет превышать ток при полной нагрузке не более чем в два раза.

Рис. 7. Типовая схема включения ограничителей ICL

Еще одним преимуществом такого решения является его универсальность, поскольку проблема пусковых токов существует не только у импульсных ИП. Например, такая же проблема может возникнуть при включении мощных трансформаторов. И хоть в этом случае причина появления пускового тока имеет иную физическую природу (наличие остаточной намагниченности ферромагнитного материала магнитопровода), тем не менее, ее теоретически можно также решить с помощью ограничителей пусковых токов производства компании MEAN WELL.

Особенности самостоятельного изготовления ограничителей пусковых токов

Как и любая продукция компании MEAN WELL, ограничители пусковых токов серии ICL отличаются высоким качеством. Однако они все еще являются новинкой на рынке и их доступность некоторое время будет недостаточной для широкого использования. Тем не менее, простота метода ограничения пусковых токов позволяет изготовить такое устройство самостоятельно из компонентов, имеющихся в любом радиомагазине.

Один из вариантов такого решения показан на рисунке 8. В качестве токоограничивающих резисторов были использованы два соединенных параллельно 5-ваттных проволочных резистора R3 и R4, замыкаемые с помощью контактов реле K1. Элементы R1, R2, VD1, VD2, C1 являются простейшим стабилизированным источником питания, предназначенным для включения реле. Время срабатывания системы зависит от скорости заряда конденсатора C1 и при данных номиналах компонентов приблизительно равно 0,5 с, что вполне достаточно для заряда конденсаторов фильтров подсоединенных выпрямительных устройств. Максимальное значение пускового тока определяется сопротивлением резисторов R3 и R4. При использовании элементов с сопротивлением 47 Ом ток в момент включения системы не должен превышать 12 А во всем диапазоне рабочих напряжений.

Рис. 8. Принципиальная схема и внешний вид самостоятельно изготовленного ограничителя тока

Для надежного срабатывания реле, способного коммутировать токи более 1 А, необходимо около 0,5 Вт мощности, поэтому чем больше напряжение обмотки, тем меньше энергопотребление системы, ведь формирование напряжения для обмотки реле производится простейшей схемой на основе резистивного делителя, КПД которого катастрофически падает с уменьшением коэффициента передачи. В данной схеме было использовано стандартное реле SRD-24VDC-SL-C с обмоткой, рассчитанной на напряжение 24 В, поэтому потребляемая мощность данной схемы достаточно высока – около 4 Вт.

Для уменьшения энергопотребления можно заменить резисторы R1 и R2 на конденсатор, имеющий на частоте 50 Гц аналогичное сопротивление. Однако наилучшим решением в данной ситуации будет использование специализированных маломощных источников питания, которые не только сформируют нужное напряжение с малыми потерями, но и обеспечат работоспособность схемы в широком диапазоне входных напряжений.

Небольшое количество компонентов позволило поместить данную схему в компактном корпусе KLS24-JG4-01, рассчитанном на установку на DIN-рейку. Практические испытания схемы с пятью подключенными к выходу ИП мощностью от 50…150 Вт показали хорошее ограничение пусковых токов, проявляющееся в отсутствии срабатываний защиты от коротких замыканий, которая до этого активизировалась в среднем при каждом третьем включении.

Основным недостатком рассмотренной выше схемы является высокое энергопотребление, проявляющееся в достаточно сильном нагреве корпуса во время работы. Поэтому было решено применить более простой способ питания реле напряжением, формируемым непосредственно выпрямительным устройством (рисунок 9). Использование такого подхода позволило, во-первых, значительно упростить схему, а во-вторых, максимально уменьшить пусковой ток, ведь при таком подходе реле сработает уже после запуска источника питания, то есть, когда заряд конденсатора фильтра гарантированно закончится.

Рис. 9. Принципиальная схема и внешний вид ограничителя тока с питанием реле от выпрямительного устройства

В новой схеме в качестве токоограничивающих резисторов были использованы два параллельно соединенных резистора сопротивлением 1 кОм и мощностью 3 Вт. При таких номиналах максимальное значение пускового тока не будет превышать 2 A. Очевидно также, что для этой схемы рабочее напряжение реле должно быть равно выходному напряжению выпрямительного устройства, в данном случае – 12 В.

Поскольку столь высокое сопротивление во входной цепи теоретически может привести к нестабильной работе блока питания, для проверки работоспособности системы была собрана экспериментальная установка на основе импульсного ИП мощностью 60 Вт (рисунок 10). Для измерения тока был использован резистивный шунт с сопротивлением 0,1 Ом, включенный последовательно с выпрямительным устройством. Напряжение сети контролировалось с помощью штатного делителя напряжения с коэффициентом передачи 1:10, встроенного в щуп цифрового осциллографа SIGLENT SDS 1072CML+.

Рис. 10. Принципиальная схема измерительной установки

Согласно технической документации на выпрямительное устройство, его ток в момент включения не должен превышать 45 А. Но, поскольку фактическое значение пускового тока сильно зависит от момента включения (по отношению к началу периода сети), то включить систему при максимуме напряжения сети без использования специализированного оборудования достаточно тяжело. Тем не менее, на рисунке 11 показаны осциллограммы, полученные при включении системы менее чем за 1 мс до момента достижения амплитудного напряжения сети. Как видно из результатов измерений, величина пускового тока составила приблизительно 25 А, что почти в 17 раз больше амплитудного значения тока, потребляемого при выходном токе 5 А (амплитудное значение входного тока при этом равно 1,5 А), составляющем более 80% от максимальной нагрузки (рисунок 12).

Рис. 11. Диаграммы напряжения сети (фиолетовый канал) и потребляемого тока (желтый канал) в момент включения выпрямительного устройства при отсутствии ограничителя пусковых токов

Рис. 12. Диаграммы напряжения сети (фиолетовый канал) и потребляемого тока (желтый канал) при работе выпрямительного устройства в режиме 80% мощности

После подключения ограничителя пусковой ток уменьшился до нескольких ампер (рисунок 13), при этом видно, что заряд конденсатора фильтра теперь занимает значительно больше времени. Однако это не влияет на стабильность запуска системы, поскольку к моменту включения импульсного преобразователя выпрямительного устройства количества энергии в конденсаторе фильтра хватит для поддержания выходного напряжения в течение нескольких сотен миллисекунд, что вполне достаточно для включения реле.

Рис. 13. Диаграммы напряжения сети (фиолетовый канал) и потребляемого тока (желтый канал) в момент включения выпрямительного устройства с ограничителем пусковых токов

Очевидно, что при таком подходе к ограничению входного тока самой сложной ситуацией для системы будет режим перегрузки по току ИП. В этом случае выходного напряжения блока питания может оказаться недостаточно для срабатывания реле, и токоограничивающие резисторы останутся включенными до момента устранения перегрузки. Однако благодаря тому, что большинство ИП имеет встроенную защиту от перегрузки по току, при срабатывании которой они переходят в прерывистый («икающий») режим работы, входной ток при этом значительно снижается (рисунок 14) и мощность, выделяемая на токоограничивающих резисторах, не достигает опасных значений. Так, после часа работы системы в режиме короткого замыкания ИП температура перегрева корпусов резисторов R1 и R2, измеренная контактным способом с помощью термопары, не превысила 60°С.

Рис. 14. Диаграммы тока, потребляемого выпрямительным устройством в режиме короткого замыкания выхода

Несмотря на то, что увеличение сопротивления токоограничивающих резисторов позволяет полностью исключить возникновение экстратоков в момент включения, сильно увеличивать их сопротивление не нужно. При большом сопротивлении этих компонентов и возможной аварии во входной цепи выпрямительного устройства, например, при пробое входных диодов, встроенная плавкая вставка не сработает, и к токоограничивающим резисторам будет постоянно приложено все напряжение сети, что, скорее всего, приведет к их перегреву, а возможно – к возгоранию. Поэтому пусковой ток в системе должен быть, с одной стороны, не особо большим, по причинам, изложенным в начале статьи, а с другой – не особо малым, чтобы обеспечить надежную работу защит при аварии выпрямительных устройств. По этой же причине температуру корпусов токоограничивающих резисторов лучше всего контролировать термопредохранителем, разрывающим цепь при перегреве.

Как и все рассмотренные перед этим способы, схема, изображенная на рисунке 9, может ограничивать ток как одного, так и нескольких ИП. В последнем случае реле можно подключить как к одному блоку питания, так и к нескольким, объединив их, например, по схеме монтажного ИЛИ. 

Заключение

Проблема пусковых токов выпрямительных устройств не нова. Отрадно осознавать, что ведущие мировые производители источников питания начали выпускать на рынок профессиональные решения, позволяющие минимизировать значение этого параметра. При этом вполне возможно, что в ближайшем будущем наряду с традиционными ИП общего назначения появятся специализированные семейства для осветительного оборудования, в которых данная защита уже будет интегрирована, а следовательно, системы светодиодного освещения станут еще проще и надежнее.

•••

Наши информационные каналы

Ограничитель пускового тока ICL-16 фирмы MEAN WELL

Фирма MEAN WELL выпустила ограничитель пускового тока ICL-16.
Он выпускается в двух модификациях: для установки на DIN рейку (ICL-16R) и для линейного подключения (ICL-16L).

Добавление ограничителя пускового тока ICL-16 после автоматического выключателя переменного тока может эффективно уменьшить вероятность ложного отключения этого автоматического выключателя при включении источника питания, повышая общую надежность системы.


Прежде чем обсуждать устройство ICL-16, разберемся в причинах возникновения пускового тока в источниках питания.
В конструкции импульсного источника питания обычно используются конденсаторы для уменьшения напряжения пульсации, вызванной частотой питающего напряжения и для повышения стабильности напряжения. Однако конденсаторы обычно требуют большого количества тока для зарядки при первоначальном запуске, что приводит к возникновению большого импульсного тока, называемого пусковым током.


Чтобы минимизировать пусковой ток, большинство разработчиков источников питания используют термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) в качестве основного компонента схемы подавления пускового тока.

Сопротивление NTC-терморезисторов уменьшается при нагреве.
Ограничение тока происходит следующим образом. Когда термистор холодный, его сопротивление велико, мы включаем источник питания и ток в цепи ограничивается активным сопротивлением термистора. Постепенно происходит разогрев термистора и его сопротивление падает, а источник питания выходит на рабочий режим.
Недостатком такой схемы является то, что термисторы NTC потребляют энергию непрерывно во время работы, не только генерируя тепло, но и оказывая влияние на эффективность источника питания. В результате, значение сопротивления термисторов NTC не могут быть слишком высокими (иначе снизится эффективность работы источника питания), что определяет достаточно большие значения пусковых токов, до которых возможно ограничение. Эти значения некоторые пользователи считают неприемлемыми.


В ограничителе пускового тока ICL-16 фирма MEAN WELL использовала другое, более эффективное решение. Блок-схема ICL-16:

В данной блок-схеме процесс ограничения пускового тока выполняется под руководством управляющей схемы Control Circuit. При первоначальном включении источника питания контакты реле Relay разомкнуты, и ток ограничивается резистором R. После процесса ограничения тока управляющая схема замыкает контакт реле Relay, и накоротко замкнутые контакты этого реле уже не потребляют энергию источника питания при дальнейшей его работе.
Такая структура ограничителя пускового тока не только значительно уменьшает тепло, выделяемое во время работы, но и улучшает подавляющую способность, тем самым отличая ICL-16 от других ограничителей пускового тока, использующих термисторы NTC.


Информация по заказу:

Технические характеристики:


Ограничение пускового тока до 23 А, встроенная тепловая защита;
Предназначен для продолжительных токов до 16 А;
Диапазон рабочих температур: от -30 °С до +70 °С;
ICL-16R совместим с DIN рейками стандартов TS-35/7.5 и TS-35/15;
Габариты (ДхШхВ): 35х90х54,5 мм (ICL-16R), 175х42х24 мм (ICL-16L).

Более подробную техническую информацию можно посмотреть здесь:

https://www.meanwell.com/Upload/PDF/ICL-16R/ICL-16R,16L-SPEC.PDF

Расчет количества источников питания, которые могут быть подключены к ICL-16.


Имеются два ключевых параметра, которые должны быть приняты во внимание в отношении расчета источников питания, которые могут быть установлены после ICL-16:
- номинальный продолжительный переменный ток;
- допустимая емкостная нагрузка.


Ниже приведен пример расчета максимального количества источников питания SDR-120-24, которые могут быть подключены к ICL-16R.


Шаг 1:


Из технической документации следует, что у ICL-16R номинальный продолжительный переменный ток: 16А; допустимая емкостная нагрузка: 2500µF.


Шаг 2:


В соответствии с технической документацией на SDR-120-24, максимальное значение переменного тока для источника питания равно 0,7A при 230VAC.


Существует формула для расчета: номинальный продолжительный переменный ток для ICL-16 / максимальное значение переменного тока для источника питания = 16A / 0.7 A = 22.8 → 22 единиц (источников питания).


Шаг 3:

Согласно отчета по испытаниям серии SDR-120-24, емкость объемного конденсатора " C5 " составляет 100 мкФ.


Существует формула для расчета емкости: допустимая емкостная нагрузка ICL-16 / емкость источника питания = 2500мкф / 100мкФ = 25 единиц (источников питания).


Шаг 4:

Выбираем меньшее количество единиц (источников питания) путем сравнения вычисленных результатов с шага 2 и шага 3, а затем умножаем на коэффициент 0,9:


22 * 0.9 = 19.8 → 19 единиц (источников питания).


Шаг 5:


Можете собирать систему с 19 источниками питания SDR-120-24 и работать с ней.

Ограничение пусковых токов в устройствах коррекции коэффициента мощности - Компоненты и технологии

Входной каскад цепи электропривода
без ККМ очень похож на импульсный
источник питания с конденсатором
большой емкости, сглаживающим выпрямленный постоянный ток из электросети.
При первоначальной подаче питания на цепь
электропривода сетевое входное напряжение
в целом ведет себя как при коротком замыкании, поскольку на конденсаторах большой
емкости отсутствует заряд. При подаче мощности эта ситуация приводит к большим
пусковым токам для зарядки конденсатора.
Если такой бросок пускового тока не контролируется и не ограничивается, то потребление тока из сети поднимется до величин, превышающих нормальное среднеквадратичное
значение рабочего тока (рис. 1). Этот избыточный ток может повредить или подвергнуть чрезмерной нагрузке механические
и электрические элементы, например предохранители, паяные соединения и электронные компоненты.

Рис. 1. Типичный график броска пускового тока при переменном напряжении 120 В

Большинство производителей электродвигателей для крупных бытовых приборов применяет для ограничения бросков пускового
тока терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом (negative temperature
coefficient, NTC). Резистор NTC работает очень просто. В условиях холодного
или первичного запуска он представляет собой устройство с высоким сопротивлением
и ограничивает величину тока достаточно хорошо. После запуска или через некоторое время после достижения нормальных рабочих
условий резистор NTC нагревается из-за рассеяния мощности. По мере нагрева его сопротивление снижается, что делает резистор более эффективным трактом для прохождения
тока. В большинстве встроенных цепей электропривода резистор NTC устанавливается
в сильноточной цепи, либо на стороне переменного тока, либо после мостикового выпрямителя (рис. 2).

Рис. 2. Типичная цепь для защиты от бросков пускового тока

Но использование резистора NTC имеет
ряд недостатков, которые могут отрицательно повлиять на надежность встроенного электропривода. Как было упомянуто ранее, эффективность резистора NTC зависит от температуры. Чем сильнее он нагревается, тем
эффективнее проводит ток. Резистор NTC
нельзя охлаждать с помощью радиатора для
отвода тепла, поскольку в этом случае он не
будет работать должным образом. Это рассеяние мощности приводит к нагреву близлежащей области, где могут находиться другие
полупроводниковые компоненты. Повышение температуры всего на 10 °C может сократить предполагаемый срок службы полупроводников или среднее время безотказной работы (mean time between failures, MTBF) в два
раза, что значительно снижает надежность
привода.

Другая серьезная проблема, связанная с резистором NTC, — это его тепловая инерция
или время реакции. Проблема может возникать в том случае, когда напряжение электросети резко падает или сильно понижается на
достаточно продолжительное время, так что
заряд конденсаторов высокой емкости существенно расходуется. Когда сетевое напряжение восстанавливается, резистор NTC может
не успеть охладиться и остается в состоянии
низкого сопротивления. Броски пускового тока, связанные с восстановлением сетевого напряжения в этом случае, приводят к более
сильным токам перегрузки, чем обычно. Эти
токи оказываются даже больше бросков пускового тока при первоначальном запуске.
В данном случае защита отсутствует. Эти необычно сильные токи могут повредить такие
элементы силовой цепи, как предохранители,
паяные соединения, проводники на печатной
плате, или даже все элементы в линии.


Рис. 3. Функция управления пусковым током в контроллере ККМ

На рис. 3 показана реализация схемы, в которой решены многие проблемы, связанные
с резистором NTC. В этом альтернативном
методе может применяться резистор с постоянной величиной сопротивления или NTC
в качестве резистора, ограничивающего броски пускового тока. Описанная здесь цепь для
защиты от бросков пускового тока имеет два
дополнительных кремниевых управляемых
тринистора и нерегулируемый источник напряжения от небольшой вспомогательной
обмотки повышающего индуктора ККМ.

При первоначальной подаче питания
в цепь электродвигателя ток течет по мостиковому выпрямителю через пусковой резистор на конденсаторы большой емкости, где
величина тока ограничивается пусковым резистором. Через некоторое время, обычно определяемое схемой контроллера ККМ, этот
контроллер начинает работать. После запуска контроллер ККМ начинает коммутировать
питание для полевого МОП-транзистора, который в свою очередь подает импульсный
ток на повышающий индуктор. Этот импульсный ток создает нерегулируемое плавающее напряжение во вспомогательной обмотке, которое используется для включения
затворов двух тринисторов. Они расположены в схеме таким образом, чтобы обеспечить
токовую цепь в обход двух выпрямителей
в мостике вместе с пусковым резистором.
Этот альтернативный контур служит очень
эффективным трактом для прохождения тока без добавления в схему дополнительных
элементов, подключаемых последовательно.
Несмотря на то, что тринисторы имеют несколько большее падение напряжения в режиме прямого тока (Vf), чем диоды выпрямителя, падение напряжения на токоограничивающем элементе, например, на постоянном резисторе или резисторе NTC, таким образом
устраняется. Более того, рассеиваемое тринисторами тепло радиаторы могут отводить на
шасси, чего нельзя было сделать для резистора NTC. Эта возможность обеспечить теплоотвод позволяет схеме работать при пониженной температуре, что приводит к повышению
надежности системы или численных значений
MTBF.

Коэффициент трансформации вспомогательной обмотки следует выбирать так, чтобы создавалось достаточное напряжение для
включения затворов тринисторов при любых
заданных пределах изменения сетевого напряжения. Синхронизация включения затвора не имеет существенного значения, поскольку частота коммутации схемы ККМ, как правило, намного выше частоты электросети.
Схема ККМ, работающая на частоте всего
лишь 40 кГц, наверняка обеспечит коммутацию тринисторов с пересечением нуля, заставляя их работать подобно простым выпрямителям в схеме.

На рис. 3 показана упрощенная схема первого в отрасли двухфазного предрегулятора
ККМ на одном кристалле — UCC28070 производства компании Texas Instruments. Чередование двух фаз со сдвигом 180° обеспечивает подавление пульсирующего компонента тока. Это позволяет использовать меньший
фильтр электромагнитных помех наряду
с выходными конденсаторами ККМ, имеющими физически меньшие размеры. Такое
уменьшение размеров элементов в топологии с чередованием двух фаз делает эту топологию идеальным решением для встроенных схем электропривода. Многофазный
контроллер ККМ способен выполнять очень
высокие требования к плотности мощности,
в том числе обеспечивать низкие пиковые
значения.

Другое преимущество многофазности —
упрощенный теплообмен, поскольку мощность рассеивается по двум фазам. Общая
стоимость системы снижается благодаря
меньшему фильтру электромагнитных помех, меньшему размеру выходного конденсатора ККМ, а также меньшему количеству
магнитного материала, потому что общий
объем индуктора при двух фазах существенно меньше, нежели в однофазной схеме
(рис. 4). Номинальные токи полевого МОП-транзистора и диода также можно сократить,
по меньшей мере, на 50%. Транзисторы МОП
меньшего размера обладают более высоким
быстродействием, что дополнительно снижает потери на переключение транзистора
МОП. И, наконец, экономия от эффекта масштаба повышает покупательную способность
в отношении одинаковых устройств для каждой фазы, поскольку количество этих устройств удваивается.


Рис. 4. UCC28070 — предрегулятор ККМ с чередованием двух фаз

Устройство UCC28070 работает в режиме непрерывной проводимости. Также поставляется устройство UCC28060 с управлением по переходному режиму. Последнее
устройство имеет аналогичные преимущества наряду с подавлением пульсирующего
компонента тока, а также позволяет снизить
общую стоимость схемы. В основном это
относится к использованию недорогих вольтодобавочных диодов, поскольку при работе с управлением по переходному режиму
отсутствует состояние обратного восстановления.

Чтобы включить контроль пусковых токов в устройство UCC28070 или в схему с его
использованием, следует просто добавить
компоненты для ограничения бросков пускового тока, изображенные на рис. 3, в любой из индукторов фазы.

Планы разработок Texas Instruments в области контроллеров ККМ включают в себя
такие модели, как многофазные контроллеры UCC28070 или UCC28060, имеющие дополнительный функциональный блок. Этот
блок осуществляет мониторинг входа и выхода контроллера ККМ. В ситуации броска
пускового тока, например, в случае резкого
падения сетевого напряжения, этот функциональный блок переопределит выходной сигнал управления затвором, остановив коммутацию полевого МОП-транзистора и отключив питание в цепи управления затворами
тринисторов. В результате элемент, ограничивающий броски пускового тока, естественным образом автоматически включится
в сильноточную цепь.

Заключение

Когда речь идет об интеграции систем для
применений в области крупных бытовых электроприборов, многие разработчики выбирают нестандартные решения. Некоторые из
них используют устройства, способные выполнять многочисленные прикладные функции, чтобы уменьшить сложность системы
и время выхода изделия на рынок. Например,
цифровой сигнальный контроллер C2000
компании TI может заменить микроконтроллер, традиционно применяемый для управления перемещениями, если к нему добавляется такой улучшенный алгоритм управления электродвигателем, как оперативное
управление. При этом возрастает эффективность, поскольку применяются силовые электронные компоненты меньшего размера.
Помимо возможностей адаптации к различным топологиям ККМ, в том числе многофазным, цифровые сигнальные контроллеры C2000 способны реализовать все необходимые функции управления трехфазными
электродвигателями, поддерживать внутрисистемную коммуникацию, обеспечивать
пользовательский интерфейс, а также описанное здесь ограничение бросков пускового тока. Все это объединено в одном цифровом сигнальном процессоре C2000.

Ограничение - пусковой ток - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Ограничение - пусковой ток

Cтраница 4


Поэтому для ограничения пускового тока асинхронных двигателей в цепь ротора при пуске иногда вводят дополнительное сопротивление. Ясно, что если обмотка ротора выполнена в форме беличьего колеса, ни о каком введении дополнительного сопротивления не может быть и речи.  [47]

С целью ограничения пускового тока пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором иногда производят при пониженном напряжении. Понижение напряжения может осуществляться путем включения на период пуска последовательно с обмоткой статора двигателя пусковых ее противлении при помощи автотрансформатора и переключением обмотки статора со звезды на треугольник.  [48]

Рассмотрим процесс ограничения пускового тока генератора с помощью магнитных усилителей. Включим управляющую обмотку ОУ амплистата ( рис. 132) через выпрямительный мост В2 в качестве нагрузки трансформатора постоянного тока ТПТ; в задающую обмотку 03 подадим от тахогенератора Т ток, который на данной, например крайней, позиции контроллера машиниста сохраняет постоянное значение.  [49]

Выбирая систему ограничения пускового тока двигателя, необходимо проверять пусковой и входной - моменты двигателя.  [50]

Эти способы ограничения пускового тока асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором можно применять только в тех случаях, когда пуск осуществляется с небольшой нагрузкой на валу.  [51]

Предположим, что ограничение пускового тока в якорной цепи двигателя осуществляется введением двух ступеней R1 и R2 пускового резистора.  [53]

Важным вопросом является ограничение пусковых токов крупных синхронных двигателей. Для этой цели рекомендуется преимущественное применение реакторного пуска как наиболее простого и дешевого.  [54]

Какие существуют способы ограничения пускового тока асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.  [55]

Сопротивление гп служит для ограничения пускового тока, а сопротивление гд - тока дежурного горения. После вступления в действие главных анодов цепь дежурного горения может быть выключена.  [56]

Магнитный регулятор обеспечивает также ограничение пускового тока и напряжения главного генератора.  [57]

Пуск реостатный, возможно ограничение пускового тока при маломощной сети.  [58]

Для управления пуском и ограничения пускового тока могут применяться пускорегулирующая аппаратура и специальные схемы пуска.  [59]

Страницы:      1    2    3    4    5

Реле ограничения пускового тока РОПТ

Реле ограничения пускового тока РОПТ-20-1

 

Назначение РОПТ-20-1

Реле ограничения пускового тока РОПТ-20-1 с микропроцессорным управлением предназначено для ограничения пускового тока с помощью гасящих резисторов при подключении индуктивной или емкостной нагрузки к однофазной сети 220 В, 50 Гц. 

Конструкция системы

Реле РОПТ-20-1 выполнено в корпусе для установки на DIN-рейку.

На передней панели модуля находятся индикаторы «СЕТЬ», «АВАРИЯ».

В нижней и верхней части изделия находятся клеммные колодки для подключения реле к сети и к нагрузке. Питание реле осуществляется непосредственно от контролируемой сети

Технические характеристики РОПТ-20-1

 

Номинальное рабочее напряжение

В, Гц

220±20%; 50

Номинальный ток нагрузки

А

32

Время задержки ограничения пускового тока

сек

0,04

Нижний порог отключения нагрузки по напряжению

В

176

Нижний порог включения нагрузки по напряжению

В

184

Верхний порог отключения нагрузки по напряжению

В

252

Верхний порог включения нагрузки по напряжению

В

250

Потребляемая мощность, не более

Вт

5

Габаритные размеры модуля

мм

71 Х 90 Х 65

Масса, не более

кг

0,3

Диапазон рабочих температур (без конденсата)

°С

-10…+45

СКАЧАТЬ: паспорт РОПТ-20-1

 
Реле ограничения пускового тока РОПТ-20-3

Технические характеристики РОПТ-20-3 

 

Номинальное рабочее напряжение

В, Гц

380/220±20%; 50

Назначение.
Реле ограничения пускового тока РОПТ-20-3 с микропроцессорным управлением предназначено для ограничения пускового тока при подключении индуктивной или емкостной нагрузки к трехфазной сети 380/220 В, 50 Гц при помощи гасящих резисторов.

Номинальный ток нагрузки

А

20

Время задержки ограничения пускового тока

сек

0,04

Верхний порог отключения нагрузки по напряжению

В

264

Нижний порог отключения нагрузки по напряжению

В

176

Потребляемая мощность, не более

Вт

5

Габаритные размеры модуля

мм

71 Х 90 Х 65

Масса, не более

кг

0,3

Диапазон рабочих температур (без конденсата)

°С

-10…+45

 

Конструкция системы.  Реле РОПТ-20-3 выполнено в корпусе для установки на DIN-рейку.

На передней панели модуля находятся индикаторы «L1», «L2», «L3», «СЕТЬ».

В нижней и верхней части изделия находятся клеммные колодки для подключения реле к сети и к нагрузке.

Питание реле осуществляется непосредственно от контролируемой сети.

СКАЧАТЬ:  паспорт РОПТ-20-3

 

Назначение

Реле ограничения пускового тока РОПТ-20-LED с микропроцессорным управлением предназначено для ограничения пускового тока с помощью гасящих резисторов и защиты от короткого замыкания при подключении емкостной нагрузки к однофазной сети 220 В, 50 Гц.

Конструкция системы

Реле РОПТ-20-LED выполнено в корпусе для установки на DIN-рейку.
На нижней клеммной панели модуля находятся индикаторы «СЕТЬ», «АВАРИЯ».
В нижней и верхней части изделия находятся клеммные колодки для подключения реле к сети, к нагрузке и к цепям сигнализации.
Питание реле осуществляется непосредственно от контролируемой сети.

 

Технические характеристики
Параметр Значение
Номинальное рабочее напряжение 220±20% В; 50 Гц
Номинальный ток нагрузки 20 А
Время задержки ограничения пускового тока 0,04 с
Нижний порог отключения нагрузки по напряжению 150 В
Нижний порог включения нагрузки по напряжению 192 В
Верхний порог отключения нагрузки по напряжению нет
Защита от короткого замыкания в нагрузке в момент включения есть
Потребляемая мощность, не более 3 Вт
Габаритные размеры модуля 71 х 90 х 60 мм
Масса, не более 0,3 кг


Класс защиты – 0, ЭМС по ГОСТ Р 51318.14.1-99 Климатическое исполнение УХЛ 4.

 

 

Приобрести  это  и  другое  оборудование  Вы  можете  в  ООО «САВЭЛ»:

Адрес офиса: 660123, г.Красноярск, ул. Парковая, 10а

Тел.: +7 (391) 264-36-57, 264-36-58,  264-36-52,

E-mail: [email protected]

 

Реле ограничения пускового тока. Что это и зачем нужно?

Высокие пусковые токи светодиодных ламп. Почему это - проблема, и как эту проблему решить?

Светодиодные лампы и светильники сейчас используются повсеместно. В основе их конструкции, как не трудно догадаться – светодиоды. Обычную лампу накаливания можно подключать напрямую к электросети. Со светодиодами так не получится. Для питания светодиодов требуется постоянный ток. И более низкое напряжение. Потому, любая светодиодная лампа, лента, любой светодиодный светильник, требуют специального блока питания. Он преобразует сетевое напряжение, в напряжение, требуемое для конкретных светодиодов. Блоки питания для светодиодных ламп, лент и светильников называются драйверы. Драйверы бывают разных размеров и разного исполнения. Например, драйвер светодиодной лампы выглядит так:

А драйверы для светодиодной ленты так:

Не важно как выглядят используемые вами блоки питания. Важно, что все они – импульсные. От обычного, трансформаторного, импульсный блок питания отличается наличием выпрямителя и фильтрующего конденсатора. Мы не будем вдаваться в технические подробности. Запомните главное: стартовый ток импульсного блока питания, многократно превышает номинальный ток нагрузки. Несмотря на то, что этот всплеск кратковременный, он может привести к серьезным проблемам 

Высокие пусковые токи, какие могут возникнуть проблемы?

  • Срабатывание автоматического выключателя.
  • Поломка светорегуляторов
  • Спаивание контактов выключателей и реле 

Также, стоит учитывать, что импульсные блоки питания - это не только светодиодные лампы и светильники. Большинство современных электроприборов, офисной и бытовой техники тоже имеют импульсные блоки питания. Даже зарядка вашего смартфона – это импульсный блок питания. Если вы хорошо разбираетесь в электронике, вы наверное сможете решить проблему высоких пусковых токов. Но, что делать, если у вас нет времени, или желания ее решать? Или, что вероятнее, вам просто не хватает знаний для этого?

Впрочем, если у вас в люстре пять-шесть светодиодных ламп – проблем не будет. А если больше? А если у вас несколько мощных светильников? А если несколько светодиодных панелей, или метров 30 светодиодной ленты? В этом случае проблемы неизбежны! Возможно, вы не сразу их заметите. Что же делать? 

Использовать реле ограничения пусковых токов (РОПТ) МРП-101 (Меандр). Это самое простое решение проблемы высоких стартовых токов. 

Реле ограничения пускового тока (РОПТ) Меандр МРП-101

Реле ограничения пускового тока МРП-101 предназначены для уменьшения пусковых токов при включении емкостных нагрузок (например, импульсных БП, драйверов LCD и т.д.). При включении напряжения контакты встроенного реле разомкнуты. Ток ограничивается встроенным резистором. Через заданное время задержки контакты реле замыкаются. В дальнейшем реле на работу нагрузки влияния не оказывает. 

Почему РОПТ (реле ограничения пускового тока) МРП-101?

Причины две:

  1. Его очень просто подключать.
  2. Оно ставится между выключателем и нагрузкой.

Вы без проблем поставите МРП-101 в щите. Если в щите нет места, то не "вешайте" его на DIN-рейку, а просто поставьте (положите) в щит. Принципиально не хотите влезать в щит, но ваших знаний хватает для подключения люстры и установки выключателя? Нет проблем. Реле МРП-101 работает в любом положении. Его можно подсоединить к контактам светильника и оставить в запотолочном пространстве.  Можно поставить рядом с блоком питания светодиодной ленты. Можно поместить в распаячную коробку. Как видите, все очень просто! 

Реле ограничения пускового тока МРП-101, особенности:
  • Ограничение пускового тока емкостных нагрузок до 30 А
  • Максимальная емкость нагрузки - 2000 мкФ, максимальный ток нагрузки - 16 А
  • Подключается МЕЖДУ выключателем и нагрузкой
  • Ширина корпуса 13 мм
РОПТ МРП-101 (Меандр), технические характеристики:
  • Напряжение питания В АС230
  • Частота питающей сети Гц 50
  • Мощность, потребляемая катушкой, не более Вт 1
  • Время включения реле с 0,25
  • Максимальная суммарная емкость нагрузки, не более мкФ 2000
  • Количество и тип контактов 1 замыкающий
  • Максимальное коммутируемое напряжение В 250
  • Максимальный рабочий ток: АС250В 50Гц (АС1) А 16
  • Максимальная частота коммутаций при емкости нагрузки 2000 мкФ, не более цикл/мин 3
  • Электрическая прочность (питание - контакты) В АС2000 (50Гц - 1 минута)
  • Механическая износостойкость, не менее циклов 10 х 106
  • Электрическая износостойкость, не менее циклов 100000
  • Максимальная частота коммутаций, не более цикл./ч 600
  • Диапазон рабочих температур (по исполнениям) °С -25…+55 (УХЛ4) / -40…+55 (УХЛ2)
  • Температура хранения °С -40…+70
  • Климатическое исполнение и категория размещения по
  • ГОСТ 15150-69 (без образования конденсата) УХЛ4 или УХЛ2
  • Степень защиты реле: по корпусу / по клеммам по ГОСТ 14254-96 IP40 / IP20
  • Степень загрязнения в соответствии с ГОСТ 9920-89 2
  • Относительная влажность воздуха % до 80 (при 25°С)
  • Рабочее положение в пространстве произвольное
  • Режим работы круглосуточный
  • Габаритные размеры мм 13 х 93 х 62
  • Масса кг 0.06
РОПТ МРП-101 (Меандр), габаритные размеры:

РОПТ МРП-101 (Меандр), схемы подключения:

Купить РОПТ (реле ограничения пускового тока) МРП-101 (Меандр) в интернет-магазине. Открыть каталог продукции.

Ограничитель пускового тока при включении радиоаппаратуры

Предлагаемое устройство предназначено для «мягкого» включения различной радиоаппаратуры и электроустановок в сеть переменного тока 220 В. Известно, что момент включения устройств, содержащих в первичных или вторичных цепях питания конденсаторы большой емкости (мощные усилители звуковой частоты, импульсные блоки питания и т.п.), сопровождается броском тока, который может достигать десятков и сотен ампер. Такой ток не только сокращает срок службы элементов коммутации (быстро изнашиваются контакты) и создает сильную помеху по сети питания, но и может вывести из строя диоды выпрямителя или силовой трансформатор.

Кроме защиты радиоаппаратуры предлагаемое устройство (рис. 2.5) можно использовать для ограничения пускового тока мощных коллекторных электродвигателей или для защиты мощных галогенных или перекальных (фотоосветительных) ламп.

В качестве элемента, ограничивающего пусковой ток, используется мощный проволочный резистор R3. В момент подачи напряжения питания контакты реле К1 разомкнуты и напряжение на нагрузку поступает через резистор R3. Одновременно выпрямленное диодным мостом VD1 сетевое напряжение поступает на узел управления реле, задача которого - создать необходимую задержку замыкания контактов реле. Конденсатор С2 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

Рис. 2.4

 Время задержки определяется параметрами цепи R7, С5. Как только напряжение на конденсаторе С5 превысит 10...12 В, стабилитрон VD2 открывается, вслед за ним лавинообразно открываются высоковольтные транзисторы VT1, VT2, образующие аналог тринистора с малым током управления. Транзисторы включают реле К1. Конденсаторы СЗ, С4 предотвращают преждевременное открывание транзисторов из-за помех. Цепь R6 VD3 предназначена для быстрой разрядки конденсатора С5 после открывания транзисторов. Группа контактов реле К1.3 обеспечивает готовность узла задержки, если время между последовательным отключением и включением SA1 составляет менее 0,5 с.

Резистор R3 - проволочный, сопротивление и мощность которого выбирают исходя из типа защищаемого устройства. Его можно составить из нескольких резисторов ПЭВ-10 или изготовить из толстой высокоомной проволоки. Остальные резисторы - типа МЯТ, С1-4, С2-33 соответствующей мощности. Конденсаторы С1, С2 -К73-17, К73-39 (С2 может быть и оксидным), СЗ, С4 - КМ-5, К10-17. Транзистор ѴТ1 можно заменить на КТ940АМ, КТ969А, КТ9179А, MJE340, 2SC2330, ѴТ2 - на КТ9178А, MJE350, 2SA1625. Диодный мост VD1 заменяется любым маломощным на напряжение не менее 300 В или на 4 диода, например, КД102Б, КД105Г, КД221В, 1N4004. Стабилитрон VD2 может быть любым маломощным на

9...13 В (Д814Г, КС221Ж, КС508А). Реле К1 - самый ответственный элемент в устройстве, к выбору которого надо подойти основательно. В этой конструкции использовано реле РП21-УХЛ4 (ГОСТ 17523--85) с тремя группами контактов и сопротивлением обмотки 6 кОм. Без внесения изменений в схему можно применить аналогичное реле РПУ-0-УХЛ4 с обмоткой сопротивлением 5 кОм. Также хорошо может работать более чувствительное реле РПУ-2УЗБ с обмоткой сопротивлением 13 кОм. При использовании последнего гасящий конденсатор С1 можно взять меньшей емкости. Следует отметить, что в этом и аналогичных устройствах ограничения пускового тока совершенно непригодны «горячо любимые» радиолюбителями реле РЭС-9, РЭС-22 и т.п.

При указанных на схеме номиналах R7 и С5 задержка срабатывания реле составляет 1,5 с. Для работы предлагаемого устройства на нагрузку с мощным импульсным блоком питания или для плавного пуска большинства электродвигателей достаточно задержки замыкания контактов 0,5... 1 с. Если в защищаемом аппарате используется обычный силовой трансформатор, то задержку можно увеличить до 2.. .5 с.

При работе ограничителя тока совместно с усилителем мощности звуковой частоты, в котором установлены сглаживающие конденсаторы суммарной емкостью 80000 мкФ и силовой трансформатор с сопротивлением первичной обмотки 1...2 Ом, при указанном на схеме номинале R3 начальный бросок тока уменьшается с 55 до 13 А, что обеспечивает достаточно «мягкое» включение аппарата. Для защиты мощных ламп накаливания от перегорания в момент включения вместо резистора R3 можно поставить мощный диод, например, серий Д246-Д248.

Если необходимо обеспечить мягкое включение нагрузки мощностью более 2 кВт, то контакты реле К1 должны управлять магнитным пускателем с большей нагрузочной способностью.

Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов - Радиолюбителям схемы, Москва 2008

Что такое пусковой ток и как его ограничить?

Пусковой ток - это максимальный ток, потребляемый электрической цепью в момент ее включения. Он появляется для нескольких циклов входного сигнала. Значение пускового тока намного выше, чем установившийся ток цепи, и этот высокий ток может повредить устройство или вызвать срабатывание автоматического выключателя. Пусковой ток обычно появляется во всех устройствах, где присутствует магнитный сердечник, таких как трансформаторы, промышленные двигатели и т. Д.Пусковой ток также известен как Входной импульсный ток или Импульсный ток при включении .

Почему появляется пусковой ток?

Существует ряд факторов, вызывающих пусковой ток. Подобно некоторым устройствам или системам, которые состоят из развязывающего конденсатора или гладкого конденсатора, при запуске потребляется большой ток для их зарядки. Приведенная ниже диаграмма даст вам представление о разнице между пусковым, пиковым и установившимся током цепи:

Пиковый ток: Это максимальное значение тока, достигаемое сигналом в положительной или отрицательной области.

Устойчивый ток: Он определяется как ток в каждом временном интервале, который остается постоянным в цепи. Устойчивый ток достигается, когда di / dt = 0, что означает, что ток остается неизменным во времени.

Характеристики пускового тока:

  • Возникает мгновенно при включении устройства
  • Появляется на короткое время пролета
  • Выше номинального значения цепи или устройства

Некоторые примеры возникновения пускового тока:

  • Лампа накаливания
  • Запуск асинхронного двигателя
  • Трансформатор
  • Включение источников питания на базе SMPS

Пусковой ток в трансформаторе

Пусковой ток трансформатора определяется как максимальный мгновенный ток, потребляемый трансформатором, когда вторичная сторона разгружена или в состоянии разомкнутой цепи.Этот бросок тока вредит магнитным свойствам сердечника и вызывает нежелательное переключение выключателя трансформатора.

Величина пускового тока зависит от точки переменного тока, в которой запускается трансформатор. Если трансформатор (без нагрузки) включается, когда напряжение переменного тока находится на пике, то при запуске не будет возникать пускового тока, а если трансформатор (без нагрузки) включится, когда напряжение переменного тока проходит через ноль, тогда значение пускового тока ток будет очень высоким, и он также превышает ток насыщения, как вы можете видеть на изображении ниже:

Пусковой ток двигателей

Асинхронный двигатель, как и трансформатор, не имеет непрерывного магнитного пути.У асинхронного двигателя высокое сопротивление из-за воздушного зазора между ротором и статором. Следовательно, из-за этого асинхронного двигателя с высоким сопротивлением требуется высокий ток намагничивания для создания вращающегося магнитного поля при запуске. На приведенной ниже диаграмме показаны пусковые характеристики двигателя при полном напряжении.

Как вы можете видеть на диаграмме, пусковой ток и пусковой момент вначале очень высоки. Этот высокий пусковой ток, который также называется пусковым током, может повредить электрическую систему, а начальный высокий крутящий момент может повлиять на механическую систему двигателя.Если мы уменьшим начальное значение напряжения на 50%, то это может привести к снижению крутящего момента двигателя на 75%. Таким образом, для решения этих проблем используются схемы питания плавного пуска (в основном называемые устройствами плавного пуска).

Следует ли нам заботиться о пусковом токе и как его ограничить?

Да, мы всегда должны заботиться о пусковом токе в асинхронных двигателях, трансформаторах и в электронных схемах, которые состоят из катушек индуктивности, конденсаторов или сердечника. Как упоминалось ранее, пусковой ток - это максимальный пиковый ток, испытываемый системой, и он может в два или десять раз превышать нормальный номинальный ток.Этот нежелательный всплеск тока может повредить устройство, как в трансформаторе, пусковой ток может вызвать отключение автоматического выключателя при каждом его включении. Регулировка допуска выключателя может помочь нам, но компоненты должны выдерживать пиковое значение при пуске.

Некоторые компоненты, находящиеся в электронной схеме, имеют характеристики, позволяющие выдерживать высокие значения пускового тока в течение короткого промежутка времени. Но некоторые компоненты сильно нагреваются или повреждаются, если значение рывка очень велико. Поэтому при проектировании электронной схемы или печатной платы лучше использовать схему защиты от пускового тока .

Для защиты от пускового тока можно использовать активное или пассивное устройство . Выбор типа защиты зависит от частоты пускового тока, производительности, стоимости и надежности.

Как вы можете использовать термистор NTC (отрицательный температурный коэффициент), который представляет собой пассивное устройство . работает как электрический резистор, сопротивление которого очень велико при низких температурах. Термистор NTC последовательно соединяется с входной линией источника питания.Обладает высоким сопротивлением при температуре окружающей среды. Итак, когда мы включаем устройство, высокое сопротивление ограничивает пусковой ток, протекающий в системе. Поскольку ток течет непрерывно, температура термистора повышается, что значительно снижает сопротивление. Следовательно, термистор стабилизирует пусковой ток и позволяет постоянному току течь в цепь. Термистор NTC широко используется для ограничения тока из-за его простой конструкции и низкой стоимости. У него также есть некоторые недостатки, например, вы не можете полагаться на термистор в экстремальных погодных условиях.

Активные устройства дороже, а также увеличивают размер системы или схемы. Он состоит из чувствительных компонентов, которые переключают большой входящий ток. Некоторые из активных устройств - это устройства плавного пуска, регуляторы напряжения и преобразователи постоянного / постоянного тока.

Эти защиты используются для защиты как электрических, так и механических систем, ограничивая мгновенный пусковой ток. На приведенном ниже графике показано значение пускового тока со схемой защиты и без схемы защиты.Мы ясно видим, насколько эффективна защита от пускового тока.

Как измерить пусковой ток?

Вы все видели велосипедную тележку, чтобы заставить ее двигаться, всаднику нужно приложить большую силу. И, как только колесо начинает двигаться, требуемая сила уменьшается. Итак, эта начальная сила эквивалентна пусковому току. Точно так же в двигателях, как только ротор начинает движение, двигатель начинает достигать установившегося состояния, при котором для работы не требуется большой ток.

Имеется ряд токоизмерительных клещей (мультиметров), которые обеспечивают измерения пускового тока . Как вы можете использовать токоизмерительные клещи Fluke 376 FC True-RMS для измерения пускового тока. Иногда пусковой ток показывает значение, превышающее номинальное значение автоматического выключателя, но, тем не менее, выключатель не срабатывает. Причина этого в том, что автоматический выключатель работает по кривой зависимости тока от времени / с, как если бы вы использовали автоматический выключатель на 10 ампер, поэтому пусковой ток, превышающий 10 ампер, должен проходить через автоматический выключатель дольше номинального времени. из этого.

Для измерения пускового тока выполните следующие шаги:

  • Тестируемое устройство необходимо сначала выключить
  • Поверните циферблат и установите знак Hz-Ã
  • Поместите токоведущий провод в зажим или используйте щуп, подключенный к токоизмерительным клещам
  • Нажмите кнопку пускового тока на токоизмерительных клещах, как показано на изображении выше
  • Включите прибор, на дисплее измерителя появится значение пускового тока.

Как использовать термисторы NTC для ограничения пускового тока | Примечание по применению

Во время включения электронного устройства, такого как импульсный источник питания (SMPS) или инвертор, устройство заряжается мгновенным аномальным током с высоким пиком.Это называется пусковым током, и без защиты он может вывести из строя полупроводниковое устройство или оказать вредное влияние на срок службы сглаживающего конденсатора. Термисторы NTC используются в качестве ICL (ограничителей пускового тока) для простой и эффективной защиты цепей электрических и электронных устройств от пусковых токов.

Преимущества термисторов NTC

Термисторы

NTC - это терморезисторы, в которых используется специальная полупроводниковая керамика с отрицательным температурным коэффициентом (NTC).Они обладают высоким сопротивлением при комнатной температуре, и когда они находятся под напряжением, они выделяют тепло сами по себе, и сопротивление падает с ростом их температуры. Благодаря этому свойству они используются в качестве устройств защиты по току для электрических и электронных устройств, которые легко и эффективно ограничивают аномальные токи, включая пусковой ток во время включения. Термисторы NTC, используемые в качестве устройств защиты по току, также называют силовыми термисторами.

Для ограничения пусковых токов можно использовать фиксированное сопротивление или термистор NTC.
Однако постоянный резистор всегда вызывает потерю мощности и снижение производительности. Термистор NTC ограничивает пусковой ток своим высоким начальным сопротивлением, а затем его температура повышается из-за подачи питания, а его сопротивление падает до нескольких процентов от его уровня при комнатной температуре, таким образом достигая потерь мощности, которые ниже, чем при фиксированном резисторе. использовал. Другими словами, эффект ограничения пусковых токов, полученный при использовании термистора NTC, больше, чем эффект, полученный при использовании постоянного резистора с сопоставимыми начальными потерями мощности.
Ниже приведены подробные сведения о примерах применения термисторов NTC для ограничения пускового тока.

Примеры применения термисторов NTC для ограничения пускового тока

Применение: ограничение пускового тока в импульсном источнике питания

Различные импульсные источники питания (SMPS) - небольшие, легкие и высокопроизводительные - часто используются в качестве источников питания электронных устройств. Во время включения SMPS устройство заряжается пусковым током с высоким пиком для зарядки сглаживающего конденсатора.Поскольку этот бросок тока может отрицательно сказаться на сроке службы конденсатора, повредить контакты переключателя мощности или разрушить выпрямительный диод, необходимо принять меры противодействия.

Как показано на рисунке ниже, ограничение пускового тока SMPS путем установки термистора NTC широко используется как способ создания недорогой и простой схемы для ограничения пусковых токов в источниках питания. Тот же результат может быть достигнут, даже если термистор NTC подключен после выпрямительной цепи.

Рисунок 1 Ограничение пускового тока в импульсном блоке питания

Применение: Ограничение пускового тока в модуле питания AC-DC

Встроенный блок питания с компактно интегрированными различными силовыми цепями и периферийными цепями называется силовым модулем. Модуль питания AC-DC представляет собой источник питания, созданный путем объединения схемы выпрямителя AC-DC и преобразователя DC-DC, и с небольшим количеством внешних частей он может реализовать компактную оптимизированную систему питания.Пусковой ток, подаваемый на входные и выходные конденсаторы во время включения, можно эффективно ограничить, вставив термистор NTC (силовой термистор).

Рисунок 2 Ограничение пускового тока в модуле питания AC-DC

Применение: ограничение пускового тока в преобразователе постоянного тока

В цепи питания постоянного тока преобразователя постоянного тока и т.п. термистор NTC используется в качестве термистора мощности и эффективно ограничивает пусковой ток, которым заряжаются входные и выходные конденсаторы во время включения.Сопротивление термистора NTC становится очень низким после подачи питания на него, что приводит к снижению потерь мощности по сравнению с использованием фиксированного сопротивления.

Рисунок 3 Ограничение пускового тока в преобразователе постоянного тока в постоянный

Применение: ограничение пускового тока в промышленном инверторе

Асинхронные двигатели часто используются для вентиляторов, насосов, кондиционеров и прочего оборудования на заводах, крупных объектах, офисных зданиях и т. Д. Асинхронный двигатель прост по конструкции и стабилен, однако его скорость вращения зависит от частоты.Инверторы нужны для управления скоростью вращения. Двигатели, оснащенные инверторами, известны как приводы с регулируемой скоростью (VSD), которые могут значительно снизить энергопотребление.
Система инвертора состоит из части преобразователя, части инвертора и конденсатора промежуточного контура (сглаживающего конденсатора), который размещается после части преобразователя. Во время включения устройство заряжается пусковым током, пик которого в несколько раз больше, чем у установившегося тока, для зарядки конденсатора промежуточного контура.Этот бросок тока может отрицательно сказаться на сроке службы конденсатора постоянного тока или разрушить полупроводниковое устройство. Для защиты от пускового тока подключаются термисторы NTC (силовые термисторы).

Рисунок 4 Ограничение пускового тока в промышленном инверторе (трехфазный)

Рисунок 5 Ограничение пускового тока в промышленном инверторе (однофазный)

Связанные страницы

  • ■ Портал продуктов для ограничителей пускового тока NTC

    Термистор NTC может использовать высокое значение сопротивления при низкой температуре для ограничения пускового тока при включении.Термисторы NTC способны выдерживать более высокие пусковые токи, чем фиксированные резисторы при том же энергопотреблении.

Что такое пусковой ток? - Sunpower UK

Что такое пусковой ток?

Пусковой ток - это мгновенный высокий входной ток, потребляемый источником питания или электрооборудованием при включении. Это происходит из-за высоких начальных токов, необходимых для зарядки конденсаторов и катушек индуктивности или трансформаторов.

Пусковой ток также известен как импульс включения или входной импульсный ток.

При включении разряженные конденсаторы в источниках питания обладают низким импедансом, что позволяет протекать в цепь большим токам, когда они заряжаются от нуля до максимального значения. Эти токи могут в 20 раз превышать токи установившегося состояния. Несмотря на то, что он длится всего около 10 мс, требуется от 30 до 40 циклов, чтобы ток стабилизировался до нормального рабочего значения. Если не ограничиваться, высокие токи могут повредить оборудование, а также вызвать провалы напряжения в линии питания и вызвать сбои в работе другого оборудования, питаемого от того же источника.

Характеристики пускового тока

Высокие пусковые токи указывают на большую нагрузку на компоненты выпрямителя и, следовательно, на более низкую надежность. Пусковой ток указан в единицах:

.
  • Среднее значение за полупериод или пик: - где пик примерно на 40% больше среднего
  • Диапазон напряжения - 120 В или 240 В
  • Диапазон рабочих температур, в котором действует метод ограничения


Форма волны тока при включении устройства - Изображение предоставлено

Ограничение пусковых токов

Обычно используются два метода защиты: пассивный, при котором резистивное ограничивающее устройство подключается последовательно к источнику питания, и активный, в котором используется электронная схема, состоящая из резисторов, переключающего устройства и схемы управления.
Резистор серии

Для источников питания малой мощности резистор подключается последовательно с входной линией питания. Однако этот метод не подходит для более мощных источников питания из-за неэффективности, вызванной высокой рассеиваемой мощностью и потерями в последовательном резисторе.

Кредит изображения

Термисторы NTC

В этом методе используется резистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), включенный последовательно с линией ввода питания.
При температуре окружающей среды устройство NTC демонстрирует высокое сопротивление, при включении питания высокое сопротивление ограничивает величину пускового тока, протекающего в цепи.По мере протекания тока температура термистора увеличивается, что значительно снижает сопротивление. Он стабилизируется на уровне менее одного Ом и может позволить установившемуся току течь в цепь.

Параллельный электронный переключатель

Использование электронного переключателя или реле параллельно термисторам или резистору. Текущее ограничивающее устройство обеспечивает высокое сопротивление при запуске, после чего включается переключатель для короткого замыкания устройства. Этот метод гарантирует, что термистор может охладиться до своего начального сопротивления и быть готовым к защите от последующего скачка напряжения в случае сбоя и возобновления подачи электроэнергии, или когда кто-то выключает оборудование, а затем немедленно включает его.

Активные цепи

Активная схема состоит из резисторов, транзисторов, симисторов или тиристоров и схемы управления для управления переключающим устройством. Они подходят для приложений, требующих возможности горячего перезапуска.

Выбор метода защиты зависит от частоты пусковых токов, стоимости, уровня мощности оборудования, ожидаемой надежности и производительности. Термистор NTC широко используется в качестве ограничивающего устройства и предпочтителен из-за его простой конструкции и низкой стоимости по сравнению с активной схемой, однако у него есть некоторые недостатки, которые делают его непригодным для использования в экстремальных погодных условиях или для чувствительных приложений.

Факторы, учитываемые при проектировании для ограничения пускового тока.

  • Значение емкости нагрузки
  • Установленный ток
  • Температура окружающей среды
  • Напряжение питания
  • Требуемый ток Снижение пускового тока

Функция плавного пуска, источники питания с низким пусковым током

Блок питания ATX, 300 Вт, 2U, 48 В постоянного тока

Блок питания постоянного и постоянного тока PS2 мощностью 160 Вт - SDD-160-12

В чем разница между пусковым током и пиковым током?

В чем разница между пусковым током и пиковым током?

Хотя пусковой ток имеет пиковое значение, термин «пусковой ток» обычно используется для описания тока, который требуется для подачи питания на устройство или изделие с питанием от переменного тока при первой подаче на него напряжения и питания.Это особенно верно для индуктивных нагрузок, таких как трансформаторы, индукторы и электродвигатели. Это также относится к источникам питания переменного / постоянного тока, в которых используется простой входной каскад выпрямителя / конденсатора. Эти начальные токи могут резко увеличиваться и быть немного выше нормального рабочего тока или так называемого «установившегося» тока. Пример пускового тока электродвигателя показан на рисунке 1. Он показывает, что пиковый ток для первого полупериода близок к 30 ампер, а затем уменьшается в течение последующих полупериодов по мере того, как двигатель раскручивается.

Другой пример пускового тока - это входной каскад переменного / постоянного тока, в котором используется выпрямитель, конденсаторная цепь, где конденсатор необходимо зарядить до его номинального напряжения, как показано на рисунке 2. В обоих случаях очевидно, что пусковой ток значительно больше, чем ток в установившемся режиме.

Пиковый ток с другой стороны применяется ко всем переменным токам, как пусковым, так и установившимся. Форма волны переменного тока имеет среднеквадратичное значение, представляющее эффективный или эквивалентный постоянный ток, но также имеет пиковое значение, как положительные, так и отрицательные пики, когда ток достигает своего максимального и минимального значения в течение каждого цикла.Абсолютное соотношение между среднеквадратичным значением и пиковым значением называется пик-фактором (CF). Для синусоидального тока, возникающего при резистивной нагрузке, пик-фактор будет квадратным корнем из 2 или ~ 1,4142 к 1. Этот пик-фактор или отношение показано на рисунке 3.

Другие формы волн имеют разные пик-факторы, как показано в Таблице 1 ниже для некоторых типичных других форм волн переменного тока.

Почему это важно?

При использовании источника питания переменного тока для определения необходимого пускового тока для тестируемого устройства важно отметить, что источник переменного тока должен обеспечивать значительно больший ток в течение короткого периода времени, чем требуется для работы устройства в условиях испытание в устойчивом состоянии.В случае двигателей и индукторов пусковой ток может в 10–30 раз превышать номинальный ток. Для тороидальных индукторов это значение может быть до 50 раз больше номинального.

Ограничение тока источника может быть как в отношении номинального действующего тока, так и номинального пикового тока. Для двигателей и индуктивных нагрузок пик-фактор пускового тока составляет всего 1,414, поэтому, если источник может поддерживать среднеквадратичный ток, будет поддерживаться и пиковое значение. Для входного оборудования с выпрямленным переменным током пик-фактор тока обычно намного выше 1.414, до 2 или 3 к 1, поэтому следует учитывать не только номинальное значение RMS, но и номинальный пиковый ток. Большинство доступных источников питания переменного тока будут поддерживать пик-факторы тока от 2,5 до 4 при максимальном среднеквадратичном выходном токе.

Эффекты ограничения тока

Если источник не может обеспечить требуемый пусковой ток, его все еще можно использовать для тестирования нормальной работы, но требуемый пусковой ток не может быть определен, так как источник питания перейдет к пределу тока - либо среднеквадратичному, либо пиковому, либо обоим - и ограничит напряжение при этом.Это означает, что тестируемое устройство обычно по-прежнему запускается или включается, но не так быстро, как при работе от сети.

Искажение напряжения источника переменного тока

Высокие пиковые токи и искаженные формы волны тока также влияют на искажения источника питания переменного тока, поскольку они работают против выходного импеданса источника питания. Чем ниже выходное сопротивление источника питания, тем меньше будет этот эффект. На рисунке 4 показано влияние сильно искаженного тока на искажение выходного напряжения.Когда ток достигает своего пика около вершины кривой напряжения, напряжение понижается, что приводит к появлению некоторого плоского максимума.

Чтобы смягчить этот эффект, на некоторых моделях источников переменного тока может быть предложена функция программируемого выходного импеданса, которая позволяет уменьшить выходное сопротивление. См. Сообщение в нашем блоге экспертов под названием «Что такое Prog Z для источника питания переменного тока и почему это важно» по адресу https://pacificpower.com/2017/03/programmable-z-ac-source-work-matter/

Что такое пусковой ток в двигателе переменного тока и почему это важно?

Когда электрическое устройство, такое как асинхронный двигатель переменного тока, включено, оно испытывает очень сильный мгновенный скачок тока, называемый пусковым током.

Когда запускается асинхронный двигатель переменного тока, подаваемое напряжение создает магнитное поле в статоре, которое индуцирует магнитное поле в роторе. Взаимодействие этих двух магнитных полей создает крутящий момент и заставляет двигатель вращаться. Согласно закону Ленца, создание магнитного поля вызывает индуцированное напряжение, которое противодействует напряжению питания. Это противоположное индуцированное напряжение - , известное как обратная ЭДС - , также работает для ограничения силы тока в двигателе.

Однако количество производимой обратной ЭДС прямо пропорционально скорости двигателя. Таким образом, при запуске , когда скорость двигателя близка к нулю , обратная ЭДС очень мала, и допускается протекание большого «пускового» тока.


На величину тока, потребляемого двигателем во время запуска, также влияет сопротивление обмоток статора. Новые высокоэффективные двигатели, такие как версии с повышенным КПД IE3, имеют более низкое сопротивление обмотки (для уменьшения потерь I 2 R), поэтому пусковой ток может быть даже более серьезной проблемой в этих конструкциях, чем в старых двигателях с более низким КПД. .


Самый высокий уровень пускового тока возникает в течение первого полупериода работы двигателя и может более чем в 10 раз превышать ток полной нагрузки двигателя. Когда двигатель начинает двигаться, ток уменьшается до уровня тока заблокированного ротора двигателя, который часто в шесть-восемь раз превышает нормальный рабочий ток двигателя. По мере увеличения скорости двигателя - и, следовательно, обратной ЭДС - , ток далее уменьшается, пока не будут достигнуты нормальная рабочая скорость и нормальный рабочий ток.

Первоначальный всплеск тока - это пусковой ток, который быстро уменьшается до уровня тока заторможенного ротора (LRC), прежде чем, наконец, достигнет нормального рабочего тока:
Изображение предоставлено: Портал электротехники

Ток заторможенного ротора - это ток двигатель будет тянуть, когда ротор заблокирован или еще не начал двигаться. Термины «пусковой ток» и «ток заторможенного ротора» часто используются взаимозаменяемо, но в зависимости от контекста они могут относиться к разным явлениям.

Министерство энергетики США объясняет разницу между пусковым током и током заторможенного ротора следующим образом:

«Мгновенный пиковый пусковой ток - это кратковременный переходный процесс, который возникает сразу (в пределах половины цикла переменного тока) после замыкания контакта. Ток заторможенного ротора - это среднеквадратичный (RMS) ток, который устанавливается после пикового броска тока; ток остается около значения заблокированного ротора во время разгона до тех пор, пока двигатель не достигнет своей рабочей скорости.Термины пусковой ток и пусковой ток часто используются для обозначения тока заторможенного ротора ».


Высокий пусковой ток может вызвать ложное срабатывание защитных устройств или повреждение двигателя. Это также может вызвать провалы напряжения в линии питания (что может повлиять на другое оборудование) или даже помешать правильному запуску двигателя. Высокий пусковой ток также приводит к созданию высокого крутящего момента при запуске , иногда в два раза превышающего номинальный крутящий момент , что может вызвать внезапное сильное ускорение, которое повреждает механические нагрузки.

Существует ряд методов пуска, которые могут снизить уровни пускового тока в асинхронных двигателях переменного тока. Один из них - использовать устройство плавного пуска - , устройство, которое постепенно увеличивает напряжение питания на клеммах двигателя во время запуска, тем самым снижая пусковой ток и контролируя пусковой момент.

Точно так же частотно-регулируемый привод снижает пусковой ток, управляя напряжением, подаваемым на двигатель. Но частотно-регулируемый привод работает путем изменения частоты напряжения, а не напряжения на двигателе.

Ограничение тока - журнал IAEI

Время чтения: 8 минут

Некоторые из самых страшных кривых для меня, молодого инженера, закончившего колледж, были кривые пропускания, опубликованные производителями предохранителей и автоматических выключателей. Я понял кривые время-токовой характеристики (TCC), потому что я проводил выборочные исследования координации, но эти кривые пропускания были загадкой. Итак, моя сегодняшняя статья очень проста, чтобы пролить свет на эту информацию, которую легко получить в отрасли предохранителей и в меньшей степени в отрасли автоматических выключателей.Я надеюсь, что это поможет вам понять эту информацию и то, что она вам говорит.

Ток короткого замыкания

Первым шагом в этом обсуждении является понимание того, как выглядит форма волны тока во время короткого замыкания. Первые несколько циклов тока во время короткого замыкания будут асимметричными относительно оси x. Разница между симметричными усилителями и асимметричными усилителями показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Семь циклов формы волны тока короткого замыкания, показывающие 5 циклов асимметричной формы волны, которые становятся симметричными относительно оси x

. На рисунке 1 показаны два крайних состояния поведения тока короткого замыкания в нормальной низковольтной цепи.Термины «симметричный» и «асимметричный» используются для описания симметрии формы сигнала относительно горизонтальной нулевой оси. Асимметричная форма волны имеет первый полупериод с большей амплитудой, чем второй полупериод, отсюда асимметрия относительно оси x. Этот первый полупериод представляет собой самый высокий пиковый ток во время короткого замыкания, пик которого зависит от отношения X / R в цепи во время короткого замыкания. Обсуждение соотношения X / R отложим на другой день. Эта асимметричная форма волны - это то, что система распределения электроэнергии будет испытывать без устройства защиты от сверхтока.Как показано на этом изображении, первые несколько циклов во время короткого замыкания асимметричны, но, если их оставить, они в конечном итоге станут симметричными. Помните, что есть силовые выключатели, которые могут удерживать свои контакты в замкнутом состоянии более 30 циклов. Причина изменения формы сигнала с асимметричной на симметричную связана с факторами вклада в ток короткого замыкания. Причины короткого замыкания - это генераторы и двигатели. Эти участники присутствуют не все время; они разлагаются.Например, когда вы снижаете напряжение на двигателе, приводящем в движение нагрузку, инерция нагрузки будет продолжать вращать ротор двигателя, который затем через обратную ЭДС генерирует ток в статоре, в основном превращая двигатель в генератор. Но эта инерция не будет длиться вечно, со временем она замедляется и уходит. Это очень простое объяснение, но я думаю, что это эффективный способ объяснить распад асимметричного тока на симметричный ток. Это намного сложнее, но я надеюсь, что вы уловили суть.

Как отмечалось выше, пиковое значение будет варьироваться в зависимости от отношения X / R системы. Для отношения X / R 6,6 (коэффициент мощности 15%) пиковое значение в 2,3 раза больше симметричного среднеквадратичного тока. По мере уменьшения отношения X / R значение пикового тока также будет уменьшаться. Например, для отношения X / R 1,98 (45% PF) пиковый ток в 1,75 раза больше симметричного среднеквадратичного тока. Наихудший сценарий и сценарий, на котором основаны кривые пропускания, - это система с коэффициентом мощности 15% или отношением X / R 6,6 во время короткого замыкания.

Пиковый ток, показанный на рисунке выше, является важной точкой данных. Магнитные силы в системе распределения мощности будут изменяться как квадрат пикового тока, а тепловая энергия изменяется как квадрат среднеквадратичного тока.

Чтобы проиллюстрировать силу, которую магнитные силы воздействуют на систему распределения мощности во время первого цикла тока короткого замыкания, весьма показательной является видеодемонстрация проводника 2/0, испытывающего 1 цикл тока короткого замыкания. На видео показан 1 цикл 26000 ампер, протекающих через 90 футов проводника 2/0.Пиковая пропускная способность для этого примера оказалась 48 100 А. Время очистки составляло 0,0167 секунды. (1 цикл = 0,016 секунды.)

http://bcove.me/rv1gunk0

Теперь, когда у нас есть представление о том, как выглядит форма волны во время неисправности, а также о том, что это означает на практике, давайте рассмотрим некоторые более подробные сведения о текущих ограничениях и диаграммах пропускания.

Пиковый сквозной ток и время клиринга

UL 248, Низковольтные предохранители, является стандартом и разделен на различные части, которые относятся к различным классам существующих предохранителей.Я сосредоточусь на части 8, чтобы не усложнять ее, которая касается предохранителя класса J. Я выбираю предохранитель для этого обсуждения, поскольку, когда дело доходит до ограничения тока, предохранитель светится. Возможно, вы слышали, как я задавал этот вопрос на некоторых из моих обучающих семинаров по защите от сверхтоков, но я задам его снова: «Вы знаете, что предохранитель ест на завтрак, обед и ужин и никогда не набирает вес?» Ответ на этот вопрос - «текущий». Эти устройства любят усилители. Чем больше, тем лучше, и они их съедят. Думаю, вы поймете, что я имею в виду, когда мы говорим об ограничении тока и кривых пропускания.

Стандарты

UL обеспечивают критерии эффективности, которые должны соответствовать перечисленным решениям, чтобы получить этот знак. UL 248 обеспечивает максимальный сквозной пиковый ток и значения отключения I2t для различных классов предохранителей. Конструкции предохранителей не должны превышать этих значений. Давайте сосредоточимся на предохранителе на 600 А класса J, который имеет максимальные пропускные токи в соответствии с UL 248, как показано в таблице выше:

Предположим, что имеющийся симметричный среднеквадратичный ток короткого замыкания составляет 100000 А. Пиковое значение пропускаемого тока без устройства защиты от сверхтока на рисунке будет равно 2.В 3 раза больше тока короткого замыкания 100 000 RMS ампер или 230 000 ампер. Чтобы называться устройством ограничения тока, одно из требований - ограничить этот пиковый ток до 45 000 ампер или меньше (см. Таблицу 1). На рис. 2 представлено общее изображение, на котором показана разница между пиковым током без ограничения тока и пиковым сквозным током из-за устройства ограничения тока. Когда пиковый ток ограничивается предохранителем, продолжительность протекания тока также уменьшается. Таким образом, ограничивая ток, мы уменьшаем не только магнитные силы, но и тепловой нагрев, вызываемый током короткого замыкания.

Таблица 1.

Рисунок 2. Первый полупериод несимметричного тока короткого замыкания. На этом изображении показан эффект до и после использования токоограничивающего предохранителя, уменьшающего пиковый ток.

Это приводит к гораздо меньшей магнитной силе и меньшей энергии в целом. Практическое влияние на систему распределения энергии видно на видео того же применения, показанного ранее (провод 2/0 и 26 000 ампер) с небольшим изменением, заключающимся в том, что теперь перед этим проводом установлен токоограничивающий предохранитель.Токоограничивающий предохранитель снизил максимальный пропускаемый ток с 48 100 до 10 200 ампер. Видео представляет собой визуальную иллюстрацию воздействия, которое уменьшенные магнитные силы оказывают на систему распределения электроэнергии. В этом примере проводник практически не двигается.

http://bcove.me/vzz7k8q6

Ограничение тока снижает пропускную способность пикового значения и время, в течение которого ток может протекать. Общее время отключения тока короткого замыкания составляет менее 1/2 цикла.Две приведенные выше видеолинии иллюстрируют влияние ограничения тока по сравнению с отсутствием ограничения тока на систему распределения электроэнергии.

Кривые ограничения тока

Теперь, когда мы понимаем форму волны короткого замыкания и то, что устройства ограничения тока делают с этой формой волны, чтобы уменьшить механическую и тепловую нагрузку на систему распределения энергии, давайте посмотрим, как опубликованные кривые пропускания через ток связаны с этим обсуждением.

Рисунок 3. Это кривая ограничения тока для двухэлементного предохранителя с выдержкой времени класса J

На рисунке 3 показана кривая ограничения тока для двухэлементного предохранителя с выдержкой времени класса J конкретного производителя.Эти кривые могут отличаться в зависимости от производителя; всегда убедитесь, что просматриваемый документ относится к продукту, который вы применяете.

Эта кривая дает много информации о форме волны тока короткого замыкания. Фактически, это относится только к первому полупериоду этой формы волны. Давайте сначала разберемся с анатомией этого графика со ссылкой на рисунок 3. Вот что мы знаем.

  1. По горизонтальной оси отложены симметричные среднеквадратичные значения ампер, а по вертикальной оси - пиковые значения.
  2. Линия AB соответствует коэффициенту мощности короткого замыкания 15%, который связан с отношением X / R, равным 6.6. Это будет представлять собой пиковый ток наихудшего случая, который устройство должно было бы прервать. Для отношения X / R 6,6 уравнение для этой линейной линии составляет

I Пик = 2,3 × I RMS

Это уравнение позволяет нам рассчитать пиковый ток для любого среднеквадратичного значения тока короткого замыкания при условии, что на изображении нет токоограничивающего устройства перегрузки по току. Например, для симметричного тока короткого замыкания при действующем значении 20 000 ампер асимметричный пиковый ток рассчитывается следующим образом:

Пик I = 2.3 × 20 000 ампер = 46 000 ампер

Для цепи с отношением X / R 6,6 и 20 000 ампер среднеквадратичного тока короткого замыкания ожидаемый пиковый ток составляет 46 кА.

Чтобы получить это из кривой, мы находим 20000 ампер по горизонтали и прослеживаем это до момента, когда мы достигаем линии AB. Когда мы попадаем на линию AB, мы следуем за ней влево по оси Y и читаем число. См. Этот пример на рисунке 4.

Рисунок 4. На этом изображении показано, как графически определить для симметричного среднеквадратичного короткого замыкания 20 кА пик первого полупериода формы волны асимметричного тока короткого замыкания.

  1. Остальные линии на этой кривой соответствуют каждому отдельному предохранителю с номинальным током. Это помогает нам понять способность конкретного предохранителя ограничивать ток. В нашем примере мы работали с предохранителем на 600 А. Чтобы определить пиковый ток при подключении предохранителя на 600 А к этой цепи с отношением X / R 6,6 и доступным среднеквадратичным значением 20000 ампер, мы выполняем аналогичный процесс, который мы проделали на шаге 2 выше, но вместо этого мы останавливаемся на диагональной линии для предохранителя на 600 А и проведите горизонтальную линию к вертикальной оси, чтобы отсчитать приведенный пиковый ток.См. Рисунок 5 для этого примера, где мы можем оценить пиковый ток в 24 000 ампер. Это значительное снижение пикового тока с 46 кА до 24 кА. Это важно, когда мы понимаем, что магнитные силы рассчитываются как квадрат пикового тока. Эффекты ограничения тока этого OCPD почти вдвое сокращают пик.
Рис. 5. На этом изображении показано, как графически определить для симметричного среднеквадратичного короткого замыкания 20 кА новый пик асимметричного тока короткого замыкания после того, как предохранитель класса J на ​​600 А выполняет свою работу по ограничению тока.

  1. Там, где кривая предохранителя конкретного усилителя пересекается с линией AB, предохранитель входит в область ограничения тока.

Расставание

Условия короткого замыкания создают магнитные силы и выделяют тепло в системе распределения электроэнергии, когда это разрешено. Когда устройства работают в области ограничения тока, нагрузка на систему значительно снижается. Уменьшение пикового тока и времени, в течение которого допускается протекание короткого замыкания в цепи, упрощает удержание оборудования вместе под действием сил, которые эти экстремальные условия накладывают на все компоненты, несущие мощность.Правильное применение электрораспределительного оборудования зависит от нашего понимания этих концепций.

В этой статье мы говорили только о пропускаемом пиковом токе; вверх и снова по кривой. В моей следующей статье мы поговорим о сквозном RMS; вверх, вниз и вверх по кривой.

Как всегда, поставьте безопасность на первое место в списке и убедитесь, что вы и окружающие доживете до следующего дня.

% PDF-1.3 % 1 0 объект > поток конечный поток эндобдж 2 0 obj > / Тип / Каталог / StructTreeRoot 3 0 R / Метаданные 1 0 R / Язык (en-US) / PageLayout / SinglePage / PageMode / UseOutlines / Pages 4 0 R >> эндобдж 4 0 obj > эндобдж 5 0 obj > / Parent 4 0 R / Contents 42 0 R / Type / Page / Tabs / S / Resources> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / XObject> / Font >>> / MediaBox [0 0 595 .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *