Ein Beispiel für Einschaltstromübergänge während der Bestromung der Kondensatorbank
Einschaltstrom Eingangsstoßstrom oder Einschaltstoß ist der maximal gezogene momentane Eingangsstrom von einem elektrischen Gerät beim ersten Einschalten. Wechselstrommotoren und -transformatoren können bei ihrem ersten Einschalten für einige Zyklen der Eingangswellenform ein Vielfaches ihres normalen Volllaststroms ziehen. Leistungswandler weisen aufgrund des Ladestroms der Eingangskapazität häufig auch Einschaltströme auf, die viel höher sind als ihre stationären Ströme. Die Auswahl von Überstromschutzvorrichtungen wie Sicherungen und Trennschaltern wird komplizierter, wenn hohe Einschaltströme toleriert werden müssen. Der Überstromschutz muss schnell auf Überlast- oder Kurzschlussfehler reagieren, darf jedoch den Stromkreis nicht unterbrechen, wenn der (normalerweise harmlose) Einschaltstrom fließt.
Kondensatoren [ edit ]
Ein entladener oder teilweise geladener Kondensator erscheint als Kurzschluss an der Quelle, wenn die Quellenspannung höher ist als das Potential am Kondensator. Ein vollständig entladener Kondensator benötigt etwa 5 RC Zeitzyklen, um vollständig aufgeladen zu werden; Während des Ladeabschnitts des Zyklus kann der momentane Strom den Laststrom um ein beträchtliches Vielfaches übersteigen. Der momentane Strom verringert sich mit dem Ladestrom, wenn der Kondensator die volle Ladung erreicht hat. Im Falle eines offenen Stromkreises wird der Kondensator auf die Spitzenwechselspannung aufgeladen (man kann einen Kondensator nicht tatsächlich mit Wechselstromnetz aufladen - dies bezieht sich auf eine unidirektionale Wechselspannungsausgabe eines Gleichrichters).
Beim Laden eines Kondensators aus einer linearen Gleichspannung, wie bei einer Batterie, erscheint der Kondensator immer noch als Kurzschluss; Der Strom wird von der Quelle nur durch den Innenwiderstand der Quelle und den ESR des Kondensators begrenzt. In diesem Fall ist der Ladestrom kontinuierlich und sinkt exponentiell zum Laststrom. Bei einem offenen Stromkreis wird der Kondensator auf die Gleichspannung aufgeladen.
Die Sicherung gegen den anfänglichen Einschaltstrom des Filterkondensators durch die Ladedauer ist für die Leistung des Geräts von entscheidender Bedeutung. Das zeitweilige Einführen eines hohen Widerstandes zwischen der Eingangsleistung und dem Gleichrichter kann den Widerstand des Einschaltens erhöhen, was zu einer Verringerung des Einschaltstromes führt. Die Verwendung eines Einschaltstrombegrenzers für diesen Zweck ist hilfreich, da er den erforderlichen Anfangswiderstand bereitstellen kann.
Transformatoren [ edit ]
Wenn ein Transformator zum ersten Mal eingeschaltet wird, kann ein Übergangsstrom, der bis zu 10 bis 15 Mal größer ist als der Transformator-Nennstrom, für mehrere Zyklen fließen. Ringkerntransformatoren, die für dieselbe Belastungsleistung weniger Kupfer verwenden, können bis zu 60-mal in Betrieb sein. Im schlimmsten Fall tritt ein Einschaltstrom auf, wenn die Primärwicklung zu einem Zeitpunkt um den Nulldurchgang der Primärspannung geschaltet wird (was für eine reine Induktivität das Strommaximum im Wechselstromzyklus sein würde) und wenn die Polarität der Spannungshalbwelle das ist gleiche Polarität wie die Remanenz im Eisenkern (die magnetische Remanenz wurde aus einem vorhergehenden Halbzyklus hoch belassen). Wenn die Wicklungen und der Kern nicht so bemessen sind, dass sie normalerweise 50% der Sättigung nicht überschreiten (und bei einem effizienten Transformator niemals sind, wäre eine solche Konstruktion übermäßig schwer und ineffizient), dann wird der Kern während eines solchen Startvorgangs gesättigt sein. Dies kann auch ausgedrückt werden, da der Restmagnetismus im Normalbetrieb fast so hoch ist wie der Sättigungsmagnetismus am "Knie" der Hystereseschleife. Sobald der Kern gesättigt ist, scheint die Wicklungsinduktivität stark reduziert zu sein, und nur der Widerstand der primärseitigen Wicklungen und die Impedanz der Stromleitung begrenzen den Strom. Da die Sättigung nur für einen Teilhalbzyklus auftritt, können harmonische Wellenformen erzeugt werden, die zu Problemen bei anderen Geräten führen können. Bei großen Transformatoren mit niedrigem Wicklungswiderstand und hoher Induktivität können diese Einschaltströme einige Sekunden dauern, bis der Übergang abklingt (Abklingzeit proportional zu X L / R ). und das reguläre Wechselstromgleichgewicht ist hergestellt. Um einen magnetischen Einschaltstrom zu vermeiden, muss nur für Transformatoren mit einem Luftspalt im Kern die induktive Last im Gegensatz zu dem Nullspannungsschalten synchron nahe einer Versorgungsspannungsspitze geschaltet werden, was wünschenswert ist, um scharfkantige Stromübergänge mit zu minimieren Widerstandslasten wie Hochleistungsheizer. Bei Ringkerntransformatoren können diese Transformatoren jedoch nur durch eine Vormagnetisierung vor dem Einschalten ohne Einschaltstromspitze gestartet werden.
Der Einschaltstrom kann in drei Kategorien unterteilt werden:
- Einschaltstrom infolge Wiedereinschalten des Transformators. Der Restfluss kann in diesem Fall Null sein oder abhängig vom Erregungszeitpunkt sein.
- Einschaltstrom fließt zurück, wenn die Transformatorspannung wiederhergestellt wird, nachdem sie durch Systemstörungen reduziert wurde.
- Sympathischer Einschaltstrom fließt, wenn ein Vielfaches auftritt Transformator in derselben Leitung angeschlossen und einer davon mit Strom versorgt.
Wenn ein Elektromotor (Wechselstrom oder Gleichstrom) zum ersten Mal mit Strom versorgt wird, bewegt sich der Rotor nicht, und ein Strom, der dem blockierten Strom entspricht, fließt und verringert sich, wenn der Motor anläuft Geschwindigkeit und entwickelt einen rückseitigen EMF, um der Versorgung entgegenzuwirken. Wechselstrom-Induktionsmotoren verhalten sich wie Transformatoren mit kurzgeschlossener Sekundärwicklung, bis der Rotor anfängt, sich zu bewegen, während Bürstenmotoren im Wesentlichen den Wicklungswiderstand aufweisen. Die Dauer der Anlaufüberbrückung ist geringer, wenn die mechanische Belastung des Motors bis zur Drehzahlerhöhung abgebaut ist.
Bei Motoren mit hoher Leistung kann die Wicklungskonfiguration während des Startvorgangs geändert werden (Stern und dann Dreieck), um den Stromverbrauch zu reduzieren.
Heizgeräte und Glühlampen [ edit ]
Metalle haben einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands; Sie haben einen geringeren Widerstand, wenn sie kalt sind. Jede elektrische Last, die eine wesentliche Komponente von Widerstandsheizelementen aus Metall enthält, wie z. B. ein Elektroofen oder eine Reihe von Glühlampen aus Wolframfilamenten, zieht einen hohen Strom, bis das Metallelement Betriebstemperatur erreicht. Zum Beispiel haben Wandschalter, die Glühlampen steuern sollen, eine "T" -Bewertung, was darauf hinweist, dass sie Stromkreise mit den großen Einschaltströmen von Glühlampen sicher steuern können. Der Einschaltstrom kann bis zum 14-fachen des Dauerstroms betragen und kann bei kleineren Lampen bis zu einigen Sekunden für einige Millisekunden andauern, bei Lampen mit 500 Watt oder mehr. [1] Carbon-Glühlampen (nicht graphitisiert), die selten verwendet werden, haben einen negativen Temperaturkoeffizienten und ziehen mehr Strom, wenn sie sich erwärmen. Ein "Einschaltstrom" wird bei diesen Typen nicht gefunden.
Schutz [ edit ]
Ein Widerstand in Reihe mit der Leitung kann zur Begrenzung der Ladekondensatoren verwendet werden. Dieser Ansatz ist jedoch insbesondere bei Hochleistungsvorrichtungen nicht sehr effizient, da der Widerstand einen Spannungsabfall hat und etwas Leistung verbraucht.
Der Einschaltstrom kann auch durch Einschaltstrombegrenzer reduziert werden. NTC-Thermistoren (Negative Temperature Coefficient) werden häufig in Schaltnetzteilen, Motorantrieben und Audiogeräten verwendet, um Schäden durch Einschaltstrom zu vermeiden. Ein Thermistor ist ein thermisch empfindlicher Widerstand, dessen Widerstand sich infolge von Temperaturänderungen erheblich und vorhersehbar ändert. Der Widerstand eines NTC-Thermistors nimmt mit steigender Temperatur ab. [2]
Wenn sich der Einschaltstrombegrenzer selbst erwärmt, beginnt der Strom durch ihn zu fließen und ihn zu erwärmen. Sein Widerstand beginnt abzunehmen und ein relativ kleiner Stromfluss lädt die Eingangskondensatoren auf. Nachdem die Kondensatoren in der Stromversorgung aufgeladen sind, bietet der selbsterwärmte Einschaltstrombegrenzer einen geringen Widerstand in der Schaltung mit einem geringen Spannungsabfall in Bezug auf den Gesamtspannungsabfall der Schaltung. Nachteilig ist, dass der NTC-Widerstand unmittelbar nach dem Ausschalten noch heiß ist und niederohmig ist. Der Einschaltstrom kann nicht begrenzt werden, wenn er nicht länger als 1 Minute abkühlt, um einen höheren Widerstand zu erhalten. Ein weiterer Nachteil ist, dass der NTC-Thermistor nicht kurzschlussfest ist.
Eine andere Möglichkeit, den Einschaltstrom des Transformators zu vermeiden, ist ein "Transformator-Schaltrelais". Dies erfordert keine Zeit zum Abkühlen. Es kann auch mit Spannungshalbwellen-Spannungseinbrüchen umgehen und ist kurzschlussfest. Diese Technik ist wichtig für IEC 61000-4-11-Tests.
Eine weitere Option, insbesondere für Hochspannungsschaltungen, ist die Verwendung einer Vorladeschaltung. Die Schaltung würde einen strombegrenzten Vorlademodus während des Ladens von Kondensatoren unterstützen und dann für den Normalbetrieb in einen unbegrenzten Modus wechseln, wenn die Spannung an der Last 90% der vollen Ladung beträgt.
Ausschaltspitze [ edit ]
Wenn ein Transformator, ein Elektromagnet oder eine andere induktive Last abgeschaltet wird, erhöht der Induktor die Spannung über dem Schalter oder Unterbrecher und führt zu längerer Lichtbogenbildung . Wenn ein Transformator auf seiner Primärseite ausgeschaltet wird, erzeugt der induktive Stoß eine Spannungsspitze auf der Sekundärseite, die die Isolation und angeschlossene Lasten beschädigen kann. [3]
Siehe auch [ edit
Referenzen [19659004] [ edit ]
Externe Links [ ]
- IEC 61000–4–30, Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) - Prüf- und Messtechniken - Leistung Qualitätsmessverfahren, herausgegeben von der International Electrotechnical Commission, 2003.
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