Меню

Резистор для ограничения пускового тока

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:

Если у вас не больше десяти светодиодных ламп (светильников) – то проблем скорее всего не будет. А если больше? Или это два-три мощных светильника, светодиодных панелей, или метров 30 светодиодной ленты? В этом случае могут возникнуть проблемы.

А драйверы для светодиодной ленты так:

драйверы для светодиодной ленты

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

Реле ограничения пускового тока. Что это и зачем нужно?

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

МРП-101 габаритные размеры

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?

  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!

Источник

Использование термисторов для ограничения бросков тока в источниках питания

Часто в различных источниках питания возникает задача ограничить стартовый бросок тока при включении. Причины могут быть разные – быстрый износ контактов реле или выключателей, сокращение срока службы конденсаторов фильтра итд. Такая задача недавно возникла и у меня. В компьютере я использую неплохой серверный блок питания, но за счет неудачной реализации секции дежурного режима, происходит сильный ее перегрев при отключении основного питания. Из-за этой проблемы уже 2 раза пришлось ремонтировать плату дежурного режима и менять часть электролитов, находящихся рядом с ней. Решение было простое – выключать блок питания из розетки. Но оно имело ряд минусов – при включении происходил сильный бросок тока через высоковольтный конденсатор, что могло вывести его из строя, кроме того, уже через 2 недели начала обгорать вилка питания блока. Решено было сделать ограничитель бросков тока. Параллельно с этой задачей, у меня была подобная задача и для мощных аудио усилителей. Проблемы в усилителях те же самые – обгорание контактов выключателя, бросок тока через диоды моста и электролиты фильтра. В интернете можно найти достаточно много схем ограничителей бросков тока. Но для конкретной задачи они могут иметь ряд недостатков – необходимость пересчета элементов схемы для нужного тока; для мощных потребителей – подбор силовых элементов, обеспечивающих необходимые параметры для расчетной выделяемой мощности. Кроме того, иногда нужно обеспечить минимальный стартовый ток для подключаемого устройства, из-за чего сложность такой схемы возрастает. Для решения этой задачи есть простое и надежное решение – термисторы.

Термистор
Рис.1 Термистор

Термистор – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого резко изменяется при нагреве. Для наших целей нужны термисторы с отрицательным температурным коэффициентом – NTC термисторы. При протекании тока через NTC термистор он нагревается и его сопротивление падает.

Читайте также:  18650 номинальный ток разряда

ТКС термистора
Рис.2 ТКС термистора

Нас интересуют следующие параметры термистора:

Сопротивление при 25˚С

Максимальный установившийся ток

Оба параметра есть в документации на конкретные термисторы. По первому параметру мы можем определить минимальный ток, который пройдет через сопротивление нагрузки при подключении ее через термистор. Второй параметр определяется максимальной рассеиваемой мощностью термистора и мощность нагрузки должна быть такой, что бы средний ток через термистор не превысил это значение. Для надежной работы термистора нужно брать значение этого тока меньшее на 20 процентов от параметра, указанного в документации. Казалось бы, что проще – подобрать нужный термистор и собрать устройство. Но нужно учитывать некоторые моменты:

  1. Термистор достаточно долго остывает. Если выключить устройство и сразу включить опять, то термистор будет иметь низкое сопротивление и не выполнит свою защитную функцию.
  2. Нельзя соединять термисторы параллельно для увеличения тока – из-за разброса параметров ток через них будет сильно различаться. Но вполне можно соединять нужное к-во термисторов последовательно.
  3. При работе происходит сильный нагрев термистора. Греются также элементы рядом с ним.
  4. Максимальный установившийся ток через термистор должен ограничиваться его максимальной мощностью. Этот параметр указан в документации. Но если термистор используется для ограничения коротких бросков тока (например, при первоначальном включении блока питания и зарядке конденсатора фильтра), то импульсный ток может быть больше. Тогда выбор термистора ограничен его максимальной импульсной мощностью.

Энергия заряженного конденсатора определяется формулой:

E = (C*Vpeak²)/2

где E – энергия в джоулях, C – емкость конденсатора фильтра, Vpeak – максимальное напряжение, до которого зарядится конденсатор фильтра (для наших сетей можно взять значение 250В*√2 = 353В).

Если в документации указана максимальная импульсная мощность, то исходя из этого параметра можно подобрать термистор. Но, как правило, этот параметр не указан. Тогда максимальную емкость, которую безопасно можно зарядить термистором, можно прикинуть по уже рассчитанным таблицам для термисторов стандартных серий.

Я взял таблицу с параметрами термисторов NTC фирмы Joyin. В таблице указаны:

Rном — номинальное сопротивление термистора при температуре 25°С

Iмакс — максимальный ток через термистор (максимальный установившийся ток)

Смакс — максимальная емкость в тестовой схеме, которую разряжают на термистор без его повреждения (тестовое напряжение 350v)

Как проводится тестовое испытание, можно посмотреть тут на седьмой странице.

Несколько слов о параметре Смакс – в документации показано, что в тестовой схеме конденсатор разряжается через термистор и ограничительный резистор, на котором выделяется дополнительная энергия. Поэтому максимальная безопасная емкость, которую сможет зарядить термистор без такого сопротивления, будет меньше. Я поискал информацию в зарубежных тематических форумах и посмотрел типовые схемы с ограничителями в виде термисторов, на которые приведены данные. Исходя из этой информации, можно взять коэффициент для Смакс в реальной схеме 0.65, на который умножить данные из таблицы.

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Что такое пусковой ток и как его ограничить

Что такое пусковой ток

Пусковой ток – это максимальный ток, потребляемый электрической цепью во время ее включения. Значение пускового тока намного выше, чем установившийся ток цепи, и этот высокий ток может повредить устройство или привести в действие автоматический выключатель. 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 включения.

Что такое пусковой ток и как его ограничить

Почему появляется пусковой ток

Есть причина появления пускового тока. Подобно некоторым устройствам или системам, которые имеют развязывающий конденсатор или сглаживающий конденсатор, при запуске потребляется большое количество тока для их зарядки. Ниже приведенная диаграмма даст вам представление о разнице между пусковым, пиковым и установившимся током цепи.

Пусковой ток

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

Ток установившегося состояния: он определяется как ток в каждом интервале времени, который остается постоянным в цепи. Ток установившегося состояния достигается, когда di/dt = 0, что означает, что ток остается неизменным во времени.

Особенности пускового тока: появляется мгновенно, когда устройство включается; появляется на короткий промежуток времени; выше номинального значения цепи или устройства.

Пусковой ток трансформатора

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

Пусковой ток трансформатора

Величина пускового тока зависит от точки волны переменного тока, в которой запускается трансформатор. Если трансформатор (без нагрузки) включается, когда напряжение переменного тока достигает своего пика, тогда пусковой ток не возникает при запуске, и если трансформатор (без нагрузки) включается, когда напряжение переменного тока проходит через ноль, то значение броска ток будет очень высоким, и он также будет превышать ток насыщения, как вы можете видеть на изображении выше.

Читайте также:  Заполни таблицу физическая величина обозначение единица измерения формула сила тока напряжение

Пусковой ток двигателя

Как и трансформатор, асинхронный двигатель не имеет непрерывного магнитного пути. Сопротивление асинхронного двигателя высокое из-за воздушного зазора между ротором и статором. Следовательно, из-за такого характера индуктивного устройства с высоким сопротивлением требуется большой ток намагничивания для создания вращающегося магнитного поля при запуске. График ниже показывает пусковые характеристики двигателя при полном напряжении.

Пусковой ток двигателя

Как вы можете видеть на графике, пусковой ток и пусковой момент очень высоки в начале. Этот высокий пусковой ток может повредить электрическую систему, а начальный высокий крутящий момент может повлиять на механическую систему двигателя. Если уменьшить начальное значение напряжения на 50%, это может привести к снижению крутящего момента двигателя на 75%. Таким образом, для преодоления этих проблем используются схемы питания с плавным пуском.

Как ограничить пусковой ток

Всегда следует помнить о пусковом токе в асинхронных двигателях, трансформаторах и в электронных цепях, которые состоят из катушек индуктивности, конденсаторов или сердечников. Как упоминалось ранее, пусковой ток – это максимальный пиковый ток, наблюдаемый в системе, и он может быть в два-десять раз больше нормального номинального тока. Этот нежелательный всплеск тока может повредить устройство, пусковой ток может вызвать срабатывание выключателя при каждом включении. Регулировка допуска выключателя может помочь нам, но компоненты должны выдерживать пиковое значение.

Находясь в электронной схеме, некоторые компоненты должны выдерживать высокие значения пускового тока в течение короткого промежутка времени. Но некоторые компоненты сильно нагреваются или повреждаются, если значение при быстром запуске очень велико. Поэтому лучше использовать схему защиты от пускового тока при проектировании электронной схемы или печатной платы.

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

Вы можете использовать NTC-термистор (с отрицательным температурным коэффициентом), который является пассивным устройством, работает как электрический резистор, сопротивление которого очень высоко при низкотемпературном значении. Термистор NTC соединяется последовательно с входной линией питания. Обладает высокой устойчивостью при температуре окружающей среды. Поэтому, когда мы включаем устройство, высокое сопротивление ограничивает пусковой ток, который протекает в систему. По мере непрерывного протекания тока 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, нельзя полагаться на термистор в экстремальных погодных условиях.

Активные устройства ограничения пускового тока стоят дороже, а также увеличивают размер системы или схемы. Они состоят из чувствительных компонентов, которые переключают высокий входящий ток. Некоторые из активных устройств – устройства плавного пуска, регуляторы напряжения и преобразователи постоянного тока.

Эти средства защиты используются для защиты как электрической, так и механической системы путем ограничения мгновенного пускового тока. На приведенном ниже графике показано значение пускового тока со схемой защиты и без схемы защиты. Мы ясно видим, насколько эффективна защита от пускового тока.

ограничить пусковой ток

Как измерить пусковой ток

Сегодня на рынке представлено большое количество клещей (мультиметров), которые обеспечивают измерение пускового тока. Также вы можете использовать токовые клещи Fluke 376 FC True-RMS для измерения пускового тока. Иногда пусковой ток показывает значение, которое выше номинального значения автоматического выключателя, но, тем не менее, автоматический выключатель не отключается. Причина этого заключается в том, что автоматический выключатель работает по кривой зависимости тока от времени, например, если бы вы использовали автоматический выключатель на 10 А, поэтому пусковой ток, превышающий 10 А, должен протекать через автоматический выключатель больше, чем номинальное время.

Токовые клещи

Выполните следующие шаги для измерения пускового тока:

  • Тестируемое устройство должно быть отключено изначально.
  • Поверните циферблат и установите переключатель на Hz-A.
  • Поместите провод под напряжением в клещи или используйте датчик, соединенный с измерителем.
  • Нажмите кнопку измерения пускового тока, как показано на рисунке выше.
  • Включив испытуемое устройство, вы получите значение пускового тока на дисплее прибора.

Источник



применение позисторов epcos для ограничения пускового тока

Авт, доктор Стефан Бенкхоф (Dr. Stefan Benkhof, менеджер-маркетолог EPCOS/TDK).

Перевод — Дмитрий Кузнецов, руководитель службы технической поддержки ООО «АЕДОН».

Высокие значения пусковых токов повсеместно можно встретить при работе такого оборудования, как системы привода, инверт е ры или в источник ах электропитания в момент включения. Поскольку в результате протекания большого тока выходу из строя подвержены, например, выпрямители преобразователей напряжения или предохранители, необходимо предпринять меры поуменьшению тока (рисунок 1) . Существует по крайней мере два метода ограничения пускового тока — пассивный и активный. В первом случае — это устройство защиты (ограничителя пускового тока — ОПТ ), устанавливаемое последовательно в цепь электропитания, во втором — использование схемы активного шунта, срабатывающей после того, как то к достигнет безопасного значения. Выбор метода ограничения сводится к конкретному применению и зависит от множества факторов: требуемой мощности, частотных характеристик броска тока, рабочей температуры окружающей среды и стоимости изделия.

Читайте также:  В сеть переменного тока напряжением u 220 в с частотой

Пассивный метод ограничения пускового тока.

Для преобразователей напряжения номинальной мощностью до нескольких Ватт наиболее приемлемым решением может служить включение малоомного резистора последовательно с нагрузкой.

NTC -термистор имеет высокое омическое сопротивления при низких температурах корпуса, что позволяет эффективно рассеивать пиковую составляющую пускового тока, и низкое сопротивление — при высоких температурах. В результате поглощения тока нагрузки и последующего саморазогрева в нормальных климатических условиях (при «комнатной» температуре окружающей среды) сопротивление термистора падает до нескольких процентов от номинального значения. Это свойство позволяет уменьшить выделяемую на термисторе мощность при дальнейшем постоянном токе нагрузки, когда конденсатор-накопитель полностью заряжен. В целом, NTC -термистор наиболее дешевый и простой по схемотехнической реализации вариант (рисунок 2).

При разработке источников питания все большее внимание уделяется уменьшению потерь мощности везде, где это возможно. В случае, когда номинальная мощность источника превышает 500Вт, эти недостатки становятся более очевидными. Если ОПТ включен на протяжении всего времени протекания тока, потери энергии становятся значительными. Увеличение номинальной мощности устройства и увеличение времени его запуска приводят к появлению нежелательных дополнительных энергетических потерь. Если предположить, что рассеиваемая мощность на NTC -термисторе составляет порядка 1% от общей мощности преобразователя, а КПД последнего равен 92%, то около 12,5% всех энергетических потерь придется на NTC -термистор.

Еще одним методом является применение активного ограничителя пускового тока (АОПТ) с использованием реле или симисторов. В зависимости от сферы применения схема активного ограничения пускового тока может содержать мощный резистор, NTC -термистор или позистор ( PTC -термистор с положительным температурным коэффициентом) в качестве компонента-ограничителя (рисунок 3). Позистор, например, используется в бортовых зарядных устройствах с подключаемыми гибридными или электрическими двигателями, когда требуется передать энергию мощностью в несколько киловатт. Преимущества АОПТ проявляются как на мощностях выше 500Вт, так и на меньших мощностях в различных сферах применения. Хотя стоимость АОПТ заметно выше, такой подход позволяет не только уменьшить потери энергии, но и применить менее мощные и, как следствие, более дешевые переключатели и полупроводники.

Для некоторых применений позистор демонстрирует самые лучшие характеристики в качестве ОПТ. Поскольку температура NTC -термистора зависит от температуры окружающей среды, при низких температурах его сопротивление выше, соответственно ток заряда накопителя ниже и время выхода на режим больше. С другой стороны, повышенная температура окружащей среды лишает NTC -термистор возможности ограничить пусковой ток вследствие его низкого сопротивления. Поэтому, такой подход не востребован для применений, где требуется широкий температурный диапазон. Для NTC -термисторов время остывания, после которого возможно произвести повторное включение с эффективным ограничением тока, варьируется от 30 до 120 с в зависимости от применения, типа крепления и температуры окружающей среды. Для некоторых применений не требуется продолжительного остывания, где происходит быстрый активный разряд конденсаторов в цепи постоянного тока, например, в инверторах для новых стиральных машин или сушилок. Однако, эффективное применение АОПТ в аппаратуре, где присутствуют короткие перерывы напряжения, может оказаться невозможным в связи с тем, что сопротивление термистора при каждом случае включения будет оставаться низким. В обоих случаях позисторы фирмы EPCOS будут являться эффективным средством ограничения пускового тока.

В НКУ позистор работает как омическое сопротивление номиналом от 20 до 500 Ом (в зависимости от типа). Этого сопротивления хватает для ограничения пускового тока. Как только накопитель полностью заряжен, позистор шунтируется короткозамкнутым реле.

В случае выхода из строя элементов цепи заряда конденсатора, позистор выполняет защитную функцию цепи нагрузки. При протекании тока через элемент, его сопротивление многократно возрастает, и, благодаря наличию таких защитных свойств, позистор может служить защитой от короткого замыкания конденсатора и в случае, если не сработал шунт после полного заряда накопительного конденсатора (отказ коммутирующего элемента).

Все эти явления отказов вызывают резкий скачок температуры ограничителя тока. Для полной уверенности, что эффекты КЗ и отказ реле не причинят вреда аппаратуре, следует устанавливать именно позистор или мощный резистор. Позисторы фирмы EPCOS не требуют предварительного ограничения тока, так как обладают защитными свойствами, и могут устанавливаться непосредственно в питающую сеть с соответсвующим номиналом пробивного напряжения. На рисунке 4 представлен процесс ограничения тока в результате короткого замыкания конденсатора.

В результате позисторы фирмы EPCOS (рисунок 5), применяющиеся в составе АОПТ, обладают замечательными свойствами:

— хорошая устойчивость к повышенной температуре окружающей среды.

— эффективное ограничение тока сразу же после отключения нагрузки (отсутствует необходимость охлаждения перед повторным запуском как у NTC -термисторов).

— собственная защита от перегрузки по току, вызванной аварийными ситуациями.

В таблице 1 представлен номенклатурный ряд элементов, основные параметры и наличие в наборах с образцами.

Для всех моделей ОПТ диапазон температур составляет от -20…до +85 С при работе на максимальном пробивном напряжении

График изменения сопротивления приведен в data sheet на сайте EPCOS для температурного диапазона -40…+180 С.

Список используемой литературы:

3. Bodo’s Power System, February 2014, page 34

Источник