Το ρεύμα εισόδου είναι το προσωρινό ρεύμα που απορροφάται αμέσως μετά την τροφοδοσία του ηλεκτρικού εξοπλισμού. Μπορεί να είναι πολύ υψηλότερο από το κανονικό ρεύμα λειτουργίας, αλλά το μέγεθος από μόνο του δεν καθορίζει εάν ένας αυτόματος διακόπτης, μια ασφάλεια, ένας επαφέας, ένα καλώδιο ή ένα φορτίο έχουν επιλεγεί σωστά. Οι μηχανικοί πρέπει να αξιολογούν τέσσερις μεταβλητές μαζί: μέγιστο μέγεθος, διάρκεια, μέθοδος μέτρησης και απόκριση χρόνου-ρεύματος της προστατευτικής διάταξης.
Αυτή η διάκριση εξηγεί γιατί ένας αμπεροτσιμπίδα μπορεί να εμφανίσει ρεύμα εκκίνησης πάνω από την ονομαστική ένταση ενός αυτόματου διακόπτη χωρίς ο διακόπτης να πέσει. Το συμβάν μπορεί να είναι σύντομο και να παραμένει κάτω από την καμπύλη λειτουργίας του διακόπτη. Αντίθετα, ένα χαμηλότερο αλλά μεγαλύτερης διάρκειας ρεύμα εκκίνησης μπορεί να προκαλέσει ανεπιθύμητη ενεργοποίηση ή υπερβολική θερμική καταπόνηση.
Βασικά συμπεράσματα
- Το ρεύμα εισόδου ορίζεται τόσο από το μέγεθος του ρεύματος όσο και από τον χρόνο.
- Το ρεύμα αιχμής είναι ένας ευρύτερος όρος. Το υψηλότερο σημείο μιας κυματομορφής ρεύματος εισόδου είναι ένα ρεύμα αιχμής, αλλά δεν είναι κάθε ρεύμα αιχμής ρεύμα εισόδου.
- Μια κανονική μέτρηση με πολύμετρο μπορεί να μην εντοπίσει το συμβάν. Χρησιμοποιήστε αμπεροτσιμπίδα με δυνατότητα μέτρησης ρεύματος εισόδου ή αισθητήρα ρεύματος και παλμογράφο όταν η λεπτομέρεια της κυματομορφής έχει σημασία.
- Οι γενικοί πολλαπλασιαστές είναι κατάλληλοι μόνο για προκαταρκτικό έλεγχο. Ο τελικός συντονισμός απαιτεί δεδομένα φορτίου, καθορισμένο παράθυρο μέτρησης και τη δημοσιευμένη καμπύλη της προστατευτικής διάταξης.
- Μην αυξάνετε την ονομαστική τιμή ενός αυτόματου διακόπτη απλώς για να σταματήσετε την ανεπιθύμητη απόζευξη. Η προστασία καλωδίων, η προστασία από βραχυκύκλωμα, η ικανότητα ζεύξης του επαφέα και η επιλεκτικότητα πρέπει να παραμένουν έγκυρες.
Τι είναι το ρεύμα εισόδου;
Το ρεύμα εισόδου είναι ένα ρεύμα μη μόνιμης κατάστασης που εμφανίζεται όταν ένα ηλεκτρικό φορτίο συνδέεται στην τροφοδοσία του. Το συμβάν ξεκινά κατά την ενεργοποίηση και εξασθενεί προς το κανονικό ρεύμα λειτουργίας καθώς η μαγνητική ροή, η ταχύτητα του ρότορα, η τάση του πυκνωτή ή η θερμοκρασία του αγωγού φτάνουν στην κατάσταση λειτουργίας τους.
Η κυματομορφή δεν είναι η ίδια για κάθε φορτίο:
| Φορτίο | Κύρια φυσική αιτία | Τυπική συμπεριφορά κυματομορφής | Δεδομένα που απαιτούνται για τον συντονισμό |
|---|---|---|---|
| Μετασχηματιστής | Μετατόπιση μαγνητικής ροής πυρήνα και πιθανός μαγνητικός κορεσμός | Υψηλοί, ασύμμετροι παλμοί μαγνήτισης που εξασθενούν μετά από αρκετούς κύκλους ή περισσότερο | Περίβλημα ρεύματος εισόδου κατασκευαστή, συνθήκες κλεισίματος, σύνθετη αντίσταση πηγής |
| Επαγωγικός κινητήρας | Καμία περιστροφική αντιηλεκτρεγερτική δύναμη κατά την ακινησία | Υψηλό ρεύμα εκκίνησης κατά την επιτάχυνση, το οποίο στη συνέχεια εξασθενεί καθώς αυξάνεται η ταχύτητα | Ρεύμα εγκλωβισμένου δρομέα, χρόνος επιτάχυνσης, μέθοδος εκκίνησης |
| Πυκνωτής, ρυθμιστής στροφών (drive) ή τροφοδοτικό μεταγωγής (switch-mode power supply) | Φόρτιση ενός αρχικά αφόρτιστου πυκνωτή εισόδου ή DC-link | Πολύ γρήγορος παλμός που περιορίζεται από την εμπέδηση της πηγής και του κυκλώματος ή από κύκλωμα προφόρτισης | Χωρητικότητα, εμπέδηση πηγής, σημείο μεταγωγής, συμπεριφορά προφόρτισης |
| Λαμπτήρας ή ωμικός θερμαντήρας | Η αντίσταση του ψυχρού στοιχείου είναι χαμηλότερη από την αντίσταση κατά τη λειτουργία (θερμή) | Το αρχικό ρεύμα μειώνεται καθώς το στοιχείο θερμαίνεται | Ψυχρή αντίσταση, θερμική χρονική σταθερά, συχνότητα μεταγωγής |
Το ρεύμα μπορεί να διαρκέσει μικροδευτερόλεπτα σε ένα μικρό στάδιο εισόδου ηλεκτρονικών, χιλιοστά του δευτερολέπτου σε έναν προφορτισμένο σύνδεσμο DC, αρκετούς κύκλους AC σε έναν μετασχηματιστή, ή δευτερόλεπτα κατά την επιτάχυνση ενός κινητήρα με βαρύ φορτίο. Επομένως, μια δήλωση όπως “το ρεύμα εισόδου είναι 80 A” είναι ελλιπής, εκτός εάν προσδιορίζει επίσης πώς μετρήθηκε η τιμή και πόσο διήρκεσε.
Ρεύμα εισόδου έναντι ρεύματος αιχμής, ρεύματος RMS και ρεύματος εκκίνησης
Αυτοί οι όροι συχνά συγχέονται, αλλά απαντούν σε διαφορετικά τεχνικά ερωτήματα.
| Όρος | Σημασία | Τυπική χρήση |
|---|---|---|
| Ρεύμα εισόδου | Προσωρινό ρεύμα που σχετίζεται με την ενεργοποίηση | Ανάλυση ανεπιθύμητης απόζευξης, βύθιση τάσης, ικανότητα σύζευξης επαφών, σχεδιασμός προφόρτισης |
| Στιγμιαίο ρεύμα αιχμής | Το υψηλότερο στιγμιαίο σημείο εντός ενός καθορισμένου χρονικού παραθύρου | Ηλεκτροδυναμική καταπόνηση, καταπόνηση ημιαγωγών ή επαφών, ανάλυση κυματομορφής |
| Ενεργός τιμή ρεύματος (RMS) | Ισοδύναμο ρεύμα θέρμανσης σε καθορισμένο χρονικό παράθυρο | Θερμικό φορτίο, θέρμανση καλωδίων και εξοπλισμού, πολλές ενδείξεις αμπεροτσιμπίδας |
| Μηχανή αρχικό ρεύμα | Ρεύμα που απορροφάται από την ακινησία έως την επιτάχυνση | Συντονισμός τροφοδοσίας και εκκινητή κινητήρα· μπορεί να περιλαμβάνει περισσότερα από την πρώτη μεταβατική αιχμή |
| Ρεύμα εγκλωβισμένου δρομέα (Locked-rotor current) | Ρεύμα κινητήρα υπό ονομαστικές συνθήκες με τον δρομέα εμποδισμένο να περιστραφεί | Πινακίδα κινητήρα και μελέτες εκκίνησης όπου εφαρμόζεται |
| Ρεύμα βραχυκύκλωσης | Ρεύμα σφάλματος που προκύπτει από μια ακούσια διαδρομή χαμηλής σύνθετης αντίστασης | Ικανότητα διακοπής, λειτουργία προστασίας, αντοχή αγωγού και διάταξης σε σφάλμα |
Το κορυφή κυματομορφής ρεύματος εισόδου είναι μία τιμή ρεύματος κορυφής. Ωστόσο, ο όρος “ρεύμα κορυφής” μπορεί επίσης να αναφέρεται σε κορυφή βραχυκυκλώματος, επαναλαμβανόμενο ρεύμα ημιαγωγού, κορυφή κυματώσεως μετατροπέα ή την ονομαστική ικανότητα μεταγωγής βραχυκυκλώματος ενός αυτόματου διακόπτη, που εκφράζεται συνήθως ως Icm στο πλαίσιο του προτύπου IEC 60947-2. Αυτές οι τιμές δεν είναι εναλλάξιμες.
Η ίδια προσοχή ισχύει και για την ορολογία των κινητήρων. Το “ρεύμα εκκίνησης” περιγράφει το ρεύμα κατά την επιτάχυνση. Στην καθομιλουμένη συχνά αποκαλείται ρεύμα εισόδου, αλλά μια μελέτη προστασίας πρέπει να διακρίνει την αρχική κορυφή της κυματομορφής, το ρεύμα εγκλωβισμένου δρομέα ή ρεύμα εκκίνησης σε τιμή RMS, και τον χρόνο επιτάχυνσης.
Για μια ξεχωριστή εξήγηση σχετικά με τις ονομαστικές τιμές ρεύματος σφάλματος, δείτε Icu έναντι Ics έναντι Icw έναντι Icm.
Γιατί τα ηλεκτρικά φορτία παρουσιάζουν ρεύμα εισόδου
Τροφοδοσία μετασχηματιστή
Ο πυρήνας ενός μετασχηματιστή πρέπει να δημιουργήσει μαγνητική ροή όταν το τύλιγμα τροφοδοτείται. Η αρχική ροή εξαρτάται από τη γωνία μεταγωγής, την τάση τροφοδοσίας, την υπολειπόμενη ροή στον πυρήνα, την εμπέδηση της πηγής και τα χαρακτηριστικά του πυρήνα. Ένας δυσμενής συνδυασμός μπορεί να οδηγήσει τον πυρήνα σε κορεσμό, μειώνοντας απότομα την επαγωγική αντίσταση μαγνήτισης και δημιουργώντας μια ασύμμετρη κυματομορφή ρεύματος.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο δύο τροφοδοσίες του ίδιου μετασχηματιστή μπορούν να παράγουν διαφορετικές αιχμές. Ένας σταθερός πολλαπλασιαστής δεν μπορεί να αντιπροσωπεύσει κάθε γωνία κλεισίματος, κατάσταση υπολειπόμενης ροής ή συνθήκη δικτύου. Για τον τελικό συντονισμό της προστασίας, χρησιμοποιήστε τα δεδομένα ρεύματος εισόδου (inrush) του κατασκευαστή ή ένα επικυρωμένο μοντέλο ηλεκτρομαγνητικών μεταβατικών φαινομένων, αντί να βασίζεστε μόνο στα kVA του μετασχηματιστή.
Εκκίνηση κινητήρα
Σε κατάσταση ηρεμίας, ένας επαγωγικός κινητήρας δεν διαθέτει αντιηλεκτρεγερτική δύναμη παραγόμενη από την ταχύτητα. Απορροφά υψηλό ρεύμα ενώ παράγει ροπή επιτάχυνσης. Το ρεύμα μειώνεται καθώς ο ρότορας επιταχύνει, αλλά η διάρκειά του εξαρτάται από την τάση τροφοδοσίας, τη ροπή φορτίου, την αδράνεια του κινητήρα, τη μέθοδο εκκίνησης και τη μηχανική κατάσταση.
Ένας κινητήρας που ξεκινά κανονικά μπορεί να παράγει ένα σύντομο ρεύμα το οποίο η προστατευτική διάταξη ανέχεται. Ένα μπλοκαρισμένο φορτίο, η χαμηλή τάση τροφοδοσίας, ο υπερβολικός χρόνος επιτάχυνσης ή οι επαναλαμβανόμενες εκκινήσεις μπορούν να παρατείνουν το συμβάν και να αυξήσουν τη θερμική καταπόνηση, ακόμη και αν η πρώτη αιχμή παραμένει αμετάβλητη.
Φόρτιση πυκνωτή και ηλεκτρονικού φορτίου
Για έναν ιδανικό πυκνωτή:
i(t) = C × dv(t)/dtΗ σχέση δείχνει γιατί μια ταχεία μεταβολή της τάσης σε μια μεγάλη χωρητικότητα παράγει υψηλό ρεύμα φόρτισης. Δεν δεν προβλέπει από μόνη της την πραγματική αιχμή. Το πραγματικό ρεύμα περιορίζεται και διαμορφώνεται από την σύνθετη αντίσταση της πηγής, την σύνθετη αντίσταση του καλωδίου, την ισοδύναμη αντίσταση και επαγωγή σειράς, τους ανορθωτές, τη γωνία μεταγωγής και οποιοδήποτε κύκλωμα προφόρτισης ή ενεργού περιορισμού ρεύματος.
Μια πρόχειρη αρχική έκφραση ελέγχου είναι:
Iinitial ≈ ΔV / ZtotalΑυτό είναι χρήσιμο μόνο όταν Ztotal αντιπροσωπεύει τη σχετική σύνθετη αντίσταση της πηγής και της διαδρομής φόρτισης στην χρονική κλίμακα του συμβάντος. Δεν πρέπει να αντιμετωπίζεται ως πλήρες μοντέλο σχεδιασμού για έναν ρυθμιστή στροφών, μετατροπέα, οδηγό LED ή τροφοδοτικό μεταγωγής.
Ψυχροί λαμπτήρες και θερμαντικά στοιχεία
Η αντίσταση ορισμένων μεταλλικών νημάτων και θερμαντικών στοιχείων αυξάνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Κατά την ενεργοποίηση, η ψυχρή αντίσταση μπορεί να είναι σημαντικά χαμηλότερη από την αντίσταση λειτουργίας εν θερμώ, επομένως το αρχικό ρεύμα είναι υψηλότερο. Το φαινόμενο στη συνέχεια εξασθενεί καθώς το στοιχείο θερμαίνεται.
Χρησιμοποιήστε τα δεδομένα ψυχρής αντίστασης ή μεταγωγής του κατασκευαστή όταν η συχνή λειτουργία, η διάρκεια ζωής των επαφών ή η συμπεριφορά της προστατευτικής διάταξης έχουν σημασία. Η ισχύς σε μόνιμη κατάσταση από μόνη της δεν περιγράφει το φαινόμενο της ενεργοποίησης.
Πόσο διαρκεί το ρεύμα εισόδου (inrush current);
Δεν υπάρχει καθολική διάρκεια. Η σωστή απάντηση είναι ο χρόνος που απαιτείται για να προσεγγίσει το συγκεκριμένο φορτίο την κανονική κατάσταση λειτουργίας του.
| Εξοπλισμός | Τι καθορίζει τη διάρκεια; | Τι να επαληθεύσετε |
|---|---|---|
| Μετασχηματιστής | Μαγνητική ροή πυρήνα, υπολειπόμενος μαγνητισμός, σύνθετη αντίσταση δικτύου, προστασία και σχεδιασμός περιελίξεων | Περίβλημα εξασθένησης κατά τους κύκλους AC και δεδομένα τροφοδοσίας του κατασκευαστή |
| Κινητήρας | Αδράνεια κινητήρα, ροπή φορτίου, διαθέσιμη τάση, μέθοδος επιτάχυνσης | Ρεύμα από την ακινησία έως τη σταθερή ταχύτητα, όχι μόνο ο πρώτος κύκλος |
| Είσοδος πυκνωτή | Χωρητικότητα, αντίσταση φόρτισης, σύνθετη αντίσταση πηγής, έλεγχος προφόρτισης | Διάρκεια παλμού, επαναλαμβανόμενη μεταγωγή και ολοκλήρωση προφόρτισης |
| Ψυχρό ωμικό φορτίο | Θερμική μάζα και συντελεστής θερμοκρασίας | Χρόνος από την ψυχρή αντίσταση έως την αντίσταση λειτουργίας |
Κατά τη σύγκριση ενός μετρούμενου συμβάντος με μια προστατευτική διάταξη, χρησιμοποιήστε την ίδια χρονική βάση. Μια ένδειξη RMS με ενεργοποίηση στα 100 ms, μια αιχμή παλμογράφου υπο-χιλιοστού του δευτερολέπτου και μια καταγραφή RMS εκκίνησης κινητήρα διάρκειας αρκετών δευτερολέπτων περιγράφουν διαφορετικά μέρη του συμβάντος.
Πώς να μετρήσετε σωστά το ρεύμα εισόδου (inrush current)
Χρησιμοποιήστε μια αμπεροτσιμπίδα με δυνατότητα μέτρησης ρεύματος εισόδου για επαναλήψιμους ελέγχους πεδίου
Μια αμπεροτσιμπίδα με δυνατότητα μέτρησης ρεύματος εισόδου οπλίζει έναν μηχανισμό ενεργοποίησης, ανιχνεύει το συμβάν εκκίνησης και υπολογίζει μια τιμή κατά το καθορισμένο διάστημα λήψης του οργάνου. Για παράδειγμα, η Fluke περιγράφει μια λειτουργία ρεύματος εισόδου που λαμβάνει περίπου 400 δείγματα σε μια περίοδο 100 ms και υπολογίζει το ρεύμα εκκίνησης. Αυτή η τιμή είναι χρήσιμη και επαναλήψιμη για την αντιμετώπιση προβλημάτων κινητήρα, αλλά δεν αποτελεί απαραίτητα την υψηλότερη στιγμιαία κορυφή της κυματομορφής.
Για μια μέτρηση πεδίου:
- Επιβεβαιώστε ότι το όργανο μέτρησης, ο αισθητήρας, η κατηγορία μέτρησης και το εύρος ρεύματος είναι κατάλληλα για το κύκλωμα.
- Τοποθετήστε την τσιμπίδα γύρω από έναν αγωγό που φέρει ρεύμα, όχι γύρω από ολόκληρο το καλώδιο που περιέχει τους αγωγούς αναχώρησης και επιστροφής.
- Μηδενίστε ή διαμορφώστε το όργανο σύμφωνα με τις οδηγίες του εγχειριδίου του.
- Οπλίστε τον μηχανισμό ενεργοποίησης ρεύματος εισόδου πριν τροφοδοτήσετε το φορτίο.
- Καταγράψτε την κατάσταση φορτίου, την τάση τροφοδοσίας, τη μέθοδο εκκίνησης, τον τρόπο λήψης και τα επαναλαμβανόμενα αποτελέσματα.
- Συγκρίνετε όμοια μεγέθη: χρησιμοποιήστε την ίδια λειτουργία οργάνου και κατάσταση λειτουργίας για δεδομένα τάσης.
Χρησιμοποιήστε αμπεροτσιμπίδα και παλμογράφο όταν η κυματομορφή έχει σημασία
Ένας παλμογράφος με αμπεροτσιμπίδα σωστής ονομαστικής τιμής είναι καταλληλότερος όταν η εργασία απαιτεί:
- τη στιγμιαία αιχμή και την πολικότητά της;
- επιδράσεις γωνίας μεταγωγής;
- συνιστώσα DC ή ασύμμετρο ρεύμα μετασχηματιστή;
- παλμούς φόρτισης πυκνωτή υποκυκλώματος;
- χρόνος απόσβεσης και επαναλαμβανόμενοι παλμοί·;
- συσχέτιση με βύθιση τάσης τροφοδοσίας ή συμβάντα ελέγχου.
Το εύρος ζώνης του ανιχνευτή, ο ρυθμός δειγματοληψίας, ο συντελεστής κορυφής, ο κορεσμός και η ονομαστική τιμή ασφαλείας πρέπει να είναι επαρκή. Ένα τεχνικά ακριβές γράφημα από έναν υπερφορτωμένο ή περιορισμένου εύρους ζώνης ανιχνευτή εξακολουθεί να αποτελεί λανθασμένη μέτρηση.
Γιατί ένα τυπικό όργανο μέτρησης μπορεί να δώσει λανθασμένη εντύπωση
Μια τυπική περιοχή μέτρησης ρεύματος μπορεί να υπολογίσει τον μέσο όρο του συμβάντος, να ενημερώνεται πολύ αργά ή να καταγράψει μια μη επαναλαμβανόμενη μέγιστη τιμή. Αντιθέτως, η λειτουργία “peak” ή “max” ενός οργάνου μέτρησης μπορεί να χρησιμοποιεί διαφορετικό παράθυρο από τη λειτουργία “inrush”. Να καταγράφετε πάντα το όργανο και τη λειτουργία μαζί με την τιμή.
Υπολογισμός ρεύματος εισόδου (inrush current): Τι μπορεί και τι δεν μπορεί να εκτιμηθεί
Δεν υπάρχει ενιαίος τύπος ρεύματος εισόδου που να ισχύει για μετασχηματιστές, κινητήρες, πυκνωτές και ψυχρά ωμικά φορτία. Χρησιμοποιήστε ένα μοντέλο που αντιστοιχεί στον φυσικό μηχανισμό.
Προκαταρκτική εκτίμηση κινητήρα
Για μια προκαταρκτική μελέτη τροφοδοσίας κινητήρα, χρησιμοποιήστε τα δεδομένα ρεύματος εκκίνησης ή ρεύματος εγκλωβισμού του κατασκευαστή. Όταν είναι διαθέσιμος μόνο ένας έγκυρος λόγος ρεύματος εγκλωβισμού:
Istart,screening = λόγος ILR × IratedΑυτό υπολογίζει κατά προσέγγιση ένα επίπεδο RMS ρεύματος εκκίνησης υπό τις δηλωμένες συνθήκες. Δεν προβλέπει την πρώτη στιγμιαία κορυφή, τον χρόνο επιτάχυνσης, την πτώση τάσης ή το ρεύμα με ομαλό εκκινητή (soft starter) ή ρυθμιστή στροφών (VFD). Χρησιμοποιήστε τα δεδομένα του κινητήρα και του εκκινητή για τον τελικό συντονισμό.
Προκαταρκτική εκτίμηση μετασχηματιστή
Ένας πολλαπλασιαστής που εφαρμόζεται στο ονομαστικό ρεύμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συντηρητική παραδοχή ελέγχου μόνο όταν προέρχεται από τον κατασκευαστή του μετασχηματιστή, τις προδιαγραφές του έργου ή μια αποδεκτή μέθοδο μελέτης. Μια πλήρης εκτίμηση ενδέχεται να απαιτεί τη συμπεριφορά κορεσμού του πυρήνα, την υπολειπόμενη μαγνητική ροή, τη γωνία μεταγωγής, τα δεδομένα περιελίξεων και την εμπέδηση της πηγής.
Το σωστό αίτημα προμήθειας δεν είναι απλώς “Ποιος είναι ο πολλαπλασιαστής ρεύματος εισόδου (inrush);” Ζητήστε το περίγραμμα ρεύματος-συναρτήσει-χρόνου, τη βάση δοκιμής ή υπολογισμού, τις συνθήκες ενεργοποίησης και τις ανοχές.
Εκτίμηση φόρτισης πυκνωτή
Χρήση i = C × dv/dt για τη συσχέτιση του ρεύματος φόρτισης με τον ρυθμό μεταβολής της τάσης (slew rate), ή ένα κύκλωμα μοντέλου που χρησιμοποιεί την πραγματική σύνθετη αντίσταση της διαδρομής φόρτισης. Επιβεβαιώστε εάν μια αντίσταση προφόρτισης, ένα θερμίστορ NTC, ένας ελεγχόμενος ανορθωτής ή ένας ενεργός περιοριστής μεταβάλλει το αρχικό κύκλωμα.
Η αποθηκευμένη ενέργεια μετά τη φόρτιση είναι:
E = 1/2 × C × V²Η αποθηκευμένη ενέργεια βοηθά στην αξιολόγηση του κύκλου λειτουργίας μεταγωγής και προφόρτισης, αλλά δεν αποτελεί άμεσο υποκατάστατο για το ρεύμα αιχμής ή τη διάρκεια του παλμού.
Το ελάχιστο σύνολο δεδομένων
Πριν χρησιμοποιήσετε οποιονδήποτε υπολογισμό ως δεδομένο επιλογής, καταγράψτε:
- τάση τροφοδοσίας, συχνότητα και σύνθετη αντίσταση πηγής;
- τύπος εξοπλισμού και ονομαστικό ρεύμα ή ισχύς;
- δεδομένα εκκίνησης ή τροφοδοσίας του κατασκευαστή;
- ορισμός αιχμής: στιγμιαία, μισού κύκλου, 100 ms RMS, ή άλλο παράθυρο;
- διάρκεια συμβάντος και φάκελος απόσβεσης;
- συχνότητα μεταγωγής και ελάχιστος χρόνος μεταξύ εκκινήσεων;
- συνθήκες περιβάλλοντος και περιβλήματος·;
- εφαρμοστέο πρότυπο προστατευτικής διάταξης και ακριβής καμπύλη προϊόντος.
Γιατί το ρεύμα εισόδου επηρεάζει τους αυτόματους διακόπτες, τις ασφάλειες, τους επαφείς και την παροχή
Ενοχλητική ενεργοποίηση
Οι αυτόματοι διακόπτες και οι ασφάλειες αποκρίνονται στο ρεύμα σε συνάρτηση με τον χρόνο. Ένας σύντομος παλμός μπορεί να περάσει χωρίς λειτουργία, ενώ ένα χαμηλότερο, μεγαλύτερης διάρκειας συμβάν διασχίζει τη ζώνη λειτουργίας της διάταξης. Αυτός είναι ο λόγος που η σύγκριση μόνο Ipeak με το ονομαστικό ρεύμα της συσκευής δεν αποτελεί έγκυρη πρόβλεψη ενεργοποίησης.
Για μια λεπτομερή εξήγηση των ζωνών λειτουργίας, των ανοχών και των διαγραμμάτων χρόνου-ρεύματος, διαβάστε Επεξήγηση της καμπύλης απόζευξης του αυτόματου διακόπτη.
Βύθιση τάσης
Μια πρώτη σχέση ελέγχου είναι η εξής:
ΔV ≈ Iinrush × ZsourceΗ έκφραση υποδεικνύει γιατί μια ασθενής πηγή ή μια μακριά γραμμή τροφοδοσίας παρουσιάζει μεγαλύτερη βύθιση τάσης για το ίδιο ρεύμα. Η πραγματική πτώση τάσης στο ηλεκτρικό σύστημα AC εξαρτάται επίσης από τη γωνία σύνθετης αντίστασης του δικτύου, τη διαμόρφωση φάσεων, τη κυματομορφή και τη διάρκεια του συμβάντος. Γειτονικοί επαφείς, τροφοδοτικά PLC, φωτισμός ή ρυθμιστές στροφών ενδέχεται να κάνουν επαναφορά ακόμη και όταν το ίδιο το κύκλωμα εκκίνησης παραμένει υπό τάση.
Καταπόνηση επαφών και ημιαγωγών
Οι επαφείς, τα ρελέ, οι διακόπτες, οι ανορθωτές και τα ημιαγωγά στοιχεία ενδέχεται να αντιμετωπίσουν υψηλό ρεύμα ζεύξης, επαναλαμβανόμενους παλμούς ή αναπήδηση επαφών κατά την ενεργοποίηση. Η καταλληλότητά τους πρέπει να ελέγχεται χρησιμοποιώντας την εφαρμοστέα κατηγορία χρήσης, το καθήκον ζεύξης, την ονομαστική τιμή παλμού και τα δεδομένα του κατασκευαστή, αντί μόνο του ρεύματος μόνιμης κατάστασης.
Για τροφοδοσίες κινητήρων, δείτε Πώς να επιλέξετε επαφείς και διακόπτες ισχύος με βάση την ισχύ του κινητήρα.
Θερμική και μηχανική καταπόνηση
Οι σύντομοι παλμοί μπορούν να προκαλέσουν τοπική θέρμανση των επαφών και ηλεκτροδυναμική δύναμη· οι επαναλαμβανόμενες εκκινήσεις μπορούν να συσσωρεύσουν θερμότητα προτού ο εξοπλισμός επανέλθει στη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Η σχετική καταπόνηση εξαρτάται από την ενέργεια του παλμού, την επανάληψη, την ψύξη και την κατασκευή του εξαρτήματος. Μια μεμονωμένη τιμή ρεύματος αιχμής δεν μπορεί να ποσοτικοποιήσει όλα αυτά τα αποτελέσματα.
Πώς να συντονίσετε την προστασία με το ρεύμα εισόδου (inrush current)
Χρησιμοποιήστε την ακόλουθη ακολουθία αντί να επιλέξετε έναν μεγαλύτερο αυτόματο διακόπτη από έναν πίνακα πολλαπλασιαστών.
1. Καθορίστε το περίγραμμα φορτίου
Λάβετε ή μετρήστε τη συμπεριφορά ρεύματος-χρόνου υπό αξιόπιστες συνθήκες χειρότερης περίπτωσης. Συμπεριλάβετε τη χαμηλή τάση τροφοδοσίας, τις εκκινήσεις υπό φορτίο, το υπολειπόμενο μαγνητικό πεδίο μετασχηματιστή, το ελάχιστο διάστημα προφόρτισης ή τη θερμοκρασία ψυχρής εκκίνησης όταν είναι σχετικά.
2. Προστατέψτε το καλώδιο και το φορτίο
Επιβεβαιώστε ότι η ικανότητα μεταφοράς ρεύματος του αγωγού, η προστασία από υπερφόρτιση, η προστασία από βραχυκύκλωμα και τα όρια του εξοπλισμού παραμένουν ικανοποιητικά. Η αύξηση της ονομαστικής τιμής της προστατευτικής διάταξης για την αποφυγή ενεργοποίησης κατά την εκκίνηση μπορεί να αφήσει το καλώδιο ή το φορτίο ανεπαρκώς προστατευμένα.
3. Συγκρίνετε ολόκληρο το συμβάν με την καμπύλη της διάταξης
Επικαλύψτε ή συγκρίνετε το περίγραμμα του φορτίου με την καμπύλη χρόνου-ρεύματος του κατασκευαστή, συμπεριλαμβανομένων των ζωνών ανοχής και των διορθώσεων περιβάλλοντος. Ελέγξτε τόσο τη θερμική περιοχή όσο και την περιοχή στιγμιαίας ή βραχείας χρονικής καθυστέρησης.
Οι καμπύλες γραμμάτων των MCB, όπως B, C και D, περιγράφουν περιοχές στιγμιαίας λειτουργίας εντός του πλαισίου του σχετικού προτύπου προϊόντος· δεν αποτελούν καθολικές ετικέτες για κάθε αυτόματο διακόπτη. Το πρότυπο IEC 60898-1 καλύπτει καθορισμένους αυτόματους διακόπτες AC για οικιακές και παρόμοιες εγκαταστάσεις, ενώ το IEC 60947-2 αφορά αυτόματους διακόπτες χαμηλής τάσης που προορίζονται για λειτουργία από εκπαιδευμένα ή ειδικευμένα άτομα. Χρησιμοποιήστε το πρότυπο, το φύλλο δεδομένων και την καμπύλη της συγκεκριμένης διάταξης.
Το ευρύτερο οδηγό επιλογής MCB εξηγεί την ονομαστική τιμή ρεύματος, την προστασία αγωγών, την επιλογή καμπύλης, την ικανότητα διακοπής και τον συντονισμό.
4. Ελέγξτε τα εξαρτήματα μεταγωγής και ελέγχου
Επαληθεύστε το φορτίο ζεύξης του επαφέα ή του ρελέ, την τάση του πηνίου κατά τη διάρκεια βύθισης τάσης, την ονομαστική τιμή της επαφής προφόρτισης και την ακολουθία ελέγχου. Ένας αυτόματος διακόπτης που παραμένει κλειστός δεν αποδεικνύει ότι κάθε ανάντη και κατάντη εξάρτημα μπορεί να αντέξει το συμβάν.
5. Επαλήθευση προστασίας από σφάλματα και επιλεκτικότητας
Μια ρύθμιση ανεκτική σε ρεύμα εισόδου πρέπει να εξακολουθεί να εκκαθαρίζει τα σφάλματα εντός του απαιτούμενου χρόνου και να συντονίζεται με τις ανάντη και κατάντη συσκευές. Η ικανότητα διακοπής και η αντοχή σε βραχυκύκλωμα είναι ιδιότητες ρεύματος σφάλματος, όχι ονομαστικές τιμές ρεύματος εισόδου.
Λίστα ελέγχου προστασίας
| Έλεγχος | Απαιτούμενα αποδεικτικά στοιχεία | Συνηθισμένο σφάλμα |
|---|---|---|
| Περίβλημα φορτίου | Καμπύλη κατασκευαστή ή επικυρωμένη μέτρηση | Χρήση ενός μη τεκμηριωμένου πολλαπλασιαστή |
| Ορισμός μέτρησης | Όργανο, τρόπος λειτουργίας, χρονικό παράθυρο, συνθήκη λειτουργίας | Σύγκριση στιγμιαίας αιχμής με δεδομένα καμπύλης RMS |
| Προστασία καλωδίου/φορτίου | Απαιτήσεις ονομαστικής έντασης ρεύματος και προστασίας εξοπλισμού | Αύξηση μεγέθους του αυτόματου διακόπτη για τη διακοπή των ενεργοποιήσεων |
| Λειτουργία συσκευής | Ακριβής καμπύλη χρόνου-ρεύματος και ανοχή | Επιλογή μόνο με βάση το γράμμα B, C ή D |
| Ικανότητα ζεύξης | Δεδομένα επαφέα, διακόπτη, ρελέ, ανορθωτή ή ημιαγωγού | Έλεγχος μόνο του ρεύματος μόνιμης κατάστασης |
| Επανάληψη | Εκκινήσεις ανά ώρα και διάστημα ψύξης | Αντιμετώπιση μίας επιτυχημένης εκκίνησης ως καταλληλότητα για συνεχή λειτουργία |
| Συντονισμός σφαλμάτων | Επίπεδο σφάλματος, χρόνος απόσβεσης, επιλεκτικότητα, ικανότητα διακοπής | Σύγχυση μεταξύ αιχμής ρεύματος εισόδου και ονομαστικής τιμής βραχυκύκλωσης |
Τρόποι μείωσης του ρεύματος εισόδου
| Μέθοδος | Ιδανικό για | Κύριος περιορισμός ή σημείο επαλήθευσης |
|---|---|---|
| Θερμίστορ NTC | Μικρότερα φορτία εισόδου πυκνωτή και ηλεκτρονικά φορτία | Η θερμή επανεκκίνηση μπορεί να παρέχει μικρότερη αντίσταση· η θερμική ανάκτηση και οι απώλειες έχουν σημασία |
| Αντίσταση προφόρτισης συν επαφέας παράκαμψης | Σύνδεσμοι DC, ρυθμιστές στροφών, φορτιστές και μεγαλύτερες συστοιχίες πυκνωτών | Ακολουθία ελέγχου, ενέργεια αντιστάτη, καθήκον σύζευξης επαφέα παράκαμψης και ανίχνευση σφάλματος |
| Soft starter | Επαγωγικοί κινητήρες AC που απαιτούν επιτάχυνση μειωμένης τάσης | Το μειωμένο ρεύμα μειώνει επίσης τη διαθέσιμη ροπή εκκίνησης· η εφαρμογή και οι ρυθμίσεις ράμπας έχουν σημασία |
| Ρυθμιστής στροφών μεταβλητής συχνότητας | Κινητήρες που απαιτούν έλεγχο ταχύτητας ή διαχειριζόμενη επιτάχυνση | Ο ανορθωτής εισόδου/σύνδεσμος DC εξακολουθεί να απαιτεί τον δικό του σχεδιασμό προφόρτισης του ρυθμιστή στροφών |
| Ελεγχόμενη μεταγωγή | Μετασχηματιστές ή συστοιχίες πυκνωτών όπου η γωνία κλεισίματος είναι σημαντική | Απαιτεί έλεγχο, ανίχνευση και απόδοση μεταγωγής ειδικά για το σύστημα |
| Διαδοχική ενεργοποίηση | Πολλαπλά φορτία που ξεκινούν ταυτόχρονα | Προσθέτει πολυπλοκότητα στον έλεγχο και δεν μειώνει το ρεύμα εισόδου κάθε φορτίου ξεχωριστά |
| Τροφοδοσία χαμηλότερης σύνθετης αντίστασης ή επανασχεδιασμός της γραμμής τροφοδοσίας | Συστήματα που περιορίζονται από τη βύθιση τάσης | Ενδέχεται να αυξήσει το αναμενόμενο ρεύμα σφάλματος και να απαιτήσει επαναξιολόγηση της προστασίας |
Η Eaton περιγράφει έναν ομαλό εκκινητή ως μια μέθοδο μειωμένης τάσης για τη μείωση του ρεύματος εκκίνησης του κινητήρα. Ωστόσο, η σωστή ράμπα πρέπει να παρέχει επαρκή ροπή για την επιτάχυνση του φορτίου χωρίς να παρατείνεται υπερβολικά η εκκίνηση.
Αντιμετώπιση προβλημάτων απρόσμενων ενεργοποιήσεων λόγω ρεύματος εκκίνησης
- Προσδιορίστε ακριβώς ποια συσκευή λειτούργησε. Καταγράψτε τον πόλο, την ένδειξη ενεργοποίησης, τον τύπο της ασφάλειας, τον κωδικό συμβάντος του ρελέ και την κατάσταση ανάντη/κατάντη.
- Επιβεβαιώστε πότε λειτούργησε. Η πρώτη ηλεκτροδότηση, η θερμή επανεκκίνηση, η εκκίνηση υπό φορτίο, η ταυτόχρονη εκκίνηση ή η λειτουργία κατά τη διάρκεια της κανονικής πορείας αποτελούν διαφορετικούς διαγνωστικούς κλάδους.
- Μετρήστε την τάση τροφοδοσίας και το ρεύμα εκκίνησης μαζί. Μια πτώση τάσης μπορεί να επιμηκύνει την επιτάχυνση του κινητήρα ή να προκαλέσει την αποσύνδεση των εξαρτημάτων ελέγχου.
- Καταγράψτε τη λειτουργία μέτρησης. Μην συγκρίνετε την τιμή αιχμής ενός παλμογράφου με την τιμή ρεύματος εισόδου (inrush) ενός αμπεροτσιμπίδας σαν να πρόκειται για το ίδιο μέγεθος.
- Επιθεωρήστε την κατάσταση του φορτίου. Ελέγξτε για μηχανική εμπλοκή, λανθασμένες λήψεις μετασχηματιστή, αστοχία κυκλωμάτων προφόρτισης, κατεστραμμένες διατάξεις NTC, τρέμουλο επαφέα και απρόσμενα παράλληλα φορτία.
- Συγκρίνετε με την ακριβή καμπύλη της συσκευής. Συμπεριλάβετε τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, την ομαδοποίηση εγκατάστασης, το προηγούμενο θερμικό φορτίο και την ανοχή.
- Διορθώστε την αιτία πριν αλλάξετε την προστασία. Οποιαδήποτε αλλαγή ονομαστικής τιμής ή ρύθμισης απαιτεί νέους ελέγχους της προστασίας καλωδίων, της εκκαθάρισης σφαλμάτων, της επιλεκτικότητας και των ορίων του εξοπλισμού.
Συχνές Ερωτήσεις
Είναι το ρεύμα εισόδου (inrush current) το ίδιο με το ρεύμα αιχμής;
Όχι. Το ρεύμα εισόδου είναι ένα μεταβατικό φαινόμενο που σχετίζεται με την τροφοδοσία. Το υψηλότερο στιγμιαίο σημείο του είναι μια αιχμή εισόδου, αλλά το ρεύμα αιχμής είναι ένας ευρύτερος όρος μέτρησης που μπορεί να εφαρμοστεί σε σφάλματα, μεταγωγές, μετατροπείς και επαναλαμβανόμενες κυματομορφές.
Γιατί ένας αυτόματος διακόπτης δεν πέφτει όταν το ρεύμα εισόδου υπερβαίνει το ονομαστικό ρεύμα In;
Η ονομαστική ένταση του αυτόματου διακόπτη και η καμπύλη λειτουργίας του εξυπηρετούν διαφορετικούς σκοπούς. Η συσκευή αποκρίνεται ανάλογα με το μέγεθος και τη διάρκεια του ρεύματος εντός μιας ζώνης ανοχής. Ένα σύντομο συμβάν εισόδου μπορεί να παραμείνει κάτω από την καμπύλη λειτουργίας ακόμη και όταν η μετρούμενη τιμή του υπερβαίνει το ονομαστικό ρεύμα In.
Ποιος είναι ο τύπος για το ρεύμα εισόδου;
Δεν υπάρχει καθολικός τύπος. Η φόρτιση πυκνωτή μπορεί να περιγραφεί χρησιμοποιώντας i = C × dv/dt; οι μελέτες κινητήρων χρησιμοποιούν δεδομένα εκκίνησης ή εγκλωβισμένου δρομέα του κατασκευαστή· οι μελέτες μετασχηματιστών απαιτούν δεδομένα τροφοδοσίας ή ένα μοντέλο μαγνητικού κορεσμού. Οι γενικοί πολλαπλασιαστές αποτελούν μόνο προκαταρκτικές υποθέσεις ελέγχου.
Πόσο διαρκεί το ρεύμα εισόδου;
Εξαρτάται από το φορτίο και τον ορισμό που χρησιμοποιείται. Οι παλμοί φόρτισης ηλεκτρονικών μπορεί να είναι πολύ σύντομοι, το ρεύμα εισόδου μετασχηματιστή μπορεί να εξασθενήσει κατά τη διάρκεια πολλαπλών κύκλων AC, και το ρεύμα εκκίνησης κινητήρα μπορεί να διαρκέσει για αρκετά δευτερόλεπτα επιτάχυνσης. Να αναφέρετε το παράθυρο μέτρησης μαζί με την τιμή του ρεύματος.
Πρέπει να επιλέξω έναν MCB καμπύλης D για φορτίο με υψηλό ρεύμα εισόδου;
Όχι αυτόματα. Επιβεβαιώστε το ισχύον πρότυπο της συσκευής, την ακριβή καμπύλη του κατασκευαστή, την προστασία καλωδίων, το διαθέσιμο ρεύμα σφάλματος, τον απαιτούμενο χρόνο αποζεύξης και την επιλεκτικότητα. Μια καμπύλη που ανέχεται την εκκίνηση πρέπει να εξακολουθεί να παρέχει επαρκή προστασία από σφάλματα.
Μπορεί ένας ομαλός εκκινητής (soft starter) να εξαλείψει το ρεύμα εισόδου του κινητήρα;
Μπορεί να μειώσει και να ελέγξει το ρεύμα εκκίνησης, αλλά δεν κάνει το φαινόμενο να εξαφανιστεί. Η μειωμένη τάση του κινητήρα μειώνει επίσης τη διαθέσιμη ροπή εκκίνησης, επομένως οι ρυθμίσεις πρέπει να ταιριάζουν στον κινητήρα, το φορτίο και την απαίτηση επιτάχυνσης.
Μηχανολογικό συμπέρασμα
Το ρεύμα εισόδου δεν είναι ένας απλός πολλαπλασιαστής και δεν είναι απλώς ένας μεγάλος αριθμός κατά την ενεργοποίηση. Ένας τεκμηριωμένος σχεδιασμός περιγράφει το φαινόμενο ως φάκελο ρεύματος-χρόνου, δηλώνει πώς μετρήθηκε ή υπολογίστηκε και ελέγχει αυτόν τον φάκελο σε σχέση με την προστασία καλωδίων, τις καμπύλες των προστατευτικών διατάξεων, τον κύκλο μεταγωγής, τη βύθιση τάσης, την επανάληψη και τον συντονισμό σφαλμάτων.
Χρησιμοποιήστε γενικές εκτιμήσεις για τον έλεγχο ενός σχεδιασμού, όχι για την έγκρισή του. Για την τελική προδιαγραφή, ζητήστε τα δεδομένα εκκίνησης ή ενεργοποίησης του φορτίου και την ακριβή καμπύλη της προστατευτικής διάταξης. Εάν συντονίζετε έναν αυτόματο διακόπτη, επαφέα ή ρελέ ελέγχου VIOX με φορτίο υψηλού ρεύματος εισόδου, παρέχετε το ηλεκτρικό σύστημα τροφοδοσίας, τα δεδομένα φορτίου, τη μετρημένη κυματομορφή ή το περίγραμμα του κατασκευαστή και την απαιτούμενη ακολουθία λειτουργίας στο [email protected].
