Введение

Максимальный мгновенный входной ток, потребляемый электрическим устройством при первом включении.

Впускной ток, ток включения или пусковой ток – это максимальный мгновенный входной ток, потребляемый электрическим устройством при первом включении. Электродвигатели и трансформаторы переменного тока могут потреблять в несколько раз свой номинальный рабочий ток при первоначальном включении, в течение нескольких циклов входной формы сигнала. Силовые преобразователи также часто характеризуются впускным током, значительно превышающим их установившийся ток, из-за тока заряда входной ёмкости. Выбор устройств защиты от перегрузки по току, таких как предохранители и автоматические выключатели, становится более сложным, когда необходимо учитывать высокие впускные токи. Защита от перегрузки по току должна быстро реагировать на перегрузку или короткое замыкание, но не должна отключать цепь при протекании (обычно безвредного) впускного тока.

Конденсаторы

Разряженный или частично разряженный конденсатор выглядит как короткое замыкание для источника питания, когда напряжение источника превышает потенциал конденсатора. Полностью разряженному конденсатору потребуется приблизительно 5 временных констант RC для полной зарядки; в течение периода зарядки мгновенный ток может в несколько раз превышать установившийся ток. Мгновенный ток уменьшается до установившегося тока по мере достижения конденсатором полной зарядки. В случае разомкнутой цепи конденсатор зарядится до пикового напряжения переменного тока (нельзя напрямую заряжать конденсатор от сети переменного тока, поэтому речь идет об изменяющемся, но однонаправленном напряжении, например, выходном напряжении выпрямителя). При зарядке конденсатора от линейного источника постоянного тока, например, от батареи, конденсатор по-прежнему будет выглядеть как короткое замыкание; он будет потреблять ток из источника, ограниченный только внутренним сопротивлением источника и ESR конденсатора. В этом случае зарядный ток будет непрерывным и экспоненциально уменьшаться до тока нагрузки. В случае разомкнутой цепи конденсатор зарядится до напряжения постоянного тока. Защита от начального импульса тока при зарядке фильтрующего конденсатора имеет решающее значение для работы устройства. Временное введение высокого сопротивления между входным питанием и выпрямителем может увеличить сопротивление при включении, что приведет к снижению пускового тока. Использование ограничителя пускового тока для этой цели полезно, поскольку он может обеспечить необходимое начальное сопротивление.

Двигатели

Когда электродвигатель, переменного или постоянного тока, включается впервые, ротор неподвижен, и протекает ток, эквивалентный пусковому току, который уменьшается по мере разгона двигателя и развития противоЭДС, противодействующей питающему напряжению. Асинхронные двигатели переменного тока ведут себя как трансформаторы с закороченным вторичным контуром до начала вращения ротора, а коллекторные двигатели по сути представляют собой сопротивление обмотки. Продолжительность переходного процесса при пуске сокращается, если механическая нагрузка на двигатель уменьшена до достижения им рабочей скорости. Для двигателей большой мощности конфигурация обмоток может быть изменена (звезда при пуске, затем треугольник) во время запуска для снижения потребляемого тока.

Нагреватели и лампы накаливания

Металлы имеют положительный температурный коэффициент сопротивления, то есть их сопротивление уменьшается с понижением температуры. Любая электрическая нагрузка, содержащая существенную долю металлических резистивных нагревательных элементов, например, электрическая печь или группа ламп накаливания с вольфрамовыми нитями, будет потреблять высокий ток до тех пор, пока металлический элемент не достигнет рабочей температуры. Например, настенные выключатели, предназначенные для управления лампами накаливания, имеют маркировку "T", указывающую на их способность безопасно коммутировать цепи с большими пусковыми токами, характерными для этих ламп. Пусковой ток может достигать 14-кратного значения установившегося тока и длиться от нескольких миллисекунд для маломощных ламп до нескольких секунд для ламп мощностью 500 Вт и выше. Углеродные нити накаливания (не графитированные), которые сейчас используются редко, имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления и потребляют больше тока при нагреве; для этих типов ламп пусковой ток не характерен.

Защита

Для ограничения тока зарядки входных конденсаторов можно использовать резистор, включенный последовательно с линией. Однако этот подход не очень эффективен, особенно в устройствах большой мощности, поскольку на резисторе будет падение напряжения и выделение некоторой мощности. Входящий ток также можно уменьшить с помощью ограничителей пускового тока. Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) широко используются в импульсных источниках питания, приводах двигателей и аудиоаппаратуре для предотвращения повреждений, вызванных пусковым током. Термистор – это термочувствительный резистор, сопротивление которого значительно и предсказуемо изменяется в зависимости от температуры. Сопротивление NTC-термистора уменьшается с повышением его температуры. По мере самонагрева ограничителя пускового тока, через него начинает протекать ток, нагревая его. Его сопротивление начинает падать, и относительно небольшой ток заряжает входные конденсаторы. После зарядки конденсаторов в блоке питания самонагреваемый ограничитель пускового тока оказывает незначительное сопротивление в цепи, с небольшим падением напряжения по сравнению с общим падением напряжения в цепи. Недостатком является то, что сразу после выключения устройства NTC-резистор все еще горячий и имеет низкое сопротивление. Он не может ограничить пусковой ток, пока не остынет более чем за 1 минуту, чтобы его сопротивление увеличилось. Другой недостаток заключается в том, что NTC-термистор не защищен от короткого замыкания. Другой способ избежать пускового тока трансформатора – использование "реле переключения трансформатора". Ему не требуется время на охлаждение. Он также может справляться с полуволновыми провалами напряжения в сети и защищен от короткого замыкания. Эта техника важна для тестов по стандарту IEC 61000-4-11. Другой вариант, особенно для высоковольтных цепей, – использование схемы предварительного заряда. Схема будет поддерживать режим предварительного заряда с ограничением тока во время зарядки конденсаторов, а затем переключаться в режим без ограничения тока для нормальной работы, когда напряжение на нагрузке достигнет 90% от полного заряда.

Выключательная шина

Когда трансформатор, электродвигатель, электромагнит или другая индуктивная нагрузка отключаются, индуктивность увеличивает напряжение на контактах выключателя или автоматического выключателя, вызывая продолжительную электрическую дугу. При отключении трансформатора с первичной стороны, возникает обратное ЭДС, создающее импульс напряжения на вторичной обмотке, который может повредить изоляцию и подключенное оборудование.