Was ist Einschaltstrom und wie kann er begrenzt werden?

Einschaltstrom ist der maximale Strom, der von einem Stromkreis zum Zeitpunkt des Einschaltens aufgenommen wird. Es erscheint für die wenigen Zyklen der Eingangswellenform. Der Wert des Einschaltstroms ist viel höher als der stationäre Strom des Stromkreises, und dieser hohe Strom kann das Gerät beschädigen oder den Leistungsschalter auslösen. Einschaltstrom tritt im Allgemeinen in allen Geräten auf, in denen ein Magnetkern vorhanden ist, wie Transformatoren, Industriemotoren usw. Der Einschaltstrom wird auch als Eingangsstoßstrom oder Einschaltstoßstrom bezeichnet.

Warum wird Einschaltstrom angezeigt?

Es gibt eine Reihe von Faktoren, die für die Ursache des Einschaltstroms verantwortlich sind. Wie bei einigen Geräten oder Systemen, die aus einem Entkopplungskondensator oder einem glatten Kondensator bestehen, wird zu Beginn eine große Strommenge gezogen, um sie aufzuladen. Das folgende Diagramm gibt Ihnen eine Vorstellung über den Unterschied zwischen Einschalt-, Spitzen- und Dauerstrom eines Stromkreises:

Spitzenstrom: Dies ist der Maximalwert des Stroms, den eine Wellenform entweder im positiven oder im negativen Bereich erreicht.

Steady-State-Strom: Er ist definiert als der Strom, der in jedem Zeitintervall in einem Stromkreis konstant bleibt. Ein stationärer Strom wird erreicht, wenn di / dt = 0 ist, was bedeutet, dass der Strom zeitlich unverändert bleibt.

Einschaltstrommerkmale:

• Tritt sofort auf, wenn das Gerät eingeschaltet wird
• Erscheint für kurze Zeit
• Höher als der Nennwert der Schaltung oder des Geräts

Einige Beispiele, bei denen Einschaltstrom auftritt:

• Glühlampe
• Induktionsmotor startet
• Transformator
• Einschalten von SMPS-basierten Netzteilen

Einschaltstrom im Transformator

Der Einschaltstrom des Transformators ist definiert als der maximale Momentanstrom, den der Transformator zieht, wenn die Sekundärseite entladen ist oder sich im Leerlauf befindet. Dieser Einschaltstrom beeinträchtigt die magnetischen Eigenschaften des Kerns und führt zu einem unerwünschten Schalten des Leistungsschalters des Transformators.

Die Größe des Einschaltstroms hängt vom Punkt der Wechselstromwelle ab, an dem der Transformator startet. Wenn sich der Transformator (ohne Last) einschaltet, wenn die Wechselspannung ihren Höhepunkt erreicht, tritt beim Start kein Einschaltstrom auf, und wenn sich der Transformator (ohne Last) einschaltet, wenn die Wechselspannung durch Null geht, wird der Wert des Einschaltstroms angezeigt Der Strom ist sehr hoch und überschreitet auch den Sättigungsstrom, wie Sie im folgenden Bild sehen können:

Einschaltstrom in Motoren

Wie Transformatoren haben Induktionsmotoren keinen kontinuierlichen Magnetpfad. Die Reluktanz des Induktionsmotors ist aufgrund des Luftspalts zwischen Rotor und Stator hoch. Aufgrund dieser hohen Reluktanz benötigt der Induktionsmotor daher einen hohen Magnetisierungsstrom, um das rotierende Magnetfeld beim Start zu erzeugen. Das folgende Diagramm zeigt die Starteigenschaften des Motors bei voller Spannung.

Wie Sie im Diagramm sehen können, sind sowohl der Anlaufstrom als auch das Anlaufdrehmoment zu Beginn sehr hoch. Dieser hohe Anlaufstrom, der auch als Einschaltstrom bezeichnet wird, kann das elektrische System beschädigen und das anfänglich hohe Drehmoment kann das mechanische System des Motors beeinträchtigen. Wenn wir den Anfangsspannungswert um 50% reduzieren, kann dies zu einer Reduzierung des Motordrehmoments um 75% führen. Um diese Probleme zu überwinden, werden Softstart-Stromversorgungsschaltungen (hauptsächlich als Softstarter bezeichnet) verwendet.

Sollten wir uns für Inrush Current interessieren und wie man es begrenzt?

Ja, wir sollten uns immer um den Einschaltstrom in Induktionsmotoren, Transformatoren und in elektronischen Schaltkreisen kümmern, die aus Induktivitäten, Kondensatoren oder Kern bestehen. Wie bereits erwähnt, ist der Einschaltstrom der maximale Spitzenstrom, der im System auftritt, und kann das Zwei- oder Zehnfache des normalen Nennstroms betragen. Diese unerwünschte Stromspitze kann das Gerät wie im Transformator beschädigen. Ein Einschaltstrom kann bei jedem Einschalten zum Auslösen des Leistungsschalters führen. Das Einstellen der Unterbrechertoleranz kann uns helfen, aber die Komponenten sollten dem Spitzenwert bei Eile standhalten.

Während der elektronischen Schaltung haben einige Komponenten Spezifikationen, die dem hohen Wert des Einschaltstroms für eine kurze Zeitspanne standhalten. Einige Komponenten werden jedoch sehr heiß oder beschädigt, wenn der Wert für In-Rush sehr hoch ist. Daher ist es besser, beim Entwurf einer elektronischen Schaltung oder Leiterplatte eine Einschaltstromschutzschaltung zu verwenden.

Zum Schutz vor Einschaltstrom können Sie ein aktives oder passives Gerät verwenden. Die Wahl der Schutzart hängt von der Häufigkeit des Einschaltstroms, der Leistung, den Kosten und der Zuverlässigkeit ab.

Als ob Sie einen NTC-Thermistor (Negative Temperature Coefficient) verwenden könnten, der ein passives Gerät istarbeitet als elektrischer Widerstand, dessen Widerstand bei niedrigen Temperaturen sehr hoch ist. Der NTC-Thermistor ist in Reihe mit der Stromversorgungs-Eingangsleitung geschaltet. Es zeigt einen hohen Widerstandswert bei Umgebungstemperatur. Wenn wir das Gerät einschalten, begrenzt der hohe Widerstand den Einschaltstrom, der in das System fließt. Wenn der Strom kontinuierlich fließt, steigt die Temperatur des Thermistors an, wodurch der Widerstand erheblich verringert wird. Daher stabilisiert der Thermistor den Einschaltstrom und lässt den Dauerstrom in den Stromkreis fließen. Der NTC-Thermistor wird aufgrund seines einfachen Aufbaus und seiner geringen Kosten häufig für Strombegrenzungszwecke verwendet. Es hat auch einige Nachteile, wie Sie sich bei extremen Wetterbedingungen nicht auf Thermistoren verlassen können.

Aktive Geräte sind teurer und erhöhen auch die Größe des Systems oder der Schaltung. Es besteht aus empfindlichen Komponenten, die hohen Eingangsstrom schalten. Einige der aktiven Geräte sind Softstarter, Spannungsregler und DC / DC-Wandler.

Diese Schutzvorrichtungen dienen zum Schutz des elektrischen und eines mechanischen Systems durch Begrenzung des momentanen Einschaltstroms. Die unten stehende Grafik zeigt den Einschaltstromwert mit der Schutzschaltung und ohne Schutzschaltung. Wir können deutlich sehen, wie effektiv ein Einschaltstromschutz ist.

Wie misst man den Einschaltstrom?

Sie alle haben den Fahrradwagen gesehen. Um ihn in Bewegung zu setzen, muss der Fahrer eine kräftige Kraft anwenden. Und sobald sich das Rad bewegt, wird die erforderliche Kraft reduziert. Diese Anfangskraft entspricht also dem Einschaltstrom. In ähnlicher Weise erreicht der Motor bei Motoren, sobald sich der Rotor in Bewegung setzt, den stationären Zustand, in dem kein hoher Strom zum Laufen benötigt wird.

Es gibt eine Reihe von Zangenmessgeräten (Multimeter), die eine Einschaltstrommessung ermöglichen. Wie Sie können Fluke 376 FC True-RMS Clamp Meter verwenden, um den Einschaltstrom zu messen. Manchmal zeigt der Einschaltstrom einen Wert an, der höher als die Nennleistung des Leistungsschalters ist, der Leistungsschalter löst jedoch nicht aus. Der Grund dafür ist, dass der Leistungsschalter mit einer Zeit-V / S-Stromkurve arbeitet, wie Sie einen 10-Ampere-Leistungsschalter verwenden. Daher sollte der Einschaltstrom, der mehr als 10 Ampere beträgt, länger als die Nennzeit durch den Leistungsschalter fließen davon.

Führen Sie die folgenden Schritte aus, um den Einschaltstrom zu messen:

• Das getestete Gerät sollte zunächst ausgeschaltet werden
• Drehen Sie den Drehknopf und stellen Sie das Hz-Zeichen ein
• Stecken Sie den stromführenden Draht in die Backe oder verwenden Sie eine Sonde, die mit dem Klemmmesser verbunden ist
• Drücken Sie die Einschaltstromtaste im Zangenmesser, wie im obigen Bild gezeigt
• Wenn Sie das Gerät einschalten, wird der Einschaltstromwert auf dem Display des Messgeräts angezeigt