Корзина
Пусковые токи и как с ними бороться

Пусковые токи и как с ними бороться

Пусковые токи и как с ними бороться.

Современные тенденции снижения массы и габаритов приборов привели к тому, что практически в каждом устройстве применяют импульсные источники питания, ведь они превосходят трансформаторные не только по вышеперечисленным характеристикам, но также и в качестве получаемого постоянного напряжения, имеют широкие возможности регулировки выходного напряжения и тока, а также традиционно оснащены защитой от перегрузки по выходному току, но во всем есть и обратная сторона.

Давайте постараемся разобраться, где тут подводные камни.

Наверное, многие уже сталкивались с такой ситуацией: купили новый светодиодный экран хорошей площади, с маленьким шагом пикселей, посчитали максимальную нагрузку, вроде влезаете в действующие дистрибьюторы и коммутацию. И вот приехали на площадку, повесили, включаете основной автомат, с характеристикой «С» (чуть позже разберем данный параметр), а его сразу выбивает. В чем же проблема?  Вроде и автомат с запасом, и КЗ на линии нет… Ответ на данный вопрос очень прост: дело в том, что у каждого блока питания в момент включения есть так называемый пусковой ток (Inrush Current), его величина может в десятки раз превышать ток, потребляемый при максимальной нагрузке.

Что же делать в такой ситуации? Многие приходят к следующим вариантам решения данной проблемы:

  1. Повысить номинал автоматических выключателей.
  2. Использовать автоматические выключатели категории «D».
  3. Включать не все приборы сразу, а постепенно.

Давайте разберем отрицательные стороны таких методов.

  1. Повышение номинала автомата. Выключатель на 16А, ставим на 32А. Да, работать будет, но, во-первых, вы рискуете перегрузить проводник (кабель), идущий до прибора. 16А автомат спасет кабель 3х2,5, а вот 32А автомат перегреет его с легкостью. А во-вторых, сама проблема пускового тока остается и возможно подгорание контактов автомата в момент включения и выключения.
  2. Следующий вариант — это поставить автомат с другой категорией. Категория — это буква на автомате, чаще всего «С», но также бывают «А», «B» и «D».

«А» и «B» разбирать не будем, они применяются там, где недопустимы даже кратковременные перегрузки, а пусковые токи практически отсутствуют.

«С» – самые распространенные. Для того, чтобы произошло срабатывание соленоида электромагнитного расцепления, установленного в таком приборе, нужно, чтобы проходящий через него поток электронов превысил номинальную величину в 5 раз. Срабатывание теплового расцепителя при пятикратном превышении номинала аппарата защиты происходит через 1,5 сек.

«D» – эти автоматы имеют наиболее высокую перегрузочную способность. Для срабатывания электромагнитной катушки, установленной в аппарате такого типа, нужно, чтобы номинал по электротоку защитного автомата был превышен как минимум в 10 раз. Срабатывание теплового расцепителя в этом случае происходит через 0,4 сек. Они служат больше для подстраховки от КЗ, т.к. тот же кабель с перегрузкой нагреется скорее всего быстрее, чем биметаллические пластины внутри автомата.  Помимо этого, такие выключатели гораздо труднее приобрести и их стоимость   достаточно высокая.

  1. Поочередное включение. Как это осуществить? Первый способ: щелкать автоматами по 1 (опять же если их не выбивает), второй способ: включать по 1 усилителю (модулю экрана, кабинету активного массива, световому прибору). И вроде да, все хорошо, запустились, но что, если свет отключат в момент концерта?  Повторный запуск займет достаточно много времени.

Попробуем разобраться как более профессионально бороться с данной проблемой. Для начала разберемся откуда берутся эти пусковые токи. Рассмотрим схему простейшего импульсного блока питания.

Пусковые токи

До включения блока питания конденсатор C1 полностью разряжен и напряжение на нем равно нулю, в то время как в рабочем режиме оно достигает амплитудного значения напряжения сети, равного, при входном напряжении 220 В, около 310 В. Поскольку напряжение на конденсаторе измениться мгновенно не может, то в момент включения схемы обязательно должен произойти бросок тока из-за необходимости заряда конденсатора фильтра и этот ток надо куда-то рассеять, часть конечно потеряется в проводниках и рассеется в тепло, но большую часть придется поглотить блокам питания, а некоторые, к сожалению, на это неспособны,  соответственно это чревато выходом  из строя не только автоматических выключателей, но и самих блоков питания.

Максимальное значение пускового тока зависит не только от электрических характеристик элементов схемы, но и от момента включения ее в сеть. Наихудшим случаем считается подключение к сети в моменты, когда ее напряжение равно амплитудным значениям (пик синуса). В такой ситуации пусковой ток может превышать номинальный в 600 раз! Соответственно если блок питания всего 6 ампер, то в неудачное время включения Вы можете получить ток в проводниках в 3600А, хотя и время будет совсем небольшим (1мс), но   такой импульсный ток способен хорошо нагреть контакты в вилках, розетках, автоматических выключателях, реле и т.д.   Если в цепи присутствуют прослабленные контакты, то возможно образование дуги, которая просто-напросто выжжет данное соединение.

Для предотвращения появления большого пусковой тока чаще всего устанавливают термистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. В момент включения, когда сопротивление термистора велико, пусковой ток мал. После запуска источника питания ток, протекающий через термистор, разогревает его, что приводит к снижению его сопротивления и, как следствие, к уменьшению влияния на работу схемы

Еще одна проблема, это параллельное подключение большого количества блоков питания.

Пусковые токи - формула
Пусковые токи – формула

Из формулы видно, что, подключая большое количество блоков питания, мы понижаем защитное сопротивление цепи.

Ко всему прочему, есть еще одна проблема, мало кто о ней пишет и мало, кто о ней знает.  Это момент выключения оборудования. Дело в том, что импульсники работают в широком значении напряжений обычно от 90 до 270 вольт и в момент расцепления, заряд на конденсаторе еще накоплен и получается воздушное сопротивление, блок питания начинает потреблять еще больший ток, чтобы стабилизировать выходное напряжение и происходит дугообразование, которое способно «склеить» контакты расцепителя. Об этом тоже стоит помнить.

Из всего вышесказанного очевидно, что проблему пусковых токов необходимо как-то решать. Давайте рассмотрим некоторые способы:

  • Использование выключателей нагрузки вместо автоматических выключателей.

Выключатель нагрузки – аппарат коммутационный, в котором конструктивно отсутствует расцепители максимального тока и “перегрузки”, но он может коммутировать цепи под нагрузкой. Т.е. мы приходим практически к тому же, что поставить больший номинал, только меньше подгораний контактов.

  • Использовать реле с дугогасящей камерой и специальными контактами, понижающими риск образования дуги.

У таких реле, как правило, в инструкции прописаны токи включения активной и индуктивной нагрузки.  Камера содержит дугогасительное устройство, выдувающее устройство, которое выдувает электрическую дугу в дугогасительное устройство, и множество выполненных в форме ламелей элементов гашения электрической дуги, между которыми образованы проточные каналы. Проточные каналы соответственно имеют участок рассеивания. Участки рассеивания соседних проточных каналов выполнены с различными наклонами, так что выдуваемый воздух отклоняется проточными каналами в различных направлениях. Т.е. камера просто рассеивает дугу от контактов.

Именно такие реле мы применяем в наших стандартных секвенсорах и DMX свитчерах.

Минус данной системы в том, что активной нагрузки данное реле выдерживает 8000ВА, а индуктивной всего 1450ВА. Т.е. потребуется достаточно большое количество каналов для организации питания большого экрана.

  • использование контакторов или магнитных пускателей.

Они имеют хорошо подпружиненные контакты и применяются как раз в схемах с большими пусковыми токами. Из минусов – большие габариты и масса устройств.

  • Рекомендуемый нами способ, это использование секвенсоров и свитчеров нашего производства с функцией «Safe Start».

Принцип действия устройства заключается в том, что подача напряжения происходит в два этапа:

  1. Производится открытие полупроводникового ключа с последовательно подключенным резистором при переходе тока через ноль, тем самым уменьшая электромагнитные помехи и предотвращая высокие броски тока.
  2. Затем включается силовое реле минимум через 3 периода при частоте сети 50Гц, и отключатся полупроводниковый ключ. Т.к. изначально ток течет через полупроводниковый ключ и токоограничивающий резистор, при подключении силового реле отсутствует искрообразование на силовых контактах, тем самым значительно продлевается срок службы реле. Реле служит для коммутации большой нагрузки без нагрева полупроводникового ключа и токоограничивающего резистора и обеспечивает непосредственное подключение потребителя к сети.

Выключение происходит в обратной последовательности, т.е. включается полупроводниковый ключ с последовательно подключенным резистором, выключается силовое реле, затем выключается полупроводниковый ключ.

Данная система позволяет значительно повысить срок службы импульсных блоков питания, а соответственно и всего оборудования и позволяет нагрузить 16А автоматический выключатель полностью, согласно его номиналу.

Проблема пусковых токов выпрямительных устройств не нова. В свою очередь мы, компания EDS, потратили значительное количество времени, чтобы постараться устранить данную проблему для сферы проката и инсталляции профессионального оборудования, проанализировав создав устройства, не имеющие аналогов на отечественном и зарубежном рынке. Надеемся, что наши устройства будут полезны для Вас и будут надежно оберегать Ваше оборудование.

Спасибо за внимание!