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.

Проблема пусковых токов

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.

Распространенные «решения» и их недостатки

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

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

Недостатки этих методов:

1 Повышение номинала автомата

Выключатель на 16А ставим на 32А. Да, работать будет, но:

Риск перегрузки кабеля: 16А автомат спасет кабель 3х2,5, а вот 32А автомат перегреет его с легкостью
Проблема остается: возможно подгорание контактов автомата в момент включения и выключения

2 Автоматы категории «D»

Категория «С» — самые распространенные. Срабатывание электромагнитного расцепления при превышении номинала в 5 раз. Тепловой расцепитель срабатывает через 1,5 сек.

Категория «D» — высокая перегрузочная способность. Срабатывание при превышении в 10 раз. Тепловой расцепитель срабатывает через 0,4 сек.

Проблемы: кабель с перегрузкой нагреется быстрее, чем биметаллические пластины внутри автомата. Плюс такие выключатели труднее приобрести и их стоимость достаточно высокая.

3 Поочередное включение

Как это осуществить? Первый способ: щелкать автоматами по одному, второй способ: включать по одному усилителю, модулю экрана, кабинету активного массива, световому прибору.

Проблема: что, если свет отключат в момент концерта? Повторный запуск займет достаточно много времени.

Техническое объяснение проблемы

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

Схема простейшего импульсного блока питания

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.

⚠️ Критические значения

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).

600x превышение номинального тока

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.

Защита от пусковых токов

Для предотвращения появления большого пускового 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.

Проблема параллельного подключения

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

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

Проблема выключения

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 диапазоне 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.

Профессиональные решения

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

Выключатели нагрузки

Вместо автоматических выключателей. В них конструктивно отсутствует расцепители максимального тока и «перегрузки», но они могут коммутировать цепи под нагрузкой.

Частично решает проблему

Реле с дугогасящей камерой

Специальные контакты, понижающие риск образования дуги. Камера содержит дугогасительное устройство, которое рассеивает дугу от контактов.

Используется в наших секвенсорах и DMX свитчерах

Ограничение: активной нагрузки — 8000ВА, индуктивной — всего 1450ВА.

Контакторы и магнитные пускатели

Имеют хорошо подпружиненные контакты и применяются как раз в схемах с большими пусковыми токами.

Минус: большие габариты и масса

🚀 Рекомендуемое решение EDS

Использование секвенсоров и свитчеров нашего производства с функцией «Safe Start».

Принцип действия технологии Safe Start:

Мягкий старт

Производится открытие полупроводникового ключа с последовательно подключенным резистором при переходе тока через ноль, тем самым уменьшая электромагнитные помехи и предотвращая высокие броски тока.

Подключение силового реле

Включается силовое реле минимум через 3 периода при частоте сети 50Гц, и отключается полупроводниковый ключ. Поскольку изначально ток течет через полупроводниковый ключ и токоограничивающий резистор, при подключении силового реле отсутствует искрообразование на силовых контактах.

Преимущества технологии Safe Start:

Значительно повышает срок службы импульсных блоков питания
Продлевает срок службы всего оборудования
Позволяет нагрузить 16А автоматический выключатель полностью, согласно его номиналу
Исключает подгорание контактов
Безопасное выключение в обратной последовательности

Заключение

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 и 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!

Навигация

Полезная информация