Corrente de irrupção - Inrush current
A corrente de pico , a corrente de pico de entrada ou o pico de ativação é a corrente de entrada instantânea máxima consumida por um dispositivo elétrico quando ligado pela primeira vez. Transformadores e motores elétricos de corrente alternada podem consumir várias vezes sua corrente normal de plena carga quando energizados pela primeira vez, por alguns ciclos da forma de onda de entrada. Os conversores de energia também costumam ter correntes de inrush muito mais altas do que suas correntes de estado estacionário, devido à corrente de carga da capacitância de entrada . A seleção de dispositivos de proteção contra sobrecorrente, como fusíveis e disjuntores, torna- se mais complicada quando altas correntes de inrush devem ser toleradas. A proteção de sobrecorrente deve reagir rapidamente a falhas de sobrecarga ou curto-circuito, mas não deve interromper o circuito quando a corrente de pico (geralmente inofensiva) flui.
Capacitores
Um capacitor descarregado ou parcialmente carregado aparece como um curto-circuito para a fonte quando a tensão da fonte é maior do que o potencial do capacitor. Um capacitor totalmente descarregado levará aproximadamente 5 ciclos de tempo RC para carregar totalmente; durante a porção de carga do ciclo, a corrente instantânea pode exceder a corrente de carga por um múltiplo substancial. A corrente instantânea diminui para carregar a corrente quando o capacitor atinge a carga total. No caso de circuito aberto, o capacitor será carregado com a tensão CA de pico (não se pode realmente carregar um capacitor com alimentação de linha CA - isso se refere à saída de tensão alternada unidirecional de um retificador).
No caso de carregar um capacitor de uma tensão DC linear, como o de uma bateria, o capacitor ainda aparecerá como um curto-circuito; ele drenará corrente da fonte limitada apenas pela resistência interna da fonte e ESR do capacitor. Nesse caso, a corrente de carga será contínua e diminuirá exponencialmente em relação à corrente de carga. Para circuito aberto, o capacitor será carregado com a tensão DC.
A proteção contra o fluxo de pico de corrente inicial do período de carga do capacitor de filtro é crucial para o desempenho do dispositivo. A introdução temporária de uma alta resistência entre a potência de entrada e o retificador pode aumentar a resistência da energização, levando à redução da corrente de pico. Usar um limitador de corrente de inrush para essa finalidade ajuda, pois pode fornecer a resistência inicial necessária.
Transformadores
Quando um transformador é energizado pela primeira vez, uma corrente transiente de até 10 a 15 vezes maior do que a corrente nominal do transformador pode fluir por vários ciclos. Os transformadores toroidais, usando menos cobre para o mesmo manuseio de energia, podem ter até 60 vezes o influxo para a corrente de operação. O pior caso de inrush acontece quando o enrolamento primário é conectado em um instante em torno do cruzamento zero da tensão primária (que para uma indutância pura seria a corrente máxima no ciclo CA) e se a polaridade do meio-ciclo de tensão tem o mesma polaridade que a remanência no núcleo de ferro tem (a remanência magnética foi deixada alta em um meio ciclo anterior). A menos que os enrolamentos e o núcleo sejam dimensionados para normalmente nunca excederem 50% da saturação (e em um transformador eficiente eles nunca são, tal construção seria excessivamente pesada e ineficiente), então durante tal partida o núcleo ficará saturado. Isso também pode ser expresso como o magnetismo remanescente em operação normal é quase tão alto quanto o magnetismo de saturação no "joelho" do ciclo de histerese . Uma vez que o núcleo satura, no entanto, a indutância do enrolamento parece muito reduzida, e apenas a resistência dos enrolamentos do lado primário e a impedância da linha de energia estão limitando a corrente. Como a saturação ocorre apenas em meio-ciclos parciais, formas de onda ricas em harmônicas podem ser geradas e podem causar problemas a outros equipamentos. Para transformadores grandes com baixa resistência de enrolamento e alta indutância, essas correntes de inrush podem durar vários segundos até que o transiente tenha morrido (tempo de decaimento proporcional a X L / R ) e o equilíbrio AC regular seja estabelecido. Para evitar o influxo magnético, apenas para transformadores com um entreferro no núcleo, a carga indutiva precisa ser conectada de forma síncrona perto de um pico de tensão de alimentação, em contraste com a comutação de tensão zero, que é desejável para minimizar os transientes de corrente de ponta aguda com cargas resistivas, como aquecedores de alta potência. Mas, para transformadores toroidais, apenas um procedimento de pré-magnetização antes de ligar permite iniciar esses transformadores sem nenhum pico de corrente de inrush.
A corrente de pico pode ser dividida em três categorias:
- A corrente de pico de energização resulta da reenergização do transformador. O fluxo residual neste caso pode ser zero ou dependendo do tempo de energização.
- Fluxo de corrente de pico de recuperação quando a tensão do transformador é restaurada após ter sido reduzida por distúrbio do sistema.
- Fluxo de corrente de inrush simpático quando vários transformadores conectados na mesma linha e um deles energizado.
Motores
Quando um motor elétrico , CA ou CC, é energizado pela primeira vez, o rotor não está se movendo e uma corrente equivalente à corrente estagnada fluirá, reduzindo conforme o motor ganha velocidade e desenvolve um EMF de volta para se opor ao fornecimento. Os motores de indução CA se comportam como transformadores com um secundário em curto até que o rotor comece a se mover, enquanto os motores com escova apresentam essencialmente a resistência do enrolamento. A duração do transiente de partida é menor se a carga mecânica no motor for aliviada até que ele tenha acelerado.
Para motores de alta potência, a configuração do enrolamento pode ser alterada ( estrela no início e, em seguida, delta ) durante a inicialização para reduzir o consumo de corrente.
Aquecedores e lâmpadas de filamento
Os metais têm um coeficiente de resistência de temperatura positivo ; eles têm menor resistência ao frio. Qualquer carga elétrica que contenha um componente substancial de elementos de aquecimento resistivos metálicos, como um forno elétrico ou um banco de lâmpadas incandescentes de filamento de tungstênio , consumirá uma alta corrente até que o elemento metálico atinja a temperatura de operação. Por exemplo, interruptores de parede destinados a controlar lâmpadas incandescentes terão uma classificação "T", indicando que podem controlar com segurança circuitos com grandes correntes de irrupção de lâmpadas incandescentes. A irrupção pode ser até 14 vezes a corrente de estado estacionário e pode persistir por alguns milissegundos para lâmpadas menores até vários segundos para lâmpadas de 500 watts ou mais. As lâmpadas de filamento de carbono (não grafitadas), raramente usadas agora, têm um coeficiente de temperatura negativo e consomem mais corrente à medida que aquecem; uma corrente de "inrush" não é encontrada com esses tipos.
Proteção
Um resistor em série com a linha pode ser usado para limitar os capacitores de entrada de carga de corrente. Porém, esta abordagem não é muito eficiente, principalmente em dispositivos de alta potência, pois o resistor terá uma queda de tensão e dissipará alguma potência.
A corrente de pico também pode ser reduzida por limitadores de corrente de pico. Termistores de coeficiente de temperatura negativo (NTC) são comumente usados na comutação de fontes de alimentação, drives de motor e equipamentos de áudio para evitar danos causados pela corrente de pico. Um termistor é um resistor termicamente sensível com uma resistência que muda de maneira significativa e previsível como resultado das mudanças de temperatura. A resistência de um termistor NTC diminui à medida que sua temperatura aumenta.
À medida que o limitador de corrente de pico se autoaquece, a corrente começa a fluir por ele e aquecê-lo. Sua resistência começa a cair e um fluxo de corrente relativamente pequeno carrega os capacitores de entrada. Depois que os capacitores da fonte de alimentação ficam carregados, o limitador de corrente de energização autoaquecido oferece pouca resistência no circuito, com uma baixa queda de tensão em relação à queda total de tensão do circuito. Uma desvantagem é que, imediatamente após o dispositivo ser desligado, o resistor NTC ainda está quente e tem uma resistência baixa. Ele não pode limitar a corrente de pico, a menos que esfrie por mais de 1 minuto para obter uma resistência maior. Outra desvantagem é que o termistor NTC não é à prova de curto-circuito.
Outra forma de evitar a corrente de pico do transformador é um "relé de chaveamento do transformador". Isso não precisa de tempo para esfriar. Ele também pode lidar com quedas de tensão de meia onda na linha de força e é à prova de curto-circuito. Esta técnica é importante para os testes IEC 61000-4-11.
Outra opção, principalmente para circuitos de alta tensão , é usar um circuito de pré-carga . O circuito suportaria um modo de pré-carga limitada por corrente durante o carregamento dos capacitores e, em seguida, mudaria para um modo ilimitado para operação normal quando a tensão na carga fosse 90% da carga total.
Ponto de desligamento
Quando um transformador , eletroímã ou outra carga indutiva é desligada, o indutor aumenta a tensão na chave ou disjuntor e causa arco elétrico prolongado. Quando um transformador é desligado em seu lado primário, o chute indutivo produz um pico de tensão no secundário que pode danificar o isolamento e as cargas conectadas.
Veja também
Referências
Link externo
- IEC 61000–4–30, Compatibilidade Eletromagnética (EMC) - Técnicas de teste e medição - Métodos de medição de qualidade de energia, publicado pela International Electrotechnical Commission, 2003.