При запуске промышленного оборудования генерируется импульсный ток (называемый импульсным током), который намного превышает нормальный рабочий ток. В зависимости от типа оборудования этот пусковой всплеск может в 10–30 раз превышать установившийся ток. Этот экстремальный импульсный ток генерируется мгновенно, вызывая огромное электрическое и механическое напряжение.
Если не контролировать их должным образом, импульсные токи могут привести к отключению автоматического выключателя, перегоранию предохранителей, повреждению чувствительных компонентов и даже к ухудшению работы разъемов питания и источников питания. Поэтому разработка эффективной стратегии управления импульсными токами имеет важное значение для надежной и безопасной работы промышленных систем.
Одним из способов управления скачками напряжения при запуске является последовательное подключение ограничителя импульсного тока (ICL) ко входу питания устройства. В различных типах ICL широко используются термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) из-за их простой конструкции и легкости интеграции. Термистор NTC представляет собой термочувствительный резистор, значение сопротивления которого уменьшается с увеличением температуры.
Рисунок 1: ERT-J0EG103FA NTC-термистор Panasonic Electronic Components, номинальное сопротивление 10 кОм при 25 °C, допуск сопротивления ± 1%. Источник изображения: Panasonic Electronic Components)
Когда промышленное электрооборудование выключено, сопротивление элемента NTC относительно велико. Элемент NTC последовательно с нагрузкой. Это высокое сопротивление в холодном состоянии может замедлить начальный импульсный ток при запуске, что эквивалентно буферу тока.
При прохождении через термистор с ограниченным пусковым током он нагревается за счет резистивного теплового эффекта. Когда термистор нагревается, значение его сопротивления резко упадет, что будет намного меньше, чем значение холодного сопротивления. За очень короткое время термистор переходит в состояние низкого сопротивления. В это время входной конденсатор полностью заряжен и может пропускать нормальный рабочий ток.
NTC полностью выходит из состояния защиты после перенапряжения, которое близко к состоянию короткого замыкания во время работы в установившемся режиме. Например, NTC с холодным сопротивлением 10 Ом может упасть ниже 0,5 Ом после достаточного нагрева. Это гарантирует, что промышленное оборудование будет работать практически при полном напряжении в установившемся режиме, минимизируя при этом собственные потери энергии термистора.
Рекомендации по проектированию при внедрении ограничителей NTC
Чтобы обеспечить надежную и эффективную работу, при внедрении ограничителей перенапряжений на основе NTC необходимо учитывать несколько конструктивных параметров.
Значение сопротивления в холодном состоянии
Сопротивление в холодном состоянии (R25) представляет собой номинальное сопротивление при 25°С и используется для определения начального полного сопротивления при ограничении пускового тока. На основе требуемого максимального импульсного тока и напряжения питания можно оценить необходимое минимальное сопротивление. Инженеры будут использовать закон Ома для расчета этого сопротивления: R=Vpeak/Imax (скачок напряжения). Например, в однофазной системе с напряжением 230 В переменного тока (пиковое напряжение около 325 В) требуется сопротивление в холодном состоянии 325/20 ≈ 16 Ом, чтобы ограничить пусковой ток до пикового значения 20 А.
Такие производители, как TDK Electronics, VisAmetherm и Amphenol Advanced Sensors, поставляют продукты NTC со стандартными значениями, такими как 2 Ом, 5 Ом, 10 Ом, 22 Ом, 47 Ом при 25 ° C. Выбор подходящего сопротивления в холодном состоянии имеет решающее значение, поскольку более высокий R25 обеспечивает лучшее подавление перенапряжений. Однако слишком высокое значение может привести к превышению ограничения зарядного тока, увеличению времени запуска и чрезмерному падению начального напряжения.