Prąd rozruchowy IIP: obliczenie i wybór automatu

Obliczanie prądu rozruchowego zasilaczy impulsowych do doboru wyłączników automatycznych

Podczas podłączania zasilacza impulsowego (ZIP) do sieci występuje szczytowy prąd ładowania kondensatorów, osiągający 100+ wartości nominalnej. Powoduje to zadziałanie wyłączników automatycznych nawet przy zapasie mocy. Czas trwania impulsu wynosi 50–2000 µs, a amplituda jest maksymalna przy włączeniu w szczycie napięcia sieciowego (325 V dla 230 V). Topologie ZIP decydują o wartości: klasyczna z kondensatorem po stronie pierwotnej daje dziesiątki amperów, PSR – jednostki.

Główne topologie zasilaczy impulsowych i ich charakterystyki rozruchowe

Zasilacze impulsowe buduje się w dwóch topologiach.

Topologia 1 (klasyczna): Kondensator elektrolityczny dużej pojemności (jednostki–setki µF) znajduje się za mostkiem diodowym po stronie pierwotnej. Ładuje się do amplitudy sieci. Prąd rozruchowy stanowi główną część ładowania tego kondensatora (do 98%), plus małe pojemności filtra EMI. Czas trwania – setki µs, szczyt – dziesiątki A. Stosowana dla mocy 50+ W, w tym zasilaczy z korektorem współczynnika mocy (PFC).

Topologia 2 (PSR): Duży kondensator po stronie wtórnej, po stronie pierwotnej – pojemności nanofaradowe. Prąd rozruchowy pochodzi z oscylacji elementów reaktywnych sieci i filtra. Szczyt – jednostki A, czas trwania – dziesiątki µs. Powszechna w zasilaczach do 60 W.

Pomiar parametrów prądu rozruchowego

Prąd rozruchowy charakteryzuje się duetem: I_max (amplituda) i T_i (czas trwania na poziomie I_max/2). Zależy od fazy włączenia: maksimum na szczycie sinusoidy, minimum przy zerze (różnica 8–10 razy).

Dla topologii 1 impuls RC-CR: przedni front określa L_sum/R_sum (τ_n = L_sum / R_sum), tylny – C1 R_sum (τ_s = C1 R_sum).

Rzeczywiste impulsy obejmują dzwonienie (T_zw) od elementów reaktywnych. Czas trwania T_u = T_o.i + T_zw, jeśli energia dzwonienia jest nieznaczna (I_zw < 0,1 I_max T_o.i) lub T_o.i > 200 µs.

Dla topologii 2 – tłumione oscylacje. Sprowadzenie do ekwiwalentu RC-CR:

• RMS każdego półokresu: I_n = 0,7 * |a_n|
• I_max = 0,7 * a1
• T_i według obwiedni na poziomie I_max/2 * 0,7

Rekomendacja: cyfrowy filtr oscyloskopu (5–20 kHz) dla szumnych sygnałów.

Prądy rozruchowe równoległych zasilaczy impulsowych

Przy N równoległych zasilaczach nie I_max_sum = N * I_max (sieć idealna). Uwzględnić parametry sieci: Rc, Lc. Norma IEC63129 proponuje Lc = 100 µH, prąd zwarcia 400–460 A (Rc ≈ 0,5–0,6 Ω dla 230 V).

Symulacja pokazuje:

• W rzeczywistej sieci szczyty rozkładają się po fazach, sumaryczny I_max niższy niż N-krotny.
• Indukcyjność sieci wygładza fronty, zmniejsza ogólny szczyt.

Kroki obliczeniowe dla grupy zasilaczy:

• Zmierzyć I_max, T_i każdego.
• Oszacować Lc, Rc sieci (z projektu lub normy).
• Zasymulować sumaryczny impuls w Excelu: uwzględnić przesunięcia fazowe włączenia.
• Sprawdzić względem krzywej wyzwalacza automatu (całka i²t).

Dobór automatu z uwzględnieniem prądu rozruchowego

Automaty działają na wyzwalacz termiczny (długoterminowy) lub elektromagnetyczny (impulsowy). Dla zasilaczy impulsowych krytyczny jest magnetyczny: proporcjonalny do i²t.

• Użyj krzywych charakterystyk (B, C, D): klasa D dla wysokich prądów rozruchowych (rozruszniki, zasilacze impulsowe).
• Zapas: nominał automatu 1,5–2x sumaryczny prąd roboczy.
• Dla grup: sumować energie impulsów, a nie szczyty.

Przykład: 10 opraw LED (zasilacze topologia 2). Każdy I_max=5 A, T_i=50 µs. W idealnej sieci 50 A, w sieci Lc=100 µH – rzeczywisty szczyt ~20–30 A. Automat 10–16 A typu D nie zadziała.

Kluczowe czynniki doboru:

• Topologia zasilacza impulsowego.
• Faza włączenia.
• Parametry sieci (Lc, Rc).
• Charakterystyka wyzwalacza.
• Liczba równoległych obciążeń.

Co jest ważne

• Prąd rozruchowy zasilacza impulsowego – ładowanie kondensatorów + oscylacje, szczyt do 100x wartości nominalnej przy włączeniu na 325 V.
• Topologia 1: dziesiątki A, setki µs; topologia 2: jednostki A, dziesiątki µs.
• Dla równoległych zasilaczy sumaryczny szczyt < N * I_max z powodu sieci.
• Wybieraj automaty klasy D, modeluj i²t w Excelu.
• Mierz z filtrem 5–20 kHz, T_i według I_max/2.

— Editorial Team