Corriente de entrada

La corriente de entrada , la corriente de sobretensión de entrada o la sobretensión de encendido es la corriente de entrada instantánea máxima que consume un dispositivo eléctrico cuando se enciende por primera vez. Los motores eléctricos y transformadores de corriente alterna pueden consumir varias veces su corriente de carga completa normal cuando se energizan por primera vez, durante unos pocos ciclos de la forma de onda de entrada. Los convertidores de potencia también suelen tener corrientes de entrada mucho más altas que sus corrientes de estado estable, debido a la corriente de carga de la capacitancia de entrada . La selección de dispositivos de protección contra sobrecorriente, como fusibles y disyuntores, se vuelve más complicada cuando se deben tolerar altas corrientes de entrada. La protección contra sobrecorriente debe reaccionar rápidamente a fallas de sobrecarga o cortocircuito , pero no debe interrumpir el circuito cuando fluye la corriente de entrada (generalmente inofensiva).

Un capacitor descargado o parcialmente cargado aparece como un cortocircuito a la fuente cuando el voltaje de la fuente es mayor que el potencial del capacitor. Un capacitor completamente descargado tardará aproximadamente 5 períodos de tiempo RC en cargarse por completo; durante el período de carga, la corriente instantánea puede exceder la corriente de estado estable por un múltiplo sustancial. La corriente instantánea disminuye a la corriente de estado estable a medida que el capacitor alcanza la carga completa. En el caso de un circuito abierto, el capacitor se cargará al voltaje pico de CA (en realidad, no se puede cargar un capacitor con energía de la línea de CA, por lo que esto se refiere a un voltaje variable pero unidireccional; por ejemplo, el voltaje de salida de un rectificador).

En el caso de cargar un condensador a partir de un voltaje de CC lineal, como el de una batería, el condensador seguirá apareciendo como un cortocircuito; absorberá corriente de la fuente limitada únicamente por la resistencia interna de la fuente y la ESR del condensador. En este caso, la corriente de carga será continua y disminuirá exponencialmente a la corriente de carga. En el caso de un circuito abierto, el condensador se cargará a la tensión de CC.

La protección contra el flujo de corriente de entrada inicial del condensador de filtro durante el período de carga es fundamental para el rendimiento del dispositivo. La introducción temporal de una resistencia alta entre la alimentación de entrada y el rectificador puede aumentar la resistencia del encendido, lo que conduce a una reducción de la corriente de entrada. El uso de un limitador de corriente de entrada para este propósito ayuda, ya que puede proporcionar la resistencia inicial necesaria.

Cuando se activa por primera vez un transformador , puede circular durante varios ciclos una corriente transitoria hasta 10 o 15 veces mayor que la corriente nominal del transformador. Los transformadores toroidales, que utilizan menos cobre para la misma capacidad de manejo de potencia, pueden tener una corriente de entrada hasta 60 veces mayor que la corriente de funcionamiento. La peor corriente de entrada ocurre cuando el devanado primario se conecta en un instante cercano al cruce por cero del voltaje primario (que para una inductancia pura sería el máximo de corriente en el ciclo de CA) y si la polaridad del semiciclo de voltaje tiene la misma polaridad que la remanencia en el núcleo de hierro (la remanencia magnética se dejó alta de un semiciclo anterior). A menos que los devanados y el núcleo estén dimensionados para que normalmente nunca superen el 50% de saturación (y en un transformador eficiente nunca lo están, una construcción de este tipo sería demasiado pesada e ineficiente), entonces durante un arranque de este tipo el núcleo se saturará. Esto también se puede expresar como que el magnetismo remanente en funcionamiento normal es casi tan alto como el magnetismo de saturación en el "codo" del bucle de histéresis . Sin embargo, una vez que el núcleo se satura, la inductancia del devanado parece muy reducida, y solo la resistencia de los devanados del lado primario y la impedancia de la línea de alimentación limitan la corriente. Como la saturación se produce solo durante semiciclos parciales, se pueden generar formas de onda ricas en armónicos que pueden causar problemas a otros equipos. Para transformadores grandes con baja resistencia del devanado y alta inductancia, estas corrientes de irrupción pueden durar varios segundos hasta que el transitorio se haya apagado (tiempo de decaimiento proporcional a X _L / R ) y se haya establecido el equilibrio de CA regular. Para evitar la irrupción magnética, solo para transformadores con un entrehierro en el núcleo, la carga inductiva debe estar conectada sincrónicamente cerca de un pico de voltaje de suministro, en contraste con la conmutación de voltaje cero, que es deseable para minimizar los transitorios de corriente de borde afilado con cargas resistivas como calentadores de alta potencia. Pero en el caso de los transformadores toroidales, sólo un procedimiento de premagnetización antes del encendido permite poner en marcha dichos transformadores sin ningún pico de corriente de entrada.

La corriente de entrada se puede dividir en tres categorías:

Corriente de entrada de energización resultante de la reenergización del transformador. El flujo residual en este caso puede ser cero o depende del momento de la energización.

Flujo de corriente de entrada de recuperación cuando se restablece el voltaje del transformador después de haber sido reducido por una perturbación del sistema.

Flujo de corriente de entrada simpática cuando se conectan varios transformadores en la misma línea y uno de ellos se energiza.

Cuando se activa por primera vez un motor eléctrico , de corriente alterna o continua, el rotor no se mueve y fluye una corriente equivalente a la corriente de parada, que se reduce a medida que el motor gana velocidad y desarrolla una fuerza contraelectromotriz para oponerse a la fuente de alimentación. Los motores de inducción de corriente alterna se comportan como transformadores con un secundario en cortocircuito hasta que el rotor comienza a moverse, mientras que los motores con escobillas presentan esencialmente la resistencia del devanado. La duración del transitorio de arranque es menor si se alivia la carga mecánica del motor hasta que haya ganado velocidad.

Para motores de alta potencia, la configuración del bobinado se puede cambiar ( en estrella al arranque y luego en delta ) durante el arranque para reducir el consumo de corriente.

Los metales tienen un coeficiente de temperatura positivo de resistencia ; tienen una resistencia menor cuando están fríos. Cualquier carga eléctrica que contenga un componente sustancial de elementos de calentamiento resistivos metálicos, como un horno eléctrico o un banco de bombillas incandescentes de filamento de tungsteno , consumirá una corriente alta hasta que el elemento metálico alcance la temperatura de funcionamiento. Por ejemplo, los interruptores de pared destinados a controlar lámparas incandescentes tendrán una clasificación "T", lo que indica que pueden controlar de forma segura circuitos con las grandes corrientes de entrada de las lámparas incandescentes. La entrada puede ser hasta 14 veces la corriente de estado estable y puede persistir durante unos pocos milisegundos para lámparas más pequeñas hasta varios segundos para lámparas de 500 vatios o más. ^[1] Las lámparas de filamento de carbono (no grafitizadas), que rara vez se utilizan ahora, tienen un coeficiente de temperatura negativo y consumen más corriente a medida que se calientan; no se encuentra una corriente de "entrada" con estos tipos.

Se puede utilizar una resistencia en serie con la línea para limitar la corriente que carga los condensadores de entrada. Sin embargo, este método no es muy eficiente, especialmente en dispositivos de alta potencia, ya que la resistencia tendrá una caída de tensión y disipará algo de energía.

La corriente de entrada también se puede reducir mediante limitadores de corriente de entrada. Los termistores de coeficiente de temperatura negativo (NTC) se utilizan comúnmente en fuentes de alimentación conmutadas, controladores de motores y equipos de audio para evitar daños causados ​​por la corriente de entrada. Un termistor es una resistencia sensible al calor con una resistencia que cambia significativamente y de manera predecible como resultado de los cambios de temperatura. La resistencia de un termistor NTC disminuye a medida que aumenta su temperatura. ^[2]

A medida que el limitador de corriente de entrada se calienta por sí solo, la corriente comienza a fluir a través de él y lo calienta. Su resistencia comienza a caer y un flujo de corriente relativamente pequeño carga los condensadores de entrada. Una vez que los condensadores de la fuente de alimentación se cargan, el limitador de corriente de entrada autocalentado ofrece poca resistencia en el circuito, con una baja caída de tensión con respecto a la caída de tensión total del circuito. Una desventaja es que inmediatamente después de apagar el dispositivo, la resistencia NTC todavía está caliente y tiene una resistencia baja. No puede limitar la corriente de entrada a menos que se enfríe durante más de 1 minuto para obtener una resistencia más alta. Otra desventaja es que el termistor NTC no es a prueba de cortocircuitos.

Otra forma de evitar la corriente de entrada del transformador es un "relé de conmutación del transformador". Este no necesita tiempo para enfriarse. También puede hacer frente a caídas de tensión de media onda en la línea eléctrica y es a prueba de cortocircuitos. Esta técnica es importante para las pruebas IEC 61000-4-11.

Otra opción, especialmente para circuitos de alto voltaje , es utilizar un circuito de precarga . El circuito admitiría un modo de precarga con corriente limitada durante la carga de los capacitores y luego cambiaría a un modo ilimitado para el funcionamiento normal cuando el voltaje en la carga sea del 90 % de la carga completa.

Cuando se apaga un transformador , un motor eléctrico , un electroimán u otra carga inductiva, el inductor aumenta el voltaje a través del interruptor o disyuntor y provoca un arco eléctrico prolongado. Cuando se apaga un transformador en su lado primario, la patada inductiva produce un pico de voltaje en el secundario que puede dañar el aislamiento y las cargas conectadas. ^[3]

• Ondulación (eléctrica)

• IEC 61000–4–30, Compatibilidad electromagnética (EMC) – Técnicas de prueba y medición – Métodos de medición de calidad de la energía, publicada por la Comisión Electrotécnica Internacional, 2003.