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浪涌电流的产生 危害和抑制方法

2018-03-15

说到“电流”,相信大家并不会感到陌生。但是,什么是浪涌电流呢?它与电流之间又存在什么样的关系?下面让我们一起来了解一下。

浪涌电流是指在电源接通或断开瞬间,电网中出现的短时间像“浪”一样由高电压引起的流入电源设备的峰值电流。当某些大容量的电气设备接通或断开瞬间,由于电网中存在电感,将在电网中产生浪涌电压,从而产生浪涌电流。 

浪涌电流的产生 危害和抑制方法

典型浪涌电流波形图

     

上图是一个典型的浪涌电流(Inrush current)波形。它有两个尖峰。第一个浪涌尖端电流峰值是输入电压电源(input voltage source)启动时产生的。这个峰值电流流入EMI滤波器电容和直流-直流转换器的输入端电容,并被充电至稳态值(steady state value)。第二个是电流峰值是直流-直流转换器启动时产生的。这个峰值电流通过直流-直流电源变压器流入到输出端电容器和所有负载电容,充电至稳态值。
      由于输出滤波电容迅速充电,所以该峰值电流远远大于稳态输出电流。一般不管设备容量大小,都会存在浪涌电流,小容量的设备产生的浪涌电流较小,不会产生大的危害,因此常常被我们所忽视。但是大容量的电气设备会产生一个大电流即浪涌电流,浪涌电流比系统正常电流要大几倍甚至几十倍,因而可能使AC线路的电压降落,从而影响连在同一AC线路的所有设备的正常运行,有时会烧断保险丝和整流二极管等元件。
      为了避免浪涌电流对我们日常生活带来的影响,为了保护电器设备的正常使用。因此电源通常会限制整流桥、保险丝、AC开关、EMI滤波器件所能承受的浪涌水平,使反复开关环路,AC输入电压不应损坏电源或者导致保险丝烧断。
       如何测量浪涌电流呢?目前其实有一些比较成熟的测试方法。比如:使用R&S示波器搭配电流探头可以测量到浪涌电流。另外,可以使用Chroma的交流电源自身的测量功能来做浪涌电流的测试。另外,功率计或者功率分析仪通常都具有浪涌电流的测试功能。        

前面我们围绕“什么是浪涌电流?浪涌电流是如何产生的?如何测量浪涌电流?”这几个问题展开了讨论。经过上一章节的学习,我们都知道了浪涌电流是在电源接通瞬间的时候,由于输入滤波的电容快速的充电而产生的。该浪涌电流要远远大于稳态输入电流,那么浪涌电流也势必会对我们产生一定的危害。浪涌电流到底有哪些危害呢?我们又该如何去抑制浪涌电流?下面就让我们一起来了解一下。

浪涌电流的危害主要有:电源输入熔断器熔断、机械开关或断路器粘连失效、插入插座时产生打火现象、电源前端接入的整流桥容易被击穿损坏、电网波形瞬间下跌等。这些现象会给电源厂商和用户带来很多麻烦,尤其是在需要可靠性和安全性较高的场合,为了避免这类现象的发生,必须采取一些方法来抑制浪涌电流。
抑制浪涌电流的方法:
1、 串联温度系数热敏电阻(NTC)。利用温度系数上电时限制浪涌电流,启动后,NTC流过电流发热,使其电阻值降低。这种方法相对比较简单,但是由于受自身发热及热启动特性差的限制,这种方法一般只适用于500W以下并且对电源的使用要求不高的场合。

浪涌电流的产生 危害和抑制方法

利用NTC抑制上电浪涌电流


2、 电磁继电器式,电源上电经一定延时后电磁继电器的触点将限流电阻短路,其缺点是体积大,吸和时产生噪音大、继电器触点寿命短、耐冲击振动性差。
3、 固态继电器式,用可控硅代替机械触点,其缺点是外围电路较繁琐,双向可控漏电流大,因此也不能有效控制浪涌电流。

浪涌电流的产生 危害和抑制方法

                                                                   机械触点短接                                                            电子触点短接

 

浪涌电流的保护技术:

1、 瞬变二极管(选择合适的保护电压,单向或双向,吸收电流),其特点是反应速度快,吸收电流大。通常跨接于线间或线和大地。
2、 自恢复保险丝,串接于线路中在瞬变二极管前,当瞬变二极管吸收电流后通过自恢复保险丝的电流增大切断通路,特点是反应较慢,但可阻止电流继续增大应用过程中应选择合适的电压和电流参数
3、 空气放电管,用于雷电等高压击穿空气放电,放在最前面,接在保护线和大地间或线间。
4、 压敏电阻,过压保护线和底线,实际的应用就等于自己做了一个浪涌保护器,以此达到抑制浪涌电流的目的。

用电阻抑制浪涌电流

      通过以上学习,我们知道浪涌电流的产生会对我们造成各种或大或小的危害。为保证我们在使用电器过程中的安全,我们应该学习掌握浪涌电流的抑制方法,尽量把这种危害降到最低。