corriente de irrupción

La corriente de arranque , también conocida como corriente de sobretensión de entrada o corriente de encendido , es la corriente de entrada instantánea máxima que consume un dispositivo eléctrico al encenderse. Los motores eléctricos y transformadores de corriente alterna pueden consumir varias veces su corriente nominal a plena carga al energizarse, durante unos pocos ciclos de la forma de onda de entrada. Los convertidores de potencia también suelen tener corrientes de arranque mucho mayores que sus corrientes en estado estacionario, debido a la corriente de carga de la capacitancia de entrada . La selección de dispositivos de protección contra sobrecorriente, como fusibles e interruptores automáticos, se complica cuando se deben tolerar altas corrientes de arranque. La protección contra sobrecorriente debe reaccionar rápidamente ante sobrecargas o cortocircuitos , pero no debe interrumpir el circuito cuando circula la corriente de arranque (generalmente inofensiva).

Un condensador descargado o parcialmente cargado se comporta como un cortocircuito a la fuente cuando la tensión de la fuente es superior al potencial del condensador. Un condensador completamente descargado tarda aproximadamente 5 periodos RC en cargarse por completo; durante la carga, la corriente instantánea puede superar la corriente en estado estacionario por un margen considerable. La corriente instantánea disminuye hasta alcanzar la corriente en estado estacionario a medida que el condensador alcanza su carga completa. En caso de circuito abierto, el condensador se cargará hasta la tensión de CA máxima (en realidad, no se puede cargar un condensador con la corriente alterna de la red eléctrica, por lo que esto se refiere a una tensión variable pero unidireccional; por ejemplo, la tensión de salida de un rectificador).

Al cargar un condensador con una tensión continua lineal, como la de una batería, el condensador seguirá comportándose como un cortocircuito; consumirá corriente de la fuente limitada únicamente por la resistencia interna de la fuente y la resistencia serie equivalente (ESR) del condensador. En este caso, la corriente de carga será continua y disminuirá exponencialmente hasta alcanzar la corriente de carga. En circuito abierto, el condensador se cargará hasta la tensión continua.

Protegerse contra la corriente de irrupción inicial durante la carga del condensador de filtro es crucial para el rendimiento del dispositivo. Introducir temporalmente una alta resistencia entre la alimentación de entrada y el rectificador puede aumentar la resistencia de la etapa de alimentación, reduciendo así la corriente de irrupción. El uso de un limitador de corriente de irrupción resulta útil para este propósito, ya que proporciona la resistencia inicial necesaria.

Cuando se energiza un transformador por primera vez, puede circular una corriente transitoria de hasta 10 a 15 veces mayor que la corriente nominal del transformador durante varios ciclos. Los transformadores toroidales, que utilizan menos cobre para la misma potencia, pueden tener una corriente de irrupción de hasta 60 veces la corriente de funcionamiento. La corriente de irrupción más grave se produce cuando el devanado primario se conecta en un instante cercano al cruce por cero de la tensión primaria (que para una inductancia pura sería la corriente máxima en el ciclo de CA) y si la polaridad del semiciclo de tensión tiene la misma polaridad que la remanencia en el núcleo de hierro (la remanencia magnética quedó 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 hacen, ya que una construcción de este tipo sería excesivamente pesada e ineficiente), entonces durante dicho arranque el núcleo estará saturado. Esto también puede expresarse como que el magnetismo remanente en operación normal es casi tan alto como el magnetismo de saturación en el punto de inflexión del ciclo de histéresis . Sin embargo, una vez que el núcleo se satura, la inductancia del devanado parece reducirse considerablemente, y solo la resistencia de los devanados del lado primario y la impedancia de la línea de alimentación limitan la corriente. Como la saturación ocurre 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 de devanado y alta inductancia, estas corrientes de irrupción pueden durar varios segundos hasta que el transitorio se haya disipado (tiempo de decaimiento proporcional a X _L / R ) y se establezca el equilibrio de CA regular. Para evitar la irrupción magnética, solo para transformadores con un entrehierro en el núcleo, la carga inductiva debe conectarse síncronamente cerca de un pico de tensión de alimentación, en contraste con la conmutación de tensión cero, que es deseable para minimizar transitorios de corriente abruptos con cargas resistivas como calentadores de alta potencia. Pero en el caso de los transformadores toroidales, solo un procedimiento de premagnetización antes de la conexión permite arrancar dichos transformadores sin ningún pico de corriente de irrupción.

La corriente de irrupción se puede dividir en tres categorías:

Corriente de irrupción resultante de la reactivación del transformador. El flujo residual en este caso puede ser cero o depender del momento de la reactivación.

Flujo de corriente de irrupción de recuperación cuando se restablece la tensión del transformador después de haber sido reducida por una perturbación del sistema.

Corriente de irrupción simpática cuando varios transformadores están conectados en la misma línea y uno de ellos está energizado.

Cuando un motor eléctrico , ya sea de corriente alterna (CA) o continua (CC), se energiza por primera vez, el rotor permanece inmóvil y circula una corriente equivalente a la corriente de bloqueo, la cual disminuye a medida que el motor acelera y desarrolla una fuerza contraelectromotriz (FEM) que se opone a la corriente de alimentación. Los motores de inducción de CA 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 bobinado. La duración del transitorio de arranque es menor si se reduce la carga mecánica sobre el motor hasta que este alcanza su velocidad.

En el caso de motores de alta potencia, la configuración del bobinado puede modificarse ( en estrella al arrancar y luego en triángulo ) durante el arranque para reducir el consumo de corriente.

Los metales tienen un coeficiente de temperatura de resistencia positivo ; su resistencia disminuye cuando están fríos. Cualquier carga eléctrica que contenga una cantidad sustancial de elementos calefactores resistivos metálicos, como un horno eléctrico o un banco de bombillas incandescentes de filamento de tungsteno , consumirá una corriente elevada hasta que el elemento metálico alcance su temperatura de funcionamiento . Por ejemplo, los interruptores de pared diseñados para controlar lámparas incandescentes tendrán una clasificación "T", lo que indica que pueden controlar de forma segura circuitos con las grandes corrientes de arranque de estas lámparas. La corriente de arranque puede ser hasta 14 veces mayor que la corriente en estado estacionario y puede persistir durante unos pocos milisegundos para lámparas 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 hoy en día, tienen un coeficiente de temperatura negativo y consumen más corriente a medida que se calientan; en este tipo de lámparas no se observa una corriente de arranque.

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

La corriente de irrupción también puede reducirse mediante limitadores de corriente de irrupción. Los termistores de coeficiente de temperatura negativo (NTC) se utilizan comúnmente en fuentes de alimentación conmutadas, variadores de velocidad y equipos de audio para prevenir daños causados ​​por la corriente de irrupción. Un termistor es una resistencia sensible a la temperatura cuya resistencia cambia de forma significativa y 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 irrupción se autocalienta, la corriente comienza a fluir a través de él y lo calienta. Su resistencia comienza a disminuir y un flujo de corriente relativamente pequeño carga los condensadores de entrada. Una vez cargados los condensadores de la fuente de alimentación, el limitador de corriente de irrupción 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 aún está caliente y tiene una baja resistencia. No puede limitar la corriente de irrupción a menos que se enfríe durante más de un minuto para obtener una resistencia mayor. Otra desventaja es que el termistor NTC no es a prueba de cortocircuitos.

Otra forma de evitar la corriente de irrupción del transformador es mediante un relé de conmutación. Este no requiere tiempo de enfriamiento, puede soportar caídas de tensión de media onda en la red eléctrica y es a prueba de cortocircuitos. Esta técnica es importante para las pruebas según la norma IEC 61000-4-11.

Otra opción, especialmente para circuitos de alto voltaje , es utilizar un circuito de precarga . Este circuito admitiría un modo de precarga con limitación de corriente durante la carga de los condensadores y luego cambiaría a un modo ilimitado para el funcionamiento normal cuando el voltaje en la carga alcance el 90 % de la carga total.

Cuando se desconecta un transformador , un motor eléctrico , un electroimán u otra carga inductiva, el inductor aumenta la tensión en el interruptor o disyuntor y puede provocar un arco eléctrico prolongado. Cuando se desconecta un transformador en su lado primario, el pico inductivo produce una sobretensión en el secundario que puede dañar el aislamiento y las cargas conectadas. ^{[ 3 ]}

• Ondulación (eléctrica)

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