آموزش الکترونیک

جریان هجومی چیست و چگونه می توان آن را محدود کرد؟

جریان هجومی حداکثر جریانی است که توسط یک مدار الکتریکی در لحظه وصل شدن، حاصل می شود. این جریان در تعداد کمی از سیکل های شکل موج ورودی، ظاهر می شود. مقدار جریان هجومی بسيار بیشتر از جریان حالت ماندگار مدار است و این جریان زیاد می تواند سبب آسیب رساندن به تجهیزات یا فعال شدن بریکر (مدارشکن) شود. جریان هجومی عموما در کلیه تجهیزاتی که هسته مغناطیسی دارند، وجود دارد مانند: ترانسفورماتورها، موتورهای صنعتی و غیره. جریان هجومی همچنین به عنوان جریان خیز ورودی (Input surge current) یا جریان خیز روشن شدن (surge current Switch-On) شناخته می شود.

چرا جریان هجومی ایجاد می شود؟

عوامل مختلفی وجود دارند ک سبب ایجاد جریان هجومی میشوند مانند برخی از دستگاه ها یا سیستم هایی که شامل جدا کننده خازن ها یا خازن های هموار هستند و در شروع کار مقدار زیادی جریان را برای شارژ آن ها جذب می کنند.  درنمودار زیر تفاوت بین جریان هجومی ، جریان اوج و جریان حالت مانای یک مدار را نشان می دهد:

چرا جریان هجومی ایجاد می شود؟

جریان اوج Peak Current: این حداکثر مقدار جریان حاصل از یک موج در منطقه مثبت یا منفی است.

جریان حالت مانا Steady-State Current : جریانی که در هر بازه زمانی در مدار ثابت بماند.  جریان مانا وقتی حاصل می شود که di / dt = 0 ، به این معنی که جریان با توجه به زمان بدون تغییر باقی می ماند.

ویژگی های جریان هجومی

  • هنگامی که دستگاه روشن است فوراً رخ می دهد
  • برای مدت زمان کوتاهی ظاهر می شود
  • بالاتر از مقدار نامی مدار یا دستگاه است

نمونه هایی که در آن جریان هجومی رخ می دهد

  • ‌لامپ رشته ای
  • راه اندازی موتور القایی
  • ترانسفورماتور
  • روشن کردن منبع تغذیه بر اساس SMPS

جریان هجومی در ترانسفورماتور

جریان هجومی ترانسفورماتور به عنوان حداکثر جریان لحظه ای حاصل شده توسط ترانسفورماتور در هنگامی که بخش ثانویه بارگذاری نشده است یا در شرایطی که مدار باز باشد، تعریف می شود. این جریان هجومی به خاصیت مغناطیسی هسته آسیب می رساند و سبب قطع ناخواسته بریکر ترانسفورماتور می شود.

اندازه جریان هجومی به نقطه‌ای از شکل موج AC بستگی دارد که در آن ترانسفورماتور شروع به کار می کند. اگر ترانسفورماتور ( در حالت بدون بار) زمانی که ولتاژ AC در اوج خود قرار دارد، روشن شود. سپس در شروع هیچ جریان هجومی رخ نخواهد داد، و اگر ترانسفورماتور ( در حالت بدون بار) زمانی که ولتاژ AC در حال عبور از صفر باشد، آنگاه مقدار جریان هجومی خیلی زیاد خواهد بود و همچنین از جریان اشباع فراتر می‌رود (بیشتر می‌شود). همانطور که می توانید در تصویر زیر مشاهده کنید :

حتما ببینید :  ارتباط سریال UART و RS485 چیست؟ (تفاوت و بررسی)

جریان هجومی در ترانسفورماتور

جریان هجومی در موتور ها

مانند موتور القایی ترانسفورماتور، مسیر مغناطیسی مداوم ندارد. مقاومت مغناطیسی موتور القایی به دلیل فاصله هوا بین روتور و استاتور ، زیاد است. به دلیل مقاومت مغناطیسی زیاد موتور القایی ، در شروع برای ساخت میدان مغناطیسی چرخشی  به جریان مغناطیسی بالایی نیاز دارد. نمودار زیر مشخصات کامل شروع ولتاژ موتور را نشان می دهد.

جریان هجومی در موتور ها

همانطور که در نمودار مشاهده می کنید ، در ابتدا جریان شروع و گشتاور شروع هر دو بسیار زیاد هستند. این جریان شروع بالا که به عنوان جریان هجومی نیز خوانده می شود ، می تواند به سیستم الکتریکی آسیب برساند و گشتاور زیاد اولیه می تواند بر سیستم مکانیکی موتور تأثیر بگذارد. اگر مقدار ولتاژ اولیه را 50٪ کاهش دهیم ، می تواند منجر به کاهش 75٪ گشتاور موتور شود.  بنابراین ، برای رفع این مشکلات از مدارهای منبع تغذیه قدرت soft start (که عمدتا به عنوان soft starters  نامیده می شوند) استفاده می شود.

چگونه جریان هجومی را محدود کنیم؟

بله ، ما همیشه باید مراقب جریان هجومی در موتورهای القایی ، ترانسفورماتورها و در مدارهای الکترونیکی باشیم که شامل القاگر ، خازن یا هسته مغناطیسی است.  همانطور که قبلاً گفتیم ، جریان هجومی حداکثر جریان اوج است که در سیستم تجربه می شود و می تواند دو یا ده برابر جریان نامی باشد.  این جریان ناخواسته می تواند به دستگاه هایی مانند ترانسفورماتور آسیب برساند ، جریان هجومی هر وقت روشن شود ، می تواند باعث قطع جریان برق شود.  تنظیم تلورانس بریکر ممکن است به ما کمک کند ، اما اجزای آن باید از مقدار جریان اوج مقاومت کنند.

در حالی که در مدار الکترونیکی برخی از قطعات، مشخصات لازم برای مقاومت در برابر مقدار بالای جریان هجومی در مدت زمان کوتاه دارند. اما اگر مقدار هجومی بسیار بالا باشد ، برخی اجزاء خیلی گرم می شوند یا آسیب می بینند. بنابراین بهتر است در هنگام طراحی یک مدار الکترونیکی یا PCB از یک مدار حفاظت جریان داخلی استفاده کنید.

چگونه جریان هجومی را محدود کنیم؟

برای محافظت از جریان هجومی می توانید از یک وسیله فعال یا غیرفعال استفاده کنید. انتخاب نوع محافظت به فرکانس جریان هجومی ، عملکرد ، هزینه و اعتبار بستگی دارد.

اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید.

مثلا شما می توانید از ترمیستور NTC (Negative Temperature Coefficient ضریب دمای منفی) استفاده کنید که یک دستگاه غیرفعال است به عنوان یک مقاومت الکتریکی کار می کند که مقاومت آن در مقدار دمای پایین بسیار بالا است. ترمیستور NTC در سریال با خط ورودی منبع تغذیه نیرو متصل می شود. مقاومت زیادی در دمای محیط نشان می دهد. بنابراین وقتی ما دستگاه را روشن می کنیم ، مقاومت بالا ، جریانِ هجومیِ جاری به سیستم را محدود می کند. با تداوم جریان ، دمای ترمیستور افزایش می یابد که مقاومت را به طور قابل توجهی کاهش می دهد. از این رو ، ترمیستور جریان هجومی را تثبیت می کند و به جریان ثابت اجازه می دهد تا وارد مدار شود. ترمیستور NTJ به دلیل طراحی ساده و کم هزینه بودن ، به طور گسترده به منظور محدود کردن جریان ، مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین اشکالاتی دارد مثلا اینکه نمی توانید به ترمیستور در شرایط شدید آب و هوایی اعتماد کنید.

حتما ببینید :  آردوینو نانو چیست ؟ (قیمت خرید برد Arduino Nano + مشخصات)

دستگاههای فعال دارای هزینه بیشتری هستند و همچنین باعث افزایش اندازه سیستم یا مدار می شوند. از اجزای حساس تشکیل شده است که جریان ورودی بالا را سوئیچ می کند. برخی از این دستگاه های فعال عبارتند از : Soft Starters ، تنظیم کننده ی ولتاژ و مبدل های DC/DC.

این محافظ ها برای محافظت از برق ، همچنین یک سیستم مکانیکی ، با محدود کردن جریان ورودی هجومی استفاده می شوند. نمودار زیر ، مقدار جریان هجومی را با مدار حفاظت و بدون مدار حفاظت ، نشان می دهد. ما به وضوح می توانیم ببنیم که چقدر یک حفاظت جریان هجومی موثر است.

چگونه جریان هجومی را اندازه گیری کنیم؟

همه شما دوچرخه را دیده اید که برای حرکت دادن آن دوچرخه سوار باید نیروی نیرومندی را به کار بگیرد و هنگامی که چرخ شروع به حرکت کند ، نیروی مورد نیاز کاهش می یابد.  بنابراین ، این نیروی اولیه معادل جریان هجومی است.  به طور مشابه ، در موتورها ، به محض شروع روتور حرکت موتور به حالت پایدار می رسد که در آن نیازی به جریان زیاد برای اجرای آن نیست.

تعدادی کلمپ متر (مولتی متر) در دسترس است که جریان هجومی را اندازه گیری می کنند.  همچنین می توانید از اندازه گیری جریان Flush 376 FC True-RMS Clamp استفاده کنید.  گاهی اوقات جریان هجومی مقادیری را نشان می دهد که بالاتر از مقدار نامی قطع کننده مدار است ، اما قطع نمی شود.  دلیل این امر این است که مدار قطع کننده بر روی منحنی جریان زمان  (v / s )کار می کند ، مانند اینکه شما از یک قطع کننده مدار 10 آمپر استفاده می کنید ، بنابراین جریان هجومی که بیش از 10 آمپر باشد باید بیش از زمان دقت مجاز ،از طریق مدار قطع کننده جریان یابد.

چگونه جریان هجومی را اندازه گیری کنیم؟

برای اندازه گیری جریان ورودی  مراحل زیر را دنبال کنید:

  1. دستگاه تست شده در ابتدا باید خاموش شود
  2. صفحه شماره گیر را بچرخانید و روی علامت Hz-set قرار دهید
  3.  سیم برق دار را درون چنگک قرار دهید یا از پروب متصل به کلمپ متر استفاده کنید
  4.  مطابق تصویر بالا ، دکمه جریان هجومی را در کلمپ متر فشار دهید
  5.  دستگاه را روشن کنید ، مقدار جریان هجومی را در صفحه نمایش متر دریافت خواهید کرد.

نظرتان را در مورد این مطلب با ستاره دادن اعلام کنید امیدوارم این مطلب برای شما مفید بوده باشد. نظرات ، مشکلات و پیشنهادات خود را در پایین صفحه اعلام کنید

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید)

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا