La corriente de irrupción , la sobrecorriente de entrada o la sobretensión de encendido es la corriente de entrada instantánea máxima consumida por un dispositivo eléctrico cuando se enciende por primera vez. Los motores y transformadores eléctricos de corriente alterna pueden consumir varias veces su corriente normal de carga completa 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 irrupción 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 irrupción. La protección contra sobrecorriente debe reaccionar rápidamente ante 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 hacia la fuente cuando el voltaje de la fuente es mayor que el potencial del capacitor. Un condensador 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 en un múltiplo sustancial. La corriente instantánea disminuye a una 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 máximo de CA (en realidad no se puede cargar un capacitor con alimentación de 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 con un voltaje CC lineal, como el de una batería, el condensador seguirá apareciendo como un cortocircuito; extraerá corriente de la fuente limitada solo por la resistencia interna de la fuente y la ESR del capacitor. En este caso, la corriente de carga será continua y disminuirá exponencialmente con respecto a la corriente de carga. Para circuito abierto, el condensador se cargará al voltaje de CC.
Protegerse contra el flujo de entrada de corriente inicial del período de carga del condensador de filtro es crucial para el rendimiento del dispositivo. La introducción temporal de una alta resistencia entre la potencia de entrada y el rectificador puede aumentar la resistencia del encendido, lo que lleva a reducir la corriente de entrada. Usar un limitador de corriente de entrada para este propósito ayuda, ya que puede proporcionar la resistencia inicial necesaria.
Cuando un transformador se energiza por primera vez, puede fluir durante varios ciclos una corriente transitoria de hasta 10 a 15 veces mayor que la corriente nominal del transformador. Los transformadores toroidales, que utilizan menos cobre para el mismo manejo de energía, pueden tener hasta 60 veces más corriente de entrada. El peor de los casos ocurre cuando el devanado primario se conecta en un instante alrededor del cruce por cero del voltaje primario (que para una inductancia pura sería la corriente máxima en el ciclo de CA) y si la polaridad del semiciclo de voltaje tiene la misma misma polaridad que tiene la remanencia en el núcleo de hierro (la remanencia magnética se dejó alta desde un medio ciclo anterior). A menos que los devanados y el núcleo estén dimensionados para que normalmente nunca excedan el 50% de la saturación (y en un transformador eficiente nunca lo son, dicha construcción sería demasiado pesada e ineficiente), durante dicho arranque el núcleo estará saturado. Esto también se puede expresar como que el magnetismo remanente en funcionamiento normal es casi tan alto como el magnetismo de saturación en la "rodilla" del bucle de histéresis . Sin embargo, una vez que el núcleo se satura, la inductancia del devanado parece muy reducida, y sólo la resistencia de los devanados del lado primario y la impedancia de la línea eléctrica limitan la corriente. Como la saturación se produce sólo durante semiciclos parciales, se pueden generar formas de onda ricas en armónicos y 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 haya desaparecido (tiempo de caída proporcional a X L / R ) y se establezca el equilibrio de CA regular. Para evitar la irrupción magnética, sólo en el caso de transformadores con un espacio de aire en el núcleo, la carga inductiva debe conectarse 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 agudos con cargas resistivas como calentadores de alta potencia. Pero para los transformadores toroidales sólo un procedimiento de premagnetización antes del encendido permite arrancar esos transformadores sin ningún pico de corriente de entrada.
La corriente de irrupción se puede dividir en tres categorías:
Cuando un motor eléctrico , CA o CC, se energiza por primera vez, el rotor no se mueve y fluirá una corriente equivalente a la corriente parada, que se reducirá a medida que el motor gana velocidad y desarrolla una fuerza electromagnética inversa para oponerse al suministro. 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 devanado. La duración del transitorio de arranque es menor si la carga mecánica del motor se alivia hasta que alcanza velocidad.
Para motores de alta potencia, la configuración del devanado se puede cambiar ( estrella al inicio y luego delta ) durante el arranque para reducir la corriente consumida.
Los metales tienen un coeficiente de resistencia a la temperatura positivo ; Tienen menor resistencia en frío. Cualquier carga eléctrica que contenga un componente 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 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 irrupción 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; En estos tipos no se encuentra una corriente de "irrupción".
Se puede utilizar una resistencia en serie con la línea para limitar la corriente de carga de los condensadores de entrada. Sin embargo, este enfoque no es muy eficiente, especialmente en dispositivos de alta potencia, ya que la resistencia tendrá una caída de voltaje y disipará algo de energía.
La corriente de irrupción también se puede reducir mediante limitadores de corriente de irrupción. Los termistores de coeficiente de temperatura negativo (NTC) se utilizan comúnmente en fuentes de alimentación conmutadas, variadores de motor y equipos de audio para evitar daños causados por la corriente de entrada. Un termistor es una resistencia térmicamente sensible con una resistencia que cambia de manera 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 entrada se autocalienta, la corriente comienza a fluir a través de él y a calentarlo. Su resistencia comienza a caer 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 entrada autocalentado ofrece poca resistencia en el circuito, con una caída de tensión baja con respecto a la caída de tensión total del circuito. La 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 mayor resistencia. Otra desventaja es que el termistor NTC no es resistente a cortocircuitos.
Otra forma de evitar la corriente de entrada del transformador es un "relé de conmutación de transformador". Esto 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 de corriente limitada durante la carga de los condensadores 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 , motor eléctrico , electroimán u otra carga inductiva, el inductor aumenta el voltaje a través del interruptor o disyuntor y provoca un arco extendido. Cuando un transformador se apaga en su lado primario, el impulso inductivo produce un pico de voltaje en el secundario que puede dañar el aislamiento y las cargas conectadas. [3]