La precarga de los voltajes de la línea eléctrica en una aplicación de CC de alto voltaje es un modo preliminar que limita la corriente de entrada durante el procedimiento de encendido.
Un sistema de alto voltaje con una gran carga capacitiva puede quedar expuesto a una corriente eléctrica elevada durante el encendido inicial. Esta corriente, si no se limita, puede causar un estrés considerable o daños a los componentes del sistema. En algunas aplicaciones, la ocasión de activar el sistema es poco común, como en la distribución de energía de servicios públicos comerciales. En otros sistemas, como las aplicaciones para vehículos, la precarga se producirá con cada uso del sistema, varias veces al día. La precarga se implementa para aumentar la vida útil de los componentes electrónicos y aumentar la confiabilidad del sistema de alto voltaje.
Las corrientes de irrupción en componentes capacitivos son una preocupación clave en la tensión de encendido de los componentes. Cuando se aplica potencia de entrada de CC a una carga capacitiva, la respuesta escalonada de la entrada de voltaje hará que se cargue el capacitor de entrada. La carga del capacitor comienza con una corriente de irrupción y termina con una caída exponencial hasta la condición de estado estable. Cuando la magnitud del pico de irrupción es muy grande en comparación con la clasificación máxima de los componentes, entonces es de esperar que se produzca tensión en los componentes. Se sabe que la corriente en un capacitor es : la corriente de entrada máxima dependerá de la capacitancia C y de la tasa de cambio del voltaje (dV/dT). La corriente de entrada aumentará a medida que aumente el valor de capacitancia, y la corriente de entrada aumentará a medida que aumente el voltaje de la fuente de energía. Este segundo parámetro es de principal preocupación en los sistemas de distribución de energía de alto voltaje. Por su naturaleza, las fuentes de energía de alto voltaje entregarán alto voltaje al sistema de distribución. Las cargas capacitivas estarán entonces sujetas a altas corrientes de entrada al encenderse. Se debe comprender y minimizar la tensión sobre los componentes.
El objetivo de una función de precarga es limitar la magnitud de la corriente de entrada en cargas capacitivas durante el encendido. Esto puede tardar varios segundos dependiendo del sistema. En general, los sistemas de mayor voltaje se benefician de tiempos de precarga más prolongados durante el encendido.
Considere un ejemplo en el que una fuente de alto voltaje alimenta una unidad de control electrónica típica que tiene una fuente de alimentación interna con una capacitancia de entrada de 11000 μF. Cuando se alimenta desde una fuente de 28 V, la corriente de entrada a la unidad electrónica se acercaría a los 31 amperios en 10 milisegundos. Si ese mismo circuito es activado por una fuente de 610 V, entonces la corriente de entrada se acercaría a 670 A en 10 milisegundos. Es aconsejable no permitir corrientes de irrupción ilimitadas desde la activación del sistema de distribución de energía de alto voltaje en cargas capacitivas: en lugar de ello, la corriente de irrupción debe controlarse para evitar tensiones de encendido en los componentes.
El requisito funcional del circuito de precarga de alto voltaje es minimizar la corriente máxima que sale de la fuente de energía disminuyendo el dV / dT del voltaje de alimentación de entrada de modo que se cree un nuevo "modo de precarga". Por supuesto, las cargas inductivas del sistema de distribución deben estar apagadas durante el modo de precarga. Durante la precarga, el voltaje del sistema aumentará lenta y controlablemente y la corriente de encendido nunca excederá el máximo permitido. A medida que el voltaje del circuito se acerca al estado estable, la función de precarga se completa. El funcionamiento normal de un circuito de precarga consiste en finalizar el modo de precarga cuando el voltaje del circuito es del 90 % o 95 % del voltaje de funcionamiento. Al finalizar la precarga, la resistencia de precarga se desconecta del circuito de suministro de energía y regresa a una fuente de energía de baja impedancia para el modo normal. Luego, las cargas de alto voltaje se encienden secuencialmente.
El sistema limitador de corriente de entrada más simple, utilizado en muchos dispositivos electrónicos de consumo, es una resistencia NTC . Cuando está frío, su alta resistencia permite que una pequeña corriente precargue el condensador del depósito . Una vez que se calienta, su baja resistencia transmite la corriente de trabajo de manera más eficiente.
Muchos sistemas activos de corrección del factor de potencia también incluyen arranque suave .
Si el circuito de ejemplo anterior se utiliza con un circuito de precarga que limita el dV / dT a menos de 600 voltios por segundo, entonces la corriente de entrada se reducirá de 670 amperios a 7 amperios. Esta es una forma "más amable y gentil" de activar un sistema de distribución de energía CC de alto voltaje.
El principal beneficio de evitar la tensión de los componentes durante el encendido es lograr una larga vida útil del sistema gracias a componentes confiables y duraderos.
Hay beneficios adicionales: la precarga reduce los riesgos eléctricos que pueden ocurrir cuando la integridad del sistema se ve comprometida debido a daños o fallas del hardware. Activar el sistema de CC de alto voltaje en un cortocircuito o una falla a tierra o en personal desprevenido y sus equipos puede tener efectos no deseados. El arco eléctrico se minimizará si una función de precarga ralentiza el tiempo de activación de un encendido de alto voltaje. Una precarga lenta también reducirá el voltaje en un circuito defectuoso que se acumula mientras los diagnósticos del sistema están en línea. Esto permite un apagado de diagnóstico antes de que la falla se detecte por completo en las peores proporciones de los casos.
En los casos en que la corriente de entrada ilimitada sea lo suficientemente grande como para disparar el disyuntor de la fuente , es posible que incluso se requiera una precarga lenta para evitar el disparo molesto.
La precarga se utiliza comúnmente en aplicaciones de vehículos eléctricos con batería . La corriente que llega al motor está regulada por un controlador que emplea grandes condensadores en su circuito de entrada. [1] Dichos sistemas generalmente tienen contactores (un relé de alta corriente ) para desactivar el sistema durante períodos inactivos y para actuar como una desconexión de emergencia en caso de que el regulador de corriente del motor falle en un estado activo. Sin precarga, el alto voltaje a través de los contactores y la corriente de entrada pueden causar un breve arco que provocará picaduras en los contactos. La precarga de los condensadores de entrada del controlador (normalmente entre el 90 y el 95 por ciento del voltaje aplicado de la batería) elimina el problema de las picaduras. La corriente para mantener la carga es tan baja que algunos sistemas aplican la precarga en todo momento excepto cuando se cargan las baterías, mientras que los sistemas más complejos aplican la precarga como parte de la secuencia de arranque y diferirán el cierre del contactor principal hasta la precarga. El nivel de tensión de carga se detecta como suficientemente alto.
