چرا جریان هجومی اتفاق می‌افتد؟

جریان هجومی چیست؟

تجهیزات الکتریکی به محض روشن شدن، شدت انرژی الکتریکی زیادی را متحمل می‌شوند که از حالت پایدار فراتر می‌رود که به این، جریان هجومی (Inrush Current) یا جریان ضربه ای گویند.

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 باعث آسیب رساندن به تجهیزات یا فعال شدن مدارشکن شود. معمولا جریان هجومی در کلیه تجهیزاتی که هسته مغناطیسی دارند، وجود دارد مانند  ترانسفورماتور ها، 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.

دوام و اعتبار یک مدار الکترونیکی به شدت وابسته به این است که چقدر خوب با توجه به همه احتمالات طراحی شده‌است،که عملاً هنگامی روی می دهد که محصول عملا مورد استفاده قرار می ‌گیرد.این امر به ویژه در مورد تمام واحد های منبع تغذیه مانند مبدل های AC-DC یا مدار های SMPS صادق می باشد. زیرا آنها مستقیماً به برق متصل هستند و بار متفاوتی آن ها را مستعد ابتلا به ولتاژ های اضافی ، افزایش ولتاژ ، اضافه بار و غیره می کند. به همین دلیل طراحان انواع مختلفی از مدار های محافظتی در طراحی آن ها قرار می دهند.

همانطور که از نام این واژه استفاده می شود ، اصطلاح “جریان هجومی” نشان می دهد که وقتی دستگاه در مرحله اولیه روشن می شود ، مقدار زیادی جریان به مدار می ریزد. طبق تعریف کلی ، می توان آن را به عنوان حداکثر جریان ورودی فوری که هنگام روشن شدن توسط دستگاه الکتریکی کشیده می شود ،نیز تعریف کرد. این رفتار را می توان به خوبی در بار های القایی AC مانند ترانسفورماتور ها و موتور ها مشاهده نمود ، جایی که مقدار جریان ورودی معمولاً بیست یا سی برابر بیشتر از مقادیر اسمی می باشد. حتی اگر مقدار جریان هجومی بسیار زیاد باشد ، فقط برای چند میلی ثانیه یا میکروثانیه اتفاق می افتد ، بنابراین بدون یک کنتور نمی توان متوجه آن شد.

جریان هجومی می تواند به عنوان جریان موجی ورودی یا جریان موجی بر اساس راحتی خوانده شود. از آنجا که این پدیده بیشتر با بار های AC است ، از محدود کننده جریان هجومی AC بیشتر از نمونه DC آن استفاده می شود.هر مدار بسته به حالت مدار از یک منبع جریان می گیرد. بیایید فرض کنیم یک مدار دارای سه حالت می باشد ، حالت ساکن ، حالت کار طبیعی و حداکثر حالت کار است. در حالت ساکن ، مدار 1mA جریان می کشد ، در حالت کار طبیعی مدار 500mA جریان و در حداکثر حالت کار می تواند 1000mA یا 1A جریان را ترسیم کند.

بنابراین ، چنانچه مدار بیشتر در حالت عادی کار می کند ، می توان گفت که 500mA جریان پایدار مدار است ، در حالی که 1A جریان پیک کشیده شده توسط مدار می باشد.این کاملاً درست است ، کار با آن آسان و ریاضیاتی ساده است. اما ، همانطور که قبلا نیز اشاره شد، حالت دیگری وجود دارد که جریان کشیده شده توسط مدار می تواند 20 یا حتی 40 برابر بیشتر از جریان حالت پایدار باشد. این حالت اولیه یا قدرت  در مرحله مدار است. اکنون ، چرا این جریان زیاد به دلیل اینکه برای کاربرد جریان کم درجه بندی می شود ، ناگهان توسط مدار کشیده می شود؟ مانند مثال قبلی ، 1mA تا 1000mA.

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.  در زیر تفاوت بین جریان هجومی ، جریان اوج و جریان حالت مانای یک مدار را نشان می دهد

 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.

چه عواملی باعث هجوم جریان در دستگاه می باشد؟

برای پاسخ به سوالات باید به مغناطیس سیم پیچ های سلفی و موتور وارد شویم ، اما برای شروع بیایید در نظر بگیریم که ، این مانند حرکت یک کمد بزرگ یا کشیدن یک ماشین است ، در ابتدا ، ما به انرژی بالایی نیاز داریم ، اما با شروع حرکت ، این امر آسان تر می شود . دقیقاً در داخل مدار نیز همین اتفاق رخ می دهد. تقریباً در هر مدار ، به ویژه منبع تغذیه ، از خازن ها و سلف های بزرگ ، چوک ها و ترانسفورماتور ها (یک سلف بزرگ) استفاده می شود که همگی جریان اولیه زیادی را برای تولید میدان مغناطیسی یا الکتریکی مورد نیاز برای کار خود می کشند.

بنابراین ورودی مدار ناگهان یک مسیر مقاومت کم (امپدانس) را فراهم می نماید که اجازه می دهد مقدار زیادی جریان به مدار وارد شود. خازن ها و سلف ها در شرایط کاملاً شارژ شده یا تخلیه رفتار متفاوتی دارند. به عنوان نمونه ، یک خازن در شرایطی که کاملاً تخلیه شده است به دلیل امپدانس پایین مانند اتصال کوتاه عمل می کند ، در حالی که خازن کاملاً شارژ شده در صورت اتصال به عنوان خازن فیلتر ، DC را صاف می کند. با این حال ، این بازه زمانی بسیار کمی است. در چند میلی ثانیه خازن شارژ می شود. همچنین می توانید مقادیر ESR و ESL یک خازن را بخوانید تا نحوه عملکرد آن را در مدار بهتر درک کنید.

در طرف دیگر ، ترانسفورماتور ها ، موتور ها و سلف ها (همه موارد مربوط به سیم پیچ) در هنگام راه اندازی مجدد EMF تولید می کنند ، همچنین در هنگام شارژ به جریان بسیار بالایی نیاز دارند. به طور معمول ، چرخه های جریان کمی برای تثبیت جریان ورودی به حالت پایدار مورد نیاز است.

بنابراین ، هنگامی که ولتاژ ورودی به منبع تغذیه یا در مداری اعمال می شود که دارای ظرفیت یا القا  یا جریان هر دو بسیار زیاد است، جریان هجومی رخ می دهد. این جریان هجومی بسیار زیاد می شود تا باعث ذوب شدن سوئیچ ورودی یا منفجر شدن آن شود.

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

چرا جریان هجومی اتفاق می‌افتد؟

عوامل مؤثر بر جریان هجومی می‌توانند به علت‌های گوناگون و زیادی رخ دهند 

• در تجهیزاتی که دارای خازن‌های صافی با ظرفیت بالا یا خازن‌های دی‌کوپلینگ می باشند، به محض اتصال منبع تغذیه، جریان زیادی برای شارژ این خازن‌ها در مدار شارش می‌یابد، این مقدار جریان در ابتدای روشن شدن تجهیزات موردنیاز می باشد.

• بلافاصله پس از اتصال منبع‌تغذیه، بدلیل وجود سیم‌ها و سایر قطعاتی که مقاومت کمی دارند، جریان زیادی در مدار شارش می‌یابد. (با گرم شدن این قطعات، مقاومت‌شان افزایش یافته و مقدار جریان اولیه به جریان حالت پایدار کاهش می‌یابد).

 چنانچه مقدار جریان هجومی بیشتر از مقدار جریان مصرفی مجاز یک قطعه باشد، بسته به بزرگی جریان‌هجومی (اختلاف حداکثر مقدار جریان و مقدار جریان حالت پایدار) و طول مدت آن (بازه زمانی که حداکثر مقدار جریان به مقدار جریان حالت پایدار همگرا می‌شود، که از این پس پهنای پالس نامیده می‌شود) قطعه مورد استفاده در مدار ممکن است بیش از حد گرم شده و عملا آسیب ببیند و در نهایت منجر به اختلال و خرابی دستگاه الکتریکی می‌شود.