Wanneer de industriële apparatuur wordt gestart, wordt er een impulsstroom (stootstroom genoemd) gegenereerd die veel hoger is dan de normale werkstroom. Afhankelijk van het type apparatuur kan deze opstartpiek 10 tot 30 maal de stabiele stroom bedragen. Deze extreme stootstroom wordt onmiddellijk gegenereerd en veroorzaakt enorme elektrische en mechanische spanning.
Als piekstromen niet goed worden gecontroleerd, kunnen stroomonderbrekers uitvallen, zekeringen doorbranden, gevoelige componenten beschadigen en zelfs de prestaties van stroomconnectoren en benodigdheden verslechteren. Daarom is het ontwikkelen van een effectieve strategie voor piekstroombeheer essentieel voor de betrouwbare en veilige werking van industriële systemen.
Eén manier om opstartpieken te beheersen, is door een piekstroombegrenzer (ICL) in serie aan te sluiten op de stroomingang van het apparaat. In verschillende typen ICL worden thermistors met negatieve temperatuurcoëfficiënt (NTC) veel gebruikt vanwege hun eenvoudige ontwerp en gemakkelijke integratie. De NTC-thermistor is een temperatuurgevoelige weerstand waarvan de weerstandswaarde afneemt bij toenemende temperatuur.
Figuur 1: ERT-J0EG103FA NTC thermistor van Panasonic Electronic Components, nominale weerstand van 10 k Ω bij 25°C, weerstandstolerantie van ± 1%. Bron afbeelding: Panasonic Electronic Components)
Wanneer de industriële elektrische apparatuur wordt uitgeschakeld, is de weerstand van het NTC-element relatief hoog. NTC-element in serie met belasting. Deze hoge weerstand in koude toestand kan de initiële impulsstroom bij het opstarten vertragen, wat overeenkomt met een stroombuffer.
Wanneer deze door een thermistor stroomt met een beperkte inschakelstroom, wordt deze verwarmd door het resistieve thermische effect. Wanneer de thermistor wordt verwarmd, zal de weerstandswaarde ervan scherp dalen, wat veel minder zal zijn dan de koude weerstandswaarde. In zeer korte tijd gaat de thermistor over naar een toestand met lage weerstand. Op dit moment is de ingangscondensator volledig opgeladen en kan deze door de normale bedrijfsstroom stromen.
NTC verlaat de beveiligingsstatus volledig na de piekgebeurtenis, die tijdens een stabiele werking dicht bij de kortsluitingsstatus ligt. Een NTC met een koudeweerstand van 10 Ohm kan bijvoorbeeld na voldoende verwarming onder de 0,5 Ohm dalen. Dit zorgt ervoor dat industriële apparatuur onder stabiele omstandigheden op vrijwel volledige spanning werkt, terwijl de eigen energieverliezen van de thermistor worden geminimaliseerd.
Ontwerpoverwegingen bij het implementeren van NTC-begrenzers
Om een betrouwbare en efficiënte werking te garanderen, moeten verschillende ontwerpparameters in aanmerking worden genomen bij de implementatie van op NTC gebaseerde overspanningsbegrenzers.
Weerstandswaarde bij koude toestand
De koudetoestandsweerstand (R25) is de nominale weerstand bij 25 ° C en wordt gebruikt om de initiële impedantie te bepalen bij het beperken van de inschakelstroom. Op basis van de benodigde maximale stootstroom en voedingsspanning kan de benodigde minimale weerstand worden geschat. Ingenieurs zullen de wet van Ohm gebruiken om deze weerstand te berekenen: R=Vpeak/Imax (piek). In een eenfasig systeem van 230 VAC (piekspanning ca. 325 V piek) is bijvoorbeeld een weerstand in koude toestand van 325/20 ≈ 16 Ω vereist om de inschakelstroom te beperken tot een piek van 20 A.
Fabrikanten zoals TDK Electronics, VisAmetherm en Amfenol Advanced Sensors leveren NTC-producten met standaardwaarden zoals 2 Ω, 5 Ω, 10 Ω, 22 Ω, 47 Ω bij 25 ° C. De selectie van geschikte weerstand in koude toestand is van cruciaal belang omdat hogere R25 voor een betere overspanningsonderdrukking zorgt. Een te hoge waarde kan echter de laadstroom te hoog beperken, de starttijd verlengen en resulteren in een excessieve initiële spanningsval.