Dòng điện khởi động / Inrush Current là gì?

Inrush Current hay Dòng điện khởi động là dòng điện đầu vào cao tức thời được tạo ra khi bật nguồn điện hoặc thiết bị điện. Hiện tượng này xảy ra do cần một dòng điện lớn ban đầu để sạc các linh kiện như tụ điện, cuộn cảm, hoặc máy biến áp.

Inrush Current (Dòng điện khởi động) còn được gọi là dòng điện đột biến khi bật công tắc hoặc dòng điện đột biến đầu vào.

Khi bật nguồn, các tụ điện trong bộ nguồn có trở kháng thấp, cho phép dòng điện cao chạy vào mạch để sạc từ mức 0 đến giá trị tối đa. Dòng điện này có thể cao gấp 20 lần dòng điện ở trạng thái ổn định. Mặc dù chỉ kéo dài khoảng 10ms, nhưng phải mất từ 30 đến 40 chu kỳ để dòng điện ổn định về mức bình thường. Nếu không được kiểm soát, dòng điện quá cao có thể gây hư hỏng cho thiết bị, tạo ra sụt áp trên đường dây và ảnh hưởng đến các thiết bị khác dùng chung nguồn điện.

Thông số kỹ thuật của Inrush Current (Dòng điện khởi động)

Inrush Current (Dòng điện khởi động) cao cho thấy có sự ứng suất lớn đối với các bộ phận chỉnh lưu, dẫn đến độ tin cậy thấp hơn của thiết bị. Dòng khởi động được xác định dựa trên:

• Giá trị trung bình trong nửa chu kỳ hoặc giá trị đỉnh: Giá trị đỉnh thường lớn hơn giá trị trung bình khoảng 40%.
• Dải điện áp: Thông thường là 120V hoặc 240V.
• Phạm vi nhiệt độ hoạt động: Đây là phạm vi mà các kỹ thuật giới hạn dòng điện có hiệu quả.

Hạn chế Inrush Current (Dòng điện khởi động)

Có hai phương pháp bảo vệ phổ biến để hạn chế Inrush Current:

1. Phương pháp thụ động: Thiết bị hạn chế dòng điện (thường là điện trở) được mắc nối tiếp với nguồn cung cấp. Phương pháp này đơn giản nhưng có thể không hiệu quả đối với nguồn điện lớn do tiêu tán công suất cao và tổn thất năng lượng trên điện trở.
2. Phương pháp bảo vệ chủ động: Sử dụng mạch điện tử bao gồm điện trở, thiết bị chuyển mạch và mạch điều khiển để hạn chế dòng điện khởi động. Phương pháp này phức tạp hơn nhưng hiệu quả cao, đặc biệt phù hợp với các nguồn điện có công suất lớn.

Điện trở nối tiếp: Đối với các nguồn điện có công suất nhỏ, điện trở được mắc nối tiếp với đường dây đầu vào để hạn chế dòng điện khởi động. Tuy nhiên, phương pháp này không thích hợp cho nguồn điện lớn hơn do hiệu suất thấp và tổn thất năng lượng.

NTC thermistor

Phương pháp sử dụng điện trở có hệ số nhiệt độ âm (NTC) được mắc nối tiếp với đường dây nguồn đầu vào là một cách hiệu quả để hạn chế Inrush Current.

Ban đầu, ở nhiệt độ môi trường xung quanh, thiết bị NTC có điện trở cao, giúp hạn chế lượng dòng điện khởi động chạy vào mạch khi bật nguồn. Khi dòng điện chạy qua NTC, nhiệt độ của nó tăng lên, dẫn đến sự giảm đáng kể của điện trở. Khi điện trở giảm xuống mức dưới một ohm, nó cho phép dòng điện ổn định chạy vào mạch mà không gây ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể.

Công tắc điện tử song song

Một phương pháp hiệu quả khác là sử dụng công tắc hoặc rơle điện tử mắc song song với nhiệt điện trở hoặc điện trở.

Khi khởi động, thiết bị giới hạn dòng điện có điện trở cao để kiểm soát dòng điện khởi động. Sau khi dòng điện ổn định, công tắc hoặc rơle được bật để tạo đoản mạch qua thiết bị giới hạn, giúp loại bỏ điện trở khỏi mạch chính. Điều này cho phép điện trở nhiệt trở về trạng thái ban đầu, sẵn sàng bảo vệ mạch trước bất kỳ sự đột biến nào tiếp theo, như khi mất điện đột ngột và cấp lại, hoặc khi người dùng tắt và bật thiết bị nhanh chóng.

Mạch chủ động

Mạch chủ động bao gồm các điện trở, transistor, triac hoặc thyristor và một mạch điều khiển để điều khiển thiết bị đóng ngắt. Những mạch này phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu khả năng khởi động nóng.

Việc lựa chọn phương pháp bảo vệ phụ thuộc vào tần suất của dòng khởi động, chi phí, mức công suất của thiết bị, độ tin cậy mong đợi và hiệu suất. NTC thermistor được sử dụng rộng rãi như một thiết bị giới hạn và được ưa chuộng nhờ thiết kế đơn giản và chi phí thấp so với mạch chủ động, tuy nhiên, nó có một số hạn chế khiến nó không phù hợp để sử dụng trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt hoặc cho các ứng dụng nhạy cảm.

Các yếu tố cần xem xét khi thiết kế giới hạn dòng khởi động:

• Giá trị điện dung tải
• Dòng điện ổn định
• Nhiệt độ môi trường
• Điện áp cung cấp
• Mức độ giảm dòng điện yêu cầu cho dòng khởi động.