Methoden zur Steuerung des Einschaltstroms in Wechselstrommotoren

1. Nutzung der Bauteileigenschaften

• Induktive Bauteile: Induktivitäten hemmen die Änderungsrate des Stromflusses und reduzieren damit die Stromspitzen. Bei Wechselstrommotoren können Induktivitäten, die in Reihe mit dem Schaltkreis verbunden sind, den Einschaltstrom unterdrücken. Wenn der Strom plötzlich ansteigt, wirkt die von der Induktivität erzeugte Selbstinduktion gegen den schnellen Anstieg des Stroms, wodurch die Größe und Dauer des Einschaltstroms reduziert werden. Diese Methode wird beispielsweise oft in den Startschaltungen großer Wechselstrommotoren verwendet, um die Schaltkreiselemente vor dem Einfluss des Einschaltstroms zu schützen.

• Kapazitive Bauteile: Kondensatoren können Energie speichern. Durch die Auswahl des geeigneten Kapazitätswerts kann elektrische Energie im Kondensator gespeichert und langsam abgegeben werden. Wenn ein Kondensator parallel zum Motorschaltkreis in einem Wechselstrommotorschaltkreis geschaltet wird, kann er als Puffer fungieren, indem er bei Einschalten des Schaltkreises einen Teil der elektrischen Energie absorbiert, um zu verhindern, dass zu viel Strom direkt durch den Motor fließt. Dadurch werden Spitzenspannung und Spitzenstrom reduziert und das Ziel, den Einschaltstrom zu kontrollieren, erreicht.

• Negativ Temperaturkoeffizient (NTC) Thermistor: Wenn kein Strom fließt, hat der NTC-Widerstand einen hohen Wert. Beim Einschalten lässt der hohe Widerstand nur eine geringe Menge an Strom passieren, was die Selbstheizung initiiert und seinen eigenen Widerstand verringert, wodurch allmählich mehr Strom durch die Last fließen kann. Durch die Schaltung eines NTC-Thermistors in Reihe mit der Startschaltung eines Wechselstrommotors können seine Eigenschaften genutzt werden, um den Einschaltstrom beim Start zu begrenzen. Die Leistung des NTC ist jedoch von der Umgebungstemperatur abhängig, was ihn für Anwendungen mit einem weiten Temperaturbereich weniger geeignet macht.

2. Verwendung von Schaltkreissteuerungstechnologien

• Schaltfrequenzsteuerung: Direkte Steuerung der Spannungsanstiegsrate am Ausgang durch Steuerung der Rate, mit der Schalter eingeschaltet werden. Für Wechselstrommotoren führt die Reduzierung der Schaltgeschwindigkeit (dVout/dt), bei konstanter Motorlastkapazität Cload, zu einer Verringerung des Einschaltstroms Iinrush. Diese Methode steuert den Einschaltstrom beim Start des Motors effektiv.

• Lineare Soft-Start oder dV/dt-Steuerung: Viele integrierte Leistungsschalter verfügen über eine lineare Steuerung der Spannungsanstiegszeit. Für Wechselstrommotoren sorgt die lineare Steuerung der Spannungsanstiegszeit (d.h. die Steuerung einer konstanten dVout/dt-Rate) dafür, dass Iinrush auch konstant bleibt, wenn Cload konstant ist. Dies ermöglicht eine präzise Berechnung des Einschaltstroms und kann in Fällen, in denen eine maximale Einschaltstrombegrenzung und eine maximale Einschaltzeit festgelegt sind, insbesondere dann, wenn Methoden wie RC-Zeitkonstantensteuerung nicht ausreichen, die Anforderungen erfüllen.

• Konstanter Strom / Strombegrenzung: Bei der Versorgung rein kapazitiver Lasten (die während des Motorstarts als kapazitiv angenommen werden können) produziert die Methode der Steuerung des Einschaltstroms durch konstanten Strom Ergebnisse, die denen eines linearen Soft-Starters ähneln. Durch die Verwendung eines konstanten Iinrush zum Aufladen des Motors wird, bei gegebener Cload, mit konstanter dv/dt aufgeladen, wodurch der Einschaltstrom gesteuert wird. Allerdings unterscheidet sich dies von der Methode des linearen Soft-Starters, wenn zusätzliche Lasten neben dem Kondensator eingeführt werden.

III. Verwendung spezieller Schaltkreisbauteile und -schaltungen

• TVS-Dioden: TVS-Dioden sind schnell reagierende Unterdrücker. Wenn die Eingangsspannung in einem Wechselstrommotorschaltkreis eine bestimmte Spannung überschreitet, bieten sie einen niedrigimpedanzigen Pfad, um kurzzeitig einen großen Strom zu absorbieren, um Überspannung zu vermeiden und so den Motor und seinen Schaltkreis vor dem Schaden durch den Einschaltstrom infolge von Überspannung zu schützen.

• Metalloxidvaristor (MOV): Reagiert auf permanente Fehlerspannung oder momentane Überspannung. In Wechselstrommotorschaltkreisen kann er Überspannungen durch ständige Existenz mit niedriger Widerstandsrate unterdrücken, wodurch der Einschaltstrom infolge von Überspannung vom Schaden am Motor abgehalten wird.

• Interne Störschutzschaltung: Diese Schaltung unterdrückt den Einschaltstrom, indem sie ihn in den nachgeschalteten Leitungen einfängt. Zum Beispiel kann auf der Platine, auf der sich ein Wechselstrommotor befindet, durch die Einrichtung induktiver Bauteile eine interne Störschutzschaltung gebildet werden, um den Einschaltstrom zu unterdrücken.

IV. Optimierung der Verkabelung

• Bei der Entwurf von Schaltplatinen oder Verkabelungen, die mit Wechselstrommotoren zusammenhängen, verwenden Sie eine Verkabelungsmethode, die den Einschaltstrom entgegenwirkt. Zum Beispiel sollten die Leiterbahnen auf der Platinen so parallel wie möglich angeordnet und der Abstand zwischen benachbarten Leiterbahnen so gleichmäßig wie möglich gehalten werden. Eine vernünftige Verkabelung hilft dabei, den Einschaltstrom, der durch Faktoren wie elektromagnetische Störungen verursacht wird, zu reduzieren und den Einschaltstrom in Wechselstrommotoren in gewissem Maße zu kontrollieren.