تيار البدء

تيار البدء ، أو تيار الاندفاع عند التشغيل، هو أقصى تيار دخل لحظي يسحبه جهاز كهربائي عند تشغيله لأول مرة. قد تسحب المحركات الكهربائية والمحولات ذات التيار المتردد عدة أضعاف تيار الحمل الكامل العادي عند بدء تشغيلها، وذلك لعدة دورات من شكل موجة الدخل. كما أن محولات الطاقة غالبًا ما يكون لديها تيارات بدء أعلى بكثير من تيارات الحالة المستقرة، بسبب تيار شحن سعة الدخل . يصبح اختيار أجهزة الحماية من التيار الزائد، مثل المصهرات وقواطع الدائرة، أكثر تعقيدًا عند الحاجة إلى تحمل تيارات بدء عالية. يجب أن تستجيب الحماية من التيار الزائد بسرعة لأعطال الحمل الزائد أو قصر الدائرة، ولكن يجب ألا تقطع الدائرة عند تدفق تيار البدء (الذي يكون عادةً غير ضار).

يظهر المكثف المفرغ أو المشحون جزئيًا كدائرة قصر مع المصدر عندما يكون جهد المصدر أعلى من جهد المكثف. يستغرق شحن المكثف المفرغ بالكامل حوالي 5 دورات زمنية RC ؛ وخلال فترة الشحن، قد يتجاوز التيار اللحظي تيار الحالة المستقرة بمقدار كبير. ينخفض ​​التيار اللحظي إلى تيار الحالة المستقرة مع وصول المكثف إلى الشحن الكامل. في حالة الدائرة المفتوحة، يُشحن المكثف إلى ذروة جهد التيار المتردد (لا يمكن شحن المكثف فعليًا باستخدام تيار خط التيار المتردد، لذا يُشير هذا إلى جهد متغير ولكنه أحادي الاتجاه؛ مثل جهد الخرج من مقوم التيار).

في حالة شحن مكثف بجهد مستمر خطي، كما هو الحال مع البطارية، سيظل المكثف يبدو كدائرة قصر؛ حيث سيسحب تيارًا من المصدر محدودًا فقط بالمقاومة الداخلية للمصدر ومقاومة المكثف المكافئة (ESR) . في هذه الحالة، سيكون تيار الشحن مستمرًا ويتناقص أُسّيًا مع تيار الحمل. أما في حالة الدائرة المفتوحة، فسيتم شحن المكثف إلى جهد التيار المستمر.

يُعدّ منع تدفق التيار الأولي العالي خلال فترة شحن مكثف الترشيح أمرًا بالغ الأهمية لأداء الجهاز. ويمكن زيادة مقاومة مصدر الطاقة، وبالتالي تقليل تيار البدء، عن طريق إدخال مقاومة عالية مؤقتًا بين مصدر الطاقة والمقوم. ويُفيد استخدام مُحدِّد تيار البدء لهذا الغرض، حيث يُوفِّر المقاومة الأولية اللازمة.

عند تشغيل المحول لأول مرة، قد يمر تيار عابر يصل إلى 10 إلى 15 ضعف التيار المقنن للمحول لعدة دورات. أما المحولات الحلقية، التي تستخدم كمية أقل من النحاس لنفس قدرة المعالجة، فقد يصل تيار بدء التشغيل فيها إلى 60 ضعف تيار التشغيل. ويحدث أسوأ تيار بدء تشغيل عند توصيل الملف الابتدائي لحظة قريبة من نقطة عبور الجهد الابتدائي للصفر (والتي تمثل، في حالة الحث الخالص، أقصى قيمة للتيار في دورة التيار المتردد)، وإذا كانت قطبية نصف دورة الجهد مطابقة لقطبية المغناطيسية المتبقية في القلب الحديدي (حيث تبقى المغناطيسية المتبقية عالية من نصف دورة سابقة). ما لم يتم تصميم الملفات والقلب بحيث لا تتجاوز عادةً 50% من التشبع (وهذا ما يحدث دائمًا في المحولات عالية الكفاءة، لأن مثل هذا التصميم سيكون ثقيلًا جدًا وغير فعال)، فإن القلب سيصل إلى حالة التشبع أثناء بدء التشغيل. يمكن التعبير عن ذلك أيضًا بأن المغناطيسية المتبقية في التشغيل العادي تقارب مغناطيسية التشبع عند "ركبة" منحنى التخلف المغناطيسي . ولكن بمجرد تشبع القلب الحديدي، يبدو أن محاثة الملفات قد انخفضت بشكل كبير، ولا يحد من التيار سوى مقاومة ملفات الجانب الابتدائي ومعاوقة خط الطاقة. ولأن التشبع يحدث لجزء من نصف الدورة فقط، فقد تتولد أشكال موجية غنية بالتوافقيات، مما قد يسبب مشاكل للمعدات الأخرى. بالنسبة للمحولات الكبيرة ذات مقاومة الملفات المنخفضة والحث العالي، قد تستمر تيارات البدء هذه لعدة ثوانٍ حتى يتلاشى التيار العابر (زمن التلاشي يتناسب مع X _L / R ) ويستقر توازن التيار المتردد. لتجنب تيار البدء المغناطيسي، في المحولات ذات الفجوة الهوائية في القلب، يجب توصيل الحمل الحثي بشكل متزامن بالقرب من ذروة جهد التغذية، على عكس التبديل عند جهد صفري، وهو أمر مرغوب فيه لتقليل تيارات العبور الحادة مع الأحمال المقاومة مثل السخانات عالية الطاقة. أما بالنسبة للمحولات الحلقية، فإن إجراء المغنطة المسبقة قبل التشغيل هو وحده ما يسمح ببدء تشغيل هذه المحولات دون أي ذروة لتيار البدء.

يمكن تقسيم تيار البدء إلى ثلاث فئات:

ينتج تيار بدء التشغيل عن إعادة تشغيل المحول. قد يكون التدفق المتبقي في هذه الحالة صفرًا أو يعتمد على توقيت إعادة التشغيل.

تدفق تيار البدء العكسي عند استعادة جهد المحول بعد انخفاضه بسبب اضطراب النظام.

تدفق تيار البدء المتعاطف عند توصيل عدة محولات في نفس الخط وتنشيط أحدها.

عند تشغيل محرك كهربائي ، سواء كان يعمل بتيار متردد أو مستمر، يكون الدوار ساكنًا، ويتدفق تيار مكافئ لتيار التوقف، ويتناقص هذا التيار تدريجيًا مع ازدياد سرعة المحرك وتوليده قوة دافعة كهربائية عكسية لمقاومة التيار المتردد. تعمل محركات الحث ذات التيار المتردد كمحولات كهربائية ذات ملف ثانوي موصول بدائرة قصر حتى يبدأ الدوار بالدوران، بينما تمثل المحركات ذات الفرش مقاومة الملفات. ويقل زمن بدء التشغيل إذا تم تخفيف الحمل الميكانيكي على المحرك حتى يكتسب السرعة المطلوبة.

بالنسبة للمحركات عالية الطاقة، يمكن تغيير تكوين اللفائف ( على شكل نجمة في البداية ثم دلتا ) أثناء بدء التشغيل لتقليل التيار المسحوب.

تتميز المعادن بمعامل مقاومة حراري موجب ؛ أي أن مقاومتها تكون أقل في حالة البرودة. أي حمل كهربائي يحتوي على عنصر كبير من عناصر التسخين المقاومة المعدنية، مثل فرن كهربائي أو مجموعة من مصابيح التنجستن المتوهجة ، سيسحب تيارًا عاليًا حتى يصل العنصر المعدني إلى درجة حرارة التشغيل . على سبيل المثال، مفاتيح الحائط المصممة للتحكم في المصابيح المتوهجة تحمل تصنيف "T"، مما يشير إلى قدرتها على التحكم بأمان في الدوائر الكهربائية ذات تيارات البدء العالية للمصابيح المتوهجة. قد يصل تيار البدء إلى 14 ضعف تيار الحالة المستقرة، وقد يستمر لبضع أجزاء من الثانية للمصابيح الصغيرة، ولعدة ثوانٍ للمصابيح بقدرة 500  واط أو أكثر. ^{[ 1 ]} أما مصابيح الكربون غير المُجرافنة، والتي نادرًا ما تُستخدم حاليًا، فلها معامل مقاومة حراري سالب، وتسحب تيارًا أكبر عند ارتفاع درجة حرارتها؛ ولا يوجد تيار بدء في هذا النوع.

يمكن استخدام مقاومة موصولة على التوالي مع خط التغذية للحد من التيار المار في مكثفات الإدخال. مع ذلك، فإن هذه الطريقة ليست فعالة للغاية، خاصة في الأجهزة عالية الطاقة، لأن المقاومة ستُحدث انخفاضًا في الجهد وتُبدد جزءًا من الطاقة.

يمكن أيضًا تقليل تيار البدء باستخدام محددات تيار البدء. تُستخدم الثرمستورات ذات معامل درجة الحرارة السالب (NTC) بشكل شائع في مصادر الطاقة التبديلية، ومحركات القيادة، ومعدات الصوت لمنع التلف الناتج عن تيار البدء. الثرمستور عبارة عن مقاوم حساس للحرارة تتغير مقاومته بشكل ملحوظ ويمكن التنبؤ به نتيجة لتغيرات درجة الحرارة. تنخفض مقاومة الثرمستور ذي معامل درجة الحرارة السالب (NTC) مع ارتفاع درجة حرارته. ^{[ 2 ]}

مع ارتفاع درجة حرارة مُحدد تيار البدء، يبدأ التيار بالتدفق عبره، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته. تبدأ مقاومته بالانخفاض، ويتدفق تيار صغير نسبيًا لشحن مكثفات الإدخال. بعد شحن مكثفات مصدر الطاقة، يُوفر مُحدد تيار البدء المُسخن ذاتيًا مقاومة منخفضة في الدائرة، مع انخفاض طفيف في الجهد مقارنةً بانخفاض الجهد الكلي للدائرة. من عيوب هذا الجهاز أن مُقاوم NTC يظل ساخنًا ومقاومته منخفضة فور إيقاف تشغيله، ولا يُمكنه الحد من تيار البدء إلا بعد أن يبرد لأكثر من دقيقة واحدة ليكتسب مقاومة أعلى. عيب آخر هو أن مُقاوم NTC الحراري غير مُقاوم للدارة القصيرة.

هناك طريقة أخرى لتجنب تيار بدء التشغيل في المحول وهي استخدام "مرحل تبديل المحول". لا يحتاج هذا المرحل إلى وقت للتبريد، كما أنه قادر على التعامل مع انخفاضات الجهد في خطوط الطاقة (نصف الموجة) ومقاوم للدارة القصيرة. تُعد هذه التقنية مهمة لاختبارات معيار IEC 61000-4-11.

ثمة خيار آخر، لا سيما بالنسبة للدوائر ذات الجهد العالي ، وهو استخدام دائرة شحن مسبق . تدعم هذه الدائرة وضع الشحن المسبق المحدود التيار أثناء شحن المكثفات، ثم تتحول إلى وضع غير محدود للتشغيل العادي عندما يصل الجهد على الحمل إلى 90% من الشحن الكامل.

عند إيقاف تشغيل محول كهربائي أو محرك كهربائي أو مغناطيس كهربائي أو أي حمل حثي آخر، يزيد المحث الجهد عبر المفتاح أو قاطع الدائرة، مما قد يتسبب في حدوث شرارة كهربائية ممتدة. وعند إيقاف تشغيل المحول من جانبه الابتدائي، ينتج عن الحث ارتفاع مفاجئ في الجهد على الجانب الثانوي، مما قد يؤدي إلى تلف العزل والأحمال المتصلة به. ^{[ 3 ]}

• تموج (كهربائي)

• IEC 61000–4–30، التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) – تقنيات الاختبار والقياس – طرق قياس جودة الطاقة، منشور من قبل اللجنة الكهروتقنية الدولية، 2003.