Inrush Current Limiter

[Rovellat]

O lo que es lo mismo, limitador del pico de arranque.

Sucede que una carga inductiva, es como un cortocircuito al aplicarle tensión; hasta que no ha conseguido levantar el campo magnético que se le opone, la corriente es muy fuerte; igualmente si se trata de un motor, a lo anterior se le suma que al no haber movimiento, los campos de rotor, no se oponen al estator como en su funcionamiento normal, con lo que se suman ambos efectos.

Una simple bombilla de incandescencia, con el filamento frío, consume muchísimo mas al encenderla, que durante su funcionamiento. También la carga de condensadores tiene un efecto parecido.

Además al aplicar corriente alterna, la podemos conectar en un paso por cero, (probabilidad mínima), o cuando ya haya una tensión respetable, que es una probabilidad bastante mayor.

Esta corriente elevada durante el inicio de la conexión, que es bastante mayor que la de funcionamiento prolongado es lo que los yankies llaman inrush.

En circunstancias normales, estando todo sobredimensionado, no causa problemas. Los problemas vienen cuando las cargas son grandes, los picos elevados, y el suministro débil.

Con esto vengo batallando hace muchos años; la radial, y la poca potencia contratada. Al principio con la ferralla, lo que hacía era iniciar el giro contra un tabón, antes de darle al interruptor; la resistencia de un tambor de alargo, también ayudaba. Después me compre una de arranque suave que no daba problemas.

Pero luego vinieron otras máquinas que no aceptan estas chapuzas; salí del paso con un dimmer para arrancar, pero tampoco era solución; había que hacer si o si un limitador.

Y tenía que ser automático, fiable, y no consumir en vacío. Para ciertas aplicaciones se utilizan NTCs, pero en esta no lo veo; estuve buscando esquemas, y eran todos para continua, y los pocos de alterna, eran demenciales, yo buscaba una solución sencillita.

[Rovellat]

Hace unas semanas que ando dándole vueltas al coco, se acerca la trashumancia, y tenía que solucionarlo. Al final se me encendió la bombillita; necesitaba una PTC.

Pero una PTC especial, de estas formadas por una espiral de wolframio encapsulada en vidrio de cuarzo, junto con algunas moléculas de yodo.

Estas PTC, tienen muchas ventajas, la principal es que son baratas, son apropiadas para la tensión a la que voy a trabajar, y bastante potentes; además llevan un chivato luminoso incorporado.

[Rovellat]

Llevo años con eso, pero es que partía de una premisa equivocada; quería limitar la tensión, y que fuese creciendo poco a poco; o sea arranque suave.

Hace unas semanas lo vi desde otro punto de vista; lo que había que limitar era la corriente; esto es mas fácil en continua. En alterna la red presenta muchas mas dificultades; una es la alternancia, pero la mas peliaguda son los pasos por cero en que te quedas sin energía para controlar lo que sea; tienes que pasar por guardar un poco en un condensador, lo que significa mas componentes, y la que guardas es continua, que no casa muy bien con la alterna; o sea, que muchísimos componentes.

Había que simplificar, tenía que hacer una cosa de pocos componentes, algo parecido al control de fase, pero que limitase la corriente.

La idea original fue algo parecido a los limitadores clásicos a transistor, a través de un puente, pero esto limita, que está bien, pero disipando potencia en los transistores, que necesitan disipador; necesitaba cortar una vez alcanzada la corriente permitida durante el resto del semiciclo, y a esperar al siguiente, que se repite el proceso.

De momento parece que funciona; la idea es una evolución del fusible 2.0, al que he quitado muchísimas cosas, y le he puesto la PTC.

La gran ventaja de esta PTC es que tiene una resistencia ínfima en frío, pasando a 2K6 cuando actúa; es decir que deja pasar bastante corriente con baja tensión, pero la limita a unos 100mA al llegar a 230V; vamos, lo que necesitaba.

El montaje de prueba, 6 componentes si no he contado mal, parece funcionar correctamente. Probado en montaje pulpo, no era cuestión de continuar por lo peligroso, ahora sacaré el esquema y lo montaré en araña para continuar probando.

Me falta comprobar que no interfiere mucho cuando la corriente está dentro de límites, y que actúa bien cuando la sobrepasa sin calentarse ni estropearse. También tengo que ver lo que pasa cuando la corriente anda tonteando cerca del valor límite, y recalcular algunos valores, ya que lo he hecho en tensión eficaz, y quizás tenga que modificar algo ligeramente.

[Rovellat]

Bueno esto es una primicia; un punto de partida, por ejemplo no tengo zeners de 1W, he puesto dos de 1/2 de 3V6 en serie, y la resistencia limitadora está puesta un poco a ojo. Las pruebas hechas con un trafo bipin de 11,5V.

Con 8 Ohm a la salida del trafo, no actúa, con 4 Ohm, si actúa.

Tengo que hacer un montaje mas compacto con soldadura, que los cocodrilos son muy fallones, y aquí hay muchos voltios.

Como se puede observar es muy parecido en esencia al fusible electrónico 2.0, pero mucho mas simplificado. Ahora no se "funde", solo pasa a OFF a partir de que se ha alcanzado la corriente máxima durante el resto de semiciclo. En el siguiente semiciclo vuelve a las condiciones de inicio; pasa a OFF solo si se alcanza la corriente máxima, en caso contrario continúa en ON.

Tiene un pequeño inconveniente; necesita una tensión mínima para empezar en ON, que no he mirado, pero calculo en unos 8V, lo cual me es despreciable frente los 230V; y además para cargas que en principio son esporádicas, o sea la radial.

[Rovellat]

Básicamente la PTC (una bombilla halógena de 20W, no tengo de menos, incluso es de 25W hasta que no localice de 20W) tiene poquísima resistencia y a unos 6V pone el MOSFET en ON; a partir de ahí, prácticamente solo hay caída de tensión en el puente de diodos, el MOSFET, y la resistencia, y supongamos que la carga de puerta no se descarga demasiado a través de la PTC, (estoy pensando en poner un diodo para que no lo haga), con lo cual conduce el resto del semiciclo.

A la salida del trafo bipin están prácticamente todos los voltios como si estuviese conectado directamente, y puedo utilizarlo con distintas cargas. La corriente que pasa por la carga, se refleja en la resistencia limitadora, y no pasa nada siempre que no supere los 0,7V de disparo del tiristor.

Si supera estos 0,7V, el tiristor de dispara, cortando el MOSFET; deja de pasar corriente por el primario del trafo, salvo la que pasa por la halógena de 20W, que se enciende. Esto dura mientras hay todavía tensión durante el resto del semiciclo, pero cuando pasa por cero, se desceba el tiristor, y vuelta a empezar.

El puente hace que ambos semiciclos tengan siempre polaridad positiva en el limitador, que funciona realmente con continua pulsante.

Necesita algunas mejoras no esenciales; por ejemplo pasar la bombilla a menos W; pero no tengo, ni encuentro a un precio razonable, y que además sean robustas frente a un golpe o vibración fortuita.

También intentar que la puerta no se descargue salvo por sobrecorriente, esto mejoraría mucho, pero a costa de mas componentes, y creo que no merece la pena; de momento voy a hacer las pruebas así.

También he pensado en cambiar el MOSFET por un IGBT; un TRIAC sería ideal si se pudiese cortar, y un BJT presenta problemas con la tensión de corte, pero en fin es un tema a pensar.

Y por último intentar ajustar el disparo, pero todo esto implicaría mas componentes, y así parece que funciona para lo que quiero.

[Rovellat]

El caso es que había comprado hace unos años unas NTC 5D-11, con la intención de probarlas en serie con la radial; me parecía un poco bestia, y al final lo fui dejando.

La idea es que presentan 5 Ohm, pero al circular 5A, se calientan y baja drásticamente la resistencia, lo que no se es si se carbonizan con estos 5A y prendo fuego a la casa. No encuentro demasiada información, parece que se usan, pero no dice nada de la resistencia que tendrá una vez esté funcionando el motor.

Es un tema extraño, el fabricante dice que si, que son para eso, pero no veo ningún ejemplo de utilización, ni nadie que las utilice, si 5A es un máximo, o la corriente de régimen, y que pasa si tengo que hacer un nuevo arranque con la NTC caliente.

Tampoco tengo radial grande a mano; quizás pruebe con un taladro a ver que pasa, y con agua al lado, dieléctrica, claro.

El caso es que buscando información, he encontrado esto, bastante interesante sobre termopares:

http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria ... g/Temp.pdf.

En otro orden de cosas, he encontrado, rebuscando, una serie de NTCs de 1K, que tenía del orden de casi 40 años encerradas en una caja, y ha ocurrido una cosa muy curiosa: En la primera medida, me daban unos 700 Ohm, que iba subiendo a medida que hacía mas medidas, hasta unos 1200Ohm, donde ya se estabilizaba, y actuaba mas o menos como una NTC. 25º, no los hay, o sea que mide de mas; siendo de un 10% de tolerancia, se ha pasado claramente. Otras compañeras de encierro han hecho mas de lo mismo; o sea que son de la misma ralea. Esto me da que pensar en los infinitos termómetros que existen, todos basados en NTC.

[Rovellat]

He hecho algunas pruebas con la NTC 5D-11 (1); la primera es ponerla en serie con un taladro, y con una radial pequeña; no hace absolutamente nada salvo calentarse; no sale ardiendo. En las máquinas no se aprecia cambio entre con NTC y sin ella. No tengo ahora a mano una radial grande.

Luego he probado cortocircuitar una fuente de 10A, puesta a 24V. Por la NTC pasan los 10A que da la fuente, y caen 1,7V, que deben ser la caída de los cables, que no son muy buenos, (tengo que mejorar eso). La NTC se pega un buen calentón, huele un poco y hecha algo de humillo, pero como es nueva, puede ser hasta normal. luego mediré la tensión de caída en la propia NTC. La NTC no se ha estropeado, fría mide igual que las nuevas, que son 5,7V. (5V debería medir).

De todas formas, me temo que no es la solución.

Solo tengo 2 MOSFETS a mano, son de una tira que me regaló Jesús, y se que deben estar por algún sitio de mi leonera, pero con la reestructuración de hace unos años, no los encuentro, debería tener todavía bastantes, seguiré buscando.

(1)Realmente no recuerdo ni cuando las compré, ni para que, pero me suena que era para limitar la inrush, porque tenía una nota "antiinrush" en la bolsa. Ni siquiera se si de alguna forma eran las apropiadas, si me entretuve en considerar los parámetros, o, (que será lo mas probable), como estaba buscando ideas sobre como limitar la inrush, me apareció el anuncio. Me espían. ...Y me falla la memoria.

[joseluis7696]

La descripción que haces no corresponde a una PTC (Thermistor de Coeficiente Positivo), si no a una NTC.
EL Thermistor PTC en frío tiene una resistencia muy baja y al calentarse y llegado a un punto crítico, aumenta abruptamente su resistencia. Por ejemplo, se usan para controlar el arranque de los compresores en refrigeración doméstica. En mi casa tengo 2, te hablo de experiencia personal. En mi caso están en serie con la bobina de arranque de cada uno de los motores del refrigerador de dos puertas, con compresores independientes (congelador y armario).

Lo que necesitas es una NTC de potencia, que disminuya la resistencia al calentarse, pero que estando fría su resistencia sea alta como para limitar la corriente del pico de arranque. En sistemas de cierta envergadura, como motores o una casa pequeña, lo que se hace es poner una NTC de potencia que consigas y cortocircuitarla a los pocos segundos mediante contactos de relay. De ese modo no se quema ni consume energía inútilmente.

[Rovellat]

Veamos, en la primera parte hablo de mi invento; con una PTC bombilla halógena de 230V 20W, y eso es una PTC si no voy equivocado. Y el invento ha funcionado en primeras pruebas.

Después hablo de unas NTC que tengo, y que he probado, y no parecen servir demasiado. De hecho los fabricantes las venden para esto, pero no he podido comprobar que alguien las utilice.

O sea, son dos cosas distintas; la PTC va en el circuito, y la NTC va en serie a pelo. Si en algún momento he dicho lo contrario, es un error, que ya estoy liado con tantas siglas.

Y lo del contacto del relé ya lo había pensado; serviría incluso con una simple resistencia, pero...es que siempre hay un pero, la radial tiene el interruptor en el mango, no antes, y es de ahí donde debo controlar y manejar. Hacerlo con relé, pasaría por detectar el consumo para activar el relé, cosa que me complica mucho, y además seguro que dicha detección tendría algún consumo.

[joseluis7696]

Posiblemente entendí mal, lo siento.

Yo creo que podrías hacerte una cajita "negra" con toma de un lado y clavija del otro, que podrías interponer entre la toma de la pared y la clavija de la radial o de cualquier otra herramienta o dispositivo que necesite el soft start. Por ejemplo las impresoras láser tienen un problema parecido, no dejan que el UPS que tengo tome la carga porque al arrancar el sistema de caldeo se produce un pico de corriente que hace actuar la protección del UPS (y es de 1000VA) y lo pasa a standby repetidamente.

En esa cajita pondrías la NTC o la ressitencia limitadora, el relay y un detector de consumo que puede ser muy elemental posiblemente un diodo y un electrolítico

Una idea que he realizado hace unos años, fue usar la carcasa plástica de un temporizador mecánico chino de bajo precio (me costó 2,90 en una ferreteria). Le quitas todo el mecanismo y en el espacio que queda pones el relay miniatura, el NTC y la poca electrónica que necesites. Lo importante es que aprovechas el sistema de toma y clavija que viene, lo que te resuelve un problema complicado. Yo lo usé para poner un regulador de temperatura para una sartén eléctrica chinoprimitiva, usando un dimmer de Ali express, de tres Euro o algo así.

Una bombilla no es un PTC, no es semiconductora y sobe todo, no tiene el aumento brusco de la resistencia a la temperatura crítica, que equivale en la práctica a un circuito abierto

Otra forma es usar una extensión de corriente tipo maestro - esclavo, que suele vender LIDL cada tanto. Trae el detector de corriente, el relay y un indicador luminoso. Puedes conectar como 5 cargas en la misma zapatilla de extensión, todas comandads por la carga maestra. Pero igual requiere modificación y es bien difícil de abrir a menos que te fabriques o tengas el destornillador especial que se necesita. Y resulta bastante más caro.