Notwendigkeit von Einschaltstrombegrenzer
Die meisten elektronischen Geräte werden mit Wechselspannung versorgt. Hierbei werden meist Kondensatoren (kapazitive Last) verwendet, welche für einen kurzzeitigen hohen Einschaltstrom verantwortlich sind. Beim Einschalten wirkt der Kondensator wie ein Kurzschluss, welcher normalerweise dafür sorgt, dass vorgeschaltete Sicherungen ausgelöst werden. Prinzipiell hat ein hoher Einschaltstrom keine negativen Auswirkungen auf die betriebenen Geräte. Dennoch muss verhindert werden, dass während dem Einschalten eine Sicherung auslöst, die das Gerät kurzfristig abschaltet. Außerdem können sich Pulsströme negativ auf die Lebensdauer verschiedener Geräte, u.A. Bauteile in Schaltnetzteilen, wie z.B. Kondensatoren, auswirken.
Unter bestimmten Voraussetzungen entsteht auch beim Einschalten eines Trafos ein großer Einschaltstromstoß. Mit dem Einsatz von speziell berechneten Transformatoren kann man den Einschaltstrom reduzieren, aber nicht vermeiden. Der Grund, wieso überhaupt Einschaltstrombegrenzer bei Transformatoren manchmal zum Einsatz kommen müssen, liegt an dem magnetischen Gedächtnis des Eisenkerns, der Remanenz der Induktion.
Die Remanenz bleibt nach dem Ausschalten vorhanden. Die Polarität der Remanenz ist abhängig von der Polarität der letzten Spannungs-Halbwelle vor dem Ausschalten. Hat beim Einschalten des Transformators die Netzspannungshalbwelle, mit welcher der Einschaltvorgang beginnt, die gleiche Polarität wie die Remanenz, so entsteht wegen der dann eintretenden Eisensättigung ein großer Einschaltstromstoß in der Wicklung. Der Eisenkern des Transformators wird weiter in dieselbe Richtung wie zuvor magnetisiert, der Kern kann aber nicht weiter als bis zur Sättigung ummagnetisieren. Damit verliert der Trafo seinen induktiven Widerstand. Die Magnetisierung im Eisenkern wird durch die Größe der Spannungszeitfläche unter der Sinusspannungshalbwelle ständig im Takt der Frequenz (Hz) der Wechselspannung von Minus nach Plus und umgekehrt transportiert und läuft dabei auf der Hysteresekurve bis zu den Wendepunkten, welche auch die typischen Leerlaufspitzen des Trafos entsprechen.
Der Strom, der in den Trafo hineinfließt, wird im Fall der Eisensättigung nur durch den Widerstand des Kupfers der Primärwicklung sowie dem Widerstand der Netzzuleitung begrenzt. Der Kupferwiderstand in der Primärspule ist bei verlustarmen Trafos besonders klein, deren Einschaltstrom aber im Umkehrschluss besonders hoch. Trafos mit geringen Luftspalten und damit geringen Eisenverlusten haben eine besonders hohe Remanenzinduktion im Eisenkern. Somit hat ein verlustarmer Trafo sehr hohe Einschaltströme, die durch eine Begrenzung im Einschaltmoment reduziert werden müssen. Der hohe Strom im Einschaltmoment kann bis zum 50-fachen des Nennstroms betragen. Daher genügt eine Absicherung nur auf der Primärseite durch eine Sicherung oft nicht aus, da diese besonders träge ausgelegt werden muss, aber die Sekundärseite vor Überlast nicht geschützt ist.
Aufbau der Einschaltstrombegrenzer von Breimer-Roth
Unsere Einschaltstrombegrenzer arbeiten je nach Leistung und vorliegendem Netz mit NTC – Technik (Heißleiter), Relais und integrierten Bypass-Relais. Die Funktion der Einschaltstrombegrenzer kann man wie folgt erklären: In dem Augenblick des Einschaltens der Trafos führt der Einschaltstrom praktisch zum Kurzschluss. Der eingesetzte Heißleiter übernimmt die Einschaltstrombegrenzung. Fast die komplette Netzspannung läuft über den NTC-Widerstand. Der Trafo verlässt in diesem Augenblick den Sättigungsbereich des Eisenkerns und wenn der Verbraucher die Sekundärseite belastet, heizt der Heißleiter und sein Widerstand sinkt. In unserer Produktionspalette haben wir ein- und dreiphasige Einschaltstrombegrenzer mit unterschiedlichen Leistungen.
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