Quando o equipamento industrial é iniciado, será gerada uma corrente de impulso (chamada corrente de surto) muito superior à corrente normal de trabalho. Dependendo do tipo de equipamento, esse surto de inicialização pode ser de 10 a 30 vezes a corrente em estado estacionário. Esta corrente de surto extrema é gerada instantaneamente, causando enorme estresse elétrico e mecânico.
Se não forem controladas adequadamente, as correntes de surto podem causar desarme do disjuntor, queima de fusíveis, danos a componentes sensíveis e até mesmo degradação do desempenho de conectores de alimentação e fontes. Portanto, o desenvolvimento de uma estratégia eficaz de gestão de correntes de surto é essencial para a operação confiável e segura de sistemas industriais.
Uma maneira de gerenciar surtos de inicialização é conectar um limitador de corrente de surto (ICL) em série na entrada de energia do dispositivo. Em vários tipos de ICL, os termistores de coeficiente de temperatura negativo (NTC) são amplamente utilizados devido ao seu design simples e facilidade de integração. O termistor NTC é um resistor sensível à temperatura cujo valor de resistência diminui com o aumento da temperatura.
Figura 1: Termistor NTC ERT-J0EG103FA da Panasonic Electronic Components, resistência nominal de 10 k Ω a 25°C, tolerância de resistência de ± 1%. Fonte da imagem: Componentes Eletrônicos Panasonic)
Quando o equipamento elétrico industrial é desligado, a resistência do elemento NTC é relativamente alta. Elemento NTC em série com carga. Essa alta resistência ao estado frio pode desacelerar a corrente de impulso inicial na inicialização, o que equivale a um buffer de corrente.
Ao fluir através de um termistor com corrente de partida limitada, ele é aquecido pelo efeito térmico resistivo. Quando o termistor é aquecido, seu valor de resistência cairá drasticamente, o que será muito menor que o valor de resistência ao frio. Em muito pouco tempo, o termistor passa para um estado de baixa resistência. Neste momento, o capacitor de entrada está totalmente carregado e pode fluir através da corrente operacional normal.
O NTC sai completamente do estado de proteção após o evento de sobretensão, que está próximo do estado de curto-circuito durante a operação em estado estacionário. Por exemplo, um NTC com resistência ao frio de 10 Ohms pode cair abaixo de 0,5 Ohms após aquecimento suficiente. Isso garante que o equipamento industrial opere quase com tensão plena em condições de estado estacionário, ao mesmo tempo que minimiza as perdas de energia do próprio termistor.
Considerações de design ao implementar restritores NTC
Para garantir uma operação confiável e eficiente, vários parâmetros de projeto devem ser considerados ao implementar limitadores de surto baseados em NTC.
Valor de resistência ao estado frio
A resistência ao estado frio (R25) é a resistência nominal a 25°C e é usada para determinar a impedância inicial ao limitar a corrente de partida. Com base na corrente de surto máxima necessária e na tensão de alimentação, a resistência mínima necessária pode ser estimada. Os engenheiros usarão a lei de Ohm para calcular esta resistência: R=Vpeak/Imax (surto). Por exemplo, em um sistema monofásico de 230 VCA (tensão de pico de aproximadamente 325 V de pico), é necessária uma resistência de estado frio de 325/20 ≈ 16 Ω para limitar a corrente de partida a 20 A de pico.
Fabricantes como TDK Electronics, VisAmetherm e Amphenol Advanced Sensors fornecem produtos NTC com valores padrão como 2 Ω, 5 Ω, 10 Ω, 22 Ω, 47 Ω a 25°C. Entretanto, um valor muito alto pode limitar demais a corrente de carga, aumentar o tempo de partida e resultar em queda excessiva de tensão inicial.