Propósito y principio de funcionamiento del circuito Rc. Circuito integrador

Si conecta una resistencia y un condensador, quizás obtenga uno de los circuitos más útiles y versátiles.

Sobre las numerosas formas de uso de las que he decidido hablar hoy. Pero primero, sobre cada elemento por separado:

Resistencia: su tarea es limitar la corriente. Este es un elemento estático, cuya resistencia no cambia, no estamos hablando de errores térmicos ahora, no son demasiado grandes. La corriente a través de la resistencia está determinada por la ley de ohmios: Yo = U / R, donde U es el voltaje en los terminales de la resistencia, R es su resistencia.

El condensador es más interesante. Tiene una propiedad interesante: cuando se descarga, se comporta casi como un cortocircuito, la corriente fluye a través de él sin restricciones, corriendo hasta el infinito. Y el voltaje tiende a cero. Cuando se carga, se vuelve como un circuito abierto y la corriente deja de fluir a través de él, y el voltaje a través de él se vuelve igual a la fuente de carga. Resulta una relación interesante: hay corriente, no hay voltaje, hay voltaje, no hay corriente.

Para visualizar este proceso, imagina un gan ... um ... un globo que se llena de agua. El flujo de agua es una corriente. La presión del agua sobre las paredes elásticas es equivalente a la tensión. Ahora mire, cuando la bola está vacía, el agua fluye libremente, una gran corriente y casi no hay presión todavía, el voltaje es bajo. Luego, cuando la bola se llena y comienza a resistir la presión, debido a la elasticidad de las paredes, el flujo se ralentizará y luego se detendrá por completo: las fuerzas son iguales, el capacitor está cargado. Hay tensión en las paredes tensas, ¡pero no hay corriente!

Ahora, si elimina o reduce la presión externa, retire la fuente de energía, entonces el agua fluirá de regreso bajo la acción de la elasticidad. Además, la corriente del capacitor fluirá hacia atrás si el circuito está cerrado y el voltaje de la fuente es menor que el voltaje en el capacitor.

Capacidad del condensador. ¿Qué es?
En teoría, se podría bombear una carga infinita a cualquier condensador ideal. Es solo que nuestra pelota se estirará más y las paredes crearán más presión, una presión infinitamente grande.
Y luego, ¿qué pasa con Farad, qué está escrito en el costado del capacitor como indicador de la capacitancia? Y esta es solo la dependencia del voltaje de la carga (q = CU). En un condensador de pequeña capacidad, el aumento de voltaje de la carga será mayor.

Imagina dos vasos con paredes infinitamente altas. Uno es tan estrecho como un tubo de ensayo, el otro es tan ancho como una palangana. El nivel del agua en ellos es voltaje. Área inferior - capacidad. Y en ambos, puede nabuzol el mismo litro de agua, una carga igual. Pero en un tubo de ensayo el nivel saltará unos metros, y en una palangana salpicará hasta el fondo. También en condensadores pequeños y grandes.
Puede llenarlo tanto como desee, pero el voltaje será diferente.

Además, en la vida real, los condensadores tienen un voltaje de ruptura, después de lo cual deja de ser un condensador, pero se convierte en un conductor adecuado :)

¿Qué tan rápido se carga el condensador?
En condiciones ideales, cuando tenemos una fuente de voltaje infinitamente potente con resistencia interna cero, cables superconductores ideales y un capacitor absolutamente impecable, este proceso ocurrirá instantáneamente, con un tiempo igual a 0, así como la descarga.

Pero en realidad siempre hay resistencias, explícitas, como una resistencia banal o implícitas, como la resistencia de los cables o la resistencia interna de una fuente de voltaje.
En este caso, la tasa de carga del capacitor dependerá de las resistencias en el circuito y la capacitancia del capacitor, y la carga misma irá a lo largo ley exponencial.

Y esta ley tiene un par de valores característicos:

• T - tiempo constante, este es el momento en el que el valor alcanzará el 63% de su máximo. El 63% no vino de aquí por casualidad, existe un vínculo directo con dicha fórmula VALOR T = max - 1 / e * max.
• 3T - y con una constante triple, el valor alcanzará el 95% de su máximo.

Constante de tiempo para circuito RC T = R * C.

Cuanto menor sea la resistencia y menor la capacitancia, más rápido se carga el capacitor. Si la resistencia es cero, entonces el tiempo de carga también es cero.

Calculemos cuánto se necesita para cargar el 95% de un condensador de 1uF a través de una resistencia de 1kOhm:
T = C * R = 10 -6 * 10 3 = 0.001c
3T = 0.003s después de este tiempo, el voltaje a través del capacitor alcanzará el 95% del voltaje de la fuente.

La descarga seguirá la misma ley, solo que al revés. Esos. a través de Tv Time, solo el 100% - 63% = 37% del voltaje inicial permanece en el capacitor, y después de 3T e incluso menos, un miserable 5%.

Bueno, todo está claro con el suministro y eliminación de voltaje. ¿Y si el voltaje se aplicó y luego se elevó en pasos y se descargó también con pasos? La situación aquí prácticamente no cambiará: el voltaje ha aumentado, el condensador se ha recargado de acuerdo con la misma ley, con la misma constante de tiempo; después de un tiempo de 3T, su voltaje será el 95% del nuevo máximo.
Ligeramente disminuido: descargado y después de un tiempo de 3T el voltaje será un 5% más alto que el nuevo mínimo.
Qué te estoy diciendo, es mejor mostrarlo. Aquí, en multiseme, estropeé un ingenioso generador de señales escalonadas y lo alimenté al circuito RC integrado:

Ya ves como es el embutido :) Fíjate que tanto la carga como la descarga, independientemente de la altura del escalón, son siempre de la misma duración !!!

¿Y a qué valor se puede cargar el condensador?
En teoría, ad infinitum, una especie de pelota con paredes que se alargan sin cesar. En la vida real, la bola explotará tarde o temprano, y el condensador se romperá y hará un cortocircuito. Es por eso que todos los condensadores tienen un parámetro importante: limitar el estrés... En los electrolitos, a menudo se escribe en el lateral, y en cerámica debe consultarse en los libros de referencia. Pero ahí suele estar a partir de 50 voltios. En general, al elegir un Conder, debe asegurarse de que su voltaje máximo no sea más bajo que el del circuito. Agregaré que al calcular un condensador para un voltaje alterno, debe elegir un voltaje límite 1.4 veces mayor. Porque la tensión alterna está indicada por el valor rms, y el valor instantáneo en su máximo lo excede en 1.4 veces.

¿Qué se sigue de lo anterior? Y si se aplica un voltaje constante al capacitor, simplemente se cargará y listo. Aquí es donde termina la diversión.

¿Y si proporciona una variable? Es obvio que se cargará, luego se descargará y la corriente fluirá hacia adelante y hacia atrás en el circuito. Dvizhuha! ¡Hay una corriente!

Resulta que, a pesar del circuito abierto físico entre las placas, una corriente alterna fluye fácilmente a través del condensador, pero la corriente constante es débil.

¿Qué nos aporta? Y el hecho de que un condensador puede servir como una especie de separador, para separar la corriente alterna y la corriente continua en los componentes correspondientes.

Cualquier señal variable en el tiempo se puede representar como la suma de dos componentes: variable y constante.

Por ejemplo, una sinusoide clásica tiene solo una parte variable y la constante es cero. En corriente continua, al contrario ¿Qué pasa si tenemos una sinusoide desplazada? ¿O constante con la interferencia?

Los componentes de señal de CA y CC se separan fácilmente.
Un poco más arriba, les mostré cómo el capacitor se recarga y descarga cuando cambia el voltaje. Entonces, el componente variable pasará a través del conductor con una explosión, tk. solo obliga al capacitor a cambiar activamente su carga. La constante, tal como estaba, permanecerá y se atascará en el condensador.

Pero para que el capacitor separe efectivamente el componente de CA del CC, la frecuencia del componente de CA no debe ser inferior a 1 / T

Hay dos tipos de conmutación en el circuito RC:
Integrando y diferenciando... También son un filtro de paso bajo y un filtro de paso alto.

El filtro de paso bajo pasa el componente constante sin cambios (dado que su frecuencia es cero, no hay ningún lugar debajo de él) y suprime todo lo que sea superior a 1 / T. El componente de CC pasa directamente y el componente de CA se amortigua a tierra a través del condensador.
Dicho filtro también se denomina cadena de integración porque la señal en la salida está, por así decirlo, integrada. ¿Recuerdas lo que es una integral? ¡El área debajo de la curva! Aquí es donde sale.

Y se llama cadena diferenciadora porque en la salida obtenemos el diferencial de la función de entrada, que no es más que la tasa de cambio de esta función.

• En la sección 1, el capacitor está cargado, lo que significa que una corriente fluye a través de él y habrá una caída de voltaje a través de la resistencia.
• En la sección 2, hay un fuerte aumento en la tasa de carga, lo que significa que la corriente aumentará bruscamente, seguida de una caída de voltaje en la resistencia.
• En la sección 3, el condensador simplemente contiene el potencial existente. La corriente no lo atraviesa, lo que significa que el voltaje a través de la resistencia también es cero.
• Bueno, en la cuarta sección, el condensador comenzó a descargarse, porque la señal de entrada se ha vuelto más baja que su voltaje. La corriente fue en la dirección opuesta y ya hay una caída de voltaje negativa en la resistencia.

Y si aplica un pulso rectangular a la entrada, con frentes muy pronunciados y hace que la capacitancia del condensador sea más pequeña, entonces veremos tales agujas:

rectángulo. Bueno, ¿de qué? Así es, la derivada de una función lineal es una constante, la pendiente de esta función determina el signo de la constante.

En resumen, si actualmente está en un curso de matemáticas, entonces puede puntuar en el asqueroso Mathcad, el repugnante Maple, arrojar la herejía matricial de Matlab de su cabeza y, sacando un puñado de desechos analógicos de las cajas de alijo, soldar usted mismo una verdadera computadora analógica TRU :) El maestro se sorprenderá :)

Es cierto que los integradores y diferenciadores generalmente no usan condensadores solo en resistencias, usan amplificadores operacionales. Puedes buscar en Google estas cosas por ahora, algo curioso :)

Y aquí apliqué la señal rectangular habitual a dos filtros de paso alto y paso bajo. Y las salidas de ellos al osciloscopio:

Aquí, un poco más grande, una sección:

Al principio, el conder se descarga, la corriente que lo atraviesa se empuja al máximo y el voltaje es escaso: hay una señal de reinicio en la entrada RESET. Pero pronto el condensador se cargará y después de un tiempo T su voltaje ya estará al nivel de una unidad lógica y la señal de reinicio dejará de ser suministrada a RESET - el MC se iniciará.
Y para AT89C51 es necesario organizar exactamente el RESET opuesto: primero, envíe uno y luego cero. Aquí la situación es la opuesta: mientras el condensador no está cargado, entonces fluye una gran corriente a través de él, Uc, la caída de voltaje a través de él es escasa Uc = 0. Esto significa que se aplica un voltaje para RESET un poco menor que el voltaje de suministro Upit-Uc = Upit.
Pero cuando el conder está cargado y el voltaje a través de él alcanza el voltaje de suministro (Upit = Uc), entonces el pin RESET ya tendrá Upit-Uc = 0

Medidas análogas
Pero los higos despegan con cadenas de reinicio, donde es más divertido usar la capacidad de un circuito RC para medir valores analógicos mediante microcontroladores en los que no hay ADC.
Utiliza el hecho de que el voltaje a través del capacitor crece estrictamente de acuerdo con la misma ley: exponencial. Dependiendo del conductor, resistencia y tensión de alimentación. Esto significa que se puede utilizar como voltaje de referencia con parámetros previamente conocidos.

Funciona de manera simple, aplicamos el voltaje del capacitor al comparador analógico y colocamos el voltaje medido en la segunda entrada del comparador. Y cuando queremos medir el voltaje, primero bajamos la salida para descargar el condensador. Luego lo devolvemos al modo Hi-Z, reiniciamos e iniciamos el temporizador. Y luego el conder comienza a cargarse a través de la resistencia y tan pronto como el comparador informa que el voltaje de RC se ha puesto al día con el medido, detenemos el temporizador.

Sabiendo por qué ley aumenta el voltaje de referencia del circuito RC de vez en cuando, y también sabiendo cuánto ha funcionado el temporizador, podemos averiguar con bastante precisión a qué era igual el voltaje medido en el momento en que se activó el comparador. Además, no es necesario contar aquí a los expositores. En la etapa inicial de carga del Conder, se puede suponer que la dependencia es lineal. O, si quieres más precisión, aproxima el exponente por funciones lineales por partes, y en ruso, dibuja su forma aproximada con varias líneas rectas o estropea una tabla de la dependencia del valor en el tiempo, en resumen, el automóvil es simple en formas .

Si necesita hacerse con una perilla analógica, pero no hay ADC, entonces ni siquiera puede usar el comparador. Mueve la pata de la que cuelga el condensador y deja que se cargue a través de la resistencia variable.

Al cambiar T, que, permítanme recordarles T = R * C y sabiendo que tenemos C = constante, puede calcular el valor de R. Además, nuevamente, no es necesario conectar el aparato matemático aquí, en la mayoría de los casos basta con medir en algunos loros convencionales, como las garrapatas del temporizador. O puede ir al revés, no cambiar la resistencia, sino cambiar la capacitancia, por ejemplo, conectando la capacitancia de su cuerpo a ella ... ¿qué sucede? Así es, ¡botones táctiles!

Si algo no está claro, no se preocupe, pronto escribiré un artículo sobre cómo atornillar figovin analógico al microcontrolador sin usar un ADC. Allí masticaré todo en detalle.

Considere secuencial Circuito RC que consta de una resistencia y un condensador conectados en serie.

Voltaje en los terminales del circuito.

De acuerdo con la segunda ley de Kirchhoff, el mismo voltaje se puede definir como la suma de las caídas de voltaje en la resistencia y el capacitor.

Dónde

Entonces la primera expresión se puede reescribir de la siguiente manera

La corriente en el circuito es

Sustituyendo en la expresión anterior y realizando la integración, obtenemos

El voltaje a través de la resistencia es

Voltaje del condensador

Como se puede ver en la última expresión, el voltaje a través del capacitor se retrasa con respecto a la corriente en un ángulo π / 2.

La resistencia reactiva (capacitiva) del condensador es

Al disminuir la frecuencia, aumenta la capacitancia del capacitor. A corriente constante, es igual a infinito, ya que la frecuencia es cero.

El cambio de fase en un circuito RC en serie se puede determinar mediante la fórmula

Impedancia RC

Valor de amplitud de la corriente

Considere un ejemplo de resolución de un problema con un circuito RC.

Impedancia en serie RC- el circuito es de 24 ohmios. El voltaje a través de la resistencia es de 10 V y su resistencia es de 20 ohmios. Encuentra C,Uc, U, I, cambio de faseφ ... Construye un diagrama vectorial.

Encuentra la corriente que fluye a través de la resistencia. Dado que la conexión es en serie, esta corriente será común a todo el circuito.

Conociendo la corriente y la resistencia del circuito, encontramos el voltaje

Resistencia capacitiva de un condensador

Conociendo la resistencia, encontramos el voltaje y la capacitancia.

Cambio de fase

Construyamos un diagrama vectorial de un circuito RC, teniendo en cuenta que el voltaje a través del capacitor está por detrás de la corriente (esto se puede ver en el signo del cambio de fase).

Primero, se deposita el vector de corriente en el circuito, luego el voltaje a través de la resistencia y el voltaje a través del capacitor. Luego, el vector de voltaje total se construye como la suma de los vectores de voltaje a través del capacitor y a través del resistor.

La influencia de las descargas de arco en la estabilidad de los contactos del relé es tan grande que para un ingeniero el conocimiento de los conceptos básicos de cálculo y uso de circuitos de protección es simplemente un requisito previo.

Cadenas parachispas

Para reducir el daño a los contactos por descargas de arco, se utiliza lo siguiente:

1. relés especiales con grandes espacios de contacto (hasta 10 mm y más) y alta velocidad de apagado proporcionada por fuertes resortes de contacto;
2. soplado magnético de contactos, implementado mediante la instalación de un imán permanente o electroimán en el plano del espacio de contacto. El campo magnético evita la aparición y el desarrollo del arco y protege eficazmente los contactos de quemaduras;
3. circuitos de supresión de chispas instalados en paralelo a los contactos del relé o en paralelo a la carga.

Los dos primeros métodos garantizan una alta fiabilidad a través de medidas de diseño en el diseño del relé. En este caso, generalmente no se requieren elementos de protección de contacto externos, pero los relés especiales y el soplado magnético de los contactos son bastante exóticos, costosos y se distinguen por su gran tamaño y potencia de bobina sólida (los relés con una gran distancia entre los contactos tienen un contacto fuerte muelles).

Dado que la ingeniería eléctrica industrial se basa en relés estándar de bajo costo, los circuitos parachispas son el método más común para extinguir arcos de contacto.

Higo. 1. La protección eficaz prolonga significativamente la vida de los contactos:

En teoría, se pueden utilizar muchos principios físicos para extinguir el arco, pero en la práctica se utilizan los siguientes esquemas eficientes y económicos:

1. Cadenas RC;
2. diodos inversos;
3. varistores
4. circuitos combinados, por ejemplo, varistor + circuito RC.

Los circuitos de protección se pueden encender:

1. paralelo a carga inductiva;
2. paralelo a los contactos del relé;
3. paralelo a los contactos y carga al mismo tiempo.

En la Fig. 1 muestra una activación típica de los circuitos de protección cuando se opera con corriente continua.

Circuito de diodos (solo para circuitos de CC)

El circuito de supresión de voltaje de autoinducción más barato y más utilizado. El diodo de silicio está conectado en paralelo con la carga inductiva, cuando los contactos están cerrados y en estado estable, no tiene ningún efecto sobre el funcionamiento del circuito. Cuando se desconecta la carga, aparece una tensión de autoinducción que es de polaridad opuesta a la tensión de funcionamiento, el diodo se abre y deriva la carga inductiva.

No asuma que el diodo limita el voltaje inverso a una caída de voltaje directo de 0,7-1 V. Debido a la resistencia interna finita, la caída de voltaje a través del diodo depende de la corriente a través del diodo. Las cargas inductivas potentes son capaces de desarrollar corrientes de autoinducción pulsadas de hasta decenas de amperios, lo que para los diodos de silicio potentes corresponde a una caída de voltaje de aproximadamente 10-20 V.Los diodos eliminan de manera extremadamente efectiva las descargas de arco y protegen los contactos del relé de quemarse mejor que cualquier otro esquema de extinción de chispas.

Las reglas para elegir un diodo inverso:

1. la corriente de funcionamiento y la tensión inversa del diodo deben ser comparables a la tensión nominal y la corriente de carga. Para cargas con una tensión de funcionamiento de hasta 250 CC y una corriente de funcionamiento de hasta 5 A, el diodo de silicio generalizado 1N4007 con una tensión inversa de 1000 Ѵ CC y una corriente de impulso máxima de hasta 20 A es bastante adecuado;
2. los cables de los diodos deben ser lo más cortos posible;
3. el diodo debe soldarse (atornillarse) directamente a la carga inductiva, sin cables de conexión largos; esto mejora la compatibilidad electromagnética durante los procesos de conmutación.

Ventajas del circuito de diodos:

1. baratura y confiabilidad;
2. cálculo simple;
3. máxima eficiencia alcanzable.

Desventajas de un circuito de diodos:

1. Los diodos aumentan el tiempo de apagado de las cargas inductivas de 5 a 10 veces, lo que es muy indeseable para cargas como relés o contactores (los contactos se abren más lentamente, lo que contribuye a su combustión), mientras que la protección de diodos funciona solo en circuitos de CC.

Si la resistencia limitadora está conectada en serie con el diodo, entonces la influencia de los diodos en el tiempo de apagado disminuye, pero las resistencias adicionales causan voltajes inversos más altos que solo los diodos protectores (la tensión cae a través de la resistencia de acuerdo con la ley de Ohm) .

Diodos Zener (para circuitos de CA y CC)

En lugar de un diodo, se instala un diodo Zener en paralelo a la carga, y para los circuitos de corriente alterna, se instalan dos diodos Zener anti-serie. En tal circuito, el voltaje inverso está limitado por un diodo Zener al voltaje de estabilización, lo que reduce algo el efecto del circuito a prueba de chispas en el tiempo de carga sin carga.

Dada la resistencia interna del diodo Zener, el voltaje inverso a través de potentes cargas inductivas será mayor que el voltaje de estabilización por la cantidad de caída de voltaje a través de la resistencia diferencial del diodo Zener.

La elección de un diodo Zener para el circuito de protección:

1. se selecciona la tensión límite deseada;
2. la potencia requerida del diodo Zener se selecciona teniendo en cuenta la corriente máxima desarrollada por la carga cuando se produce el voltaje de autoinducción;
3. Se verifica el voltaje límite real; es deseable un experimento para esto, y al medir el voltaje es conveniente usar un osciloscopio.

Las ventajas de los diodos Zener:

1. menos retardo de apagado que el circuito de diodos;
2. Los diodos Zener se pueden utilizar en circuitos de cualquier polaridad;
3. Los diodos Zener para cargas de baja potencia son baratos;
4. el circuito funciona con CA y CC.

Desventajas de los diodos Zener:

1. menos eficiencia que un circuito de diodos;
2. las cargas de alta potencia requieren costosos diodos Zener;
3. para cargas muy potentes, un circuito de diodo Zener no es técnicamente factible.

Circuito de varistor (para circuitos de CA y CC)

El varistor de óxido metálico tiene una característica de voltios-amperios similar a un diodo Zener bipolar. Hasta que se aplique el voltaje límite a los terminales, el varistor está prácticamente desconectado del circuito y se caracteriza solo por corrientes de fuga de microamperios y una capacitancia interna de 150-1000 pF. Con un aumento de voltaje, el varistor comienza a abrirse suavemente, sin pasar por la carga inductiva con su resistencia interna.

Con dimensiones muy pequeñas, los varistores son capaces de disipar grandes corrientes de impulso: para un varistor con un diámetro de 7 mm, la corriente de descarga puede ser de 500-1000 A (duración del pulso inferior a 100 μs).

Cálculo e instalación de protección varistor:

1. se establecen mediante la limitación de tensión segura en el inductivo
   carga;
2. la corriente entregada por la carga inductiva durante la autoinducción se calcula o mide para determinar la corriente requerida del varistor;
3. de acuerdo con el catálogo, se selecciona un varistor para la tensión límite requerida; si es necesario, se pueden instalar varistores en serie para seleccionar la tensión requerida;
4. es necesario verificar: el varistor debe estar cerrado en todo el rango de voltajes de funcionamiento en la carga (corriente de fuga inferior a 10-50 μA);
5. el varistor debe montarse en la carga de acuerdo con las reglas especificadas para la protección de diodos.

Ventajas de la protección de varistores:

1. los varistores funcionan en circuitos de CA y CC;
2. voltaje límite estandarizado;
3. impacto insignificante en la demora de apagado;
4. los varistores son baratos;
5. Los varistores complementan idealmente los circuitos de protección RC cuando operan con altos voltajes de carga.

Falta de protección de varistor:

1. cuando se utilizan solo varistores, la protección de los contactos de relé de un arco eléctrico es significativamente peor que en los circuitos de diodos.

Circuitos RC (para corriente continua y alterna)

A diferencia de los circuitos de diodos y varistores, los circuitos RC se pueden instalar tanto en paralelo a la carga como en paralelo a los contactos del relé. En algunos casos, la carga es físicamente inaccesible para montar elementos extintores de chispas en ella, y luego la única forma de proteger los contactos es desviar los contactos con circuitos RC.

El principio de funcionamiento del circuito RC se basa en el hecho de que el voltaje a través de un condensador no puede cambiar instantáneamente. El voltaje de autoinducción es de naturaleza pulsada, y el frente de pulso para dispositivos eléctricos típicos tiene una duración de 1 μs. Cuando se aplica un pulso de este tipo al circuito RC, el voltaje a través del capacitor comienza a aumentar no instantáneamente, sino con una constante de tiempo determinada por los valores de R y C.

Si la resistencia interna de la fuente de alimentación se considera cero, entonces conectar el circuito RC en paralelo con la carga equivale a conectar el circuito RC en paralelo con los contactos del relé. En este sentido, no existe una diferencia fundamental en la instalación de elementos de circuito supresores de chispas para diferentes circuitos de conmutación.

Circuito RC paralelo a los contactos del relé

El condensador (ver Fig. 2) comienza a cargarse cuando se abren los contactos del relé. Si el tiempo de carga del condensador hasta el voltaje de encendido del arco en los contactos se elige más largo que el tiempo de divergencia de los contactos para la distancia a la que no puede ocurrir el arco, entonces los contactos están completamente protegidos contra la aparición de un arco. Este caso es ideal y poco probable en la práctica. En casos reales, el circuito RC ayuda a mantener un voltaje bajo en los contactos del relé cuando se abre el circuito y, por lo tanto, debilita el efecto del arco.

Higo. 2. Los elementos de protección se pueden conectar tanto en paralelo con los contactos como en paralelo con la carga:

Cuando solo se enciende un condensador en paralelo con los contactos del relé, el circuito de protección también funciona en principio, pero la descarga del condensador a través de los contactos del relé cuando están cerrados provoca una irrupción de corriente a través de los contactos, lo cual no es deseable. En este sentido, el circuito RC optimiza todos los procesos transitorios tanto durante el cierre como en la apertura de contactos.

Cálculo del circuito RC

La forma más sencilla es utilizar el nomograma universal que se muestra en la Fig. 3. Basado en el voltaje conocido de la fuente de alimentación U y corriente de carga I encontrar dos puntos en el nomograma, después de lo cual se traza una línea recta entre los puntos, mostrando el valor de resistencia deseado R... Valor de capacitancia DE medido en una escala al lado de la escala actual I... El nomograma le da al desarrollador datos bastante precisos; en la implementación práctica del circuito, será necesario seleccionar los valores estándar más cercanos para la resistencia y el condensador del circuito RC.

Higo. 3. El nomograma más conveniente y preciso para determinar los parámetros del circuito de protección RС (¡y esta tabla tiene más de 50 años!)

Selección de circuito RC de condensador y resistencia

El condensador solo debe utilizarse con dieléctrico de película o papel; los condensadores cerámicos no son adecuados para circuitos de alto voltaje a prueba de chispas. Al elegir una resistencia, debe recordarse que se disipa una gran potencia durante el proceso transitorio. Es posible recomendar el uso de resistencias con una potencia de 1-2 W para circuitos RC, y definitivamente debe verificar si la resistencia está diseñada para un voltaje de autoinducción de alto impulso. Las resistencias bobinadas son las mejores, pero las resistencias de película metálica o rellenas de carbono funcionan bien.

Ventajas del circuito RC:

1. buena extinción del arco;
2. no influye en el tiempo de inactividad de la carga inductiva.

Características del circuito RC: la necesidad de utilizar condensadores y resistencias de alta calidad. En general, el uso de circuitos RC siempre está económicamente justificado.

Cuando se instala un circuito de supresión de chispas en paralelo a los contactos de CA, con los contactos de relé abiertos, una corriente de fuga fluirá a través de la carga, determinada por la impedancia del circuito RC. Si la carga no permite el flujo de corriente de fuga, o no es deseable por razones de circuitos y por la seguridad del personal, entonces es necesario instalar un circuito RC en paralelo con la carga.

Combinación de circuito RC y circuito de diodos

Dicho circuito (a veces denominado circuito DSC) es lo último en eficiencia y permite anular todos los efectos indeseables de un arco eléctrico en los contactos del relé.

Ventajas de la cadena DRC:

1. la vida eléctrica del relé se acerca a su límite teórico.

Desventajas de la cadena DRC:

1. el diodo provoca un retraso significativo en el apagado de la carga inductiva.

Combinación de circuito RC y varistor

Si se instala un varistor en lugar de un diodo, entonces el circuito será idéntico en parámetros a un circuito de supresión de chispas RC convencional, pero la limitación del valor de voltaje de autoinducción en la carga por el varistor hace posible usar menos alto voltaje y condensador y resistencia más baratos.

Circuito RC paralelo a la carga

Se utiliza donde no es deseable o imposible instalar un circuito RC paralelo a los contactos del relé. Se sugieren los siguientes valores de elementos aproximados para el cálculo:

1. С = 0.5-1 μF por 1 A de corriente de carga;
2. R = 0.5-1 Ohm por 1 V de voltaje a través de la carga;
3. R = 50-100% de resistencia de carga.

Después de calcular las clasificaciones de R y C, es necesario verificar la carga adicional resultante de los contactos del relé durante el proceso transitorio (carga del capacitor), como se describe arriba.

Los valores de R y C dados no son óptimos. Si necesita la protección más completa de contactos y la implementación del recurso máximo del relé, entonces es necesario realizar un experimento y seleccionar experimentalmente una resistencia y un condensador, observando los transitorios con un osciloscopio.

Ventajas de un circuito RC en paralelo con la carga:

1. buena supresión de arco;
2. no hay corrientes de fuga a la carga a través de los contactos abiertos del relé.

Desventajas:

1. con una corriente de carga de más de 10 A, los valores de capacitancia grandes conducen a la necesidad de instalar condensadores relativamente caros y grandes;
2. para optimizar el circuito, es deseable la verificación experimental y la selección de elementos.

Las fotografías muestran los oscilogramas del voltaje a través de la carga inductiva en el momento del corte de energía sin derivación (Fig. 4) y con el circuito RCE instalado (Fig. 5). Ambas formas de onda se escalan verticalmente a 100 voltios / división.

Higo. 4. La desconexión de la carga inductiva provoca un transitorio muy complejo.

Higo. 5. La cadena de protección RCE correctamente seleccionada elimina por completo el proceso transitorio

No se requieren comentarios especiales aquí, el efecto de instalar el circuito de supresión de chispas es inmediatamente visible. Llama la atención el proceso de generación de interferencias de alta frecuencia y alta tensión en el momento de abrir los contactos.

Fotos tomadas del informe universitario sobre optimización de circuitos RC instalados en paralelo con contactos de relé. El autor del informe llevó a cabo un análisis matemático complejo del comportamiento de una carga inductiva con una derivación en forma de circuito RC, pero al final las recomendaciones para calcular los elementos se redujeron a dos fórmulas:

C = І 2/10

Dónde DE- capacitancia del circuito RС, μF;I- corriente de carga de trabajo, A;

R = E o / (10I (1 + 50 / E o))

Dónde E o- voltaje de carga; EN, I- corriente de carga de trabajo, A; R- resistencia del circuito RС, Ohm.

Respuesta: C = 0,1 μF, R = 20 ohmios. Estos parámetros están en excelente acuerdo con el nomograma presentado anteriormente.

En conclusión, veamos la tabla del mismo informe, que muestra el voltaje prácticamente medido y los tiempos de retardo para varios circuitos de supresión de chispas. Un relé electromagnético con un voltaje de bobina de 28 ѴDC / 1 W sirvió como carga inductiva; el circuito de supresión de chispas se instaló en paralelo a la bobina del relé.

Shunt paralelo a la bobina del relé	Pico de sobretensión en la bobina del relé (% del voltaje de funcionamiento)	Tiempo de desconexión del relé, ms (% del valor de la placa de identificación)
Sin derivación	950 (3400 %)	1,5 (100 %)
Condensador de 0,22 uF	120 (428 %)	1,55 (103 %)
Diodo Zener, voltaje de funcionamiento 60 V	190 (678 %)	1,7 (113 %)
Diodo + resistencia de 470 ohmios	80 (286 %)	5,4 (360 %)
Varistor, tensión límite 60 V	64 (229 %)	2,7 (280 %)

Cargas inductivas y compatibilidad electromagnética (EMC)

Los requisitos de EMC son un requisito previo para el funcionamiento de equipos eléctricos y se entienden como:

1. la capacidad del equipo para funcionar normalmente en condiciones de fuerte interferencia electromagnética;
2. la propiedad no crea interferencias electromagnéticas durante el funcionamiento más del nivel prescrito por las normas.

El relé no es sensible a la interferencia de alta frecuencia, pero la presencia de campos electromagnéticos potentes cerca de la bobina del relé afecta el voltaje de encendido y apagado del relé. Al instalar el relé junto a transformadores, electroimanes y motores eléctricos, se requiere una verificación experimental del correcto funcionamiento y apagado del relé. Cuando se instalan una gran cantidad de relés uno al lado del otro en un panel de montaje o en una placa de circuito impreso, también existe una influencia mutua del funcionamiento de un relé en el voltaje de encendido y apagado de los relés restantes. En los catálogos, en ocasiones se dan instrucciones sobre la distancia mínima entre relés del mismo tipo, lo que garantiza su normal funcionamiento. En ausencia de tales instrucciones, puede usar la regla general, según la cual la distancia entre los centros de las bobinas del relé debe ser de al menos 1,5 de su diámetro. Si es necesario montar firmemente el relé en una placa de circuito impreso, se requiere una prueba experimentada de la influencia mutua del relé.

Un relé electromagnético puede causar graves interferencias, especialmente cuando se trabaja con cargas inductivas. Como se muestra en la fig. 4 la señal de alta frecuencia es una interferencia poderosa que puede afectar el funcionamiento normal de equipos electrónicos sensibles que operan cerca del relé, la frecuencia de interferencia varía de 5 a 50 MHz y la potencia de esta interferencia es de varios cientos de mW, lo cual es completamente inaceptable según según los estándares EMC modernos. Los circuitos de supresión de chispas permiten que el nivel de interferencia del equipo de relé se lleve al nivel de seguridad prescrito por las normas.

El uso de relés en cajas metálicas conectadas a tierra tiene un efecto positivo en la EMC, pero debe recordarse que cuando la caja metálica está conectada a tierra, la mayoría de los relés tienen una disminución en el voltaje de aislamiento entre los contactos y la bobina.

Aislamiento entre contactos de relé

Hay un espacio entre los contactos abiertos del relé, que depende del diseño del relé. El aire en el espacio (o gas inerte para relés llenos de gas) actúa como aislante. Se asume que los materiales aislantes de la caja y el grupo de contactos del relé se caracterizan por voltajes de ruptura más altos que el aire. En ausencia de contaminación entre los contactos, la consideración de las propiedades aislantes de los grupos de contacto puede limitarse a las propiedades únicamente del entrehierro.

En la Fig. 6 (un poco más abajo en el artículo) muestra la dependencia del voltaje de ruptura en la distancia entre los contactos del relé. En los catálogos, puede encontrar varias opciones para los valores de la tensión límite entre los contactos, a saber:

1. valor límite de voltaje aplicado constantemente a dos contactos;
2. sobretensión;
3. el valor límite del voltaje entre los contactos durante un cierto tiempo (generalmente 1 minuto, durante este tiempo la corriente de fuga no debe exceder 1 o 5 mA en el valor de voltaje especificado).

Cuando se trata de voltaje de aislamiento de impulso, el impulso es una señal de prueba estándar IEC-255-5 con un tiempo de subida a un valor pico de 1,2 µs y un tiempo de caída al 50% de una amplitud de 50 µs.

Si el desarrollador necesita un relé con requisitos especiales para el aislamiento de contactos, la información sobre el cumplimiento de estos requisitos puede obtenerse del fabricante o realizando pruebas independientes. En este último caso, se debe recordar que el fabricante del relé no será responsable de los resultados de medición obtenidos de esta forma.

Materiales de contacto de relé

Los parámetros de los propios contactos y del relé en su conjunto dependen del material de los contactos, tales como:

1. capacidad de carga de corriente, es decir, la capacidad de eliminar eficazmente el calor del punto de contacto;
2. la posibilidad de conmutar cargas inductivas;
3. resistencia de contacto;
4. limitar la temperatura ambiente durante el funcionamiento;
5. resistencia del material de contacto a la migración, especialmente al conmutar cargas inductivas en corriente continua;
6. Resistencia del material de contacto a la evaporación. El metal que se evapora apoya el desarrollo del arco eléctrico y degrada el aislamiento cuando el metal se deposita sobre los aisladores de contacto y la carcasa del relé;
7. resistencia de los contactos al desgaste mecánico;
8. elasticidad de los contactos para absorber la energía cinética y evitar un rebote excesivo;
9. Resistencia del metal de los contactos a los efectos de los gases corrosivos del medio ambiente.

Higo. 7. Cada material está diseñado para el funcionamiento de contactos en un cierto rango de corrientes, pero se puede utilizar con precaución para conmutar señales débiles.

Algunas cualidades útiles de los materiales no son mutuamente excluyentes, por ejemplo, los buenos conductores de corriente siempre tienen una alta conductividad térmica. Al mismo tiempo, los buenos conductores con baja resistividad suelen ser demasiado blandos y se desgastan fácilmente.

El punto de fusión es más alto para aleaciones de contacto especiales (por ejemplo, AgNi o AgSnO), pero tales materiales no son en absoluto adecuados para conmutar microcorrientes.

Como resultado, el desarrollador del relé se detiene en un cierto compromiso entre la calidad, el precio y las dimensiones del relé. Este compromiso ha llevado a la estandarización de las áreas de aplicación de los diversos contactos de relé, como se muestra en la Fig. 7. Los campos de aplicación de varios materiales para contactos son bastante arbitrarios, pero el desarrollador debe comprender que cuando los contactos operan en el límite del rango "asignado" de corrientes y voltajes para ellos, una verificación experimental de la confiabilidad de tal Es posible que se requiera una aplicación. El experimento es muy simple y consiste en medir la resistencia de contacto de los contactos para un lote de relés del mismo tipo, y es deseable probar no solo los relés que acaban de salir del transportador, sino los que han pasado transporte y tienen estado en el almacén durante algún tiempo. El período óptimo de "envejecimiento" en el almacén es de 3-6 meses, durante este tiempo se normalizan los procesos de envejecimiento en plásticos y compuestos metal-plástico.

Cálculo de RC - circuito, cambio de voltaje a través de un capacitor dependiendo del tiempo. Tiempo constante. (10+)

RC - circuito. Tiempo constante. Carga y descarga de condensadores

Conectamos el condensador, la resistencia y la fuente de voltaje como se muestra en el diagrama:

Si en el momento inicial el voltaje a través del capacitor difiere del voltaje de la fuente de poder, entonces una corriente fluirá a través del resistor y el voltaje a través del capacitor cambiará con el tiempo, acercándose al voltaje de la fuente de poder. Es útil poder calcular el tiempo que tarda el voltaje en cambiar de un valor inicial dado a un valor final dado. Tales cálculos son necesarios para el diseño de circuitos de retardo, generadores de relajación, fuentes de voltaje de diente de sierra.

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La conmutación de devanados de relé en circuitos de CC de protección de relé y automatización suele ir acompañada de sobretensiones importantes, que pueden ser peligrosas para los dispositivos semiconductores utilizados en estos circuitos. Para proteger los transistores que operan en el modo de conmutación, comenzaron a usarse circuitos de protección (Fig.1), que están conectados en paralelo con el devanado del relé conmutado (Fig.2 - aquí el devanado del relé conmutado está representado por un equivalente circuito - inductancia L, componente activo de la resistencia R y la capacitancia entre vueltas resultante C) y reducir las sobretensiones que surgen entre los terminales de bobinado 1 y 2.

Fig.1 - Circuitos de protección utilizados para reducir las sobretensiones de conmutación

Fig.2 - Protección del transistor VT mediante una cadena protectora

Sin embargo, en la actualidad, la definición de los parámetros de las cadenas de protección y la evaluación de su impacto en el funcionamiento de los dispositivos de protección por relé no recibe suficiente atención. Además, en el desarrollo y diseño de dispositivos de protección de relés que utilizan diodos semiconductores expuestos a sobretensiones de conmutación, en muchos casos no se proporciona protección de diodos.

Esto conduce a una falla bastante frecuente de los diodos y una falla o un funcionamiento incorrecto del dispositivo. Un ejemplo de circuitos donde las sobretensiones pueden afectar a un diodo es el circuito que se muestra en la Figura 3. Aquí, el diodo de separación VD se ve afectado por una sobretensión de conmutación y puede dañarse cuando los contactos KI se abren y los contactos K2 están cerrados. Para proteger este diodo, se debe conectar un circuito de protección a los terminales 1 y 2 de la bobina del relé K3. Para proteger los diodos, se puede utilizar el mismo equipo de protección que se utiliza para proteger los transistores (Fig. 1).

Fig.3 - Circuitos en los que el diodo separador VD puede verse afectado por sobretensiones de conmutación

2. Determinación de parámetros de cadenas protectoras

Los valores de los parámetros de los circuitos de protección se determinan sobre la base de la condición para reducir el efecto de las sobretensiones en el dispositivo semiconductor a proteger a un nivel aceptable. Esto se logra creando un bucle adicional para la corriente que fluye en la bobina del relé.

La sobretensión de conmutación Uп, que actúa sobre el dispositivo semiconductor durante el proceso transitorio, se define como [L1]:

• E es el voltaje de la fuente de alimentación de corriente de funcionamiento;
• Uc - sobretensión de conmutación en la bobina del relé.

La sobretensión Uп debe cumplir con la condición [L2]:

Uп< 0,7*Uдоп (2)

donde: Uadd: el voltaje máximo permitido del dispositivo semiconductor.

Basado en la igualdad (1), la tensión máxima permitida en el devanado de un relé conmutado en el caso de utilizar circuitos de protección:

Um = 0,7 Uadm.-E (3)

La condición (3) es el punto de partida para determinar los parámetros de las cadenas de protección:

2.1 diodo Zener

Cuando se usa un diodo zener de diodo de cadena protectora, el voltaje de estabilización es igual a Um, determinado a partir de la igualdad (3).

2.2 Resistencia de diodo

Los valores de resistencia de la resistencia al conmutar varios relés comunes en la tecnología de protección de relés y automatización se determinan utilizando las curvas que se muestran en la Fig.4, y corresponden al punto de intersección de la curva Um = f (Rp) con una recta (0,7 * Uperm.-E) paralela al eje Rр. Las curvas se obtienen midiendo las sobretensiones con un osciloscopio de haz utilizando un divisor de tensión óhmico de alta resistencia. La potencia de la resistencia no juega un papel importante y se pueden tomar 1-2 vatios.

Fig.4 a) - Dependencia Um = f (Rp) para relés: RP-23/220 (curva 1), RP-252/220 (curva 2), relés serie EV100 (sin circuito de extinción de chispas, (curva 3)

Fig.4 b) - Dependencia Um = f (Rp) para relé RU21 / 220

Fig.4 c) - Dependencia Um = f (Rp) para relés: RPU-2/220 (curva 1), RP222-U4 / 220 (curva 2), RP255 / 220 (curva 3), RP251 / 220 (curva 4) ))

2.3 Diodo protector

Cuando se usa un diodo protector Uc = 0 y el voltaje en el dispositivo semiconductor protegido de acuerdo con (1) Up = E.

2.4 Elección de la protección RC - cadena

El valor de la resistencia R (la resistencia de la resistencia de cadena RC) se determina a partir de la condición de limitar la carga de corriente en los contactos de conmutación de la corriente de carga de la capacitancia Cc (la capacitancia del capacitor de cadena RC) por el carga admisible, es decir

Ioz = E / Rz< Iдоп. (4)

La resistencia de la resistencia de cadena RC, basada en la capacidad de conmutación permisible de los contactos de los relés más comunes en los dispositivos de protección y automatización, con un margen suficiente se puede tomar 2 kOhm, y la potencia - 1-2 Watt.

El valor de la capacitancia Cs se determina gráficamente y corresponde al punto de intersección de la curva de dependencia Um = f (Cs) con una línea recta (0.7 * Uad.-E) paralela al eje Cz (ver Figura 5).

Tensión nominal Unom. la capacitancia СЗ debe cumplir la condición E< 0,7*Uном.

Fig.5 a) - Dependencia Um = f (Сз) para relés: RP-252/220 (curva 1), RU21 / 220 (curva 2)

Fig.5 b) - Dependencia Um = f (Сз) para relés: RP-251/220 (curva 1), RP222-U4 / 220 (curva 2), RPU-2/220 (curva 3)

Fig.5 c) - Dependencia Um = f (Сз) para relés: RP-23/220 (curva 1), relés serie EV100 (sin circuito de extinción de chispas, (curva 2), RP-255/220 (curva 3)

2.5 Elección de diodos de cadenas protectoras

La elección de los diodos de las cadenas protectoras se realiza de acuerdo con el voltaje máximo permitido de los diodos, en función de la condición:

mi< 0,7*Uдоп. (5)

3. Influencia de los circuitos de protección en un aumento de la carga de corriente en los contactos conmutados.

Los circuitos de protección considerados prácticamente no aumentan la carga de corriente en los contactos de conmutación: si hay un diodo semiconductor en el circuito de protección, la carga de corriente aumenta en la cantidad de corriente inversa del diodo, que, teniendo un valor de hasta varias decenas de microamperios, es muy pequeño en comparación con la corriente en el devanado del relé. La carga adicional en los contactos de conmutación en el caso de utilizar un circuito RC de protección está determinada por la corriente de fuga activa del condensador, que también es muy pequeña y puede no tenerse en cuenta. Cabe señalar que los circuitos de protección, al reducir la magnitud de la sobretensión de conmutación, facilitan las condiciones de trabajo de los contactos de conmutación.

Para proteger los dispositivos semiconductores utilizados en circuitos de CC de protección de relé y automatización, se recomienda utilizar circuitos RC y una resistencia de diodo, ya que el daño a cualquiera de los elementos incluidos en ellos no conduce a una falla en el funcionamiento del dispositivo. .

5. Un método para reducir las sobretensiones de conmutación cuando se utiliza un transistor como elemento de conmutación

Las sobretensiones de conmutación que surgen cuando la corriente en el devanado del relé se apaga con la ayuda de un transistor se puede reducir a un nivel seguro aumentando el tiempo de conmutación del transistor de abierto a cerrado a 1 ms (L3). Teniendo en cuenta que el tiempo de conmutación intrínseco del transistor está en el rango de uno a varios microsegundos, se puede aumentar incluyendo un circuito RC paralelo en el circuito de control del transistor (Fig. 6).

Fig.6 - Un método para reducir las sobretensiones de conmutación aumentando el tiempo de conmutación del transistor utilizando R2-C

Este método se puede utilizar en casos en los que, debido a la naturaleza del funcionamiento del dispositivo, se permite un aumento en el tiempo de conmutación y no es deseable la instalación de elementos adicionales (circuitos de protección) en el circuito de carga del transistor. Con respecto a los relés estáticos que han encontrado aplicación en la práctica, este método, aparentemente, será el más aceptable, ya que para evitar interferencias en varios casos, su acción se ralentiza deliberadamente.

6. Ejemplos de selección de protección de diodos contra sobretensiones de conmutación

Las Fig. P-1a - P-5a muestran los circuitos de los circuitos de protección de relé de corriente continua con diodos divisores utilizados en la práctica. En algunos de estos circuitos, los diodos de desacoplamiento pueden verse afectados por las sobretensiones de conmutación.

1. Fig.P-1a Cuando los contactos K1 están cerrados y los contactos K2 están abiertos, casi toda la corriente en el devanado del relé K4 se apaga. En este caso, surge una sobretensión de conmutación entre los terminales de la bobina del relé K4 (en la bobina de K4 la corriente de saturación inversa del diodo VD continúa fluyendo, constituyendo unos pocos microamperios), surge una sobretensión de conmutación y el potencial del terminal positivo del devanado se vuelve mucho más bajo que el potencial del polo negativo de la fuente de alimentación. El diodo de separación VD está bajo la influencia de un voltaje inverso que excede el voltaje máximo permitido del diodo D229B.

Figura P-1a - K3, K4 - devanados de relé, respectivamente RP255 / 220, RP251 / 220; VD, VD1 - diodos D229B; VD1, R - cadena protectora

2. Fig.П-2а. Los diodos VD1, VD2 están expuestos a la sobretensión de conmutación cuando los contactos K1 están cerrados y los contactos K2 están abiertos, ya que esto apaga casi toda la corriente en la bobina del relé K6, y el potencial de su terminal positivo resulta ser mucho menor que el potencial del polo negativo.

Fig. P-2 - K3, K4, K5 - devanados de relé RP252-U4 / 220; K6 - Devanado de relé RPU-2/220; VD1-VD6 - diodos D229B; VD5, R4 - circuito de extinción de chispas; VD6, R5 - cadena protectora

3. Fig.П-3а. Cuando la corriente en la bobina del relé K7 es apagada por los contactos de K2, cuando los contactos de K1 están en la posición cerrada, el proceso transitorio ocurre de manera similar al discutido anteriormente. La sobretensión de conmutación afecta a los diodos VD1, VD2.

Fig. P-3 - K3 - devanado del relé indicador; K4, K5, K6 devanado de relé RP252-U4 / 220, K7 - devanado de relé RPU-2/220; VD1-VD6 - diodos D229B; R1, R2 - resistencias, respectivamente, 3000 y 2000 Ohm; VD5, R6 - circuito de extinción de chispas; VD6, R7 - cadena protectora; SX - escudo

4. Figura P-4. En este circuito, los diodos divisores no se ven afectados por las sobretensiones de conmutación.

Fig. P-4 - K3, K4 - devanados del relé indicador; K5 - bobinado en serie del relé intermedio; K6, K7 devanado de relé RP222-U4 / 220; VD1, VD2 - diodos D229B; R - resistencia de 1000 ohmios;

5. Fig.П-5а. Las cadenas de diodo-resistencia, conectadas en paralelo con los devanados del relé (ver también Fig. P-2a, P-3a) y diseñadas para reducir las chispas en los contactos, limitan en cierta medida la sobretensión de conmutación en los diodos divisores. El uso en estas cadenas de dos, en lugar de uno, diodos conectados en serie con resistencias conectadas en paralelo a ellos (que sirven para distribuir uniformemente el voltaje inverso a través de los diodos) se llevó a cabo para evitar la ruptura de los diodos de estas cadenas por sobretensión. .

Sin embargo, se excluye la posibilidad del efecto de la sobretensión de conmutación en las cadenas de diodos-resistencias en el circuito de la figura P-5a (así como en los circuitos P-2a, P-3a) (se supone que las sobretensiones no pueden también ingrese al circuito de la Fig. P-5a desde la fuente de alimentación del lado de la fuente). Por lo tanto, es aconsejable reemplazar todas estas cadenas relativamente complejas con cadenas de diodo-resistencia (Fig. P-2b, P-3b, P-5b). además, con una probabilidad insignificante de romper el circuito del diodo divisor, es posible utilizar una cadena de diodo-resistor común en lugar de tres, conectándola en paralelo al devanado del relé K8 (Fig. P-5c).

El diodo-resistor del circuito de protección común, junto con una disminución en el nivel de las sobretensiones de conmutación que actúan sobre los diodos de separación VD1-VD4, ayudan a reducir las chispas en los contactos.

Figura P-5 - K4, K5 - devanados de relé RP223 / 220; K6, K7, K8 - devanados de relé RP23 / 220; VD1-VD14 - diodos D229B; R1 - resistencia de 1000 ohmios;

7. Elección de la cadena de seguridad

El diodo-resistor y la red RC recomendada en las pautas para el uso del circuito de protección son equivalentes en términos de sus propiedades protectoras (el circuito RC es menos efectivo cuando el condensador no está precargado). Seleccionamos la cadena diodo-resistor por tener un tamaño más pequeño.

8. Elección de parámetros de cadenas protectoras.

8.1 Elección de diodos

Los diodos de cadena de protección se seleccionan en función de la condición:

mi< 0,7*Uдоп. (5)

Considerando que E = 220 V, elegimos un diodo del tipo D229B, que tiene Uadd = 400V.

8.2 Selección de resistencias

Los valores de resistencia de la resistencia se determinan usando las curvas de la Fig.4 y corresponden al punto de intersección de la curva Um = f (Rp) con una línea recta 0.7 * Uadm.-E = 0.7 * 400-220 = 60V, paralelo al eje Rp.

En los diagramas que se muestran en la Fig. P-1b, P-2b, P-3b, la resistencia de la resistencia de la cadena protectora se determina a partir de las curvas de los relés RP-251, RPU-2 y, en consecuencia, son iguales a R = 2,4 kOhmios, R5 = 4,2 kOhmios, R7 = 4,2 kΩ.

Calculado para el circuito de la Fig. P-5c es el caso cuando los contactos K3 desconectan tres devanados conectados en paralelo de los relés K6, K7, K8 cuando los contactos K1 están cerrados. En este caso, si no hay un circuito de protección en el circuito de la Fig. P-5c, entonces los diodos VD1, VD2 están expuestos a la sobretensión de conmutación. La resistencia de la resistencia de la cadena protectora se determina como equivalente a tres resistencias iguales conectadas en paralelo, una de las cuales (Rр) se determina de acuerdo con la curva de la Fig.4 para el relé RP-23:

R2 = Rp / 3 = 2,2 / 3 = 0,773 kΩ

En el diagrama que se muestra en la Fig. P-5c, merece atención la consideración del tema de la posibilidad de operación del relé K8 cuando los contactos de K2 están abiertos. La respuesta a esta pregunta en este caso se puede obtener comparando el valor máximo de la corriente que pasa y la bobina del relé K8 en modo transitorio, con la corriente de funcionamiento mínima de este relé. La corriente que pasa en el devanado del relé K8 cuando se abren los contactos de K2 es la suma de la corriente I1, que es parte de la suma de las corrientes en los devanados de los relés K4, K5 y la corriente I2 - parte de la suma de las corrientes en los devanados de los relés K6, K7. los valores máximos de las corrientes I1, I2, I se determinan de la siguiente manera:

Aquí: Ik4, Ik5, Ik6, Ik7 - corrientes que pasan respectivamente en los devanados de relé K4, K5, K6, K7.

• 220 - voltaje de la fuente de alimentación (V);
• 9300, 9250 - Resistencias CC, respectivamente, del devanado del relé RP-23 y del devanado del relé RP-223 (Ohm) conectados en serie con el resistor adicional.

Corriente mínima de funcionamiento del relé K8 (RP-23):

Por lo tanto, el valor de la corriente que pasa por la bobina del relé K8 cuando los contactos de K2 están abiertos es insuficiente para que el relé opere (si Im> Iav.k8, entonces el relé K8 operará cuando la condición
tb> tav, donde:

• tср - tiempo durante el cual Im> Iср.к8;
• tb es el tiempo de respuesta del relé K8.

9 referencias:

1. Fedorov Yu.K., Análisis de la efectividad de los medios de protección para dispositivos semiconductores contra sobretensiones de conmutación en circuitos de CC de protección y automatización de relés, "Estaciones eléctricas", No. 7, 1977
2. Un manual de diodos semiconductores, transistores y circuitos integrados. Bajo la ed general. N.N. Goryunova, 1972
3. Fedorov Yu.K., Sobretensión durante la desconexión sin arco de circuitos de CC inductivos en sistemas de automatización y protección de relés, "Estaciones eléctricas", No. 2, 1973
4. Alekseev V.S., Varganov G.P., Panfilov B.I., Rosenblum R.Z., Relé de protección, ed. "Energía", M., 1976