Scopul circuitului de rc și principiul de funcționare. Circuit integrator

Dacă conectați un rezistor și un condensator, veți obține probabil unul dintre cele mai utile și mai versatile circuite.

Despre numeroasele moduri de utilizare pe care am decis să le vorbesc astăzi. Dar mai întâi, despre fiecare element separat:

Rezistor - sarcina sa este de a limita curentul. Acesta este un element static, a cărui rezistență nu se schimbă, nu vorbim acum despre erori termice - nu sunt prea mari. Curentul prin rezistor este determinat de legea ohmului - I \u003d U / R, unde U este tensiunea la bornele rezistorului, R este rezistența sa.

Condensatorul este mai interesant. Are o proprietate interesantă - atunci când este descărcat, se comportă aproape ca un scurtcircuit - curentul curge prin el fără restricții, grăbindu-se la infinit. Și tensiunea de pe acesta tinde la zero. Când este încărcat, devine ca un circuit deschis și curentul încetează să curgă prin el, iar tensiunea din el devine egală cu sursa de încărcare. Se pare că este o relație interesantă - există curent, nu există tensiune, există tensiune - nu există curent.

Pentru a vizualiza acest proces, imaginați-vă un câștig ... um ... un balon care se umple cu apă. Debitul de apă este un curent. Presiunea apei pe pereții elastici este echivalentul stresului. Uite acum, când mingea este goală - apa curge liber, un curent mare și încă nu există aproape nici o presiune - tensiunea este scăzută. Apoi, când bila se umple și începe să reziste presiunii, datorită elasticității pereților, debitul va încetini și apoi se va opri cu totul - forțele sunt egale, condensatorul este încărcat. Există tensiune în pereții tensionați, dar nu există curent!

Acum, dacă eliminați sau reduceți presiunea externă, îndepărtați sursa de alimentare, atunci apa va curge înapoi sub acțiunea elasticității. De asemenea, curentul din condensator va curge înapoi dacă circuitul este închis, iar tensiunea sursei este mai mică decât tensiunea din condensator.

Capacitatea condensatorului. Ce este?
În teorie, o încărcare infinită ar putea fi pompată în orice condensator ideal. Doar că mingea noastră se va întinde mai mult și pereții vor crea mai multă presiune, o presiune infinit de mare.
Și atunci ce se întâmplă cu Farad, ce este scris pe partea laterală a condensatorului ca indicator al capacității? Și aceasta este doar dependența tensiunii de sarcină (q \u003d CU). Cu un condensator mic, creșterea tensiunii de la încărcare va fi mai mare.

Imaginați-vă două pahare cu pereți infinit de înalți. Una este îngustă, ca o eprubetă, cealaltă este largă, ca un lighean. Nivelul apei din ele este tensiune. Suprafața inferioară - capacitate. Și în ambele, puteți nabuzol același litru de apă - o încărcare egală. Dar într-o eprubetă, nivelul va sări câțiva metri, iar într-un bazin se va stropi chiar în partea de jos. De asemenea, în condensatori mici și mari.
O puteți umple cât doriți, dar tensiunea va fi diferită.

În plus, în viața reală, condensatoarele au o tensiune de rupere, după care încetează să mai fie un condensator, dar se transformă într-un conductor adecvat :)

Cât de repede se încarcă condensatorul?
În condiții ideale, când avem o sursă de tensiune infinit de puternică cu rezistență internă zero, fire supraconductoare ideale și un condensator absolut impecabil, acest proces va avea loc instantaneu, cu un timp egal cu 0, precum și descărcarea.

Dar, în realitate, există întotdeauna rezistențe, explicite - cum ar fi o rezistență banală sau implicită, cum ar fi rezistența firelor sau rezistența internă a unei surse de tensiune.
În acest caz, rata de încărcare a condensatorului va depinde de rezistențele din circuit și de capacitatea condensatorului, iar sarcina în sine va continua legea exponențială.

Și această lege are câteva valori caracteristice:

• T - timpul constant, acesta este momentul în care valoarea va atinge 63% din valoarea maximă. 63% nu au venit aici din întâmplare, există o legătură directă cu o astfel de formulă VALOARE T \u003d max - 1 / e * max.
• 3T - și la o constantă triplă, valoarea va atinge 95% din valoarea maximă.

Constanta de timp pentru circuitul RC T \u003d R * C.

Cu cât rezistența este mai mică și capacitatea este mai mică, cu atât condensatorul se încarcă mai repede. Dacă rezistența este zero, atunci timpul de încărcare este zero.

Să calculăm cât este nevoie pentru a încărca 95% un condensator 1uF printr-un rezistor de 1kΩ:
T \u003d C * R \u003d 10 -6 * 10 3 \u003d 0,001c
3T \u003d 0.003s după acest timp, tensiunea din condensator va ajunge la 95% din tensiunea sursei.

Descărcarea de gestiune va urma aceeași lege, doar cu capul în jos. Acestea. prin Tv Time, doar 100% - 63% \u003d 37% din tensiunea inițială rămâne pe condensator, iar după 3T și chiar mai puțin - un mizerabil 5%.

Ei bine, totul este clar cu alimentarea și eliminarea tensiunii. Și dacă tensiunea a fost aplicată și apoi ridicată în trepte și, de asemenea, descărcată cu trepte? Situația de aici practic nu se va schimba - tensiunea a crescut, condensatorul s-a reîncărcat în conformitate cu aceeași lege, cu aceeași constantă de timp - după 3T tensiunea sa va fi de 95% din noul maxim.
Ușor scăzut - descărcat și după un timp de 3T, tensiunea de pe acesta va fi cu 5% mai mare decât noul minim.
Ce vă spun, este mai bine să arăt. Aici, în multisimă, am răsturnat un viclean generator de semnal în trepte și l-am alimentat în circuitul RC integrator:

Vedeți cum este cârnați :) Fiți atenți că atât încărcarea cât și descărcarea, indiferent de înălțimea treptei, sunt întotdeauna de aceeași durată !!!

Și la ce valoare poate fi încărcat condensatorul?
În teorie, ad infinitum, un fel de minge cu pereți care se întind la nesfârșit. În viața reală, mingea va exploda mai devreme sau mai târziu, iar condensatorul se va rupe și va face scurtcircuit. De aceea, toate condensatoarele au un parametru important - limitează stresul... Pe electroliți, este adesea scris pe lateral, iar pe ceramică trebuie privit în cărțile de referință. Dar acolo este de obicei de la 50 de volți. În general, atunci când alegeți un Conder, trebuie să vă asigurați că tensiunea sa maximă nu este mai mică decât cea din circuit. Voi adăuga că atunci când calculați un condensator pentru o tensiune alternativă, ar trebui să alegeți o tensiune limită de 1,4 ori mai mare. pentru că tensiunea de curent alternativ este indicată de valoarea RMS, iar valoarea instantanee la maximum o depășește de 1,4 ori.

Ce rezultă din cele de mai sus? Și atunci dacă se aplică o tensiune constantă condensatorului, atunci se va încărca pur și simplu și atât. Aici se termină distracția.

Și dacă furnizați o variabilă? Este evident că va fi apoi încărcat, apoi descărcat, iar curentul va curge înainte și înapoi în circuit. Dvizhuha! Există curent!

Se pare, în ciuda circuitului fizic deschis între plăci, un curent alternativ curge ușor prin condensator, dar curentul constant este slab.

Ce ne oferă? Și faptul că condensatorul poate servi ca un fel de separator, pentru separarea curentului alternativ și a curentului continuu în componentele corespunzătoare.

Orice semnal care variază în timp poate fi reprezentat ca suma a două componente - variabile și constante.

De exemplu, un sinusoid clasic are doar o parte variabilă, iar constanta este zero. Pentru curent continuu, opusul este adevărat. Ce se întâmplă dacă avem un sinusoid deplasat? Sau constantă cu interferențe?

Componentele de semnal AC și DC sunt ușor separate!
Puțin mai sus, v-am arătat cum se reîncarcă și se descarcă condensatorul atunci când se schimbă tensiunea. Deci, componenta variabilă va trece prin conductor cu un bang, tk. doar forțează condensatorul să-și schimbe activ sarcina. Constanta, așa cum a fost, va rămâne și se va bloca pe condensator.

Dar pentru ca condensatorul să separe efectiv componenta de curent alternativ de curent continuu, frecvența componentei de curent alternativ nu trebuie să fie mai mică de 1 / T

Există două tipuri de comutare pe circuitul RC:
Integrarea și diferențierea... Acestea sunt, de asemenea, un filtru trece jos și un filtru trece înalt.

Filtrul trece-jos trece componenta constantă fără modificări (deoarece frecvența sa este zero, nu este nicăieri sub el) și suprimă tot ceea ce este mai mare de 1 / T. Componenta DC trece direct, iar componenta AC este amortizată la masă prin condensator.
Un astfel de filtru este, de asemenea, numit un lanț integrator, deoarece semnalul de ieșire este, așa cum este, integrat. Îți amintești ce este o integrală? Zona de sub curbă! Aici iese.

Și se numește un lanț diferențiat, deoarece la ieșire obținem diferențialul funcției de intrare, care nu este altceva decât rata de schimbare a acestei funcții.

• În secțiunea 1, condensatorul este încărcat, ceea ce înseamnă că un curent curge prin el și va exista o cădere de tensiune peste rezistor.
• În secțiunea 2, există o creștere bruscă a ratei de încărcare, ceea ce înseamnă că curentul va crește brusc, urmat de o scădere a tensiunii pe rezistor.
• În secțiunea 3, condensatorul deține pur și simplu potențialul existent. Curentul nu trece prin el, ceea ce înseamnă că și tensiunea de pe rezistor este zero.
• Ei bine, la secțiunea a 4-a, condensatorul a început să se descarce, pentru că semnalul de intrare a devenit mai mic decât tensiunea sa. Curentul a mers în direcția opusă și există deja o cădere de tensiune negativă peste rezistor.

Și dacă aplicați un impuls dreptunghiular la intrare, cu fronturi foarte abrupte și faceți capacitatea condensatorului mai mică, vom vedea aceste ace:

dreptunghi. Ei bine, ce zici de? Așa este - derivata unei funcții liniare este o constantă, panta acestei funcții determină semnul constantei.

Pe scurt, dacă sunteți în prezent la un curs de matematică, atunci puteți înscrie pe dezgustătorul Mathcad, dezgustătorul Arțar, aruncați din cap erezia matricială a Matlab și, scoțând o mână de deșeuri analogice din cutiile de stocare, lipiți un computer analog cu adevărat TRU :) Profesorul va fi șocat :)

Este adevărat, integratorii și diferențiatorii nu folosesc de obicei condensatoare singure pe rezistoare, ci folosesc amplificatoare operaționale. Puteți face google pe aceste lucruri pentru moment, un lucru curios :)

Și aici am aplicat semnalul dreptunghiular obișnuit la două filtre de trecere înaltă și joasă. Iar ieșirile de la acestea către osciloscop:

Iată o secțiune puțin mai mare:

La început, conderul este descărcat, curentul prin el este turnat la maxim și tensiunea de pe acesta este redusă - un semnal de resetare la intrarea RESET. Dar în curând condensatorul se va încărca și după un timp T tensiunea acestuia va fi deja la nivelul unei unități logice și semnalul de resetare va înceta să mai fie furnizat la RESET - MC va porni.
Si pentru AT89C51 este necesar să organizați RESET exact opusul - mai întâi, trimiteți unul și apoi zero. Aici situația este opusă - în timp ce condensatorul nu este încărcat, atunci curentul curge prin el mare, Uc - căderea de tensiune peste el este mică Uc \u003d 0. Aceasta înseamnă că o tensiune este aplicată la RESET puțin mai mică decât tensiunea de alimentare Usup-Uc \u003d Usup.
Dar când conderul este încărcat și tensiunea din acesta atinge tensiunea de alimentare (Upit \u003d Uc), atunci pinul RESET va avea deja Upit-Uc \u003d 0

Măsurători analogice
Dar smochinele decolează cu lanțuri de resetare, unde este mai distractiv să folosești capacitatea unui circuit RC de a măsura valorile analogice prin microcontrolere în care nu există ADC.
Se folosește de faptul că tensiunea pe condensator crește strict în conformitate cu aceeași lege - exponențială. În funcție de conductor, rezistor și tensiunea de alimentare. Aceasta înseamnă că poate fi utilizată ca tensiune de referință cu parametrii cunoscuți anterior.

Funcționează simplu, aplicăm tensiunea de la condensator la comparatorul analog și punem tensiunea măsurată pe a doua intrare a comparatorului. Și când vrem să măsurăm tensiunea, tragem mai întâi ieșirea în jos pentru a descărca condensatorul. Apoi îl readucem în modul Hi-Z, îl resetăm și pornim cronometrul. Și apoi condensatorul începe să se încarce prin rezistor și imediat ce comparatorul raportează că tensiunea de la RC a ajuns la cea măsurată, oprim cronometrul.

Știind prin ce lege crește din când în când tensiunea de referință a circuitului RC și, de asemenea, știind cât a funcționat temporizatorul, putem afla destul de exact cu ce a fost egală tensiunea măsurată în momentul operației comparatorului. Mai mult, nu este necesar să se numere expozanții aici. În etapa inițială de încărcare a Conderului, se poate presupune că dependența de acolo este liniară. Sau, dacă doriți mai multă acuratețe, aproximați exponentul prin funcții liniare în bucăți, iar în rusă, desenați forma sa aproximativă cu mai multe linii drepte sau bungle un tabel al dependenței valorii de timp, pe scurt, mașina este moduri simple.

Dacă trebuie să obțineți un buton analogic, dar nu există ADC, atunci nu puteți folosi chiar și comparatorul. Trageți piciorul pe care atârnă condensatorul și lăsați-l să se încarce prin rezistorul variabil.

Schimbând T, care, permiteți-mi să vă reamintesc T \u003d R * C și știind că avem C \u003d const, puteți calcula valoarea lui R. Și, din nou, nu este necesar să conectați aparatul matematic aici, în majoritatea cazurilor este suficient să măsoare la unii papagali convenționali, cum ar fi căpușele cu temporizator. Sau puteți merge în sens invers, nu schimbați rezistorul, ci schimbați capacitatea, de exemplu, conectând capacitatea corpului dvs. la acesta ... ce se va întâmpla? Așa este - atingeți butoanele!

Dacă ceva nu este clar, atunci nu vă faceți griji, voi scrie în curând un articol despre cum să înșurubați figovinul analogic la microcontroler fără a utiliza un ADC. Acolo voi mesteca totul în detaliu.

Luați în considerare secvențial Circuit RCformat dintr-un rezistor conectat în serie și un condensator.

Tensiunea la bornele circuitului

Conform celei de-a doua legi a lui Kirchhoff, aceeași tensiune poate fi definită ca suma scăderilor de tensiune pe rezistor și condensator

unde

Apoi prima expresie poate fi rescrisă după cum urmează

Curentul din circuit este

Înlocuind expresia de mai sus și realizând integrarea, obținem

Tensiunea pe rezistor este

Tensiunea condensatorului

După cum se poate observa din ultima expresie, tensiunea din condensator rămâne în spatele curentului cu un unghi π / 2.

Rezistența reactivă (capacitivă) a condensatorului este

Cu o frecvență descrescătoare, capacitatea condensatorului crește. La curent constant, este egal cu infinitul, deoarece frecvența este zero.

Schimbarea de fază într-un circuit RC serial poate fi determinată de formulă

Impedanță RC

Curent de amplitudine

Luați în considerare un exemplu de rezolvare a unei probleme cu un circuit RC

Impedanță în serie RC- circuitul este de 24 ohmi. Tensiunea pe rezistor este de 10 V, iar rezistența sa este de 20 ohmi. Găsiți C,Uc, U, Eu, schimbare de fazăφ ... Construiți o diagramă vectorială.

Găsiți curentul care curge prin rezistor. Deoarece conexiunea este în serie, acest curent va fi comun întregului circuit.

Cunoscând curentul și rezistența circuitului, găsim tensiunea

Rezistența capacitivă a unui condensator

Cunoscând rezistența, găsim tensiunea și capacitatea

Schimbare de fază

Să construim o diagramă vectorială a unui circuit RC, ținând cont de faptul că tensiunea condensatorului rămâne în urma curentului (acest lucru se poate vedea din semnul defazării).

În primul rând, se depune vectorul de curent din circuit, apoi tensiunea pe rezistor și tensiunea pe condensator. Apoi vectorul de tensiune totală este construit ca suma vectorilor de tensiune din condensator și din rezistor.

Influența descărcărilor de arc asupra stabilității contactelor releului este atât de mare încât, pentru un inginer, cunoașterea elementelor de bază pentru calcularea și utilizarea circuitelor de protecție este pur și simplu o condiție prealabilă.

Lanțuri de scânteie

Pentru a reduce deteriorarea contactelor prin descărcări de arc, se utilizează următoarele:

1. relee speciale cu goluri mari de contact (până la 10 mm sau mai mult) și viteză mare de oprire asigurată de arcuri puternice de contact;
2. suflare magnetică a contactelor, realizată prin instalarea unui magnet permanent sau a unui electromagnet în planul golului de contact. Câmpul magnetic previne apariția și dezvoltarea arcului și protejează eficient contactele de arsură;
3. circuite de suprimare a scânteilor instalate paralel cu contactele releului sau paralel cu sarcina.

Primele două metode garantează fiabilitate ridicată prin măsuri de proiectare în proiectarea releului. În acest caz, elementele de protecție a contactelor externe nu sunt de obicei necesare, dar releele speciale și suflarea magnetică a contactelor sunt destul de exotice, costisitoare și diferă prin dimensiunea lor mare și puterea solidă a bobinei (releele cu o distanță mare între contacte au arcuri de contact puternice ).

Deoarece ingineria electrică industrială se bazează pe relee standard ieftine, circuitele de oprire a scânteilor sunt cea mai comună metodă pentru stingerea arcurilor de contact.

Figura: 1. Protecția eficientă prelungește semnificativ viața contactelor:

În teorie, multe principii fizice pot fi utilizate pentru stingerea arcului, dar în practică sunt utilizate următoarele scheme eficiente și economice:

1. Lanturi RC;
2. diode inverse;
3. varistori;
4. circuite combinate, de exemplu varistor + circuit RC.

Circuitele de protecție pot fi pornite:

1. paralel cu sarcina inductivă;
2. paralel cu contactele de releu;
3. paralel cu contactele și se încarcă în același timp.

În fig. 1 arată o activare tipică a circuitelor de protecție atunci când funcționează pe curent continuu.

Circuit cu diode (numai pentru circuite de curent continuu)

Cel mai ieftin și cel mai utilizat circuit de suprimare a tensiunii de autoinducție. Dioda de siliciu este conectată în paralel cu sarcina inductivă, când contactele sunt închise și în stare de echilibru, nu are niciun efect asupra funcționării circuitului. Atunci când sarcina este deconectată, apare o tensiune de autoinducție care este opusă în polaritate cu tensiunea de funcționare, dioda se deschide și șuntă sarcina inductivă.

Nu presupuneți că dioda limitează tensiunea inversă la o cădere de tensiune înainte de 0,7-1 V. Datorită rezistenței interne finite, căderea de tensiune pe diodă depinde de curentul prin diodă. Sarcinile inductive puternice sunt capabile să dezvolte curenți de autoinducție pulsată de până la zeci de amperi, care pentru diode puternice de siliciu corespund unei căderi de tensiune de aproximativ 10-20 V. Diodele elimină extrem de eficient descărcările de arc și protejează contactele releului de la arderea mai bună decât orice alte scheme de stingere a scânteilor.

Reguli de selecție a diodei inverse:

1. curentul de funcționare și tensiunea inversă a diodei trebuie să fie comparabile cu tensiunea nominală și curentul de sarcină. Pentru sarcini cu o tensiune de funcționare de până la 250 иDC și un curent de funcționare de până la 5 A, dioda de siliciu comună 1N4007 cu o tensiune inversă de 1000 ѴDC și un curent de impuls maxim de până la 20 A este destul de potrivită;
2. cablurile diode ar trebui să fie cât mai scurte posibil;
3. dioda trebuie lipită (înșurubată) direct la sarcina inductivă, fără fire de conectare lungi - acest lucru îmbunătățește CEM în timpul proceselor de comutare.

Avantajele circuitului cu diode:

1. cost redus și fiabilitate;
2. calcul simplu;
3. eficiență maximă realizabilă.

Dezavantaje ale unui circuit cu diode:

1. diodele cresc timpul de oprire a sarcinilor inductive de 5-10 ori, ceea ce este foarte nedorit pentru sarcini precum relee sau contactoare (contactele se deschid mai lent, ceea ce contribuie la arderea lor), în timp ce protecția diodelor funcționează numai în circuitele de curent continuu.

Dacă rezistența limitativă este conectată în serie cu dioda, atunci influența diodelor asupra timpului de oprire scade, dar rezistențele suplimentare provoacă tensiuni inverse mai mari decât numai diodele de protecție (tensiunea cade peste rezistor conform legii lui Ohm) .

Diodele Zener (pentru circuite de curent alternativ și continuu)

În loc de diodă, este instalată o diodă zener în paralel cu sarcina, iar pentru circuitele de curent alternativ sunt instalate două diode zener anti-serie. Într-un astfel de circuit, tensiunea inversă este limitată de o diodă zener la tensiunea de stabilizare, ceea ce reduce oarecum efectul circuitului rezistent la scântei asupra timpului de oprire a sarcinii.

Având în vedere rezistența internă a diodei zener, tensiunea inversă între sarcini inductive puternice va fi mai mare decât tensiunea de stabilizare prin cantitatea de cădere de tensiune pe rezistența diferențială a diodei zener.

Alegerea unei diode Zener pentru un circuit de protecție:

1. se selectează tensiunea limitativă dorită;
2. se selectează puterea necesară a diodei zener, luând în considerare curentul de vârf dezvoltat de sarcină atunci când apare tensiunea de autoinducție;
3. este verificată adevărata tensiune de strângere - este de dorit un experiment pentru aceasta, iar la măsurarea tensiunii este convenabil să folosiți un osciloscop.

Avantajele diodei Zener:

1. întârziere de oprire mai mică decât circuitul diodei;
2. diodele Zener pot fi utilizate în circuite de orice polaritate;
3. diodele Zener pentru sarcini reduse sunt ieftine;
4. circuitul funcționează pe curent alternativ și continuu.

Dezavantaje ale diodelor Zener:

1. eficiență mai mică decât un circuit cu diode;
2. sarcinile de mare putere necesită diode zener scumpe;
3. pentru sarcini foarte puternice, un circuit cu diode Zener nu este fezabil din punct de vedere tehnic.

Circuit varistor (pentru circuite de curent alternativ și continuu)

Varistorul de oxid de metal are o caracteristică de volt-amperi similară cu o diodă zener bipolară. Până la aplicarea tensiunii de limitare la terminale, varistorul este practic deconectat de la circuit și este caracterizat doar de curenți de scurgere de microampere și o capacitate internă de 150-1000 pF. Odată cu creșterea tensiunii, varistorul începe să se deschidă lin, manevrând sarcina inductivă cu rezistența sa internă.

Cu dimensiuni foarte mici, varistoarele sunt capabile să disipeze curenți de impuls mari: pentru un varistor cu diametrul de 7 mm, curentul de descărcare poate fi de 500-1000 A (durata impulsului mai mică de 100 μs).

Calculul și instalarea protecției varistorului:

1. sunt stabilite prin limitarea tensiunii sigure pe inductiv
   sarcină;
2. curentul livrat de sarcina inductivă în timpul autoinducției este calculat sau măsurat pentru a determina curentul varistor necesar;
3. un varistor este selectat în conformitate cu catalogul pentru tensiunea limită necesară, dacă este necesar, varistoarele pot fi instalate în serie pentru a selecta tensiunea necesară;
4. este necesar să verificați: varistorul trebuie închis pe întreaga gamă de tensiuni de funcționare la sarcină (curent de scurgere mai mic de 10-50 μA);
5. varistorul trebuie montat pe sarcină conform regulilor specificate pentru protecția diodelor.

Avantajele protecției varistorului:

1. varistoarele funcționează în circuite de curent alternativ și continuu;
2. tensiune de limitare standardizată;
3. impact neglijabil asupra întârzierii de închidere;
4. varistoarele sunt ieftine;
5. varistoarele completează în mod ideal circuitele de protecție RC atunci când funcționează cu tensiuni de sarcină ridicate.

Lipsa protecției varistorului:

1. atunci când se utilizează numai varistoare, protecția contactelor releului de la un arc electric este semnificativ mai slabă decât în \u200b\u200bcircuitele cu diode.

Circuite RC (pentru DC și AC)

Spre deosebire de circuitele cu diode și varistori, circuitele RC pot fi instalate atât paralel cu sarcina, cât și paralel cu contactele releului. În unele cazuri, sarcina este inaccesibilă din punct de vedere fizic pentru montarea elementelor de stingere a scânteii pe ea și atunci singura modalitate de a proteja contactele este de a ocoli contactele cu circuite RC.

Principiul de funcționare al circuitului RC se bazează pe faptul că tensiunea pe un condensator nu se poate modifica instantaneu. Tensiunea de autoinducție este pulsată în natură, iar fața pulsului pentru dispozitivele electrice tipice are o durată de 1 μs. Când un astfel de impuls este aplicat circuitului RC, tensiunea pe condensator începe să crească nu instantaneu, ci cu o constantă de timp determinată de valorile lui R și C.

Dacă se presupune că rezistența internă a sursei de alimentare este zero, atunci conectarea circuitului RC în paralel cu sarcina este echivalentă cu conectarea circuitului RC în paralel cu contactele releului. În acest sens, nu există nicio diferență fundamentală în instalarea elementelor de circuit care suprimă scânteile pentru diferite circuite de comutare.

Circuit RC paralel cu contactele releului

Condensatorul (vezi Fig. 2) începe să se încarce când contactele releului se deschid. Dacă timpul de încărcare a condensatorului la tensiunea de aprindere a arcului la contacte este ales mai mult decât timpul divergenței contactelor la o distanță la care arcul nu poate apărea, atunci contactele sunt complet protejate de apariția unui arc. Acest caz este ideal și puțin probabil în practică. În cazuri reale, circuitul RC ajută la menținerea unei tensiuni scăzute la contactele releului la deschiderea circuitului și astfel slăbește efectul arcului.

Figura: 2. Elementele de protecție pot fi conectate atât în \u200b\u200bparalel cu contactele, cât și în paralel cu sarcina:

Când un singur condensator este pornit în paralel cu contactele releului, circuitul de protecție funcționează și în principiu, dar descărcarea condensatorului prin contactele releului atunci când acestea sunt închise duce la o intrare de curent prin contacte, ceea ce este nedorit. Circuitul RC în acest sens optimizează toate tranzitorii atât la închiderea cât și la deschiderea contactelor.

Calculul circuitului RC

Cea mai ușoară cale este de a folosi nomograma universală prezentată în Fig. 3. Pe baza tensiunii cunoscute a sursei de alimentare U și încărcați curentul Eu găsiți două puncte pe nomogramă, după care se trasează o linie dreaptă între puncte, arătând valoarea de rezistență dorită R... Valoarea capacității DIN măsurată pe o scală lângă scara curentă Eu... Nomograma oferă dezvoltatorului date destul de exacte; în implementarea practică a circuitului, va fi necesar să selectați cele mai apropiate valori standard pentru rezistența și condensatorul circuitului RC.

Figura: 3. Cea mai convenabilă și precisă nomogramă pentru determinarea parametrilor circuitului de protecție RС (iar această diagramă are mai mult de 50 de ani!)

Selectarea condensatorului și rezistorului circuitului RC

Condensatorul trebuie utilizat numai cu un film sau o hârtie dielectrică; condensatoarele ceramice nu sunt potrivite pentru circuitele de înaltă tensiune împotriva scânteii. Atunci când alegeți un rezistor, trebuie să ne amintim că disipează multă putere în timpul procesului tranzitoriu. Este posibil să se recomande utilizarea rezistențelor cu o putere de 1-2 W pentru circuitele RC și este imperativ să verificați dacă rezistența este proiectată pentru o tensiune de autoinducție cu impuls ridicat. Rezistențele bobinate sunt cele mai bune, dar rezistențele cu film metalic sau ceramice funcționează bine.

Avantajele circuitului RC:

1. extincție bună a arcului;
2. nicio influență asupra timpului de oprire a sarcinii inductive.

Caracteristicile circuitului RC: necesitatea de a folosi condensator și rezistor de înaltă calitate. În general, utilizarea circuitelor RC este întotdeauna justificată economic.

Când un circuit de suprimare a scânteilor este instalat în paralel cu contactele de curent alternativ, cu contactele releului deschise, un curent de scurgere va curge prin sarcină, determinat de impedanța circuitului RC. Dacă sarcina nu permite curgerea curentului de scurgere sau acest lucru nu este de dorit din motive de circuit și pentru siguranța personalului, atunci este necesar să instalați circuitul RC în paralel cu sarcina.

Combinație de circuit RC și circuit de diodă

Un astfel de circuit (numit uneori circuit DSC) este cel mai bun în eficiență și face posibilă anularea tuturor efectelor nedorite ale unui arc electric asupra contactelor releului.

Avantajele lanțului RDC:

1. durata electrică a releului se apropie de limita sa teoretică.

Dezavantaje ale lanțului RDC:

1. dioda provoacă o întârziere semnificativă în oprirea sarcinii inductive.

Combinație de circuit RC și varistor

Dacă este instalat un varistor în locul unei diode, atunci circuitul din punct de vedere al parametrilor va fi identic cu un circuit convențional de suprimare a scânteii RC, dar limitarea valorii tensiunii de autoinducție pe sarcină de către varistor permite utilizarea mai puțin tensiune și condensator și rezistor mai ieftin.

Circuit RC paralel cu sarcina

Se folosește acolo unde este nedorit sau imposibil să se instaleze un circuit RC paralel cu contactele releului. Pentru calcul sunt sugerate următoarele valori aproximative ale elementelor:

1. С \u003d 0,5-1 μF pe 1 A curent de sarcină;
2. R \u003d 0,5-1 Ohm per 1 V tensiune de sarcină;
3. R \u003d 50-100% din rezistența la sarcină.

După calcularea valorilor R și C, este necesar să verificați sarcina suplimentară rezultată a contactelor releului în timpul procesului tranzitoriu (încărcarea condensatorului), așa cum este descris mai sus.

Valorile date R și C nu sunt optime. Dacă aveți nevoie de cea mai completă protecție a contactelor și de implementarea resursei maxime a releului, atunci este necesar să efectuați un experiment și să selectați experimental un rezistor și un condensator, observând tranzitorii cu un osciloscop.

Avantajele unui circuit RC în paralel cu sarcina:

1. suprimarea bună a arcului;
2. nu există curenți de scurgere la sarcină prin contactele deschise ale releului.

Dezavantaje:

1. la un curent de sarcină mai mare de 10 A, valorile mari ale capacității conduc la necesitatea instalării unor condensatoare relativ scumpe și mari;
2. pentru a optimiza circuitul, este de dorit verificarea experimentală și selectarea elementelor.

Fotografiile arată oscilogramele tensiunii pe sarcina inductivă în momentul întreruperii curentului electric fără manevrare (Fig. 4) și cu circuitul RCE instalat (Fig. 5). Ambele forme de undă au o scară verticală de 100 volți / diviziune.

Figura: 4. Deconectarea sarcinii inductive determină un tranzitoriu foarte complex.

Figura: 5. Lanțul RCE de protecție selectat corect elimină complet procesul tranzitoriu

Nu este necesar niciun comentariu special aici, efectul instalării circuitului de suprimare a scânteilor este imediat vizibil. Procesul de generare a interferențelor de înaltă frecvență de înaltă tensiune în momentul deschiderii contactelor este izbitor.

Fotografii preluate din raportul universității despre optimizarea circuitelor RC instalate în paralel cu contactele releului. Autorul raportului a efectuat o analiză matematică complexă a comportamentului unei sarcini inductive cu un șunt sub forma unui circuit RC, dar în cele din urmă, recomandările pentru calcularea elementelor au fost reduse la două formule:

C \u003d І 2/10

unde DIN - capacitatea circuitului RC, μF;Eu - curent de sarcină de lucru, A;

R \u003d E o / (10I (1 + 50 / E o))

unde E o- tensiunea de sarcină; ÎN, Eu - curent de sarcină de lucru, A; R - rezistența circuitului RC, Ohm.

Răspuns: C \u003d 0,1 μF, R \u003d 20 ohmi. Acești parametri sunt în acord excelent cu nomograma prezentată anterior.

În concluzie, vom face cunoștință cu tabelul din același raport, care arată tensiunea practic măsurată și timpii de întârziere pentru diferite circuite de suprimare a scânteilor. Un releu electromagnetic cu o tensiune a bobinei de 28 ѴDC / 1 W a fost folosit ca sarcină inductivă; circuitul de suprimare a scânteii a fost instalat paralel cu bobina releului.

Shunt paralel cu bobina releului	Tensiune maximă de supratensiune pe bobina releului (% din tensiunea de funcționare)	Timp de releu, ms (% din valoarea pașaportului)
Fără șunt	950 (3400 %)	1,5 (100 %)
Condensator de 0,22 uF	120 (428 %)	1,55 (103 %)
Diodă Zener, tensiune de funcționare 60 V	190 (678 %)	1,7 (113 %)
Diodă + 470 ohm rezistor	80 (286 %)	5,4 (360 %)
Varistor, limitarea tensiunii 60 V	64 (229 %)	2,7 (280 %)

Sarcini inductive și compatibilitate electromagnetică (EMC)

Cerințele EMC sunt o condiție prealabilă pentru funcționarea echipamentelor electrice și sunt înțelese ca:

1. capacitatea echipamentului de a funcționa în mod normal în condiții de interferență electromagnetică puternică;
2. proprietatea nu creează interferențe electromagnetice în timpul funcționării mai mult decât nivelul prescris de standarde.

Releul nu este sensibil la interferențele de înaltă frecvență, dar prezența câmpurilor electromagnetice puternice lângă bobina releului afectează tensiunea de pornire și oprire a releului. La instalarea unui releu lângă transformatoare, electromagneti și motoare electrice, este necesară o verificare experimentală a funcționării corecte și oprirea releului. Atunci când un număr mare de relee sunt instalate aproape de un panou de montare sau pe o placă de circuite imprimate, există, de asemenea, o influență reciprocă a funcționării unui releu asupra tensiunii de pornire și oprire a releelor \u200b\u200brămase. În cataloage, uneori sunt date instrucțiuni cu privire la distanța minimă dintre releele de același tip, garantând funcționarea lor normală. În absența unor astfel de instrucțiuni, puteți utiliza regula generală, conform căreia distanța dintre centrele bobinelor releului trebuie să fie de cel puțin 1,5 din dimensiunea diametrului lor. Dacă este necesar să montați strâns releul pe o placă cu circuite imprimate, este necesar un test experimentat al influenței reciproce a releului.

Releele electromagnetice pot provoca interferențe severe, mai ales atunci când se lucrează cu sarcini inductive. Afișat în fig. 4, un semnal de înaltă frecvență este o interferență puternică care poate afecta funcționarea normală a echipamentelor electronice sensibile care funcționează în apropierea releului, frecvența de interferență variază de la 5 la 50 MHz și puterea acestei interferențe este de câteva sute de mW, ceea ce este complet inacceptabil conform standardelor moderne EMC. Circuitele de suprimare a scânteilor aduc nivelul de interferență de la echipamentul de releu la nivelul de siguranță prescris de standarde.

Utilizarea releelor \u200b\u200bîn carcase metalice împământate are un efect pozitiv asupra EMC, dar trebuie amintit că, atunci când carcasa metalică este împământată, tensiunea de izolație dintre contacte și bobină scade în majoritatea relelor.

Izolarea între contactele releului

Există un decalaj între contactele deschise ale releului, care depinde de proiectarea releului. Aerul din decalaj (sau gazul inert pentru releele umplute cu gaz) acționează ca un izolator. Se presupune că materialele izolante ale carcasei și ale grupului de contact ale releului sunt caracterizate de tensiuni de avarie mai mari decât aerul. În absența contaminării între contacte, luarea în considerare a proprietăților de izolare a grupurilor de contact poate fi limitată la proprietățile numai a golului de aer.

În fig. 6 (puțin mai jos în articol) arată dependența tensiunii de rupere de distanța dintre contactele releului. În cataloage, puteți găsi mai multe opțiuni pentru valorile tensiunii limită dintre contacte, și anume:

1. valoarea limită a tensiunii aplicată în mod constant la două contacte;
2. tensiune de supratensiune;
3. valoarea limită a tensiunii dintre contacte pentru un anumit timp (de obicei 1 minut, în acest timp curentul de scurgere nu trebuie să depășească 1 sau 5 mA la valoarea de tensiune specificată).

Când vine vorba de tensiunea de izolare a impulsurilor, impulsul este un semnal de test standard IEC-255-5 cu un timp de creștere la o valoare de vârf de 1,2 µs și un timp de cădere la 50% dintr-o amplitudine de 50 µs.

Dacă dezvoltatorul are nevoie de un releu cu cerințe speciale pentru izolarea contactelor, atunci informații despre respectarea acestor cerințe pot fi obținute fie de la producător, fie prin efectuarea autotestării. În acest din urmă caz, trebuie să ne amintim că producătorul releului nu va fi responsabil pentru rezultatele măsurătorilor obținute în acest mod.

Releu materiale de contact

Astfel de parametri ai contactelor în sine și ale releului în ansamblu depind de materialul contactelor, cum ar fi:

1. capacitatea de încărcare curentă, adică capacitatea de a elimina eficient căldura din punctul de contact;
2. posibilitatea comutării sarcinilor inductive;
3. rezistența la contact;
4. limitarea temperaturii ambiante în timpul funcționării;
5. rezistența materialului de contact la migrare, în special la comutarea sarcinilor inductive pe curent continuu;
6. rezistența materialului de contact la evaporare. Metalul evaporat susține dezvoltarea arcului electric și degradează izolația atunci când metalul este depus pe izolatorii de contact și pe carcasa releului;
7. rezistența contactelor la uzura mecanică;
8. elasticitatea contactelor pentru a absorbi energia cinetică și a preveni săriturile excesive;
9. rezistența contactelor metalice la gazele corozive din mediu.

Figura: 7. Fiecare material este conceput pentru funcționarea contactelor într-o anumită gamă de curenți, dar poate fi utilizat cu precauție pentru comutarea semnalelor slabe

Unele proprietăți utile ale materialelor nu se exclud reciproc, de exemplu, conductorii de curent buni au întotdeauna o conductivitate termică ridicată. În același timp, conductorii buni cu rezistivitate scăzută sunt de obicei prea moi și se uzează ușor.

Punctul de topire este mai mare pentru aliajele speciale de contact (de exemplu, AgNi sau AgSnO), dar astfel de materiale nu sunt deloc potrivite pentru comutarea microcurenților.

Ca rezultat, dezvoltatorul releului se oprește la un anumit compromis între calitate, preț și dimensiunile releului. Acest compromis a condus la standardizarea zonelor de aplicare a diferitelor contacte de releu, așa cum se arată în Fig. 7. Câmpurile de aplicare a diferitelor materiale pentru contacte sunt destul de arbitrare, dar dezvoltatorul trebuie să înțeleagă că atunci când contactele operează la limita intervalului „alocat” de curenți și tensiuni, o verificare experimentală a fiabilității unei astfel de aplicații poate este cerut. Experimentul este foarte simplu și constă în măsurarea rezistenței la contact pentru un lot de relee de același tip și este recomandabil să testați nu doar relele care tocmai au ieșit de pe transportor, ci și cele care au trecut de transport și au fost în depozit de ceva timp. Perioada optimă de „îmbătrânire” în depozit este de 3-6 luni, în acest timp se normalizează procesele de îmbătrânire din plastic și compuși metal-plastic.

Calculul circuitului RC, schimbarea tensiunii pe un condensator în funcție de timp. Timpul constant. (10+)

RC - circuit. Timpul constant. Încărcarea și descărcarea condensatorului

Conectăm condensatorul, rezistorul și sursa de tensiune așa cum se arată în diagramă:

Dacă în momentul inițial tensiunea din condensator diferă de tensiunea sursei de alimentare, atunci un curent va curge prin rezistor, iar tensiunea din condensator se va schimba în timp, apropiindu-se de tensiunea sursei de energie. Este util să puteți calcula timpul necesar pentru ca tensiunea să se schimbe de la o valoare inițială dată la o valoare finală dată. Astfel de calcule sunt necesare pentru proiectarea circuitelor de întârziere, a generatoarelor de relaxare, a surselor de tensiune din dinte de ferăstrău.

Din păcate, erorile sunt întâlnite periodic în articole, sunt corectate, articolele sunt completate, dezvoltate, sunt pregătite altele noi. Abonați-vă la știri pentru a fi informat.

Dacă ceva nu este clar, nu uitați să întrebați!
Pune o intrebare. Discutarea articolului.

Mai multe articole

RC - filtru trece sus, jos. Frecvență înaltă, frecvență joasă. R ...
Calcul online de filtre de trecere înaltă și joasă RC. Detectare fază semnal ...

Practica proiectării circuitelor electronice. Tutorial de electronică ...
Arta designului dispozitivelor. Baza elementară a electronicii radio. Scheme tipice ....

Prezentare generală a circuitelor de alimentare fără transformator ...

Circuit de alimentare cu comutare. Calcul pentru diferite tensiuni și curenți ...

Inductanţă. Henry. Henry. Domnul. Unități. Mize, millihenry, ...
Conceptul de inductanță. Unități. Inductoare ....

Calculul condensatorului de stingere online al sursei de alimentare fără transformator ...

Detector, senzor, detector de cabluri ascunse, pauze, pauze. Cx ...
Diagrama unui dispozitiv pentru detectarea cablajelor ascunse și pauzele sale pentru sine ...

Prefixul de muzică ușoară față de tine. Schema, designul ...
Cum să colecționezi singur muzică ușoară. Designul original al sistemului de lumină și muzică ...

Comutarea înfășurărilor releului în circuitele de curent continuu de protecție și automatizare a releului este de obicei însoțită de supratensiuni semnificative, care pot fi periculoase pentru dispozitivele semiconductoare utilizate în aceste circuite. Pentru a proteja tranzistoarele care funcționează în modul de comutare, au început să fie utilizate circuite de protecție (Fig. 1), care sunt conectate în paralel cu înfășurarea releului comutat (Fig. 2 - aici înfășurarea releului comutat este reprezentată de un circuit echivalent - inductanță L, componentă activă a rezistenței R și capacitatea de rotire rezultată C) și reduce supratensiunile care apar între bornele 1 și 2 de înfășurare.

Fig. 1 - Circuite de protecție utilizate pentru a reduce supratensiunile de comutare

Fig. 2 - Protecția tranzistorului VT folosind un lanț de protecție

Cu toate acestea, în prezent, nu se acordă suficientă atenție determinării parametrilor lanțurilor de protecție și evaluării impactului acestora asupra funcționării dispozitivelor de protecție a releului. În plus, în dezvoltarea și proiectarea dispozitivelor de protecție a releului care utilizează diode semiconductoare expuse la supratensiuni de comutare, în multe cazuri nu este prevăzută protecția diodei.

Acest lucru duce la o defecțiune destul de frecventă a diodelor și la defectarea sau funcționarea incorectă a dispozitivului. Un exemplu de circuite în care supratensiunile pot afecta o diodă este circuitul prezentat în Figura 3. Aici, dioda de separare VD este afectată de o supratensiune de comutare și poate fi deteriorată atunci când contactele KI se deschid și contactele K2 sunt închise. Pentru a proteja această diodă, trebuie conectat un circuit de protecție la bornele 1 și 2 ale bobinei releului K3. Pentru a proteja diodele, se poate utiliza același echipament de protecție care este folosit pentru a proteja tranzistoarele (Fig. 1).

Fig. 3 - Circuite în care dioda de separare VD poate fi afectată de comutarea supratensiunilor

2. Determinarea parametrilor lanțurilor de protecție

Valorile parametrilor circuitelor de protecție sunt determinate pe baza condiției de reducere a efectului supratensiunilor asupra dispozitivului semiconductor protejat la un nivel acceptabil. Acest lucru se realizează prin crearea unui circuit suplimentar pentru curentul care curge în bobina releului.

Supratensiunea de comutare Uп, care acționează asupra dispozitivului semiconductor în timpul procesului tranzitoriu, este definită ca [L1]:

• E - tensiunea sursei de curent de funcționare;
• Uc - supratensiune de comutare pe bobina releului.

Supratensiunea Uп trebuie să respecte condiția [L2]:

Uп< 0,7*Uдоп (2)

unde: Uadd - tensiunea maximă admisibilă a dispozitivului semiconductor.

Pe baza egalității (1), tensiunea maximă admisibilă la înfășurarea unui releu comutat în cazul utilizării circuitelor de protecție:

Um \u003d 0,7 Um.-E (3)

Condiția (3) este punctul de plecare pentru determinarea parametrilor lanțurilor de protecție:

2.1 Dioda Zener

Când se utilizează o diodă de lanț de protecție-diodă zener, tensiunea de stabilizare este egală cu Um, determinată din egalitate (3).

2.2 Rezistor de diodă

Valorile rezistenței rezistorului la comutarea unui număr de relee obișnuite în tehnologia de protecție și automatizare a releului sunt determinate folosind curbele prezentate în Fig. 4 și corespunzătoare punctului de intersecție al curbei Um \u003d f (Rp) cu o dreaptă linie (0,7 * Uperm.-E) paralelă cu axa Rр. Curbele sunt obținute prin măsurarea supratensiunilor cu un osciloscop cu fascicul utilizând un divizor de tensiune ohmic de înaltă rezistență. Puterea rezistorului nu joacă un rol semnificativ și pot fi luați 1-2 wați.

Fig. 4 a) - Dependența Um \u003d f (Rp) pentru relee: RP-23/220 (curba 1), RP-252/220 (curba 2), releul serie EV100 (fără circuit de stingere a scânteii, (curba 3)

Fig. 4 b) - Dependența Um \u003d f (Rp) pentru releul RU21 / 220

Fig. 4 c) - Dependența Um \u003d f (Rp) pentru relee: RPU-2/220 (curba 1), RP222-U4 / 220 (curba 2), RP255 / 220 (curba 3), RP251 / 220 (curba 4 )))

2.3 Diodă de protecție

Atunci când se utilizează o diodă de protecție Uc \u003d 0 și tensiunea dispozitivului semiconductor protejat conform (1) Uп \u003d Е.

2.4 Alegerea lanțului RC de protecție

Valoarea rezistenței R (rezistența rezistorului lanțului RC) este determinată de condiția de limitare a sarcinii de curent pe contactele de comutare de la curentul de încărcare al condensatorului C3 (capacitatea condensatorului lanțului RC) de către permis încărcare, adică

Ioz \u003d E / Rz< Iдоп. (4)

Rezistența rezistenței lanțului RC, pe baza capacității de comutare admise a contactelor celor mai comune relee în dispozitivele de protecție și automatizare, cu o marjă suficientă, poate fi luată la 2 kOhm, iar puterea - 1-2 Watt.

Valoarea capacității Cs este determinată grafic și corespunde punctului de intersecție a curbei de dependență Um \u003d f (Cs) cu o linie dreaptă (0,7 * Uad.-E) paralelă cu axa Cz (vezi Figura 5).

Tensiune nominală Unom. capacitatea СЗ trebuie să îndeplinească condiția E< 0,7*Uном.

Fig. 5 a) - Dependența Um \u003d f (Сз) pentru relee: RP-252/220 (curba 1), RU21 / 220 (curba 2)

Fig. 5 b) - Dependența Um \u003d f (Сз) pentru relee: RP-251/220 (curba 1), RP222-U4 / 220 (curba 2), RPU-2/220 (curba 3)

Fig. 5 c) - Dependența Um \u003d f (Сз) pentru relee: RP-23/220 (curba 1), releele din seria EV100 (fără circuit de stingere a scânteii, (curba 2), RP-255/220 (curba 3)

2.5 Alegerea diodelor lanțurilor de protecție

Alegerea diodelor de lanț de protecție se face în funcție de tensiunea maximă admisă a diodei, în funcție de condiția:

E< 0,7*Uдоп. (5)

3. Influența circuitelor de protecție asupra creșterii sarcinii curente a contactelor comutate

Circuitele de protecție considerate practic nu măresc sarcina de curent pe contactele de comutare: în prezența unei diode semiconductoare în circuitul de protecție, sarcina de curent crește cu cantitatea de curent invers a diodei, care, având o valoare de până la câteva zeci de microamperi, este foarte mic în comparație cu curentul din înfășurarea releului. Sarcina suplimentară la contactele de comutare în cazul unui circuit RC de protecție este determinată de curentul de scurgere activ al condensatorului, care este, de asemenea, foarte mic și nu poate fi luat în considerare. Trebuie remarcat faptul că circuitele de protecție, prin reducerea amplorii supratensiunii de comutare, facilitează condițiile de lucru ale contactelor de comutare.

Pentru a proteja dispozitivele semiconductoare utilizate în circuitele de curent continuu de protecție și automatizare a releului, se recomandă utilizarea circuitelor RC și a unei diode-rezistor, deoarece deteriorarea oricăruia dintre elementele incluse în ele nu duce la o defecțiune în funcționarea dispozitivului .

5. O metodă de reducere a supratensiunilor de comutare atunci când se utilizează un tranzistor ca element de comutare

Comutarea supratensiunilor care apar atunci când curentul din înfășurarea releului este oprit folosind un tranzistor poate fi redus la un nivel sigur prin creșterea timpului pentru comutarea tranzistorului de la deschis la închis la 1 ms (L3). Având în vedere că timpul de comutare intrinsec al tranzistorului este în intervalul de la una la mai multe microsecunde, poate fi mărit prin conectarea unui circuit RC paralel la circuitul de control al tranzistorului (Fig. 6).

Fig. 6 - O metodă de reducere a supratensiunilor de comutare prin creșterea timpului de comutare a tranzistorului folosind R2-C

Această metodă poate fi utilizată în cazurile în care, prin natura funcționării dispozitivului, este permisă o creștere a timpului de comutare, iar instalarea elementelor suplimentare (circuite de protecție) în circuitul de sarcină al tranzistorului este nedorită. În ceea ce privește releele statice care și-au găsit aplicarea în practică, această metodă, aparent, va fi cea mai acceptabilă, deoarece pentru a regla interferențele, în unele cazuri, acțiunea lor este încetinită în mod deliberat.

6. Exemple de selecție a protecției diodei împotriva supratensiunii de comutare

Fig. P-1a - P-5a prezintă circuitele circuitelor de protecție a releului de curent continuu cu diode de divizare utilizate în practică. În unele dintre aceste circuite, diodele de decuplare pot fi afectate de comutarea supratensiunilor.

1. Fig.P-1a Când contactele K1 sunt închise și contactele K2 sunt deschise, aproape tot curentul din înfășurarea releului K4 este oprit. În acest caz, apare o supratensiune de comutare între bornele înfășurării releului K4 (în înfășurarea K4 apare curentul de saturație inversă a diodei VD, care este câteva microamperi), iar potențialul terminalului pozitiv al înfășurării devine mult mai mic decât potențialul polului negativ al sursei de energie. Dioda de separare VD este expusă la o tensiune inversă care depășește tensiunea maximă admisibilă a diodei D229B.

Fig. P-1a - K3, K4 - înfășurări ale releului, respectiv RP255 / 220, RP251 / 220; VD, VD1 - diode D229B; VD1, R - lanț de protecție

2. Fig.П-2а. Diodele VD1, VD2 sunt expuse la supratensiunea de comutare atunci când contactele K1 sunt închise și contactele K2 sunt deschise, deoarece aceasta oprește aproape tot curentul din bobina releului K6, iar potențialul terminalului său pozitiv este mult mai mic decât potențialul polului negativ.

Fig. P-2 - K3, K4, K5 - înfășurări ale releului RP252-U4 / 220; K6 - înfășurarea releului RPU-2/220; VD1-VD6 - diode D229B; VD5, R4 - circuit de stingere a scânteii; VD6, R5 - lanț de protecție

3. Fig.П-3а. Când curentul din bobina releului K7 este oprit de contactele K2, când contactele K1 sunt în poziția închisă, procesul tranzitoriu are loc în mod similar cu cel discutat mai sus. Supratensiunea de comutare afectează diodele VD1, VD2.

Fig. P-3 - K3 - înfășurarea releului indicator; К4, К5, К6 înfășurarea releului RP252-U4 / 220, K7 - înfășurarea releului RPU-2/220; VD1-VD6 - diode D229B; R1, R2 - rezistențe, respectiv, 3000 și 2000 Ohm; VD5, R6 - circuit de stingere a scânteii; VD6, R7 - lanț de protecție; SX - scutcheon

4. Fig.P-4. În acest circuit, diodele de divizare nu sunt afectate de supratensiuni de comutare.

Fig. P-4 - K3, K4 - înfășurări ale releului indicator; K5 - înfășurarea în serie a releului intermediar; Înfășurarea releului K6, K7 RP222-U4 / 220; VD1, VD2 - diode D229B; Rezistor R - 1000 Ohm;

5. Fig.П-5а. Lanțuri de diode-rezistențe, conectate în paralel cu înfășurările releului (vezi și Fig. P-2a, P-3a) și concepute pentru a reduce scânteia contactelor, limitând într-o anumită măsură supratensiunea de comutare a diodelor de divizare. Utilizarea în aceste lanțuri a două, în loc de una, diode conectate în serie cu rezistențe conectate în paralel cu acestea (care servesc la distribuirea uniformă a tensiunii inverse peste diode) se efectuează pentru a preveni ruperea diodelor acestor lanțuri de la efectele supratensiunilor.

Cu toate acestea, este exclusă posibilitatea efectului comutării supratensiunii asupra lanțurilor de diode-rezistențe din circuitul din Fig. P-5a (precum și din circuitele P-2a, P-3a) (Se presupune că supratensiunile nu pot intrați în circuitul din Fig. P-5a de la sursa de alimentare). Prin urmare, este recomandabil să înlocuiți toate aceste lanțuri relativ complexe cu lanțuri de diode-rezistență (Fig. P-2b, P-3b, P-5b). în plus, cu o probabilitate nesemnificativă de rupere a circuitului diodei de divizare, este posibil să se utilizeze un lanț comun de diode-rezistențe în loc de trei, conectându-l în paralel cu înfășurarea releului K8 (Fig. P-5c).

Rezistorul-diodă-circuit de protecție comun, împreună cu o scădere a nivelului supratensiunilor de comutare care acționează asupra diodelor de separare VD1-VD4, ajută la reducerea scânteii la contacte.

Fig. P-5 - K4, K5 - înfășurările releului RP223 / 220; K6, K7, K8 - înfășurarea releului RP23 / 220; VD1-VD14 - diode D229B; Rezistor R1 - 1000 ohmi;

7. Alegerea lanțului de securitate

Rezistorul cu diode și rețeaua RC recomandate în liniile directoare pentru utilizarea circuitului de protecție sunt echivalente în ceea ce privește proprietățile lor de protecție (circuitul RC este mai puțin eficient atunci când condensatorul nu este preîncărcat). Alegem lanțul diodă-rezistor ca având o dimensiune mai mică.

8. Alegerea parametrilor lanțurilor de protecție

8.1 Alegerea diodelor

Diodele circuitului de protecție sunt selectate în funcție de condiția:

E< 0,7*Uдоп. (5)

Având în vedere că E \u003d 220 V, alegem o diodă de tip D229B, având Uadd \u003d 400V.

8.2 Selectarea rezistorului

Valorile rezistenței rezistenței sunt determinate folosind curbele din Fig. 4 și corespund punctului de intersecție al curbei Um \u003d f (Rp) cu o linie dreaptă 0,7 * Uad.-E \u003d 0,7 * 400-220 \u003d 60V, paralel cu axa Rp.

În diagramele prezentate în Fig. P-1b, P-2b, P-3b, rezistența rezistenței lanțului de protecție este determinată din curbele pentru releele RP-251, RPU-2 și, în consecință, sunt egale cu R \u003d 2,4 kΩ, R5 \u003d 4,2 kΩ, R7 \u003d 4,2 kΩ.

Calculat pentru circuitul din Fig. P-5c este cazul când contactele K3 deconectează trei înfășurări conectate în paralel ale releelor \u200b\u200bK6, K7, K8 atunci când contactele K1 sunt închise. Mai mult, dacă nu există un circuit de protecție în circuitul din Fig. P-5c, atunci diodele VD1, VD2 sunt expuse la supratensiunea de comutare. Rezistența rezistenței lanțului de protecție este definită ca echivalentă cu trei rezistențe egale conectate în paralel, dintre care una (Rр) este determinată în conformitate cu curba din Fig. 4 pentru releul RP-23:

R2 \u003d Rp / 3 \u003d 2,2 / 3 \u003d 0,773 kΩ

În diagrama prezentată în Fig. P-5c, considerarea problemei posibilității de funcționare a releului K8 atunci când contactele K2 sunt deschise merită atenție. Răspunsul la această întrebare în acest caz poate fi obținut prin compararea valorii maxime a curentului care trece și a bobinei releului K8 în modul tranzitoriu, cu curentul de funcționare minim al acestui releu. Curentul I care trece prin înfășurarea releului K8 atunci când contactele lui K2 sunt deschise este alcătuit din curentul I1, care face parte din suma curenților din înfășurările releelor \u200b\u200bK4, K5 și curentul I2 - partea a sumei curenților în înfășurările releelor \u200b\u200bK6, K7. valorile maxime ale curenților I1, I2, I se determină după cum urmează:

Aici: Ik4, Ik5, Ik6, Ik7 sunt curenții care trec respectiv în înfășurările releului K4, K5, K6, K7.

• 220 - tensiunea de alimentare (V);
• 9300, 9250 - respectiv rezistențe DC ale înfășurării releului RP-23 și a înfășurării releului RP-223 (Ohm) conectate în serie cu rezistorul suplimentar.

Curentul minim de funcționare a releului K8 (RP-23):

Astfel, valoarea curentului care trece în înfășurarea releului K8 atunci când contactele lui K2 sunt deschise este insuficientă pentru ca releul să funcționeze (Dacă Im\u003e Iav.k8, atunci releul K8 va funcționa atunci când condiția
tb\u003e tav, unde:

• tср - timp în care Im\u003e Iср.к8;
• tb este timpul de răspuns al releului K8.

9 Referințe:

1. Fedorov Yu.K., Analiza eficacității mijloacelor de protecție pentru dispozitivele semiconductoare împotriva supratensiunilor de comutare în circuitele de curent continuu de protecție și automatizare a releelor, „Stații electrice”, nr. 7, 1977
2. Un ghid pentru diode semiconductoare, tranzistoare și circuite integrate. Ed. N.N. Goryunova, 1972
3. Fedorov Yu.K., Supratensiune în timpul deconectării fără arc a circuitelor de curent continuu inductiv în sistemele de protecție și automatizare a releelor, „Stații electrice”, nr. 2, 1973
4. Alekseev V.S., Varganov G.P., Panfilov B.I., Rosenblum R.Z., Protection relay, ed. „Energie”, M., 1976