Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


ќграничени€ коммутационных электромагнитных помех в цеп€х управлени€ с индуктивными элементами




 

¬ индуктивных цеп€х электрического оборудовани€, включаю≠щих, например, обмотки возбуждени€ двигателей или устройства с электромагнитным приводом, такие, как реле, а также соедини≠тельные силовые и управл€ющие провода возникают при отклю≠чени€х и включени€х перенапр€жени€, которые с высокими кру≠тизной и частотой колебани€ попадают в сеть питани€.

»ндуктивные элементы в цепи тока принадлежат, таким обра≠зом, к источникам интенсивных помех. ≈сли они эксплуатируют≠с€ в тесном пространственном расположении с электронными уз≠лами, например, внутри одного прибора, одного управл€ющего шкафа или установки необходимо снизить до уровн€, допустимо≠го дл€ электронных приборов и систем, ожидаемые перенапр€же≠ни€ путем соответствующих мер.

Ќиже будут рассмотрены физические причины, пор€дки вели≠чин, и принципиальные временные диаграммы этих переходных перенапр€жений и также описаны выбор, измерение и располо≠жение соответствующих средств дл€ их ограничени€.

 

4.1 ‘изические процессы при коммутаци€х в индуктивных цеп€х

–ис. 4.1 показывает в упрощенном виде модель взаимодействи€ между цепью тока возбуждени€ электромагнитного устройства и цепью тока систем –«ј и автоматизированного и автоматического управлени€ технологическим процессом. ќбе цепи гальванически разделены из соображений помехозащищенности, однако св€заны через практически всегда имеющиес€ паразитные емкости —13, —14, C23, —24-  роме того, через сцепление магнитных потоков обоих контуров возникает индуктивна€ св€зь, характеризуема€ взаимоиндукцией ћ. ¬следствие возникающего при разр€дных €влени€х между контактами выключател€ —¬„ - излучени€, кроме того, возможно неблагопри€тное вли€ние дальнего пол€ на логические цепи систем –«ј и автоматизированного и автоматическо≠го управлени€ технологическими процессами.

ѕри включении прибора Y емкость Cs зар€жаетс€ через сопро≠тивление R (внутреннее сопротивление источника напр€жени€ и сопротивление линии), индуктивность L. ѕри идеально быстро включающемс€ выключателе в контуре развиваетс€ электри≠ческий колебательный затухающий процесс, который в основном определ€етс€ параметрами и . ќн протекает с частотой е (рисунок 4.2) и максимальным напр€жением на катушке индуктивности.

Ќапр€жение может лежать между 300 ¬ и несколькими киловольтами, скорости изменени€ напр€жени€ - от 1 до 1000 ¬/ с, обща€ длительность процесса лежит в микросекундной области, а частота - в границах от 106 до 108 √ц.

ќбразование помех затрудн€етс€ тем, что дл€ срабатывани€ ре≠ального выключател€ требуетс€ конечное врем€.

ќно образуетс€, например дл€ тиристора, из времени, которое необходимо, чтобы заполнить достаточно большие зоны полупро≠водникового материала носител€ми зар€да, а дл€ выключателей с подвижными контактами, включающими напр€жени€ > 300 ¬, из времени, за которое образуетс€ проводимость искрового разр€да. “ипичные времена срабатывани€ мощных тиристоров (0,2 - 4 к¬) от 5 до 200 мкс, реле и герконов Ч ~3 нс.

–исунок - 4.1 Ц ћодель взаимодействи€ цепи, содержащей индуктивный элемент, с логической цепью системы автоматизированного и автоматического управлени€ технологическим устройством

 

ѕри контактных устройствах включени€, как правило, нужно рассчитывать на то, что процесс включени€ вследствие €влений вибрации и других физических процессов состоит из р€да следующих друг за другом циклов замыкани€ и размыкани€. ѕоэтому всегда нужно рассчитывать на то, что в тече≠ние включени€ возникают несколько изоб≠раженных на рисунке 4.2 затухающих процессов, типичных дл€ процессов отключени€ (смотри ниже). “аким образом, в целом каждый про≠цесс включени€ электромагнитного устрой≠ства необходимо оценивать как потенциаль≠ную причину помехи.

ѕри отключении электромагнитного уст≠ройства, то есть при внезапном прерывании стационарного тока возбуждени€ i в колеба≠тельном контуре, образованном Rs, Ls и Cs, также происходит электрический колебательный затухающий процесс, при котором запасенна€ к моменту отключени€ в Is и Cs энерги€ в Rs превращаетс€ в тепло. ≈сли оп€ть предположить наличие в цепи тока быстрого, почти идеального выключател€, то этот затухающий процесс протекает либо колебательно с частотой fc ~ 1/2п (рисунок 4.3,a) или апериодически затуха€ (рисунок 4.3, б). ¬ид импульса напр€жени€ на катушке , по рисунку 4.3, а) типичен дл€ уст≠ройств с магнитопроводом, набранным из отдельных пластин, а вид по рисунку 4.3, б) - дл€ устройств с массивным магнитопроводом. —ильно затухающий процесс на рисунке 4.3, б можно объ€снить вли€нием RFe, которое представл€ет сопротивление потерь в стали массивного магнитопровода.

–исунок 4.3 Ц “ипичные импульсы напр€жени€ на катушке us при отключении тока идеальным выключателем а) Ч наборный магнитопровод, б) - массивный магнитопровод

 

Ѕез специальных мер, затухающие процессы в обоих случа€х со≠провождаютс€ высокими перенапр€жени€ми и большими скорост€ми изменени€ напр€жени€ . ћаксимальное, теоре≠тически возможное, перенапр€жение на катушке может быть оце≠нено, исход€ из баланса энергии

, (4.1)

а максимально возможное значение производной по времени - исход€ из описывающего затухающий процесс диф≠ференциального уравнени€. ≈сли положить в основу практически всегда выполн€ющеес€ условие CSRs; ЂLs/Rs и пренебречь вли€≠нием Rs, можно получить в итоге дл€ обоих величин простые соот≠ношени€:

“еоретическое значение usmax однако, не достигаетс€, по≠скольку:

Ј часть запасенной к моменту отключени€ в энергии при перезар€дке превращаетс€ в тепло в сопротивлении обмотки ;

Ј вихревые токи и потери на гистерезис также поглощают
часть энергии Ws особенно при массивном магнитопроводе;

Ј при отключении контактным отключающим устройством между контактами, как правило, начинаетс€ разр€дный процесс, который также поглощает часть энергии .

–исунок 4.4 Ц ѕроцесс отключени€ с щеточным

ѕараметры , имеют следующие воздействи€:

Ј изол€ци€ обмоток электромагнитного устройства подверга≠етс€ перенапр€жением, так как ;

Ј в выключател€х в зависимости от возможной величины тока возникают тлеющие, искровые или дуговые разр€ды между кон≠тактами вследствие того, что |uKmax| >> u. »з-за этого, в частности, контактный промежуток в течение времени отключени€ много≠кратно размыкаетс€ и из-за начавшегос€ под воздействием uкmах снова замыкаетс€. Ёто ведет к известным щеточным €влени€м на графике напр€жени€ катушки (рисунок 4.4). „астота, сопровож≠дающа€ щеточные €влени€, лежит в области 104...107 √ц. “аким образом, €влени€ разр€≠да с одной стороны €вл€ютс€ источником интенсивных ¬„ - помех, а с другой, особенно в цеп€х посто€нного тока с большими индуктивност€ми, причиной дл€ сильного изно≠са контактов;

Ј в расположенных р€дом цеп€х A—“” возникают кратко≠временные помехи, либо нару≠шаетс€ работа логических элементов, если наведенное через —13, —14, —24, —24 и ћ напр€жение помехи ust (рисунке 4.1, б) либо энерги€ помехи через излучение превышают порог помехоустойчивости.

¬ цеп€х электромагнитных устройств, содержащих индуктив≠ный элемент, всегда требуютс€ меры дл€ подавлени€ ожидаемых перенапр€жений при отключени€х. Ёто удаетс€ осуществить схемными комбинаци€ми из пассивных или активных элементов. »х структурирование, величина и расположение завис€т от того, с какой целью должны быть реализованы схемные меропри€ти€.

“аблица 4.1 дает обзор по этому вопросу. ¬ дальнейшем будут рас≠сматриватьс€ исключительно схемы защиты от помех.

 

“аблица 4.1 Ц —хемные меропри€ти€ в цеп€х электромагнитных приборов, содержащих индуктивные элементы

—хемные меропри€ти€ ÷ели –асположение элементов защиты
—хемы защиты обмоток возбудителей «ащита изол€ции от перенапр€жений ѕараллельно катушке индуктивности
—хемы защиты от радиопомех и защиты контактов ѕодавление тлеющих, дуговых, искровых разр€дов между контактными элементами во избежание ¬„ колебаний и дл€ уменьшени€ обгорани€ контактов ”стройства защиты от радиопомех параллельно контактам, чтобы исключить вли€ние индуктивности проводов.
”стройства защиты контактов (преимущественно RC - звень€) параллельно катушке индуктивности
—хемы защиты полупроводниковых участков включени€ «ащита полупроводниковых элементов от перенапр€жений ѕараллельно участку включени€ тиристоров. ѕараллельно нагрузке, если между катушкой и транзистором не длинных соединительных проводов
—хемы защиты от помех ¬озможное снижение и , чтобы избежать функциональных помех в соседних электронных системах, или предотвратить разрушение логических элементов ѕо возможности непосредственно на катушке индуктивности

 

4.2  ритерии оценки схем защиты от помех

ƒл€ устройств на посто€нном и переменном токе существует большое число возможных вариантов схем защиты (смотри таблицы 4.2 и 4.4, рисунок 4.9 и 4.10).

–ис. 4.5 Ц ¬ольтамперные характеристики варистора из карбида
кремни€ (а = 5) и из оксида цинка металлоксидный варистор, а = 30)

 

–исунок 4.6 Ц ¬ольт Ц амперна€ характеристика в логарифмическом масштабе

 

¬опрос о возможности их применени€ в конкретных случа€х решают с учетом следующих факторов (пере≠числение без учета важности):

Ј врем€ срабатывани€;

Ј нагрузочна€ способность по импульсному току и способность к поглощению энергии;

Ј эффективность ограничени€ usmах и (dus /dt)max;

Ј вид напр€жени€ на катушке us и тока возбуждени€ i после отключени€ (колебательный или апериодический);

Ј нагрузка выключател€ по току при включении;

Ј стационарный ток потерь;

Ј вли€ние времени задержки защищаемого прибора;

Ј вли€ние надежности системы в целом;

Ј характеристика старени€ (дрейф параметров);

Ј характеристика поведени€ при аварии ( « или обрыв с вытекающими отсюда последстви€ми);

Ј степень сложности правильного определени€ параметров.

ѕодход€щей должна считатьс€ схема защиты, котора€:

Ј имеет приемлемые экономические показатели;

Ј при экономном исполнении позвол€ет производить достаточное подавление перенапр€жений по возможности непосредственно на катушке индуктивности;

Ј характеризуетс€ очень малым временем срабатывани€;

Ј по возможности не вызывает стационарных потерь энергии;

Ј не ухудшает общей надежности системы;

Ј по минимуму измен€ет врем€ срабатывани€ устройства, может рассчитыватьс€ по простым правилам.

 

4.3 —хемы защиты от помех дл€ устройств посто€нного тока

“аблица 4.2 дает обзор важнейших свойств схем защиты, которые могут примен€тьс€ в приборах посто€нного тока.

“аблица 4.2. ќбзор свойств важнейших схем защиты приборов посто€нного тока (читай далее табл. 6.2 как 4.2)

 

 

 

ƒалее остановимс€ на характеристиках некоторых защитных элементов.

ƒиоды. —амое радикальное подавление перенапр€жений при отключении осуществл€етс€ чисто диодной схемой (таблица 4.2, столбец 2). ѕоскольку скорость включени€ диода существенно выше, чем у коммутационного устройства, на катушке при отклю≠чении не возникает перенапр€жений.

Ќапр€жение запирани€ диода выбираетс€ и ток IF > 1,5 In. ¬рем€ восстановлени€ запирани€ tn должно быть меньше 100 нc, чтобы вибрационные процессы на контактах выключател€ не разрушили диод. ѕри подключении нужно обращать внимание на правильную пол€рность. ¬ приборах с €корем врем€ срабатывани€ за счет схемы защиты не измен€етс€, тогда как врем€ возврата по сравнению с прибором без такой схемы увеличиваетс€ в 10 - раз. Ёто свойство может успешно использоватьс€, когда, например, нужно перекрыть перерывы напр€жени€ в течение нескольких миллисекунд. ¬ целом диодные схемы при малых размерах и пренебрежимом токе потерь имеют очень хорошее помехозащитное действие. ќни используютс€, когда удлинение времени возврата прибора со схемой защиты не имеет негативных последствий дл€ функционировани€ устройства в целом.

–езисторы. ѕараллельное с индуктивной обмоткой включение резистора сопротивлением RP (таблица 4.2, столбец 3) €вл€етс€ лишь условно возможной схемой защиты. ƒл€ снижени€ перенапр€же≠ни€ при отключении оно должно быть не слишком большим, с другой стороны, дл€ ограничени€ длительности процесса отклю≠чени€ и сохранени€ тока потерь Iv = Un/Rp в приемлемых грани≠цах, не слишком малым. ќно выбираетс€ в пределах Rр=(2...3) Rs и рассчитываетс€ по току потерь. ѕараллельные сопротивлени€ используютс€ в схемах обмоток двигателей. ƒл€ схем защиты от помех их нельз€ рекомендовать к применению.

–езисторы с диодами. ћожно получить улучшенные свойства, если последовательно с Rp включить диод (таблица 4.2, столбец 4). ѕри включенной катушке в этом случае без учета обратного тока диода, который пренебрежимо мал, через Rp не протекает никако≠го тока. —ледовательно, источник напр€жени€ дополнительно не нагружаетс€, исключаетс€ дополнительное выделение тепла и Rp термически нагружаетс€ меньше. ¬ыбор диода производитс€, как в столбце 2 таблица 4.2. «десь также необходимо следить за правиль≠ной пол€рностью.

¬аристоры. ¬аристоры (таблица 4.2, столбец 5) €вл€ютс€ сопро≠тивлени€ми, завис€щими от напр€жени€ с симметричной, сильно нелинейной вольтамперной характеристикой (рисунок 4.5). ќна опи≠сываетс€ уравнением

(4.2)

где - константа, а - показатель степени, характеризующий нелинейность вольтамперной характеристики. «начени€ лежат при обычных варисторах из карбида кремни€ в области от 3 до 5, а при металлоксидных варисторах на базе оксида цинка - в области от 20 до 30. ѕоследние, вследствие того, что они имеют очень короткое врем€ срабатывани€ (20Ч50 нc), очень хорошо подход€т в качестве элементов ограничени€ перенапр€жений. ѕри отключении катушки они обеспе≠чивают при сравнимых перенапр€жени€х меньшее врем€ t0, чем описанные до этого варианты схем.

¬ыбор подход€щего металлоксидного варистора осуществл€ет≠с€ с учетом следующих обсто€тельств.

¬о-первых, с учетом наибольшего рабочего напр€жени€ варис≠тора (рис. 4.5). ќно выбираетс€ с учетом допуска ΔUn положи≠тельного отклонени€ рабочего напр€жени€ прибора :

, (4.3)

 

где - наибольшее рабочее напр€жение (наивысшее длительно допустимое по≠сто€нное напр€жению, которое может быть приложено к варистору);

- наи≠большее переменное рабочее напр€жение (эффективное значение наибольшего синусоидального напр€жени€ 50 или 60 √ц, которое может быть длительно прило≠жено к варистору).

¬о-вторых, необходимо учитывать максимально допустимую мощность потерь варистора . ќна определ€етс€ согласно со≠отношению

, (4.4)

 

где z - число отключений в единицу времени.

ѕо согласно (4.3) и соответственно (4.4) первона≠чально устанавливаетс€ тип варистора. ¬озникающее при отклю≠чении перенапр€жение можно простым способом получить из вольтамперной характеристики (рис. 4.5).

¬- третьих, нужно убедитьс€, что максимально допустимый отводимый импульсный ток выбранного варистора не превышаетс€, то есть обеспечиваетс€ выполнение услови€

,

где Ч максимально допустима€ амплитуда стандартного импульса 8/20 мкс.

Ќоминальные отводимые металлоксидными варисторами токи (импульс 8/20 мкс) в зависимости от диаметра варистора и числа коммутаций приведены в таблице 4.3.

“аблица 4.3 Ц Ќоминальный отводимый импульсный ток iin металлоксидных варисторов дл€ различного числа m коммуникаций

ƒиаметр     Ќоминальный отводимый импульсный ток iin дл€ различного числа коммутаций m
варис-   Uhd, ¬
      10∞, ј 102, ј 104, ј 106, ј
             
             
             
             
             
             
             
             

“аким образом, варистор диаметром 5 мм переносит в целом 106 стандартных импульсов амплитудой 10 ј. ƒл€ случа€, когда длительность импульса > 20 мкс, допустима€ амплитуда импульса уменьшаетс€. Ёто предусматриваетс€ понижающим коэффициен≠том RF, который может быть получен в зависимости от длитель≠ности импульса т, рисунок 4.7. Ќапример, дл€ т = 5 мс при m = 10б срабатываний получаем коэффициенты RF = 0,06. ƒл€ упом€ну≠того 5-мм варистора выполн€етс€ соотношение

. (4.5)

Ёто означает, что выбранный варистор применим, когда номи≠нальный ток In, протекающий через варистор, < 0,6 ј. ≈сли это не так, то должен быть выбран варистор с большей нагрузочной спо≠собностью и диаметром.

¬еличина т может быть оценена при помощи соотношени€

, (4.6)

где - перенапр€жение при отключении катушки, полученное с помощью рисунок 4.6. ”равнение (4.6) получаетс€ путем упрощени€ данного в таблице 4.2, столбец 4, соотношени€ дл€ .

Z-диоды. Z-диоды (диоды «енера) имеют асимметричную вольтамперную характеристику (рисунок 4.8, а)). „тобы при включен≠ном приборе через помехозащищающую цепь не протекал ток, включаетс€ встречно диод D (таблица 4.2, столбец 6). ¬еличина требуемого Uz Z-диода (рисунок 4.8, а)) определ€етс€ по одной из пар величин: uSmax /Un; to/3Ts. ќбычно она выбираетс€ в показанных на рисунок 4.8, б) границах Uz = (1,5...2,5) Un.  ак правило, Z-диод должен быть способен кратковременно проводить ток Iѕ защища≠емого прибора, т.е. выбран по

(4.7)

и должен быть выбран по рассеиваемой энергии.

. (4.8)

ќпределение параметров диода производитс€, как указано в столбце 1 таблицы 4.2.

Z-диоды, хот€ и имеют малое врем€ срабатывани€ и обеспечи≠вают эффективное ограничение перенапр€жений при отключе≠нии, €вл€ютс€ сравнительно дорогими. »х нагрузочна€ способ≠ность по импульсному току и возможность поглощени€ энергии, так же как и величина Uz, ограничены, так что речь о них может быть только в небольших, управл€емых полупроводниковыми схе≠мами приборах, с низкими номинальными напр€жени€ми, Un < (0,4...0,8) Uz. Ћучшими свойствами в этом отношении обладают специально разработанные дл€ отвода переходных перенапр€же≠ний “AZ - диоды (переходные поглощающие стабилитроны).

RC - цепочки. ќчень хорошими свойствами по ограничению пе≠ренапр€жений при отключении, снижению производных напр€≠жени€, так же как дл€ обеспечени€ малого времени срабатывани€ обладают соответствующим образом подобранные R— - цепочки. ¬ простейшем случае они состо€т из резистора и конденсатора , расположенные параллельно катушке индуктивности (таблица 4.2, столбец 6). ѕри включении быстро (посто€нна€ вре≠мени зар€да ) зар€жаетс€ до номинального напр€жени€ . ѕосле этого через цепь помехоподавлени€ течет лишь ток утечки конденсатора, которым можно пренебречь.

RC - цепочка рассчитываетс€ так, что в ней после отключени€ происходит затухающий колебательный разр€д. —уществуют сле≠дующие правила расчета:

, (4.9)

причем, однако, нельз€ переходить за нижнее граничное сопро≠тивление Rp = Us/Ie.rul, чтобы при включении не произошло сва≠ривани€ контактов выключател€ и

. (4.10)

÷епь помехозащиты должна кратковременно проводить ток In, а конденсатор должен быть рассчитан на 2-3 - кратное номиналь≠ное напр€жение. ѕоскольку в процессе разр€да мен€етс€ направ≠ление тока, то используютс€, как правило, только металлобумажные конденсаторы.

RCD - цепочки. ≈ще одна помехозащитна€ комбинаци€, состо€ща€ из последовательности диод - конденсатор - резистор, представлена в столбце 7 таблицы 4.2.  онденсатор после отключени€ обмотки возбуждени€ зар€жаетс€ до момента . —мена направлени€ тока через диод невозможна. разр€жаетс€ через R≈. ѕоскольку не возникает низкочастотных колебаний, этот вариант схемы специально подходит дл€ выключателей. ”стран€етс€ повторное вт€гивание €кор€. ќсновы расчета R—D-цепочки состо€т в следующем.

ƒиод выбираетс€ согласно таблице 4.2, столбец 2, емкость конденсатора рассчитываетс€ по формуле

(4.11)

Ќапр€жение на конденсаторе

; (4.12)

—опротивление

, (4.13)

где - врем€ паузы между двум€ отключени€ми.

–екомендации по применению. ≈сли сравнить отдельные защит≠ные схемы согласно данным в разделе 4.3 критери€м оценки, можно дать следующие рекомендации:

Ј если замедление времени возврата не играет роли, удобна диодна€ схема (таблица 4.2, столбец 2);

Ј если врем€ реакции защищаемого прибора должно по возможности не измен€тьс€, преимущество имеют комбинации с металлоксидными варисторами (таблица 4.2, столбец 5) или RC-цепочки (таблица 4.2, столбцы 7 и 8);

Ј дл€ небольших приборов пригодны Z-диоды или TAZ-диодные схемы (таблица 4.2, столбец 6);

Ј резисторы (таблица 4.2, столбец 3) не год€тс€ в качестве защиты от помех.

4.4 —хемы защиты от помех дл€ устройств переменного тока

 

ѕри отключении обмотки переменного тока нужно различать два граничных случа€: разрыв цепи тока в момент перехода тока через нуль и в момент достижени€ максимального значени€ 21/2 IH (IH - действующее значение установившегос€ тока). ¬торой случай представл€ет наихудшие соотношени€ при отключении дл€ цепи переменного тока. ѕри этом, как и в цеп€х посто€нного тока, могут возникнуть высокие перенапр€жени€ при отключе≠нии. ¬ дальнейшем будет рассматриватьс€ исключительно этот случай и он будет положен в основу определени€ параметров защитных схем. ¬озможные схемы помехозащитны в однофазных приборах переменного тока показаны в таблица 4.4.

–езисторы. ѕростейший, однако, дл€ эффективной защиты от помех не слишком подход€щий вариант схемы Ц это активное сопротивление параллельно индуктивности (табл. 6.4, столбец 2). ќн используетс€ только в отдельных случа€х, в качестве временной меры. —опротивление выбираетс€ в границах

(4.14)

и рассчитываетс€ по длительному току .

¬ариcторы. Ѕолее подход€щими, чем резисторы, €вл€ютс€ варисторы (таблица 4.4, столбец 3), особенно металлоксидные. ѕере≠напр€жение при отключении удаетс€ при этом ограничить на за≠щитном уровне - примерно 2-3 номинальных напр€жени€ при≠бора. ¬ыбор подход€щего металлоксидного варистора осуществ≠л€етс€ аналогично разделу 4.3, при этом определ€етс€ наибольшее рабочее переменное напр€жение варистора (рисунок 4.5) при учете возможного положительного отклонени€ дельтаUn от номинального напр€жени€

(4.15)

и рассчитываетс€ максимально допустима€ мощность потерь

. (4.16)

ѕо (4.15) и (4.16) предварительно выбираетс€ соот≠ветствующий тип варистора. ќжидаемое при отключении пере≠напр€жение может быть получено из вольтамперной харак≠теристики дл€ (рисунок 4.6).

“аким же образом, как и в разделе 4.3, нужно проверить, не превышаетс€ ли максимально допустимый импульсный ток выб≠ранного варистора, то есть, насколько обеспечиваетс€ условие:

, (4.17)

«начени€ и могут быть вз€ты из таблицы 4.3 и рисунка 4.7. Ќеобходима€ дл€ определени€ длительность импульса может быть оценена по соотношению

. (4.18)

”равнение (4.18) соответствует упрощенному, данному в таблице 4.2, столбец 3, выражению дл€ .

Z-диоды и супрессор - диоды. ќчень хорошими свойствами обла≠дают схемы защиты от помех из двух включенных встречно Z - диодов или двустороннего TAZ-диода (таблица 4.4, столбец 4). TAZ - диоды выполнены специально дл€ ограничени€ переходных перенапр€жений и по сравнению с нормальными Z - диодами обладают повышенной стойкостью к импульсному току. ѕреимущество схемы с Z-диодами состоит в том, что они при сильном ограничении перенапр€жений практически не вли€ют на врем€ возврата защищаемого прибора. ќднако их цена высока.  роме того, они не применимы дл€ больших токов и напр€жений, и поэтому используютс€ в маленьких приборах.

ќпределение параметров Z-диодов и cynpecc-диодов. Ќапр€жение (рисунок 4.8,а) выбираетс€ согласно соотношению

. (4.19)

“ребуема€ нагрузочна€ способность определ€етс€ с помощью уравнени€

, (4.20)

(обозначени€ смотри в таблице 4.4).

¬ заключение, как и при металлоксидных варисторах, провер€≠етс€, не превышаетс€ ли нагрузочна€ способность выбранных по (4.19) и (4.20) диодов соотношение

, (4.21)

где - максимально допустима€ амплитуда тока при определенном импульс≠ном токе; - понижающий коэффициент, предусматривающий другую дли≠тельность импульса.

“аблица 4.4 Ц ќбзор свойства важнейших схем помехозащиты дл€ приборов

переменного тока (внутри табл. 6 означает 4)

 

 

 

—еленовые ограничители перенапр€жений. —еленовые ограничи≠тели перенапр€жений Ч это селеновые выпр€мители с особо кру≠той характеристикой запирани€, которые могут кратковременно нагружатьс€ в пр€мом и обратном направлени€х очень высокими плотност€ми тока (до 5 ј/см2). ѕри встречном включении двух пластин они имеют такие же свойства, как и варисторы или TAZ-диоды. ќни, однако, занимают больше места и поэтому преиму≠щественно примен€ютс€ в больших установках.

“ребуемое дл€ каждого направлени€ число n пластин получаетс€ из номинального напр€жени€ прибора

, (4.22)

где ~ (25...50) ¬ - действующее значение напр€жени€ одной пластины.

“ребуема€ площадь пластины вычисл€етс€, как

, (4.23)

где - импульсный ток через ограничитель и ј/см2 - допустима€ плотность импульсного тока.

–исунок 4.7 Ц  оэффициент уменьшени€ дл€ длительности
импульса mc

–исунок 4.8 Ц ’арактеристики Z Ц диодов:

а) Ц ¬ольтамперна€ характеристика;

б) Ц согласно таблице 4.2, столбец 6

 

–исунок 4.9 Ц RC - схемы со вспомогательным выпр€мителем:

а) Ц с разр€дным резистором;

б) Ц с варистором в качестве разр€дного сопротивлени€.

R—-цепочки. ѕри переменном токе простые RC - цепочки (таблица 4.4, столбец 6) обладают хорошими свойствами ограничи≠вать перенапр€жени€ при отключении и обеспечивать короткое времен€ возврата, св€занное с уменьшением производной напр€жени€. –асчет их параметров производитс€ так, чтобы при отключении возникало затухающее колебание. Ёто обеспечиваетс€ при

; однако , (4.24)

чтобы избежать сваривани€ контактов выключател€, и

. (4.25)

—опротивление должно выдерживать длительный ток по≠терь

, (4.26)

а емкость выдерживать напр€жение, в 2 Ц 3 раза превышающее номинальное напр€жение .

ƒлительный ток через R— - цепочку будет предотвращен, если дополнительно используетс€ вспомогательный выпр€митель (рисунок 4.9).

–екомендации по применению. ƒл€ практического применени€ средств защиты от помех дл€ приборов переменного тока на осно≠ве введенных в разделе 4.2 критериев можно дать следующие реко≠мендации.

R— - цепочки (таблица 4.4, столбец 6) €вл€ютс€ очень выигрыш≠ными, особенно дл€ приборов 220 и 380 ¬. ќни приемлемы по цене, занимают не слишком много места, одновременно компен≠сируют реактивный ток и гарантируют врем€ возврата прибора такое же, как при отсутствии схемы защиты, даже в наиболее не≠благопри€тный момент включени€ при хорошем ограничении перенапр€жени€.

ћеталлоксидные варисторы имеют такие же хорошие свойства (таблица 4.4, столбец 3). ƒл€ защиты выключателей существуют осо≠бо компактные варисторы. —еленовые ограничители перенапр€жений (таблица 4.4, столбец 5) пригодны дл€ больших приборов. ƒвусторонние Z-диодные схемы (таблица 4.4, столбец 4), разработаны специально дл€ малых и очень малых устройств.

–езисторы (таблица 4.4, столбец 2) не пригодны в качестве защиты от помех приборов переменного тока.

4.5 —хемы защиты от помех дл€ трехфазных установок

 

ƒл€ трехфазных магнитов и других установок, таких, как за≠жимные приспособлени€, тормоза, трехфазные асинхронные дви≠гатели и т.д. могут быть использованы похожие схемы ограниче≠ни€ перенапр€жений, как и в однофазных устройствах; их расчет ведетс€ аналогично описанному в разделе 4.4.

ќчень выгодными также €вл€ютс€ элементы, имеющие сильно нелинейные вольтамперные характеристики, то есть схемы с металлоксидными варисторами (рисунок 4.10, а) или с Z-диодами, а также TAZ - диодами и с селеновыми ќѕ (рисунок 4.10, в). “ок утечки во всех трех случа€х пренебрежимо мал.

 

–исунок 4.10 Ц —хемы защиты от помех трехфазных приборов:

а) - варисторы;

б) - Z-диоды или селеновые диоды;

в) - двусторонние TAZ-диоды или селеновые ограничители,

г) - RC-звень€;

д) - RC-звень€ со вспомогательным выпр€мителем так≠же и R—-цепочки, соединенные в треугольник (рисунок 4.10, (3) или звезду, присоедин€емые к выводам трехфазного прибора. ќсобое преимущество R—-схем состоит в том, что они снижают как амп≠литуду, так и производную перенапр€жени€ при отключении.

—хожие подобно симметричным R— - схемам свойства имеют за≠щитные схемы, состо€щие из RC-звена и вспомогательного вып≠р€мительного моста (рисунок 4.10, д). —тационарные потери мощнос≠ти здесь устран€ютс€ практически полностью. —хемы защиты от помех такого рода предпочтительны дл€ устройств большой мощ≠ности.  ак правило, конденсатор дополн€етс€ резистором или варистором Re, и включенным параллельно дл€ подавлени€ очень высокочастотных составл€ющих перенапр€жени€ небольшим, имеющим крайне малую индуктивность конденсатором —.

 

4.6 —хемы защиты от помех дл€ люминесцентных ламп

Ћюминесцентные лампы низкого давлени€ (рисунок 4.11), очень часто устанавливаемые в качестве рабочего освещени€ в непосредственной близости от электронных установок, часто выступают в качестве непри€тных источников помех как при включении, так и при их отключении. ¬ особенности следует ожидать интенсивные помехи при отключении в неудачный момент (прерывание в мо≠мент максимума тока, рисунок 4.12, а и таблица 4.5).

–исунок 4.11 Ц ÷епь тока люминесцентной лампы

- емкость помехоподавл€ющего звена ≈ (ћЅ-конденсатор 0,47 мк‘, 630 ¬; Ч емкость помехоподавлени€ на стартере; D - дроссель предварительного включени€, ≈ - помехоподавл€ющее устройство; L - люминесцентна€ лампа; L0 - индуктивность дроссел€ D, - активное сопротивление устройства ≈; (проволочный резистор 470 ќм, 250 I), 4 ¬т, 5%); - выключатель; - стартер

 

–исунок 4.12 Ц ѕроцесс отключени€ люминесцентной лампы мощностью 40 ¬т:

а) - некомпенсированный, помехи не подавл€ютс€;

б) - помехи подавлены согласно рисунок 4.11

ѕри этом может быть полезной, как и при электромагнитных приборах, защитна€ R— - комбинаци€, установленна€ в непосредственной близости от лампы. ѕомехи в этом случае могут быть снижены до приемле≠мого уровн€ (рисунок 4.12,б и таблица 6.5). ¬озможно также примене≠ние варисторов из металлоксида (таблица 6.2, столбец 5).

“аблица 4.5 Ц ѕараметры процесса отключени€ люминесцентной лампы мощностью 40 ¬т

Ћюминесцентна€ лампа низкого давлени€ LS 40 , ¬ , к√ц ¬/мкс
Ќекомпенсированна€, помехи не подавл€ютс€       100Е500 к√ц с наложением частот до 10 ћ√ц
—о схемой защиты по рисунку 4.11   0,77 0,2 - -

 

ѕодавление помех





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2016-11-23; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1893 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ћюди избавились бы от половины своих непри€тностей, если бы договорились о значении слов. © –ене ƒекарт
==> читать все изречени€...

2139 - | 1937 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.14 с.