При включении прибора емкость заряжается через сопротивление (внут­реннее сопротивление источника напряже­ния и сопротивление линии) и индуктив­ность . При идеально быстро включаю­щемся выключателе в контуре развива­ется электрический колебательный затухающий процесс, который в основном определяется параметрами и Он про­текает с частотой (рис. 10.37) и максимальным напряжением на катушке индуктивности.

Напряжение может лежать между 300 В и несколькими киловольтами, ско­рости изменения напряжения — от 1 до 1000 В/мкс, общая длительность процесса лежит в микросекундной области, а час­тота — в границах от 10⁶ до 10⁸ Гц.

Образование помех затрудняется тем, что для срабатывания реального выключа­теля требуется конечное время.

Например, для тиристора оно образуется из времени, которое необходимо, чтобы заполнить достаточно большие зоны полу­проводникового материала носителями заряда, а для выключателей с подвижными контактами, включающими напряжение, равное или более 300 В, из времени, за кото­рое образуется проводимость искрового разряда.

Рис. 10.36. Модель взаимодействия цепи, содержащей индуктивный элемент, с логической цепью системы автоматизированного и автоматического управления технологическим устройством

Рис. 10.37. Типичная форма импульса напряже­ния на катушке при включении

Типичные времена срабатывания мощных тиристоров (0,2—4 кВ) от 5 до 200 мкс, реле и герконов — примерно 3 нс.

Процесс включения контактных уст­ройств вследствие явлений вибрации и дру­гих физических процессов состоит из ряда следующих друг за другом циклов замыка­ния и размыкания. Поэтому в течение включения возникают несколько изобра­женных на рис. 10.37 затухающих процес­сов, типичных для процессов отключения (см. ниже). Таким образом, в целом каждый процесс включения электромагнитного устройства необходимо оценивать как потенциальную причину помехи.

При отключении электромагнитного устройства, т.е. при внезапном прерыва­нии стационарного тока возбуждения в колебательном контуре, образованном , и также происходит электрический колебательный затухающий процесс, при котором запасенная к моменту отключения в и энергия в превращается в тепло. Если опять предположить наличие в цепи тока быстрого, почти идеального выключа­теля, то этот затухающий процесс проте­кает либо колебательно с частотой (рис. 10.38, а) или аперио­дически затухая (рис. 10.38, б). Вид импульса напряжения на катушке , при­веденный на рис. 10.38, а типичен для уст­ройств с магнитопроводом, набранным из отдельных пластин, а вид на рис. 10.38, б - для устройств с массивным магнитопроводом. Сильно затухающий процесс на рис. 10.38, б можно объяснить влиянием сопротивления потерь в стали массив­ного магнитопровода.

Без специальных мер затухающие про­цессы в обоих случаях сопровождаются высокими перенапряжениями и боль­шими скоростями изменения напряжения .

---

Рис. 10.38. Типичные импульсы напряжения на катушке при отключении тока идеальным выключателем:

а – наборный магнитопровод; б – массивный магнитопровод

Максимальное, теоретически возможное, перенапряжение на катушке может быть оценено, исходя из баланса энергии

, (10.1)

а максимально возможное значение произ­водной по времени , - исходя из описывающего затухающий процесс дифференциального уравнения. Если поло­жить в основу практически всегда выпол­няющееся условие и пренеб­речь влиянием , можно получить в итоге для обоих величин, простые соотношения:

Параметр… ~

Формула… ~ ~ ~ .

Теоретическое значение , однако, не достигается, поскольку:

• часть запасенной к моменту отключения в энергии при перезарядке превращается в тепло в сопротивлении обмотки ;

• вихревые токи и потери на гистере­зис также поглощают часть энергии , особенно при массивном магнитопроводе;

• при отключении контактным отключа­ющим устройством между контактами, как правило, начинается разрядный процесс, который также поглощает часть энергии .

Рис. 10.39. Процесс отключения с щеточным явле­нием

Параметры , имеют следующие воздействия:

• изоляция обмоток электромагнитного Устройства подвергается перенапряже­ниям, так как ;

• в выключателях в зависимости от возможного значения тока возникают тлеющие, искровые или дуговые разряды между контактами. Из-за этого, в частности, контакт- промежуток в течение времени отклю­чения многократно размыкается и замыка­ется. Это ведет к известным явлениям на графике напряжения катушки (рис. 10.39). Частота, сопровождающая щеточные явле­ния, лежит в области 10⁴-10⁷ Гц. Таким образом, явления разряда, с одной стороны, являются источником интенсивных ВЧ- помех, а с другой, особенно в цепях посто­янного тока с большими индуктивностями, причиной сильного износа контактов;

• в расположенных рядом цепях РЗА возникают кратковременные помехи, либо нарушается работа логических элементов, если наведенное через С₁₃, С₁₄, С₂₃, С₂₄ и М напряжение помехи (рис. 10.38, б) либо энергия помехи через излучение пре­вышают порог помехоустойчивости.

В цепях электромагнитных устройств, содержащих индуктивный элемент, всегда требуются меры для подавления ожидаемых перенапряжений при отключениях. Это уда­ется осуществить схемными комбинациями из пассивных или активных элементов. Их структурирование, значение и расположе­ние зависят от того, с какой целью должны быть реализованы схемные мероприятия (табл. 10.7). В дальнейшем будут рассматри­ваться исключительно схемы зашиты от помех.

Таблица 10.7. Схемные мероприятия в цепях электромагнитных приборов, содержащих индуктивные элементы

Схемные мероприятия	Цели	Расположение элементов защиты
Схема защиты обмоток возбудителей	Защита изоляции от перенапряжений	Параллельно катушке индуктивности
Схемы защиты от радиопомех и защиты контактов	Подавление тлеющих, дуговых, искровых разрядов между контактными элементами во избежание ВЧ-колебаний и для уменьшения обгорания контактов	Устройства защиты от радиопомех – параллельно контактом, чтобы исключить влияние индуктивности проводов. Устройства защиты контактов (преимущественно -звенья) параллельно катушке индуктивности
Схемы защиты полупроводниковых участков включения	Защита полупроводниковых элементов от перенапряжений	Параллельно участку включения тиристоров. Параллельно нагрузке, если между катушкой и транзистором нет длинных соединительных проводов
Схема защиты от помех	Возможное снижение и , чтобы избежать функциональных помех в соседних электронных системах или предотвратить разрушение логических элементов	По возможности непосредственно на катушке индуктивности

---

10.8.2. Критерии оценки схем защиты от помех

Для устройств на постоянном и пере­менном токе существует большое число возможных вариантов схем защиты (см. табл. 10.8 и 10.10, рис. 10.44 и 10.45). Воп­рос о возможности их применения в конк­ретных случаях решают с учетом следую­щих факторов (перечисление без учета важности):

• время срабатывания;

• нагрузочная способность по импуль­сному току и способность к поглощению энергии;

• эффективность ограничения и и ;

• вид напряжения на катушке и тока возбуждения после отключения (колеба­тельный или апериодический);

• нагрузка выключателя по току при включении;

• стационарный ток потерь;

• влияние времени задержки защищае­мого прибора;

• влияние надежности системы в целом;

• характеристика старения (дрейф параметров);

• характеристика поведения при ава­рии (КЗ или обрыв с вытекающими отсюда последствиями);

• степень сложности правильного определения параметров.

Подходящей должна считаться схема защиты, которая:

• имеет приемлемые экономические показатели;

• при экономном исполнении позво­ляет производить достаточное подавление перенапряжений по возможности непо­средственно на катушке индуктивности;

• характеризуется очень малым време­нем срабатывания;

• по возможности не вызывает стацио­нарных потерь энергии;

• не ухудшает общей надежности сис­темы;

• по минимуму изменяет время сраба­тывания устройства;

• может рассчитываться по простым формулам.

10.8.3. Схемы защиты от помех для устройств постоянного тока

В табл. 10.8 приведен обзор важнейших свойств схем защиты, которые могут при­меняться в приборах постоянного тока.

В табл. 10.8 приняты следующие обоз­начения:

- действующее сопротивление, индуктивность, емкость и постоянная времени обмотки возбуждения;

- номинальные ток и напря­жение обмотки;

- допустимый ток включения выключателя;

- ток пропускания диода;

- ток потерь;

- максимально допустимый ток;

- металлооксидный варистор;

- максимально допустимая мощ­ность потерь;

- разрядное сопротивление;

- время запирания диода;

- номинальное напряжение кон­денсатора;

- наибольшее рабочее напряже­ние варистора (см. рис. 10.5);

- напряжение запирания диода;

- напряжение (см. рис. 10.42, а);

- число отключений за единицу вре­мени;

- постоянная варистора.

Далее остановимся на характеристиках некоторых защитных элементов.

Диоды. Самое радикальное подавление перенапряжений при отключении осущест­вляется чисто диодной схемой (см. табл. 10.8, столбец 2). Поскольку скорость включения диода существенно выше, чем у коммутационного устройства, на катушке при отключении не возникает перенапря­жений.

Напряжение запирания диода выбирается и ток . Время должно быть восстановления запирания, меньше 100 не, чтобы вибрационные про­цессы на контактах выключателя не разру­шили диод. При подключении нужно обра­щать внимание на правильную полярность. В приборах с якорем время срабатывания за счет схемы защиты не изменяется, тогда как время возврата по сравнению с прибо­ром без такой схемы увеличивается в 10 - 20 раз. Это свойство может успешно использоваться, когда, например, нужно прекратить перерывы напряжения в тече­ние нескольких миллисекунд. В целом дио­дные схемы при малых размерах и пренебрежимом токе потерь имеют очень хорошее помехозащитное действие. Они использу­ются, когда удлинение времени возврата прибора со схемой защиты не имеет нега­тивных последствий для функционирова­ния устройства в целом.

---

Резисторы. Параллельное с индуктив­ной обмоткой включение резистора сопро­тивлением (см. табл. 10.8, столбец 3) является лишь условно возможной схемой защиты. Для снижения перенапряжения при отключении оно должно быть не слиш­ком большим, с другой стороны, для огра­ничения длительности процесса отключе­ния и сохранения тока потерь в приемлемых границах, не слишком малым. Оно выбирается в пределах и рассчитывается по току потерь. Параллель­ные сопротивления используются в схемах обмоток двигателей. Для схем защиты от помех их нельзя рекомендовать к примене­нию.

Резисторы с диодами. Можно получить улучшенные свойства, если последова­тельно с включить диод (см. табл. 10.8, столбец 4). При включенной катушке в этом случае без учета обратного тока диода, кото­рый пренебрежимо мал, через не проте­кает никакого тока. Следовательно, источ­ник напряжения дополнительно не нагру­жается, исключается дополнительное выде­ление тепла и резистор термически нагружается меньше. Выбор диода производится, как показано в столбце 2 в табл. 10.8. Здесь также необходимо следить за пра­вильной полярностью.

Варисторы. Варисторы (см. табл. 10.8, столбец 5) являются сопротивлениями, зави­сящими от напряжения с симметричной, сильно нелинейной вольт-амперной харак­теристикой. Она описывается уравнением

,

где - константа; - показатель степени, характеризующий нелинейность вольт-амперной характеристики. При обычных варисторах из карбида кремния значения а лежат в области от 3 до 5, а при металлооксидных варисторах на базе оксида цинка - в области от 20 до 30. Последние вследствие того, что они имеют очень короткое время срабатывания (20-50 нс), очень хорошо подходят в качестве элемен­тов ограничения перенапряжений. При отк­лючении катушки они обеспечивают при сравнимых перенапряжениях мень­шее время , чем описанные до этого вари­анты схем.

Выбор подходящего металлооксидного варистора осуществляется с учетом следу­ющих обстоятельств:

с учетом наибольшего рабочего напряже­ния варистора . Оно выбирается с учетом допуска положительного отклонения номинального напряжения прибора :

, (10.3)

где - наибольшее рабочее напряже­ние (наивысшее длительно допустимое постоянное напряжение, которое может быть приложено к варистору); - номинальное напряжение варистора;

с учетом максимально допустимой мощности потерь варистора определяется согласно соотношению

, (10.4)

где - число отключении в единицу вре­мени.

По согласно (10.3) и соот­ветственно (10.4) первоначально устанав­ливается тип варистора. Возникающее при отключении перенапряжение можно прос­тым способом получить из вольт-амперной характеристики (рис. 10.40).

В-третьих, нужно убедиться, что макси­мально допустимый отводимый импуль­сный ток выбранного варистора не превы­шается, т.е. обеспечивается выполнение условия

---

, (10.5)

где - максимально допустимая амп­литуда стандартного импульса 8/20 мкс.

Номинальные отводимые металлооксидными варисторами токи (импульс 8/20 мкс) в зависимости от диаметра варис­тора и числа коммутаций приведены в табл. 10.9.

Рис. 10.40. Вольт-амперная характеристике варистора в логарифмическом масштабе

Таблица 10.9. Номинальный отводимый импульсный ток металлооксидных варисторов для различного числа коммутаций

Диаметр варистора, мм	, В	, В	Номинальный отводимый импульсный ток , А, для различного числа коммутаций
			1	10	104	106
5	95	125	200	50	20	10
7	95	125	500	125	50	25
10	95	125	500	125	50	25
10	95	125	1000	250	100	50
14	95	125	1000	250	75	25
14	95	125	2000	500	175	50
20	95	125	4000	1000	200	50
30	250	320	10000	2000	250	60

Таким образом, варистор диаметром 5 мм переносит в целом 10⁶ стандартных импульсов амплитудой 10 А. Для случая, когда длительность импульса более 20 мкс, допустимая амплитуда импульса уменьша­ется. Это предусматривается понижающим коэффициентом который может быть получен в зависимости от длительности импульса (рис. 10.41). Например, для мс при срабатываний полу­чаем коэффициент . Для упомяну­того варистора выполняется соотношение

,

Это означает, что выбранный варистор применим, когда номинальный ток , протекающий через варистор, меньше или равен 0,6 А. Если это не так, то должен быть выбран варистор с большей нагрузоч­ной способностью и диаметром.

Рис. 10.41. Коэффициент уменьшения для длительности импульса мкс

Величина может быть оценена при помощи соотношения

, (10.6)

где - перенапряжение при отключе­нии катушки (см. рис. 10.40). Уравнение (10.6) получается путем упрощения дан­ного в табл. 10.9, столбец 4 соотношения для

Z-диоды. -диоды (диоды Зенера) имеют асимметричную вольт-амперную характе­ристику (рис. 10.42, а). Чтобы при включен­ном приборе через помехозащищающую цепь не протекало тока, включается встречно диод D (см. табл. 10.8, столбец 6). Требуемое значение - диода (рис. 10,42, а) опреде­ляется по одной из пар величин: ; . Обычно она выбирается в пределах (рис. 10.42, б). Как пра­вило, - диод должен быть способен кратков­ременно проводить ток защищаемого прибора, т.е.

(10.7)

и должен быть выбран по рассеиваемой энергии

(10.8)

а) б)

Рис. 10.42. Характеристики - диодов

а – вольт-амперная характеристика; б - согласно табл. 10.8, столбец 6

Определение параметров диода произ­водится, как указано в столбце 2 табл. 10.8.

Z-диоды, хотя и имеют малое время сра­батывания и обеспечивают эффективное ограничение перенапряжений при отключе­нии, являются сравнительно дорогими. Их нагрузочная способность по импульсному току и возможность поглощения энергии, так же как и , ограничены, так что они могут использоваться только в небольших, управляемых полупроводниковыми схе­мами приборах, с низкими номинальными напряжениями . Луч­шими свойствами в этом отношении обла­дают специально разработанные для отвода переходных перенапряжений -диоды (переходные поглощающие стабилитроны).

---

Смотрите также файлы

• Санитарлы-қорғаныс аймақты анықтау және зиянды қоспалардың атмосферада сейілуін есептеу.docx

• шпоры саясаттану.docx

• все формулы вышмат.doc

• Алгебра 1 семестр.pdf

• ЭОиУП A416 5В070200 каз Тузелбаев.pdf