Размыкатель цепи с током

Размыкатель цепи: защита от превышения тока

Размыкатель цепи-01

Размыкатель цепи защищает чувствительную нагрузку от протекания чрезмерного тока, отключая источник питания, когда ток достигает заданного уровня.

Простой размыкатель цепи с автоматической задержкой восстановления

Простейшим размыкателем цепи является плавкий предохранитель, но сгоревшие предохранители требуют физической замены. Электронный размыкатель цепи обеспечивает ту же степень защиты цепи, что и плавкий предохранитель, но без проблем одноразового использования.

Тем не менее, электронный размыкатель цепи с фиксированным порогом тока отключения, хотя и эффективный как средство защиты, может стать источником неприятностей, если будет отключаться из-за кратковременных бросков тока, даже если он имеет функцию самовосстановления.

Один из способов минимизации нежелательных срабатываний заключается в использовании имитации медленно перегорающего (тугоплавкого) предохранителя, что в течение коротких промежутков времени обеспечивает прохождение токов относительно высоких уровней без срабатывания размыкателя. В идеале, порог срабатывания размыкателя должен быть функцией общей проходящей энергии, а не только тока. В этой статье описывается электронный размыкатель цепи, сочетающий измерение тока с временной задержкой. Такой размыкатель защищает чувствительные цепи и, в то же время, минимизирует нежелательные срабатывания.

Размыкатель цепи — более высокие токи для более коротких интервалов времени

Размыкатель цепи-1

Схема на Рисунке 1 состоит из трех отдельных частей: размыкателя цепи, измерителя тока и таймера. Функция разрыва цепи может выполняться любыми типами реле с электронным управлением или твердотельных переключателей, правильно подобранными для соответствия номинальному току и напряжению защищаемой нагрузки.

Измерение тока выполняется токоизмерительным усилителем LT6108-2 со встроенным компаратором. LT6108-2 преобразует падение напряжения на измерительном резисторе, имеющем небольшое сопротивление, в привязанное к земле выходное напряжение, прямо пропорциональное току нагрузки. Порог срабатывания задается путем масштабирования выходного напряжения через резистивный делитель и подачи результата на встроенный компаратор с прецизионным опорным напряжением 400 мВ. Когда ток нагрузки превышает порог, состояние компаратора изменяется.

Для предотвращения нежелательных отключений из-за кратковременных выбросов между выходом компаратора и размыкателем цепи добавлен таймер задержки LTC6994-2 семейства Timerblox. При срабатывании компаратора спадающий фронт его выходного сигнала запускает таймер, формирующий временную задержку переменной длительности, который, если разрешено завершение, дает команду на срабатывание размыкателя. Если длительность переходного процесса меньше задержки, в схеме ничего не происходит.

Управляемое током время задержки

LTC6994-2 формирует задержку относительно фронта импульса, приходящего на вывод IN, длительностью от 1 мкс до 33 с. Время задержки управляется током, вытекающим из вывода SET, который программирует частоту внутреннего генератора, в то время как напряжения смещения на выводе DIV используется для выбора коэффициента деления частоты.

График

На вход операционного усилителя LT1783 подается выходное напряжение токоизмерительного усилителя, которое регулирует ток на выводе SET, тем самым, делая время задержки функцией тока нагрузки (см. Рисунок 2). Как показано на схеме, пороговое напряжение переключения токоизмерительного компаратора соответствует току 500 мА. Ток 500 мА инициирует спадающий фронт и запускает временную задержку 350 мс. Если ток нагрузки упадает ниже 500 мА до истечения времени задержки, уровень сигнала на выходе таймера остается высоким, и размыкатель не сработает.

Более высоким токам нагрузки соответствуют более высокие выходные напряжения токоизмерительного усилителя, что, в свою очередь, уменьшает интервал задержки (Рисунок 2). Например, ток нагрузки 5 А включит размыкатель всего через 60 мс. В зависимости от того, на сколько средний ток нагрузки превышает пороговое значение 500 мА, интервал задержки или время срабатывания будут находиться где-то между 30 мс и 400 мс.

Когда размыкатель срабатывает, ток нагрузки падает до нуля. В результате токо-измерительный компаратор сбрасывается, и его выходное напряжение переключается на высокий уровень. Этот нарастающий фронт также задерживается микросхемой LTC6994-2. Минимальное значение выходного напряжения датчика тока растягивает эту задержку до максимального времени порядка 1.3 с. После задержки размыкатель цепи восстанавливается и возобновляет питание нагрузки. Эта функция автоматического восстановления не требует дополнительных компонентов.

Размыкатель цепи-3

Отклик схемы на 5-амперный всплеск тока и автоматическое восстановление иллюстрируются Рисунком 3. Если ток нагрузки остается слишком высоким, цикл размыкания/восстановления повторяется непрерывно. Скачки тока довольно типичны при первоначально замкнутом размыкателе и могут привести к переключению компаратора. Если их длительность меньше времени задержки таймера, размыкатель остается замкнутым, не допуская возникновения бесконечного цикла самопроизвольных отключений.

Увеличение времени задержки повторного включения

Делитель частоты таймера задержки LTC6994-2 имеет восемь значений коэффициента пересчета. Подключение одного дополнительного резистора ROPT, показанного на Рисунке 1, задает новый коэффициент пересчета делителя блока задержки, увеличивая, если это необходимо, интервал до выполнения повторной попытки.

Это может дать больше времени для восстановления нормального режима работы. На скорость реакции размыкателя это не влияет. Когда при срабатывании размыкателя ток падает до нуля, высокий уровень на выходе компаратора смещает напряжение на выводе DIV вверх, увеличивая время задержки восстановления до значения, которое при указанных на схеме номиналах компонентов равно 10 с.

Заключение

Представленную здесь схему можно легко модифицировать в соответствии с различными требованиями к временным задержкам, изменив сопротивления нескольких резисторов. Для контроля двунаправленных токов нагрузки с функцией управления временем срабатывания размыкателя могут быть использованы и другие токоизмерительные устройства, такие, например, как LT1999.

Размыкатель цепи с током

Нужен прибор, который служит механическим размыкателем электрической цепи. Только принцип его работы не как у реле, а наоборот.

Устройство имеет, как мне кажется, 4 контакта.
Первые два контакта — силовая цепь, которой управляет устройство.
Другие два контакта — "+" и "-" управляющей линии.

Устройство опрашивает входящий сигнал с линии управления и при наличии на ней хотя бы микро-короткого импульса или повышения напряжения до некоторого уровня (до 3,0 вольт) механически разрывает силовую цепь.

Если реле замыкает цепь при наличии непрерывного сигнала на управляющей линии, то этот прибор размыкает силовую линию, и не при постоянном наличии сигнала, а при первом малейшем подъёме напряжения на линии управления.

После срабатывания размыкателя силовой линии устройство переходит в режим безразличности (разомкнуть ещё раз разомкнутую цепь оно не может). Силовая цепь замыкается с помощью внешнего воздействия пользователем.

Механический выключатель по сигналу.
Существуют ли такие приборы?

Сразу прошу прощения за вероятно дурацкий вопрос. Я по образованию не электрик, но тема меня очень интересует.

Последний раз редактировалось MCF Ср май 18, 2016 18:44:37, всего редактировалось 1 раз.

MCF, бистабильное реле? Но там импульс нужен, а ваша схема, я так понимаю будет постоянно напряжение подавать, в случае детектирования.

PNP транзистор, при подаче напряжение отключается, но это для коммутации постоянного напряжения. У вас переменное же?

Вывод: нужно обычное реле + тиристор.

Через нормально-замкнутые контакты реле пустите нагрузку. Питание катушки от постоянного тока, как только управляющим сигнал пойдет на затвор тиристора, он откроется, включит реле, и разомкнет / переключит контакты.

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

ой. похоже, я неправильно понял принцип работы детектора напряжения. прошу прощения.

мне нужно, чтобы при падении в силовой линии напряжения до 3.0 Вольт линия размыкалась механически.

везде нахожу пока только схемы с транзисторами.

такое можно сделать?

divisоr,
напряжение постоянное, примерное 3..5 вольт.

Последний раз редактировалось MCF Ср май 18, 2016 18:46:24, всего редактировалось 1 раз.

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

MCF, на микроконтроллере хотите?

Есть схема компаратор, на один вход ваше, на другой 3 Вольта. На выходе будет либо ноль, либо единица. В зависимости от того, больше ли напряжение силовое чем 3 Вольта. А там уже транзистор / тиристор + реле.

Последний раз редактировалось divisоr Ср май 18, 2016 18:51:35, всего редактировалось 1 раз.

Компэл 28 октября приглашает всех желающих принять участие в вебинаре, где будет рассмотрена новая и перспективная продукция компании Traco. Мы подробно рассмотрим сильные стороны и преимущества продукции Traco, а также коснемся практических вопросов, связанных с измерением уровня шумов, промывкой изделий после пайки и отдельно разберем, как отличить поддельный ИП Traco от оригинала.

Читайте также  Трафарет для покраски в камуфляж

но транзистор не размыкает цепь механически ведь?

>MCF, на микроконтроллере хотите?
можно на М.К.
главное — самая простая схема и желательно без транзисторов

Управление лампами накаливания автомобиля – одна из задач, прекрасно решаемых интеллектуальными ключами PROFET+ производства Infineon. Однако, в силу больших пусковых токов при включении ламп, разработка узлов их коммутации на основе этих ключей требует учета всех особенностей и характеристик как самих ламп, так и системы электропитания конкретной модели автомобиля.

MCF, а программировать его сами будите?

Есть пины — входы аналоговые, на него можно отправить силовое напряжение. Как только он будет < 3 Вольт, через другой пин включите тиристор, а он разомкнет реле.

Если в микроконтроллерах разбираетесь тогда так, если нет, то микросхема готовая для сравнения.

P. S. Можно конечно с Китая выписать *DUINO всякие, там программировать проще, но это рублей за 400.

>MCF, а программировать его сами будите?
пока не знаю.

для компаратора нужен внешний источник стабильного напряжения 3.0 В чтобы было с чем сравнивать силовую линию?

MCF, с батарейкой?

Что имеется в виду под силовой линией? Конкретней, а то отгадывать приходится.

MCF, два варианта предложил: компаратор, микроконтроллер.

Размыкатель цепи с током

Эрл Д. Гейтс

«ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОНИКУ»

Серия: "Учебники и учебные пособия"

Создание этой книги началось с написания обзора, который я завершил несколько лет назад. Тогда я рассмотрел около двадцати специальностей в электронной промышленности и попытался ответить на следующие вопросы:

1. Какой должна быть подготовка студентов, начинающих работать в области электроники после окончания учебного заведения?

2. Соответствуют ли цели и приоритеты используемых в настоящее время программ высшей школы по электронике изменениям в промышленности?

Исследование показало, что промышленности нужен выпускник по специальности «электроника», который сможет обнаружить неисправности, провести измерения с помощью различного тестирующего оборудования, особенно с помощью осциллографа, он должен уметь паять, знать, где найти информацию и ориентироваться в справочной литературе по электронике.

Я обнаружил также, что промышленность больше ценит в студентах способность делать, чем способность знать.

Короче говоря, я пришел к выводу, что обучению теории надо посвящать времени меньше, а практике — больше.

Второе издание Введения в электронику продолжает давать студентам основные знания по электронике, в которых нуждается промышленность. Текст книги тщательно проработан с целью сделать процесс обучения более легким и эффективным. Курс рассчитан на один год и сосредоточен на привитии исследовательских навыков, а не на обучении мастерству. Предполагается в первом семестре изучать цепи постоянного и переменного тока, во втором — полупроводники и линейные цепи, в третьем — цифровые устройства.

Ниже приведены некоторые основные особенности изложения материала:

• Главы книги очень короткие и посвящены узким вопросам.

• В начале каждой главы указаны цели обучения.

• Для улучшения восприятия материала в книге широко используются иллюстрации.

• В каждой главе имеются обзорные вопросы для того, чтобы студент мог проверить себя.

• Математика в книге используется только для записи основных формул.

• Частые примеры показывают, как использовать математические формулы.

• В резюме после каждой главы перечислены наиболее важные вопросы.

• Каждую главу завершают вопросы для самопроверки.

При разработке книги было сделано все, чтобы она отвечала потребностям как студентов, так и преподавателей.

Структура книги такова, что материал в ней изложен в логической последовательности. Однако, поскольку каждая глава является самостоятельной единицей, последовательность изложения материала студентам может изменяться в зависимости от стиля преподавания.

Я пригласил преподавателя математики для проверки точности всех примеров и ответов на вопросы самопроверки. Все примеры в книге подготовлены с помощью этого преподавателя. Благодаря такому подходу созданы примеры, которые помогут студенту связать математику, изучаемую на уроках математики, с математикой, используемой в электронике.

Поскольку в лаборатории студенты применяют изученную в классе теорию на практике, я разработал руководство по лабораторным работам, которое удовлетворяет требованиям промышленности. Честолюбивые проекты подкрепляют процесс обучения студентов и помогают им увидеть, как теория становится практикой.

Настоящий учебник и руководство по лабораторным работам помогут студентам расширить их знания в области электроники. Я включил путеводитель по учебному плану в Путеводитель Инструктора, который служит основой для программ но электронике. Этот учебный план используется в нашем школьном округе несколько лет и успешно себя зарекомендовал. Кроме того, путеводитель по учебному плану был представлен в Департамент Образования штата Нью-Йорк и одобрен там как один из вариантов технологических программ.

Мне хотелось бы поблагодарить двух людей, чья помощь и поддержка сделала переработку этой книги возможной: учителя математики Черил Сколэнд и преподавателя электроники Ролфа Тидеманна из Греческой Центральной Школы. Мне хотелось бы также выразить свою признательность представителям промышленности, которые продолжали оказывать мне поддержку, когда я нуждался в ней: Джералду Бассу, президенту EIC Electronics и Томасу Фегаделу, владельцу Glenwood Sales. Благодарю также многочисленных преподавателей, которые использовали текст книги на своих уроках и обратили мое внимание на неточности, указав, какие вопросы надо исключить или расширить.

Мне хотелось бы также поблагодарить рецензентов за их значительную поддержку: Джеймса Роунера из Ланкастерской профессиональной школы; Гэри А. Смита из Гротонской центральной школы, Рональда Дж. Фронковяка из Центра Образования Орлеан/Ниагара, Хоя Дж. Дэвиса из Высшей школы графства Вебстер и Джоэла Шнейда из Высшей Школы Восточного Виндзора.

И, наконец, я хотел бы поблагодарить мою жену Ширли, моих дочерей Кимберли и Сьюзен и моего сына Тимоти, которые поддерживали меня при создании этого текста.

Эрл. Д. Гейтс

Перечисленные ниже меры предосторожности не заменяют инструктаж, проводимый в классе или приведенный в руководстве по лабораторным работам. Если в какой-то момент у вас возникнет вопрос, что делать дальше, проконсультируйтесь с преподавателем.

ОБЩИЕ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ

Ввиду возможности получения травмы, опасности пожара и повреждения оборудования и материалов, при любых работах, связанных с электрическими и электронными цепями, должны соблюдаться следующие меры безопасности:

1. Выключите питание перед началом работы с цепью или оборудованием. Никогда не пренебрегайте безопасными соединительными устройствами. Никогда не предполагайте, что цепь выключена, проверьте это с помощью вольтметра.

2. Удаляйте и заменяйте предохранители только после отключения питания от цепи.

3. Убедитесь в том, что все оборудование правильно заземлено.

4. Проявляйте предельную осторожность при удалении или установке аккумуляторов, содержащих кислоту.

5. Используйте летучие очищающие жидкости только в хорошо проветриваемых помещениях.

6. Храните ветошь и другие легковоспламеняющиеся материалы в плотно закрытых металлических контейнерах.

7. В случае поражения электрическим током обесточьте цепь и немедленно доложите преподавателю.

МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ВЫСОКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ

По мере приобретения опыта в работе с электрическими цепями, люди, как это свойственно человеческой природе, становятся беспечными при выполнении рутинных операций. Многие части электрического оборудования используют опасные для жизни напряжения, которые могут оказаться смертельными при контакте с ними. При работе с высоковольтными цепями или вблизи них всегда следует соблюдать следующие меры предосторожности:

1. Обдумайте последствия каждого вашего действия. Нет абсолютно никаких причин считать, что вы не подвергнете опасности свою жизнь и жизни других.

2. Держитесь подальше от включенных цепей. Не работайте и не настраивайте цепи при включенном высоком напряжении.

3. Не работайте в одиночку. Всегда работайте в присутствии других лиц, способных оказать вам поддержку и первую помощь при несчастном случае.

4. Не нарушайте соединений.

5. Не заземляйтесь. Убедитесь в том, что вы не заземлены при проведении настроек или при использовании измерительных инструментов.

6. Никогда не включайте оборудование при повышенной влажности.

ЛИЧНЫЕ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ

Уделите время принятию мер предосторожности при работе с электрическими и электронными цепями. Не работайте с любыми цепями или оборудованием до тех пор, пока не будут соблюдены все меры безопасности.

Читайте также  Эвакуатор из тачек как зовут

Резонансный размыкатель цепей переменного тока

Полезная модель направлена на уменьшение габаритов, увеличение надежности и быстродействия работы устройства. Указанный технический результат достигается тем, что в резонансный размыкатель цепей переменного тока содержащий источник переменного напряжения, подключенный выходным зажимом к входному зажиму коммутатора, выходной зажим которого подключен к входному зажиму нагрузки, выходной зажим нагрузки подключен к выходному зажиму первой индуктивности а входной зажим источника переменного напряжения подключен к первому выводу конденсатора и к входному зажиму дополнительного коммутатора, выходной зажим которого подключен к выходному зажиму второй индуктивности, входной зажим которой образует общую точку с входным зажимом первой индуктивности и вторым выводом конденсатора, причем первая индуктивность образует с конденсатором последовательный резонансный контур, а вторая индуктивность образует с конденсатором параллельный резонансный контур, при этом индуктивности имеют индуктивную связь и включены встречно. 1 ил.

Полезная модель относится к импульсной технике и может быть использована для коммутации силовых цепей переменного тока.

Известно, что для коммутации цепей переменного тока широко используются электромеханические коммутаторы — пускатели, контакторы, разъединители и т.д. Недостатком таких устройств является возникновение дуги на размыкающих контактах при размыкании сильноточных цепей, для гашения которой необходимо применять дугогасящие устройства, что снижает надежность и увеличивает габариты устройства.

Известен резонансный выключатель переменного тока [патент РФ на полезную модель 4632, МПК6 Н01Н 35/00 опубл. 16.07.97.], выбранный в качестве прототипа, содержащий последовательно включенные генератор, нагрузку, коммутатор и дополнительную цепь, состоящую из параллельно включенных индуктивности, емкости и дополнительного коммутатора, причем индуктивность и емкость образуют резонансный контур, настроенный на частоту генератора.

Недостатком такого устройства является то, что дополнительный коммутатор размыкает ток, протекающий по цепи нагрузки и, следовательно, должен быть рассчитан на размыкание сильноточной цепи, что приводит к увеличению габаритов данного устройства и уменьшению надежности его работы. Другим недостатком прототипа является большая длительность переходного процесса при спаде тока в цепи нагрузки после размыкания дополнительного коммутатора, что приводит к уменьшению быстродействия устройства.

Задачей полезной модели является уменьшение габаритов, увеличение надежности и быстродействия работы устройства.

Данная задача достигается тем, что резонансный размыкатель цепей переменного тока также как и устройство прототипа содержит источник переменного напряжения, подключенный выходным зажимом к входному зажиму коммутатора, выходной зажим которого подключен входному зажиму нагрузки.

Согласно полезной модели выходной зажим нагрузки подключен к выходному зажиму первой индуктивности а входной зажим источника переменного напряжения подключен к первому выводу конденсатора и к входному зажиму дополнительного коммутатора, выходной зажим которого подключен к выходному зажиму второй индуктивности, входной зажим которой образует общую точку с входным зажимом первой индуктивности и вторым выводом конденсатора, причем первая индуктивность образует с конденсатором последовательный резонансный контур, а вторая индуктивность образует с конденсатором параллельный резонансный контур, при этом индуктивности имеют индуктивную связь и включены встречно.

Полезная модель имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:

1. Последовательный резонансный контур, который образуют первая индуктивность и конденсатор при разомкнутом дополнительном коммутаторе имеет сопротивление близкое к нулю и не ограничивает величину тока нагрузки, а параллельный резонансный контур, который образуют вторая индуктивность и конденсатор при замыкании дополнительного коммутатора имеет сопротивление близкое к бесконечности и уменьшает ток нагрузки практически до нуля, что позволяет осуществить бездуговое размыкание силовой цепи и увеличить надежность работы устройства.

2. Дополнительный коммутатор в заявляемом устройстве при размыкании цепи нагрузки срабатывает на замыкание в отличие от устройства прототипа, в котором он работает на размыкание, что позволяет избавиться от возникновения дуги на его контактах, следовательно, уменьшаются габариты дополнительного коммутатора и увеличивается надежность работы заявляемого устройства.

3. Встречное включение первой и второй индуктивностей позволяет значительно уменьшить магнитный поток первой индуктивности при переходном процессе, возникающем после замыкания дополнительного коммутатора, что приводит к быстрому затуханию переходного процесса и уменьшению тока нагрузки, что значительно увеличивает быстродействие работы устройства.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства.

Устройство содержит источник переменного напряжения 1, выходной зажим которого подключен к входному зажиму коммутатора 2, выходной зажим которого подключен к входному зажиму нагрузки 3, выходной зажим которой подключен к выходному зажиму первой индуктивности 4. Входной зажим источника переменного напряжения 1 подключен к первому выводу конденсатора 5 и к входному зажиму дополнительного коммутатора 6, выходной зажим которого подключен к выходному зажиму второй индуктивности 7, входной зажим которой образует общую точку с входным зажимом первой индуктивности 4 и вторым выводом конденсатора 5.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии замыкается коммутатор 2 при разомкнутом дополнительном коммутаторе 6, и ток течет по цепи с последовательно соединенным источником переменного напряжения 1, коммутатором 2, нагрузкой 3, первой индуктивностью 4 и конденсатором 6. Для размыкания цепи с нагрузкой срабатывает дополнительный коммутатор 6, который подключает вторую индуктивность 7 параллельно конденсатору 5, при этом образуется параллельный резонансный контур с бесконечно большим сопротивлением и ток, протекающий через нагрузку 3, уменьшается практически до нуля. При этом катушки индуктивности оказываются включенными встречно, что приводит к быстрому спаду тока нагрузки при переходном процессе. После окончания переходного процесса размыкается коммутатор 2, который отключает источник переменного напряжения 1 от нагрузки 3 и устройство возвращается в исходное состояние.

Исследования данного устройства проведенные с помощью программы Electronics Workbench показали, что размыкание аналогичной прототипу цепи с активной нагрузкой и током в 50 А осуществляется за время 0.06-0.08 с, что примерно в три раза быстрее, чем в устройстве прототипа.

Таким образом, предложенное схемное решение полезной модели позволяет существенно уменьшить габариты устройства, увеличить надежность и быстродействие его работы.

Резонансный размыкатель цепей переменного тока, содержащий источник переменного напряжения, подключенный выходным зажимом к входному зажиму коммутатора, выходной зажим которого подключен к входному зажиму нагрузки, отличающийся тем, что выходной зажим нагрузки подключен к выходному зажиму первой индуктивности, а входной зажим источника переменного напряжения подключен к первому выводу конденсатора и к входному зажиму дополнительного коммутатора, выходной зажим которого подключен к выходному зажиму второй индуктивности, входной зажим которой образует общую точку с входным зажимом первой индуктивности и вторым выводом конденсатора, причем первая индуктивность образует с конденсатором последовательный резонансный контур, а вторая индуктивность образует с конденсатором параллельный резонансный контур, при этом индуктивности имеют индуктивную связь и включены встречно.

Размыкатель цепи с током

Электрические цепи, содержащие индуктивную нагрузку или имеющие внутреннюю индуктивность, способны запасать электрическую энергию в магнитном поле. Подключение таких цепей к источникам электроэнергии не представляет сложной технической проблемы, большой проблемой является отключение индуктивности от источника, поскольку в момент размыкания коммутатора на размыкающих контактах возникает перенапряжение, в несколько раз превышающее напряжение источника электроэнергии. Особенно тяжелые условия возникают при размыкании цепей постоянного тока, поскольку ток в индуктивной нагрузке при подключенном источнике никогда не переходит через нулевое значение. Примерами таких цепей являются линии электропередач постоянного тока, линии связи, электрические двигатели и генераторы постоянного тока.

Способы размыкания цепей постоянного тока с индуктивной нагрузкой можно условно разделить на два направления – способы с дуговой коммутацией, когда на размыкающих контактах возникает электрическая дуга, и способы бездуговой коммутации, когда электрическая дуга не возникает [4].

К первому способу относится, например размыкание цепей постоянного тока при помощи электромеханических устройств — пускателей, контакторов и т.д. Известен также метод реостатной коммутации, основанный на перетекании тока из одной параллельной ветви в другую при изменении сопротивления одной из ветвей. Наиболее распространенные устройства, реализующие реостатную коммутацию, это взрывающиеся проводники. В этом случае изменение сопротивления происходит с разрушением проводников и возникновением дугового разряда. Недостатком таких устройств является их одноразовость, после каждого размыкания цепи взрывной коммутатор необходимо заменять.

Читайте также  Применение полицией физической силы и специальных средств

К способам бездуговой коммутации относится, например, увеличение индуктивности насыщенного дросселя в схеме вывода энергии из индуктивного накопителя в нагрузку. В этой схеме дроссель включен последовательно с коммутатором и находится в стадии насыщения. В момент отключения цепи предварительно заряженная емкость создает в цепи размыкателя ток, направленный противоположно току индуктивного накопителя. При достижении разностным током значения, соответствующего излому кривой намагничивания, дроссель переходит в ненасыщенное состояние, и его индуктивность возрастает. В цепи «дроссель – размыкатель» создается пауза тока, во время которой происходит размыкание цепи и восстановление электрической прочности контактного промежутка. Ток в цепи размыкателя уменьшается в 1000 раз, осуществляется бездуговая коммутация, и потерь на контактах размыкателя не возникает.

Похожий способ реализован в схеме переключения тока накачки индуктивного накопителя энергии на нагрузку [3]. Для передачи накопленной энергии в нагрузку в коммутируемый участок цепи включена первичная обмотка двухобмоточного трансформатора с сердечником, выполненным из материала с узкой прямоугольной петлей намагничивания. Перед пропусканием через первичную обмотку трансформатора тока накачки индуктивного накопителя энергии осуществляют насыщение сердечника трансформатора путем пропускания по его вторичной обмотке, включенной встречно первичной, постоянного тока от дополнительного источника. Величину тока во вторичной обмотке, имеющей меньшее число витков, устанавливают такой, чтобы после пропускания по первичной обмотке трансформатора тока накачки индуктивного накопителя энергии сохранилось состояние насыщения сердечника. Изменение величины индуктивного сопротивления коммутируемого участка цепи осуществляют отключением дополнительного источника.

Автором была разработана и исследована работа бесконтактного размыкателя цепей постоянного тока [5], позволяющая осуществлять многократное замыкание и размыкание цепей с внутренней индуктивностью, или с индуктивной нагрузкой. Схема устройства показана на рис. 1.

Рис. 1. Электрическая схема бесконтактного размыкателя цепей постоянного тока.

Бесконтактный размыкатель цепей постоянного тока содержит источник ЭДС Е, к которой параллельно подключены две цепи, имеющие индуктивную связь с помощью трансформатора тока.

Первая цепь с током i1 содержит последовательно включенные первичную обмотку трансформатора тока R1, L1 и коммутатор К.

Вторая цепь с током i2 состоит из последовательно включенных активно-индуктивной нагрузки RH, LH, вторичной обмотки трансформатора тока R2, L2 и тиристора VS. Параллельно нагрузке подключен вентиль VD, шунтирующий нагрузку при отключении тиристора VS.

Трансформатор тока является понижающим с коэффициентом трансформации n, причем обмотки трансформатора тока имеют встречное включение. Благодаря тому что активное сопротивление первой цепи R1 больше активного сопротивления второй цепи R2, ток i1 в несколько раз меньше тока i2, протекающего через нагрузку. Предложенная схема бесконтактного размыкателя цепей постоянного тока позволяет осуществлять бесконтактное отключение нагрузки от источника ЭДС Е во второй цепи с током i2 путем размыкания первой цепи с током i1.

При подаче управляющего импульса на тиристор VS постоянный источник ЭДС Е подключается к нагрузке, и по цепи «источник ЭДС Е — тиристор VS – нагрузка RH, LH – вторичная обмотка трансформатора тока R2, L2» протекает постоянный ток i2.

Одновременно замыкается коммутатор К, который подключает постоянный источник ЭДС Е к первичной обмотке трансформатора тока R1, L1, и по первичной обмотке протекает постоянный ток i1, имеющий направление встречного включения относительно постоянного тока i2 вторичной обмотки трансформатора тока, при этом величина тока i1, ограниченная резистором R1, в несколько раз меньше величины тока вторичной обмотки i2.

При отключении нагрузки RH, LH от ЭДС Е размыкается коммутатор К, и ток i1 в первичной обмотке трансформатора тока уменьшается до нуля. За счет индуктивной связи М при встречном включении обмоток трансформатора тока, во вторичной обмотке трансформатора тока R2, L2 формируется отрицательный импульс тока, благодаря которому ток i2 переходит через нулевое значение, что приводит к запиранию тиристора VS и отключению нагрузки от постоянного источника ЭДС Е. Энергия, запасенная в индуктивности LH, шунтируется вентилем VD.

Были проведены расчетные и экспериментальные исследования модели размыкателя цепей постоянного тока. Вследствие нелинейности вольтамперной характеристики тиристора работа схемы была проанализирована без тиристора VS, что не влияет на принцип работы схемы, но позволяет существенно упростить расчеты.

При расчете переходного процесса будем считать, что в момент времени после размыкания ключа К нагрузка шунтируется диодом VD и параметры нагрузки RH, LH не оказывают влияния на переходный процесс в остальной цепи. Для предотвращения условий некорректной коммутации размыкание ключа К эквивалентно последовательному включению в первую цепь с током i1 сопротивления R3, величина которого намного превышает величину сопротивления R1.

С момента времени переходный процесс описывается системой уравнений, составленной по законам Кирхгофа для мгновенных значений [1]:

Полученную систему удобно решить методом переменных состояния в программе MathCad, согласно которому в матричной форме дифференциальные уравнения переменных состояния записываются в форме Коши [2]:

,

где — матрица-столбец переменных состояния (величины, подчиняющиеся законам коммутации); — матрица состояния (коэффициенты при переменных состояния); — матрица-столбец источников энергии; — матрица коэффициентов при источниках; — матрица-столбец первых производных по времени от переменных состояния.

После преобразования получим:

Кроме того, для решения необходимо задать матрицу-столбец начальных условий, значения которой равны установившимся значениям токов i1 и i2 до размыкания ключа К:

Было проведено расчетное исследование работы модели бесконтактного размыкателя цепей постоянного тока с параметрами:

Е=5 В, L1=0.758 Гн, R1=104.8 Ом, L2=0.03 Гн, R2=10.6 Ом, R3=100000 Ом,

М=0.113 Гн. Параметры нагрузки: LH=3.37 Гн, RH=44.5 Ом.

Установившееся значение тока в нагрузке перед коммутацией составило ток первичной обмотки

Дифференциальные уравнения переменных состояния цепи:

Матрица-столбец начальных условий:

График тока i2 переходного процесса приведен на рис. 2. Ток i2 практически мгновенно переходит через нулевое значение, бросок тока составил , минимальное значение, . В момент времени ток вновь переходит через нулевое значение и длительность отрицательной части импульса тока составляет . На интервале времени происходит запирание тиристора VS и отключение нагрузки от источника ЭДС Е.

Экспериментальные исследования модели размыкателя цепей постоянного тока с такими же параметрами были проведены на лабораторном стенде. Для измерения импульса тока i2 был использован токоизмерительный шунт Rш=10 Ом, коэффициент трансформации трансформатора тока составил n = 3.

Рис. 2. Расчетный график тока переходного процесса в нагрузке

Установившееся значение тока в нагрузке перед коммутацией составило ток первичной обмотки Осциллограмма тока показана на рис. 3. При размыкании ключа бросок тока во вторичной обмотке составил ток переходит через нулевое значение до минимальной величины длительность отрицательной части импульса тока составила .

Таким образом, экспериментальные исследования лабораторной модели размыкателя цепей постоянного тока практически полностью совпадают с расчетными результатами, что подтверждает эффективность его работы и предполагает возможность расчета и применения такого устройства для коммутации сильноточных цепей постоянного тока с индуктивной нагрузкой.

Рис. 3. Осциллограмма тока переходного процесса в нагрузке

1. Разработан бесконтактный размыкатель цепей постоянного тока, способный коммутировать силовые цепи постоянного тока с индуктивной нагрузкой путем размыкания слаботочной цепи постоянного тока, величина которого в несколько раз меньше тока нагрузки.

2. Разработана математическая модель, позволяющая рассчитать ток переходного процесса в нагрузке методом переменных состояния при известных параметрах бесконтактного размыкателя и параметрах нагрузки.

3. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования лабораторной модели бесконтактного размыкателя цепей постоянного тока показывают хорошую сходимость результатов и возможность расчета и применения такого устройства для коммутации сильноточных цепей постоянного тока с индуктивной нагрузкой или с внутренней индуктивностью.

Рецензенты:

Новиков С.А., д.ф.-м.н., профессор кафедры ЭСиЭ ЭНИН ФГБОУ ВПО «НИ ТПУ», Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск.

Канев Ф.Ю., д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, г. Томск.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: