Превключване на релейни намотки във вериги постоянен токрелейна защита и автоматизация обикновено се придружава от значителни пренапрежения, които могат да бъдат опасни за полупроводникови устройства, използвани в тези вериги. За защита на транзистори, работещи в режим на превключване, започнаха да се използват защитни вериги (фиг. 1), които са свързани паралелно с намотката на комутираното реле (фиг. 2 - тук намотката на комутираното реле е представена от еквивалент верига - индуктивност L, активната съставка на съпротивлението R и произтичащият капацитет от завой до завъртане C ) и намаляване на пренапреженията, които възникват между клеми на намотката 1 и 2.

Понастоящем обаче не се обръща достатъчно внимание на определянето на параметрите на защитните вериги и оценката на тяхното въздействие върху работата на устройствата за релейна защита. В допълнение, при разработването и проектирането на устройства за релейна защита, използващи полупроводникови диоди, подложени на комутационни пренапрежения, в много случаи не се осигурява защита на диодите.

Това води до доста честа повреда на диодите и повреда или неправилна работа на устройството. Пример за вериги, при които пренапреженията могат да повлияят на диода, е схемата, показана на фиг. 3. Тук разделителният диод VD е под въздействието на комутационно пренапрежение и може да се повреди, когато контактите KI се отворят и контактите K2 са затворени.За да защитите този диод, защитна верига трябва да бъде свързана към клеми 1 и 2 на намотката на реле К3. Диодите могат да бъдат защитени със същото защитно оборудване, което се използва за защита на транзистори (фиг. 1).

8.1 Избор на диоди

Диодите за защитна верига се избират въз основа на условието:

д< 0,7*Uдоп. (5)

Като се има предвид, че E=220 V, избираме диод от типа D229B, който има Udop=400V.

8.2 Избор на резистори

Стойностите на съпротивлението на резистора се определят с помощта на кривите на фиг. 4 и съответстват на точката на пресичане на кривата Um=f(Rp) с правата линия 0,7*Uadm.-E=0,7*400-220= 60V, успоредно на оста Rp.

В схемите, показани на фиг. P-1b, P-2b, P-3b, съпротивлението на резистора на защитната верига се определя от кривите за релето RP-251, RPU-2 и съответно е равно на R= 2,4 kOhm, R5=4,2 kOhm, R7=4,2 kOhm.

Изчислението за схемата на фиг. P-5c е случаят на изключване чрез контакти K3 на три паралелно свързани релейни намотки K6, K7, K8 при затворено положение на контактите K1. В този случай, ако няма защитна верига във веригата на фиг. P-5c, тогава диодите VD1, VD2 са изложени на комутационно пренапрежение. Съпротивлението на резистора на защитната верига се определя като еквивалентно на три равни съпротивления, свързани паралелно, едното от които (Rp) се определя от кривата на фиг. 4 за релето RP-23:

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

В схемата, показана на фиг. P-5c, разглеждането на възможността за работа на релето K8, когато контактите K2 са отворени, заслужава внимание. Отговорът на този въпрос в разглеждания случай може да се получи чрез сравняване на максималната стойност на тока, преминаващ през намотката на реле K8 в преходен режим с минималния работен ток на това реле. Токът I, преминаващ в намотката на релето K8 при отваряне на контактите K2, е сумата от тока I1, който е част от сумата на токовете в намотките на релетата K4, K5 и тока I2 - част от сума от токовете в намотките на релето K6, K7. максималните стойности на токовете I1, I2, I се определят, както следва:

Тук: Ik4, Ik5, Ik6, Ik7 - токове, преминаващи съответно в намотките на релето K4, K5, K6, K7.

• 220 - захранващо напрежение (V);
• 9300, 9250 - DC съпротивление, съответно, на намотката на релето RP-23 и намотката на релето RP-223, свързани последователно с допълнителен резистор (Ohm).

Минимален ток на задействане на реле К8 (RP-23):

По този начин количеството ток, преминаващ в намотката на релето K8, когато контактите K2 са отворени, не е достатъчно за работа на релето (Ако Im > Iav.k8, тогава релето K8 ще работи, когато условието
tb > tav, където:

• tav – време, през което Im > Iav.k8;
• tb - време на работа на реле K8.

9 Литература:

• 1. Федоров Ю.К., Анализ на ефективността на средствата за защита на полупроводникови устройства от комутационни пренапрежения в постоянни вериги на релейна защита и автоматизация, "Електрически станции", № 7, 1977 г.
• 2. Справочник по полупроводникови диоди, транзистори и интегрални схеми. Под общата редакция. Н.Н. Горюнова, 1972
• 3. Федоров Ю.К., Пренапрежение при изключване без дъга на индуктивни постоянни вериги в системи за релейна защита и автоматизация, "Електрически станции", № 2, 1973 г.
• 4. Алексеев В.С., Варганов Г.П., Панфилов Б.И., Розенблум Р.З., Защитно реле, изд. "Енергия", М., 1976 г

Използва се там, където е нежелателно или невъзможно да се монтира RC верига успоредно на контактите на релето. За изчисляване се предлагат следните приблизителни стойности на елементите:

C \u003d 0,5 ... 1 микрофарад на 1 A ток на натоварване;

R = 50...100% от съпротивлението на натоварване.

След изчисляване на номиналните стойности R и C е необходимо да се провери допълнителното натоварване на контактите на релето, което възниква по време на преходния процес (зареждане на кондензатора), както е описано по-горе.

Дадените стойности на R и C не са оптимални. Ако се изисква най-пълна защита на контактите и реализиране на максимален ресурс на релето, тогава е необходимо да се проведе експеримент и експериментално да се изберат резистор и кондензатор, като се наблюдават преходни процеси с помощта на осцилоскоп.

Предимства на RC верига в паралел с товара:

добро потискане на дъгата, липса на токове на утечка към товара през отворени контакти на релето.

недостатъци:

при ток на натоварване над 10 A големите стойности на капацитета водят до необходимостта от инсталиране на сравнително скъпи и големи кондензатори; желателно е експериментална проверка и избор на елементи за оптимизиране на веригата.

Снимките показват осцилограмите на напрежението върху индуктивния товар в момента на изключване на захранването без шунтиране (фиг. 33) и с инсталирана RC верига (фиг. 34). И двете форми на вълната имат вертикална скала от 100 волта/дел.

Тук не е необходим специален коментар, ефектът от инсталирането на верига за гасене на искри се вижда веднага. Процесът на генериране на високочестотни високоволтови смущения в момента на отваряне на контактите е поразителен, ще се върнем към това явление, когато анализираме EMC на релето.

Снимките са взети от университетски доклад за оптимизиране на RC вериги, инсталирани паралелно с релейни контакти. Авторът на доклада проведе сложен математически анализ на поведението на индуктивен товар с RC шунт, но в крайна сметка препоръките за изчисляване на елементите бяха намалени до две формули:

Фигура 33
Изключването на индуктивен товар причинява много сложен преходен процес

Фигура 34
Правилно подбрани защитна RC вериганапълно елиминира преходния процес

където C е капацитетът на RC веригата, микрофаради, I е работният ток на товара. НО;

R \u003d Eo / (10 * I * (1 + 50 / Eo))

където Eo е напрежението на товара. V, I - работен ток на натоварване. A, R - съпротивление на RC веригата, Ohm.

Отговор: C \u003d 0,1 микрофарада, R \u003d 20 ома. Тези параметри са в отлично съответствие с номограмата, дадена по-рано.

В заключение, нека се запознаем с таблицата от същия доклад, която показва практически измерените напрежение и време на забавяне за различни вериги за гасене на искри. Индуктивният товар беше електромагнитно релес напрежение на бобината 28 VDC/1 W, искрогасителната верига е монтирана успоредно на бобината на релето.

) и днес ще разгледаме още един фундаментален елемент – а именно кондензатор. Също така в тази статия ще разгледаме диференцираща и интегрираща RC верига.

Опростено можем да кажем, че кондензаторът е резистор, но не обикновен, а зависим от честотата. И ако в един резистор токът е пропорционален на напрежението, то в кондензатора токът е пропорционален не само на напрежението, но и на скоростта на неговата промяна. Кондензаторите се характеризират с такова физическо количество като капацитет, който се измерва във фаради. Вярно, 1 фарад е адски голям капацитет, обикновено капацитетите се измерват в нанофаради (nF), микрофаради (uF), пикофаради (pF) и т.н.

Както в статията за резисторите, нека първо да разгледаме паралелно и последователно свързване на кондензатори. И ако отново сравним връзките на кондензаторите с връзките на резисторите, тогава всичко е точно обратното)

Общ капацитет в касата паралелна връзкакондензаторище бъде равно на .

Общ капацитет в касата серийна връзкакондензаторище бъде така:

С връзките на кондензаторите един към друг по принцип всичко е ясно, няма какво специално да се обяснява, така че нека продължим 😉

Ако напишем диференциалното уравнение, свързващо тока и напрежението в тази верига, и след това го решим, ще получим израз, в съответствие с който кондензаторът се зарежда и разрежда. Тук няма да зареждам излишна математика, просто вижте крайния резултат:

Тоест, разреждането и зареждането на кондензатора се извършва според експоненциален закон, вижте графиките:

Както можете да видите, стойността на времето τ е отбелязана отделно тук. Не забравяйте да запомните тази стойност - това е времевата константа на RC веригата и е равна на: τ \u003d R * C. Графиките по принцип показват колко кондензаторът се зарежда / разрежда през това време, така че няма да се спираме на това отново. Между другото, има полезно правило - за време, равно на пет времеви константи на RC веригата, кондензаторът се зарежда или разрежда с 99%, добре, тоест можем да приемем, че напълно)

Какво означава всичко това и какъв е чипът на кондензаторите?

И всичко е просто, факт е, че ако към кондензатора се приложи постоянно напрежение, той просто ще се зареди и това е, но ако приложеното напрежение е променливо, тогава всичко ще започне. След това кондензаторът ще бъде разреден, след това зареден, съответно, токът ще тече във веригата. И в резултат на това получаваме важно заключение - лесно протича през кондензатора променлив ток, но константата не може. Следователно, една от най-важните цели на кондензатора е да раздели DC и AC компонентите на тока във веригата.

Разбрахме го и сега ще ви разкажа диференциране и интегриране на RC вериги.

разграничаванеRC верига.

Диференциращата верига се нарича още високочестотен филтър - високочестотен филтър, неговата схема е представена по-долу:

Както подсказва името, да, всъщност това се вижда от схемата - RC веригане преминава постоянната компонента, а променливата спокойно преминава през кондензатора към изхода. Отново името подсказва, че на изхода ще получим диференциала на входната функция. Нека се опитаме да приложим правоъгълен сигнал към входа на диференциращата верига и да видим какво се случва на изхода:

Когато входното напрежение не се променя, изходът е нула, тъй като диференциалът не е нищо повече от скоростта на промяна на функцията. При скокове на напрежението на входа, производната е голяма и наблюдаваме удари на изхода. Всичко е логично

И какво трябва да представим на входа на това RC вериги, ако искаме да получим правоъгълни импулси на изхода? Точно така - напрежение на трион. Тъй като трионът се състои от линейни секции, всяка от които на изхода ще ни даде постоянно ниво, съответстващо на скоростта на промяна на напрежението, тогава в съвкупност изходът диференцираща RC веригаполучаваме правоъгълни импулси.

ИнтегриранеRC верига.

Сега е време за интегриращата верига. Нарича се още филтър ниски честоти. По аналогия е лесно да се отгатне, че интегриращата верига преминава през постоянния компонент, а променливата преминава през кондензатора и не преминава към изхода. Схемата изглежда така:

Ако си спомните малко математика и запишете изрази за напрежения и токове, се оказва, че изходното напрежение е интегралът на входното напрежение. Така веригата получава името си.

И така, ние разгледахме много важни, макар и на пръв поглед прости схеми. Важно е незабавно да разберете как работи всичко и защо изобщо е необходимо всичко това, така че по-късно, когато решавате конкретни проблеми, можете веднага да видите подходящо схемно решение. Като цяло, ще се видим скоро в следващите статии, ако имате въпроси, не забравяйте да попитате 😉