Comutação de enrolamentos de relé em circuitos corrente direta A proteção e a automação do relé geralmente são acompanhadas por sobretensões significativas, que podem ser perigosas para os dispositivos semicondutores usados ​​nesses circuitos. Para proteger os transistores que operam no modo de comutação, começaram a ser utilizados circuitos de proteção (Fig. 1), que são conectados em paralelo com o enrolamento do relé comutado (Fig. 2 - aqui o enrolamento do relé comutado é representado pelo equivalente circuito - indutância L, o componente ativo da resistência R e a capacitância entre espiras resultante C ) e reduzir as sobretensões que ocorrem entre os terminais 1 e 2 do enrolamento.

No entanto, atualmente, não está sendo dada atenção suficiente para determinar os parâmetros das cadeias de proteção e avaliar seu impacto na operação dos dispositivos de proteção do relé. Além disso, no desenvolvimento e projeto de dispositivos de proteção de relés usando diodos semicondutores sujeitos a sobretensões de comutação, a proteção de diodos em muitos casos não é fornecida.

Isso leva a uma falha bastante frequente dos diodos e à falha ou operação incorreta do dispositivo. Um exemplo de circuitos onde as sobretensões podem afetar o diodo é o circuito mostrado na Fig. 3. Aqui, o diodo de separação VD está sob a influência de uma sobretensão de comutação e pode ser danificado quando os contatos KI abrem e os contatos K2 estão fechados. Para proteger este diodo, um circuito de proteção deve ser conectado aos terminais 1 e 2 do enrolamento do relé K3. Os diodos podem ser protegidos pelo mesmo equipamento de proteção usado para proteger os transistores (Fig. 1).

8.1 Seleção de diodos

Os diodos do circuito de proteção são selecionados com base na condição:

E< 0,7*Uдоп. (5)

Considerando que E=220 V, escolhemos um diodo do tipo D229B, que possui Udop=400V.

8.2 Escolha de resistores

Os valores de resistência do resistor são determinados usando as curvas na Fig. 4 e correspondem ao ponto de interseção da curva Um=f(Rp) com a linha reta 0,7*Uadm.-E=0,7*400-220= 60V, paralelo ao eixo Rp.

Nos circuitos mostrados na Fig. P-1b, P-2b, P-3b, a resistência do resistor do circuito de proteção é determinada a partir das curvas para o relé RP-251, RPU-2 e, portanto, são iguais a R= 2,4 kOhm, R5=4,2 kOhm, R7=4,2 kOhm.

O cálculo para o circuito da Fig. P-5c é o caso de desligamento por contatos K3 de três enrolamentos de relés conectados em paralelo K6, K7, K8 com a posição fechada dos contatos K1. Neste caso, se não houver circuito de proteção no circuito da Fig. P-5c, então os diodos VD1, VD2 estão expostos a uma sobretensão de comutação. A resistência do resistor da cadeia de proteção é definida como equivalente a três resistências iguais conectadas em paralelo, uma das quais (Rp) é determinada a partir da curva da Fig. 4 para o relé RP-23:

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

No circuito mostrado na Fig. P-5c, merece atenção a consideração da possibilidade de atuação do relé K8 quando os contatos K2 estão abertos. A resposta a esta questão no caso em questão pode ser obtida comparando-se o valor máximo da corrente que passa pelo enrolamento do relé K8 em modo transitório com a corrente mínima de operação deste relé. A corrente I que passa no enrolamento do relé K8 quando os contatos K2 abrem é a soma da corrente I1, que faz parte da soma das correntes nos enrolamentos dos relés K4, K5 e a corrente I2 - parte do soma das correntes nos enrolamentos do relé K6, K7. os valores máximos das correntes I1, I2, I são determinados da seguinte forma:

Aqui: Ik4, Ik5, Ik6, Ik7 - correntes passando, respectivamente, nos enrolamentos do relé K4, K5, K6, K7.

• 220 - tensão de alimentação (V);
• 9300, 9250 - Resistência CC, respectivamente, do enrolamento do relé RP-23 e do enrolamento do relé RP-223 conectados em série com um resistor adicional (Ohm).

Corrente mínima de atuação do relé K8 (RP-23):

Assim, a quantidade de corrente que passa no enrolamento do relé K8 quando os contatos K2 são abertos não é suficiente para operar o relé (Se Im > Iav.k8, então o relé K8 operará quando a condição
tb > tav, onde:

• tav – tempo durante o qual Im > Iav.k8;
• tb - tempo de operação do relé K8.

9 Referências:

• 1. Fedorov Yu.K., Análise da eficácia dos meios de proteção de dispositivos semicondutores contra sobretensões de comutação em circuitos CC de proteção e automação de relés, "Estações Elétricas", No. 7, 1977
• 2. Manual de diodos semicondutores, transistores e circuitos integrados. Sob a redação geral. N.N. Goryunova, 1972
• 3. Fedorov Yu.K., Sobretensão durante desligamento sem arco de circuitos CC indutivos em sistemas de proteção e automação de relés, "Estações Elétricas", No. 2, 1973
• 4. Alekseev V.S., Varganov G.P., Panfilov B.I., Rosenblum R.Z., Protection relay, ed. "Energia", M., 1976

É usado onde é indesejável ou impossível instalar um circuito RC em paralelo com os contatos do relé. Os seguintes valores aproximados dos elementos são oferecidos para cálculo:

C \u003d 0,5 ... 1 microfarad por 1 A de corrente de carga;

R = 50...100% de resistência de carga.

Após o cálculo das classificações R e C, é necessário verificar a carga adicional dos contatos do relé que ocorre durante o processo transitório (carga do capacitor), conforme descrito acima.

Os valores de R e C fornecidos não são ideais. Se for necessária a proteção mais completa dos contatos e a realização do recurso máximo do relé, é necessário realizar um experimento e selecionar experimentalmente um resistor e um capacitor, observando transitórios usando um osciloscópio.

Vantagens de um circuito RC em paralelo com a carga:

boa supressão de arco, sem correntes de fuga para a carga através de contatos de relé abertos.

Imperfeições:

a uma corrente de carga superior a 10 A, grandes valores de capacitância levam à necessidade de instalar capacitores relativamente caros e grandes; verificação experimental e seleção de elementos é desejável para otimizar o circuito.

As fotografias mostram as formas de onda de tensão na carga indutiva no momento da desconexão da alimentação sem derivação (Fig. 33) e com o circuito RC instalado (Fig. 34). Ambas as formas de onda têm uma escala vertical de 100 volts/div.

Nenhum comentário especial é necessário aqui, o efeito da instalação de um circuito de extinção de faíscas é imediatamente visível. O processo de geração de interferência de alta frequência e alta tensão no momento da abertura dos contatos é marcante, retornaremos a esse fenômeno ao analisar a EMC do relé.

As fotos são tiradas de um relatório universitário sobre a otimização de circuitos RC instalados em paralelo com contatos de relé. O autor do relatório realizou uma análise matemática complexa do comportamento de uma carga indutiva com uma derivação RC, mas no final, as recomendações para o cálculo dos elementos foram reduzidas a duas fórmulas:

Figura 33
Desligar uma carga indutiva causa um transiente muito complexo

Figura 34
Selecionado corretamente corrente RC de proteção elimina completamente o processo transitório

onde C é a capacitância do circuito RC, microfarads, I é a corrente de operação da carga. MAS;

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

onde Eo é a tensão na carga. V, I - corrente de operação da carga. A, R - resistência do circuito RC, Ohm.

Resposta: C \u003d 0,1 microfarads, R \u003d 20 ohms. Esses parâmetros estão em excelente acordo com o nomograma dado anteriormente.

Em conclusão, vamos nos familiarizar com a tabela do mesmo relatório, que mostra a tensão medida praticamente e o tempo de atraso para vários circuitos de extinção de faíscas. A carga indutiva foi relé eletromagnético com uma tensão de bobina de 28 VDC/1 W, o circuito de extinção de faíscas foi instalado em paralelo com a bobina do relé.

) e hoje vamos olhar para outro elemento fundamental - nomeadamente capacitor. Também neste artigo, veremos circuito RC de diferenciação e integração.

Simplificando, podemos dizer que um capacitor é um resistor, mas não um resistor comum, mas dependente da frequência. E se em um resistor a corrente é proporcional à tensão, então no capacitor a corrente é proporcional não apenas à tensão, mas à taxa de sua variação. Os capacitores são caracterizados por uma quantidade física como capacitância, que é medida em Farads. É verdade que 1 farad é muita capacitância, geralmente as capacitâncias são medidas em nanofarads (nF), microfarads (uF), picofarads (pF), etc.

Como no artigo sobre resistores, vamos primeiro olhar para conexão em paralelo e em série de capacitores. E se compararmos novamente as conexões dos capacitores com as conexões dos resistores, tudo é exatamente o oposto)

Capacidade total no caso conexão paralela capacitores será igual a .

Capacidade total no caso conexão serial capacitores será assim:

Com as conexões dos capacitores entre si, em princípio, tudo fica claro, não há nada de especial para explicar, então vamos em frente 😉

Se escrevermos a equação diferencial que relaciona a corrente e a tensão neste circuito e depois a resolvermos, obteremos uma expressão de acordo com a qual o capacitor é carregado e descarregado. Não vou carregar matemática desnecessária aqui, basta olhar o resultado final:

Ou seja, a descarga e a carga do capacitor ocorrem de acordo com uma lei exponencial, veja os gráficos:

Como você pode ver, o valor do tempo τ é anotado separadamente aqui. Certifique-se de lembrar este valor - esta é a constante de tempo do circuito RC e é igual a: τ \u003d R * C. Os gráficos, em princípio, indicam o quanto o capacitor carrega/descarrega durante esse tempo, então não vamos nos debruçar sobre isso novamente. A propósito, existe uma regra prática útil - em um tempo igual a cinco constantes de tempo do circuito RC, o capacitor é carregado ou descarregado em 99%, bem, ou seja, podemos assumir isso completamente)

O que tudo isso significa e qual é o chip de capacitores?

E tudo é simples, o fato é que, se uma tensão constante for aplicada ao capacitor, ele simplesmente carregará e pronto, mas se a tensão aplicada for variável, tudo começará. O capacitor será então descarregado e carregado, respectivamente, a corrente será executada no circuito. E, como resultado, chegamos a uma conclusão importante - flui facilmente pelo capacitor corrente alternada, mas a constante não pode. Portanto, um dos propósitos mais importantes de um capacitor é separar os componentes CC e CA da corrente no circuito.

Nós descobrimos, e agora eu vou te contar sobre diferenciando e integrando circuitos RC.

diferenciandocadeia RC.

A cadeia de diferenciação também é chamada de filtro passa-alta - um filtro passa-alta, seu circuito é apresentado abaixo:

Como o nome indica, sim, de fato, isso pode ser visto no esquema - circuito RC não passa a componente constante, e a variável passa calmamente pelo capacitor até a saída. Novamente, o nome sugere que na saída receberemos o diferencial da função de entrada. Vamos tentar aplicar um sinal retangular na entrada do circuito diferenciador e ver o que acontece na saída:

Quando a tensão de entrada não muda, a saída é zero, pois o diferencial nada mais é do que a taxa de variação da função. Durante surtos de tensão na entrada, a derivada é grande e observamos surtos na saída. Tudo é lógico

E o que devemos submeter à entrada deste cadeias RC, se quisermos obter pulsos retangulares na saída? Isso mesmo - tensão dente de serra. Como a serra consiste em seções lineares, cada uma das quais na saída nos dará um nível constante correspondente à taxa de variação da tensão, então, no agregado, a saída diferenciando a cadeia RC obtemos pulsos retangulares.

Integrandocadeia RC.

Agora é hora da cadeia de integração. Também chamado de filtro baixas frequências. Por analogia, é fácil adivinhar que o circuito integrador passa pela componente constante, e a variável passa pelo capacitor e não passa para a saída. O esquema fica assim:

Se você se lembrar de um pouco de matemática e escrever expressões para tensões e correntes, verifica-se que a tensão de saída é a integral da tensão de entrada. Foi assim que a cadeia ganhou o seu nome.

Assim, examinamos esquemas muito importantes, embora à primeira vista, simples. É importante entender imediatamente como tudo funciona e por que tudo isso é necessário, para que mais tarde, ao resolver problemas específicos, você possa ver imediatamente uma solução de circuito adequada. Em geral, nos vemos em breve nos artigos a seguir, se você tiver alguma dúvida, não deixe de perguntar 😉