Схема защита от перегрузки по току: Простая схема автоматического ограничителя постоянного тока на транзисторах, защита от перегрузки и КЗ.

Содержание

Простая схема автоматического ограничителя постоянного тока на транзисторах, защита от перегрузки и КЗ.

Как правило у большинства простой электронной и электрической аппаратуры используются такие же простые блоки питания, которые не имеют внутри себя защиты от перегрузки и короткого замыкания. И нередки случаи, когда при коротком замыкании, произошедшем на устройстве, выходит из строя блок питания, который и обеспечивает током данный прибор. Но не всегда замена такого блока питания может обойтись в копейки. Чтобы обезопасить как блок питания, так и само питаемое устройство от поломки из-за перегрузки или КЗ можно собрать достаточно простую схему защиты.

Как видно сама схема очень проста, имеет минимум компонентов. По стоимости обойдется практически в копейки, а то и вовсе бесплатно, если имеются свои электронные детали. Для тех кто не совсем понимает сам принцип действия данной схемы защиты от токовых перегрузок и коротких замыканий поясню ее работу. В принципе тут все просто. Итак, имеются два биполярных транзистора. Первый транзистор VT1 является силовым, и выполняет роль ограничителя тока. Данный транзистор в схеме поставлен типа КТ817. Максимальный ток коллектор-эмиттерного перехода у него до 3 ампер. Если этого тока Вам мало, то естественно, VT1 должен быть заменен на более мощный (например КТ819 с коллекторным током до 10 А). Поскольку токи при перегрузке или КЗ могут быть относительно немалые, и данный транзистор может быстро нагреваться, то желательно изначально предусмотреть охлаждающий радиатор подходящих размеров.

Резистор R1 задает смещение транзистору VT1, чтобы на его базу поступает положительный потенциал, что в свою очередь даст возможность быть открытым коллектор-эмиттерному переходу в нормальном режиме работы схемы. То есть, если в схеме будет только эти два компонента (VT1 и R1), то нагрузка будет работать, так как на нее будет подаваться напряжение и поступать ток из-за полностью открытого транзистора VT1.

А вот чтобы данный транзистор закрывался, при перегрузке и коротком замыкании, и нужны другие элементы схемы.

Теперь о том, какова роль второго транзистора VT2. По мощности он гораздо меньше первого, так как через него будут проходить относительно малые токи. При своем открытии транзистор VT2 подает отрицательный потенциал (минус) на базу первого транзистора, что в свою очередь его начинает закрывать. И получается, что VT1 будет полностью открыт, когда VT2 полностью закрыт, а когда VT2 полностью открывается, то VT1 полностью закрывается и прекращает подачу электроэнергии на питаемое устройство (нагрузку).

Теперь о роли резисторов R2 и R3 в данной схеме. Датчиком тока является резистор R3. Его сопротивление крайне мало и может быть от 0,1 Ома до 5 или 10 Ом. Именно величиной сопротивления этого резистора и задается предел силы тока, при котором схема начнет ограничивать этот самый ток в выходной цепи питания. Пожалуй, лучше даже будет поставить на место R3 не постоянный резистор, а переменный или подстроечный величиной 5-10 Ом. Учтите, что этот резистор должен быть мощностью не менее 2 Вт, а то и больше.

С правого бока схемы можно увидеть три последовательно соединенных резистора. Это аналогия сопротивлений R3, R нагрузки и проводимости транзисторного коллектор-эмиттерного перехода VT1. То есть, как известно при изменении сопротивления на одном из последовательно соединенных резисторах начинает происходить перераспределение электрического напряжения. Если сопротивление нагрузки уменьшится при перегрузке или коротком замыкании, то на ней уменьшится и напряжение. Вместо этого напряжение увеличится на транзисторном переходе и на резисторе R3. Естественно, поскольку R3 соединен параллельно с база-эмиттерным переходом транзистора VT2 (через резистор R2), то увеличенное напряжение резистора R3 начнет открывать транзистор VT2. Резистор R2 нужен для ограничения тока, и более точной настройки величины тока, при котором уже будет происходить токоограничение и защита схемы нагрузки.

В итоге мы имеем такой процесс. Когда ток меньше порога срабатывания этой схемы (зависящий от величины сопротивления R3), то VT2 закрыт, а VT1 открыт, на нагрузку поступает сила тока в полном объеме. А когда ток в цепи нагрузки становится выше порогового, то происходит закрытие силового транзистора и тем самым начинает ограничиваться ток нагрузки, вплоть до полного отключения питания от нагрузки. Как видно на схеме имеется светодиод. Когда VT2 начинает открываться, то и через светодиод начинает протекать ток. Светодиод начинает светиться, сигнализируя о том, что ток нагрузки достиг величины срабатывания защиты и начало происходить токоограничения в питании нагрузки.

Как видно, все очень просто и понятно. Схема полностью работоспособна. Она проверена годами и многими электронщиками и радиолюбителями. Подобный вариант токовой защиты от перегрузки и КЗ широко используется при изготовлении самодельных блоков питания. И этот узел защиты ставиться на выходе имеющегося блока питания, ранее не имеющего подобной токовой защиты. Величина входного напряжения может быть в пределах от 3 до 15 вольт, хотя можно подавать и больше, при этом нужно будет подобрать более подходящие компоненты схемы для корректной ее работы.

Видео по этой теме:

P.S. Данную схему защиты от перегрузки по току и короткого замыкания можно ставить на любые блоки питания, не имеющие ее. А также и на саму нагрузку, что дополнительно обезопасит ее и имеющийся БП от выхода из строя последнего. По размерам данная схема получится вполне небольшой, так как ее компоненты имеют небольшие габариты. Тем более если использовать SMD компоненты. Так что берите себе на заметку эту простую схему и при необходимости собирайте ее.

Защита от перегрузки по току в системах переменного тока

Защита от перегрузки по току в системах переменного тока

Получите ввод для защиты от перегрузки по току и OCPD (устройства защиты от перегрузки по току).

В этой статье мы рассмотрим типы перегрузки по току, какие устройства максимальной токовой защиты и их место в электрической цепи.

Типы перегрузки по току

Три основные категории или типы перегрузки — перегрузка, короткое замыкание и замыкание на землю.

Перегрузка по току

Перегрузка по току самоопределяется: любой ток, превышающий ток номинальной нагрузки, является, по сути, перегрузкой. Перегрузка возникает, когда для передачи тока нагрузки, превышающего номинальную нагрузку проводников цепи, требуется электрическая цепь, будь то по оригинальной конструкции нового контура или путем изменения существующей схемы.

Например, схема ответвления на 20 ампер изменяется с дополнительной лампой, которая увеличивает ток нагрузки до 22 ампер: это будет перегрузка схемы.

Условия перегрузки могут возникать на уровне обслуживания, фидера или ответвления электрической системы распределения электроэнергии здания.

Электрическая перегрузка по току также возникает, когда двигатель механически перегружен. Это может быть вызвано избыточным трением внутри его внутренних поверхностей подшипников, избыточным теплом (из-за высокой температуры окружающей среды или другого отказа), или связыванием или какой-либо другой механической перегрузкой в ​​используемом им оборудовании для утилизации. Перегрузка — это контролируемая сверхтоковая ситуация, обычно низкая.

Ток короткого замыкания

Токи короткого замыкания (а также токи замыкания на землю, которые мы будем касатьться дальше) представляют собой перегруженные токи большой величины, которые, по сути, создают низкое сопротивление параллельно импедансу подключенной нагрузки (я). Максимальный ток короткого замыкания обычно включает случайное перекрестное соединение, по меньшей мере, двух проводников цепи (питание и возврат). Это накладывает короткое замыкание на обмотку трансформатора питания.

На рисунках 1 и 2 представлены более общие принадлежности трансформатора к конструкции.

На рисунке 1 показан чертеж однофазного переменного, 3-проводного, 120/240-вольтового питания здания, такого как дом или небольшой промышленный объект). Одна первичная обмотка в трансформаторе поставляет (по индукции) две 120-вольтовые обмотки, соединенные последовательно во вторичной обмотке. Нагрузка на оборудование-загрузчик будет работать при напряжении 240 вольт при подключении между двумя концами двух последовательно соединенных 120-вольтовых обмоток.

Нагрузка на утилизацию оборудования будет работать при напряжении 120 вольт при подключении между двумя концевыми последовательно соединенными 120-вольтовыми обмотками и третьим проводом, общим для двух обмоток (см. Рис. 1).

Рисунок 1. Соотношения напряжений трех питающих линий от вторичной обмотки однофазного переменного тока

Трехфазная система распределения электрической энергии переменного тока, как показано на рисунке 2, обычно имеет более высокое значение максимальной токовой защиты от короткого замыкания, поскольку короткое замыкание обычно включает более одной однофазной обмотки трансформатора переменного тока.

Рисунок 2. Отношение напряжения четырех питающих линий от вторичной обмотки трехфазного переменного или коммерческого силового трансформатора
Перегрузка по току

Перегрузка по току замыкания на землю также является условием короткого замыкания, которое обычно воздействует только на один из проводников цепи и заземленной металлической дорожки качения или электрического распределительного устройства или оборудования для использования.

Перегрузка по току замыкания на землю может произойти только в том случае, если система распределения электроэнергии здания или сооружения относится к заземлению. «Справочник заземление» требует общего соединения одного конца одного или нескольких из однофазных обмоток трансформатора переменного тока (конфигурация трансформатора Уай) к системе заземляющего электрода, создавая оба заземленных и незаземленные проводник цепи / питания.

Величина перегрузки по току заземления обычно меньше величины максимальной токовой защиты от короткого замыкания, доступной от одного и того же трансформатора. Короткое замыкание может быть через две или более однофазные переменные обмотки трансформатора. Перегрузка по току замыкания на землю обычно влияет только на одну однофазную обмотку переменного тока в трансформаторе, подавающем питание в неисправное состояние.

Ток короткого замыкания и замыкания на землю представляют собой избыточные токи большой величины, вызванные случайным параллельным подключением низкого сопротивления к подключенному сопротивлению нагрузки.

Без какого-либо устройства защиты от сверхтоков, установленного последовательно с проводниками цепи, единственным пределом максимального тока неисправности является сопротивление проводника и количество мощности, доступной от трансформатора.

Защита от сверхтока

Как показано на рисунке 3, полная максимальная токовая защита для проводников и подключенной нагрузки может быть обеспечена только предохранителем или автоматическим выключателем, установленным в точке, откуда начинается цепь (или где она получает свое питание).

Если OCPD расположен ниже по потоку от источника питания, то максимальная токовая защита технически подразделяется на короткое замыкание, защиту от замыканий на землю, расположенную вверх по потоку, а также отдельную защиту от перегрузки, расположенную ниже по потоку. Предохранители или автоматические выключатели, расположенные ниже по потоку, обеспечивают полную максимальную токовую защиту для любых цепей или оборудования, расположенного на их стороне нагрузки, обеспечивая при этом только защиту от перегрузки для своей линии или линии со стороны питания.

Рисунок 3. Разделительная максимальная токовая защита трансформаторной цепи

Форма и функция устройств защиты от перегрузки по току

Существует три основных компонента электрической цепи: источник питания, нагрузка и соединение между ними.

Эти три основных компонента дополняются средством управления ВКЛ / ВЫКЛ и средством контроля предельного значения. Оба типа управления ограничивают количество тока, которое может протекать в цепи. Средства управления ВКЛ / ВЫКЛ обычно имеют форму переключателя (ручного, автоматического, электронного или электромеханического). Средством предельного управления обычно является устройство защиты от перегрузки по току, которое на уровне распределения электрической энергии является предохранителем или автоматическим выключателем (как показано на рисунке 4).

Рисунок 4. Устройства защиты от перегрузки по току

Как показано на рисунке 5, система распределения электроэнергии внутри здания или другой структуры имеет три основные классификации: сервис, цепи фидера и ответвительные цепи.

В общем, проводники всех этих цепей должны быть снабжены средством максимальной токовой защиты в точке, где они получают свое электропитание. OCPD должен быть установлен в соответствии с требованиями Национального электрического кодекса. Как проводники, так и подключенная ими нагрузка должны быть защищены от правильной силы тока.

Рисунок 5. Система распределения электроэнергии внутри здания

Номинальная прочность проводников, номинальный ток нагрузки при подключенной нагрузке и размер или грузоподъемность OCPD взаимосвязаны. Ток номинальной нагрузки подключенной нагрузки определяет размер (по номинальной мощности) питающих проводников, а также рейтинг или настройку OCPD.

Точно так же рейтинг или настройка OCPD и номинальная прочность проводников схемы определяют максимальный ток полной нагрузки, который может быть подан из сервисной, фидерной или ветвящей цепи. Любая максимальная величина тока, превышающая номинальную мощность транспортирующих проволок или ток номинальной нагрузки электрооборудования, например, светильники, двигатели или трансформаторы, описывается как перегрузка по току.

Основная цель устройства защиты от перегрузки по току (плавкий предохранитель, автоматический выключатель или какой-либо другой тип устройства ограничения тока) заключается в том, чтобы ограничить температуру проводников цепи до значения, которое не повредит проводники или их изоляцию. Это достигается путем ограничения количества (величины) тока, которое проводники должны передавать. Защита проводников цепи от перегрева путем ограничения количества тока, которое требуется проводникам для передачи, по своей сути защищает поставляемое электрическое распределительное и утилизационное оборудование (подключенная нагрузка) от воздействия перегрузки по току.

Я надеюсь, что эта статья помогла вам лучше понять устройства защиты от перегрузки по току и максимальной токовой защиты. Если вы хотите узнать больше о конкретной теме, касающейся перегрузки по току, поделитесь своими мыслями в разделе комментариев ниже.

Реализация аппаратной защиты по току / Хабр

Сегодня моя статья будет носить исключительно теоретический характер, вернее в ней не будет «железа» как в предыдущих статьях, но не расстраивайтесь — менее полезной она не стала. Дело в том, что проблема защиты электронных узлов напрямую влияет на надежность устройств, их ресурс, а значит и на ваше важное конкурентное преимущество —

возможность давать длительную гарантию на продукцию

. Реализация защиты касается не только моей излюбленной силовой электроники, но и любого устройства в принципе, поэтому даже если вы проектируете IoT-поделки и у вас скромные 100 мА — вам все равно нужно понимать как обеспечить безотказную работу своего устройства.

Защита по току или защита от короткого замыкания (КЗ) — наверное самый распространенный вид защиты потому, что пренебрежение в данном вопросе вызывает разрушительные последствия в прямом смысле. Для примера предлагаю посмотреть на стабилизатор напряжения, которому стало грустно от возникшего КЗ:

Диагноз тут простой — в стабилизаторе возникла ошибка и в цепи начали протекать сверхвысокие токи, по хорошему защита должна была отключить устройство, но что-то пошло не так. После ознакомления со статьей мне кажется вы и сами сможете предположить в чем могла быть проблема.

Что касается самой нагрузки… Если у вас электронное устройство размером со спичечный коробок, нет таких токов, то не думайте, что вам не может стать так же грустно, как стабилизатору. Наверняка вам не хочется сжигать пачками микросхемы по 10-1000$? Если так, то приглашаю к ознакомлению с принципами и методами борьбы с короткими замыканиями!

Цель статьи

Свою статью я ориентирую на людей для которых электроника это хобби и начинающих разработчиков, поэтому все будет рассказываться «на пальцах» для более осмысленного понимания происходящего. Для тех, кому хочется академичности — идем и читаем любой ВУЗовский учебники по электротехники + «классику» Хоровица, Хилла «Искусство схемотехники».

Отдельно хотелось сказать о том, что все решения будут аппаратными, то есть без микроконтроллеров и прочих извращений. В последние годы стало совсем модно программировать там где надо и не надо. Часто наблюдаю «защиту» по току, которая реализуется банальным измерением напряжения АЦП какой-нибудь arduino или микроконтроллером, а потом устройства все равно выходят из строя. Я настоятельно не советую вам делать так же! Про эту проблему я еще дальше расскажу более подробно.

Немного о токах короткого замыкания

Для того, чтобы начать придумывать методы защиты, нужно сначала понять с чем мы вообще боремся. Что же такое «короткое замыкание»? Тут нам поможет любимый закон Ома, рассмотрим идеальный случай:

Просто? Собственно данная схема является эквивалентной схемой практически любого электронного устройства, то есть есть источник энергии, который отдает ее в нагрузку, а та греется и что-то еще делает или не делает.

Условимся, что мощность источника позволяет напряжению быть постоянным, то есть «не проседать» под любой нагрузкой. При нормальной работе ток, действующий в цепи, будет равен:

Теперь представим, что дядя Вася уронил гаечный ключ на провода идущие к лампочке и наша нагрузка уменьшилась в 100 раз, то есть вместо R она стала 0,01*R и с помощью нехитрых вычислений мы получаем ток в 100 раз больше. Если лампочка потребляла 5А, то теперь ток от нагрузки будет отбираться около 500А, чего вполне хватит чтобы расплавить ключ дяди Васи. Теперь небольшой вывод…

Короткое замыкание — значительное уменьшение сопротивления нагрузки, которое ведет к значительному увеличению тока в цепи.

Стоит понимать, что токи КЗ обычно в сотни и тысячи раз больше, чем ток номинальный и даже короткого промежутка времени хватает, чтобы устройство вышло из строя. Тут наверняка многие вспомнят о электромеханических устройствах защиты («автоматы» и прочие), но тут все весьма прозаично… Обычно розетка бытовая защищена автоматом с номинальным током 16А, то есть отключение произойдет при 6-7 кратном токе, что уже около 100А. Блок питания ноутбука имеет мощность около 100 Вт, то есть ток нем менее 1А. Даже если произойдет КЗ, то автомат долго будет этого не замечать и отключит нагрузку, только когда все уже сгорит. Это скорее защита от пожара, а не защита техники.

Теперь давайте рассмотрим еще один, часто встречающийся случай — сквозной ток. Покажу я его на примере dc/dc преобразователя с топологией синхронный buck, все MPPT контроллеры, многие LED-драйвера и мощные DC/DC преобразователи на платах построены именно по ней. Смотрим на схему преобразователя:

На схеме обозначены два варианта превышения тока: зеленый путь для «классического» КЗ, когда произошло уменьшение сопротивления нагрузки («сопля» между дорог после пайки, например) и оранжевый путь. Когда ток может протекать по оранжевому пути? Я думаю многие знают, что сопротивление открытого канала полевого транзистора очень небольшое, у современных низковольтных транзисторов оно составляет 1-10 мОм. Теперь представим, что на ключи одновременно пришел ШИМ с высоким уровнем, то есть оба ключа открылись, для источника «VCCIN — GND» это равносильно подключению нагрузки сопротивлением около 2-20 мОм! Применим великий и могучий закон Ома и получим даже при питании 5В значение тока более 250А! Хотя не переживайте, такого тока не будет — компоненты и проводники на печатной плате сгорят раньше и разорвут цепь.

Данная ошибка очень часто возникает в системе питания и особенно в силовой электронике. Она может возникать по разным причинам, например, из-за ошибки управления или длительных переходных процессах. В последнем случае не спасет даже «мертвое время» (deadtime) в вашем преобразователе.

Думаю проблема понятна и многим из вас знакома, теперь понятно с чем нужно бороться и осталось лишь придумать КАК. Об этом и пойдет дальнейший рассказ.

Принцип работы защиты по току

Тут необходимо применить обычную логику и увидеть причинно-следственную связь:

1) Основная проблема — большое значения тока в цепи;

2) Как понять какое значение тока? -> Измерить его;

3) Измерили и получили значение -> Сравниваем его с заданным допустимым значением;

4) Если превысили значение -> Отключаем нагрузку от источника тока.


Измерить ток -> Узнать превысили ли допустимый ток -> Отключить нагрузку

Абсолютно любая защита, не только по току, строится именно так. В зависимости от физической величины по которой строится защита, будут возникать на пути реализации разные технические проблемы и методы их решения, но суть неизменна.

Теперь предлагаю по порядку пройти по всей цепочки построения защиты и решить все возникающие технические проблемы. Хорошая защита — это защита, которую предусмотрели заранее и она работает. Значит без моделирования нам не обойтись, я буду использовать популярный и бесплатный MultiSIM Blue, который активно продвигается Mouser-ом. Скачать его можно там же — ссылка. Также заранее скажу, что в рамках данной статьи я не буду углубляться в схемотехнические изыски и забивать вам голову лишними на данном этапе вещами, просто знайте, что все немного сложнее в реальном железе будет.

Измерение тока

Это первый пункт в нашей цепочке и наверное самый простой для понимания. Измерить ток в цепи можно несколькими способами и у каждого есть свои достоинства и недостатки, какой из них применить конкретно в вашей задаче — решать только вам. Я же расскажу, опираясь на свой опыт, о этих самых достоинствах и недостатках. Часть из них «общепринятые», а часть мои мироощущения, прошу заметить, что как какую-то истину даже не пытаюсь претендовать.

1) Токовый шунт. Основа основ, «работает» все на том же великом и могучем законе Ома. Самый простой, самый дешевый, самый быстрый и вообще самый самый способ, но с рядом недостатков:

а) Отсутствие гальванической развязки. Ее вам придется реализовывать отдельно, например, с помощью быстродействующего оптрона. Реализовать это не сложно, но требует дополнительного места на плате, развязанного dc/dc и прочие компоненты, которые стоят денег и добавляют габаритных размеров. Хотя гальваническая развязка нужна далеко не всегда, разумеется.

б) На больших токах ускоряет глобальное потепление. Как я ранее писал, «работает» это все на законе Ома, а значит греется и греет атмосферу. Это приводит к уменьшению КПД и необходимости охлаждать шунт. Есть способ минимизировать этот недостаток — уменьшить сопротивления шунта. К сожалению бесконечно уменьшать его нельзя и вообще я бы не рекомендовал уменьшать его менее 1 мОм, если у вас пока еще мало опыта, ибо возникает необходимость борьбы с помехами и повышаются требования к этапу конструирования печатной платы.

В своих устройствах я люблю использовать вот такие шунты PA2512FKF7W0R002E:

Измерение тока происходит путем измерения падения напряжения на шунте, например, при протекании тока 30А на шунте будет падение:

То есть, когда мы получим на шунте падение 60 мВ — это будет означать, что мы достигли предела и если падение увеличится еще, то нужно будет отключать наше устройство или нагрузку. Теперь давайте посчитаем сколько тепла выделится на нашем шунте:

Не мало, правда? Этот момент надо учитывать, т.к. предельная мощность моего шунта составляет 2 Вт и превышать ее нельзя, так же не стоит припаивать шунты легкоплавким припоем — отпаяться может, видел и такое.

Рекомендации по использованию:

  • Используйте шунты, когда у вас большое напряжение и не сильно большие токи
  • Следите за количеством выделяемого на шунте тепла
  • Используйте шунты там, где нужно максимальное быстродействие
  • Используйте шунты только из специальным материалов: константана, манганина и подобных

2)

Датчики тока на эффекте Холла

. Тут я допущу себе собственную классификацию, которая вполне себе отражает суть различных решений на данном эффекте, а именно:

дешевые

и

дорогие

.

а) Дешевые, например, ACS712 и подобные. Из плюсов могу отметить простоту использования и наличия гальванической развязки, на этом плюсы кончаются. Основным недостатком является крайне нестабильное поведение под воздействием ВЧ помех. Любой dc/dc или мощная реактивная нагрузка — это помехи, то есть в 90% случаев данные датчики бесполезны, ибо «сходят с ума» и показывают скорее погоду на Марсе. Но не зря же их делают?

Они имеют гальваническую развязку и могут измерять большие токи? Да. Не любят помехи? Тоже да. Куда же их поставить? Правильно, в систему мониторинга с низкой ответственностью и для измерения тока потребления с аккумуляторов. У меня они стоят в инверторах для СЭС и ВЭС для качественной оценки тока потребления с АКБ, что позволяет продлить жизненный цикл аккумуляторов. Выглядят данные датчики вот так:

б) Дорогие. Имеют все плюсы дешевых, но не имеют их минусов. Пример такого датчика LEM LTS 15-NP:

Что мы имеем в итоге:
1) Высокое быстродействие;
2) Гальваническую развязку;
3) Удобство использования;
4) Большие измеряемые токи независимо от напряжения;
5) Высокая точность измерения;
6) Даже «злые» ЭМИ не мешают работе и не; влияют на точность.

Но в чем тогда минус? Те, кто открывали ссылку выше однозначно его увидели — это цена. 18$, Карл! И даже на серии 1000+ штук цена не упадет ниже 10$, а реальная закупка будет по 12-13$. В БП за пару баксов такое не поставить, а как хотелось бы… Подведем итог:

а) Это лучшее решение в принципе для измерения тока, но дорогое;
б) Применяйте данные датчики в тяжелых условиях эксплуатации;
в) Применяете эти датчики в ответственных узлах;
г) Применяйте их если ваше устройство стоит очень много денег, например, ИБП на 5-10 кВт, там он себя однозначно оправдает, ведь цена устройства будет несколько тысяч $.

3) Трансформатор тока. Стандартное решение во многих устройствах. Минуса два — не работают с постоянным током и имеют нелинейные характеристики. Плюсы — дешево, надежно и можно измерять просто огромнейшие токи. Именно на трансформаторах тока построены системы автоматики и защиты в РУ-0.4, 6, 10, 35 кВ на предприятиях, а там тысячи ампер вполне себе нормальное явление.

Честно говоря, я стараюсь их не использовать, ибо не люблю, но в различных шкафах управления и прочих системах на переменном токе все таки ставлю, т.к. стоят они пару $ и дают гальваническую развязку, а не 15-20$ как LEM-ы и свою задачу в сети 50 Гц отлично выполняют. Выглядят обычно вот так, но бывают и на всяких EFD сердечниках:

Пожалуй с методами измерения тока можно закончить. Я рассказал об основных, но разумеется не обо всех. Для расширения собственного кругозора и знаний, советую дополнительно хотя бы погуглить да посмотреть различные датчики на том же digikey.

Усиление измеренного падения напряжения

Дальнейшее построение системы защиты пойдет на базе шунта в роли датчика тока. Давайте строить систему с ранее озвученным значением тока в 30А. На шунте мы получаем падение 60 мВ и тут возникают 2 технические проблемы:

а) Измерять и сравнивать сигнал с амплитудой 60 мВ неудобно. АЦП имеют обычно диапазон измерений 3.3В, то есть при 12 битах разрядности мы получаем шаг квантования:

Это означает, что на диапазон 0-60 мВ, который соответствует 0-30А мы получим небольшое количество шагов:

Получаем, что разрядность измерения будет всего лишь:

Стоит понимать, что это идеализированная цифра и в реальности они будет в разы хуже, т.к. АЦП сам по себе имеет погрешность, особенно в районе нуля. Конечно АЦП для защиты мы использовать не будем, но измерять ток с этого же шунта для построения системы управления придется. Тут задача была наглядно объяснить, но это так же актуально и для компараторов, которые в районе потенциала земли (0В обычно) работают весьма нестабильно, даже rail-to-rail.

б) Если мы захотим протащить по плате сигнал с амплитудой 60 мВ, то через 5-10 см от него ничего не останется из-за помех, а в момент КЗ рассчитывать на него точно не придется, т. к. ЭМИ дополнительно возрастут. Конечно можно схему защиты повесить прямо на ногу шунта, но от первой проблемы мы не избавимся.

Для решения данных проблем нам понадобится операционный усилитель (ОУ). Рассказывать о том, как он работает не буду — тема отлично гуглится, а вот о критичных параметрах и выборе ОУ мы поговорим. Для начала давайте определимся со схемой. Я говорил, что особых изяществ тут не будет, поэтому охватим ОУ отрицательной обратной связью (ООС) и получим усилитель с известным коэффициентов усиления. Данное действия я смоделирую в MultiSIM (картинка кликабельна):

Скачать файл для симуляции у себя можно — тут.

Источник напряжения V2 выполняет роль нашего шунта, вернее он симулирует падение напряжения на нем. Для наглядности я выбрал значение падения равное 100 мВ, теперь нам нужно усилить сигнал так, чтобы перенести его в более удобное напряжение, обычно между 1/2 и 2/3 Vref. Это позволит получить большое количество шагов квантования в диапазон токов + оставить запас на измерения, чтобы оценить насколько все плохо и посчитать время нарастания тока, это важно в сложных системах управления реактивной нагрузкой. Коэффициент усиления в данном случае равен:

Таким образом мы имеем возможность усилить сигнал наш сигнал до требуемого уровня. Теперь рассмотрим на какие параметры стоит обратить внимание:

  • ОУ должен быть rail-to-rail, чтобы адекватно работать с сигналами около потенциала земли (GND)
  • Стоит выбирать ОУ с высокой скоростью нарастания выходного сигнала. У моего любимого OPA376 этот параметр равен 2В/мкс, что позволяет достигать максимальное выходное значение ОУ равное VCC 3.3В всего за 2 мкс. Этого быстродействия вполне достаточно, чтобы спасти любой преобразователь или нагрузку с частотами до 200 кГц. Данные параметры стоит понимать и включать голову при выборе ОУ, иначе есть шанс поставить ОУ за 10$ там, где хватило бы и усилителя за 1$
  • Полоса пропускания, выбираемого ОУ, должна быть как минимум в 10 раз больше, чем максимальная частота коммутации нагрузки. Опять же ищите «золотую середину» в соотношение «цена/ТТХ», все хорошо в меру

В большинстве своих проектов я использую ОУ от Texas Instruments — OPA376, его ТТХ хватает для реализации защиты в большинстве задач и ценник в 1$ вполне себе хорош. Если вам необходимо дешевле, то смотрите на решения от ST, а если еще дешевле, то на Microchip и Micrel. Я по религиозным соображениям использую только TI и Linear, ибо оно мне нравится и сплю так спокойнее.

Добавляем реализм в систему защиты

Давайте теперь в симуляторе добавим шунт, нагрузку, источник питания и прочие атрибуты, которые приблизят нашу модель к реальности. Полученный результат выглядит следующим образом (картинка кликабельная):

Скачать файл симуляции для MultiSIM можно — тут.

Тут уже мы видим наш шунт R1 с сопротивлением все те же 2 мОм, источник питания я выбрал 310В (выпрямленная сеть) и нагрузкой для него является резистор 10.2 Ом, что опять по закону Ома дает нам ток:

На шунте как видите падают, ранее посчитанные, 60 мВ и их мы усиливаем с коэффициентом усиления:

На выходе мы получаем усиленный сигнал с амплитудой 3.1В. Согласитесь, его уже и на АЦП можно подать, и на компаратор и протащить по плате 20-40 мм без каких либо опасений и ухудшения стабильности работы. С этим сигналом мы и будем далее работать.

Сравнение сигналов с помощью компаратора


Компаратор — это схема, которая принимает на вход 2 сигнала и в случае если амплитуда сигнала на прямом входе (+) больше, чем на инверсном (-), то на выходе появляется лог. 1 (VCC). В противном случае лог. 0 (GND).

Формально любой ОУ можно включить как компаратор, но такое решение по ТТХ будет уступать компаратору по быстродействию и соотношению «цена/результат». В нашем случае, чем выше быстродействие, тем выше вероятность, что защита успеет отработать и спасти устройство. Я люблю применять компаратор, опять же от Texas Instrumets —

LMV7271

. На что стоит обратить внимание:

  • Задержка срабатывания, по факту это основной ограничитель быстродействия. У указанного выше компаратора это время около 880 нс, что достаточно быстро и во многих задачах несколько избыточно по цене в 2$ и вы можете подобрать более оптимальный компаратор
  • Опять же — советую использовать rail-to-rail компаратор, иначе на выходе у вас будет не 5В, а меньше. Убедиться в этом вам поможет симулятор, выберите что-то не rail-to-rail и поэкспериментируйте. Сигнал с компаратора обычно подается на вход аварии драйверов (SD) и хорошо бы иметь там устойчивый TTL сигнал
  • Выбирайте компаратор с выходом push-pull, а не open-drain и другие. Это удобно и имеем прогнозируемые ТТХ по выходу

Теперь давайте добавим компаратор в наш проект в симуляторе и посмотрим на его работу в режиме, когда защита не сработала и ток не превышает аварийный (кликабельная картинка):

Скачать файл для симуляции в MultiSIM можно — тут.

Что нам нужно… Нужно в случае превышения тока более 30А, чтобы на выходе компаратора был лог. 0 (GND), этот сигнал будет подавать на вход SD или EN драйвера и выключать его. В нормальном состоянии на выходе должна быть лог. 1 (5В TTL) и включать работу драйвера силового ключа (например, «народный» IR2110 и менее древние).

Возвращаемся к нашей логике:
1) Измерили ток на шунте и получили 56. 4 мВ;
2) Усилили наш сигнал с коэффициентом 50.78 и получили на выходе ОУ 2.88В;
3) На прямой вход компаратора подаем опорный сигнал с которым будем сравнивать. Его задаем с помощью делителя на R2 и выставляет 3.1В — это соответствует току примерно в 30А. Данным резистором регулируется порог срабатывания защиты!
4) Теперь сигнал с выхода ОУ подаем на инверсный и сравниваем два сигнала: 3.1В > 2.88В. На прямом входу (+) напряжение выше, чем на инверсном входе (-), значит ток не превышен и на выходе лог. 1 — драйвера работают, а наш светодиод LED1 не горит.

Теперь увеличиваем ток до значения >30А (крутим R8 и уменьшаем сопротивление) и смотрим на результат (кликабельная картинка):

Давайте пересмотри пункты из нашей «логики»:
1) Измерили ток на шунте и получили 68.9 мВ;
2) Усилили наш сигнал с коэффициентом 50.78 и получили на выходе ОУ 3.4В;
4) Теперь сигнал с выхода ОУ подаем на инверсный и сравниваем два сигнала: 3. 1В < 3.4В. На прямом входу (+) напряжение НИЖЕ, чем на инверсном входе (-), значит ток превышен и на выходе лог. 0 — драйвера НЕ работают, а наш светодиод LED1 горит.

Почему аппаратная?

Ответ на этот вопрос простой — любое программируемое решение на МК, с внешним АЦП и прочее, могут попросту «зависнуть» и даже если вы достаточно грамотный софтописатель и включили сторожевой таймер и прочие защиты от зависания — пока оно все обработается ваше устройство сгорит.

Аппаратная защита позволяет реализовать систему с быстродействием в пределах нескольких микросекунд, а если бюджет позволяет, то в пределах 100-200 нс, чего достаточно вообще для любой задачи. Также аппаратная защита не сможет «зависнуть» и спасет устройство, даже если по каким-то причинам ваш управляющий микроконтроллер или DSP «зависли». Защита отключит драйвер, ваша управляющая схема спокойно перезапустится, протестирует аппаратную часть и либо подаст ошибку, например, в Modbus или запустится если все хорошо.

Тут стоит отметить, что в специализированных контроллерах для построения силовых преобразователей есть специальные входы, которые позволяют аппаратно отключить генерацию ШИМ сигнала. Например, у всеми любимого STM32 для этого есть вход BKIN.

Отдельно стоит сказать еще про такую вещь как CPLD. По сути это набор высокоскоростной логики и по надежности оно сопоставимо с аппаратным решением. Вполне здравым смыслом будет поставить на плату мелкую CPLD и реализовать в ней и аппаратные защиты, и deadtime и прочие прелести, если мы говорим о dc/dc или каких-то шкафах управления. CPLD позволяет сделать такое решение очень гибким и удобным.

Эпилог

На этом пожалуй и все. Надеюсь вам было интересно читать данную статью и она даст вам какие-то новые знания или освежит старые. Всегда старайтесь заранее думать какие модули в вашем устройстве стоит реализовать аппаратно, а какие программно. Часто реализация аппаратная на порядки проще реализации программной, а это ведет с экономии времени на разработке и соответственно ее стоимости.

Формат статьи без «железа» для меня новый и попрошу высказать ваше мнение в опросе.

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ДЛЯ ЛЮБОГО БЛОКА ПИТАНИЯ


   Это небольшой блок универсальной защиты от короткого замыкания, что предназначен для использования в сетевых источниках питания. Она специально разработана так, чтобы вписаться в большинство блоков питания без переделки их схемы. Схема, несмотря на наличие микросхемы, очень проста для понимания. Сохраните её на компьютер, чтоб увидеть в лучшем размере.

Схема блока защиты БП

   Чтобы спаять схему вам понадобится:

  1. 1 — TL082 сдвоенный ОУ
  2. 2 — 1n4148 диод
  3. 1 — tip122 транзистор NPN
  4. 1 — BC558 PNP транзистор BC557, BC556
  5. 1 — резистор 2700 ом
  6. 1 — резистор 1000 ом
  7. 1 — резистор 10 ком
  8. 1 — резистор 22 ком
  9. 1 — потенциометр 10 ком
  10. 1 — конденсатор 470 мкф
  11. 1 — конденсатор 1 мкф
  12. 1 — нормально закрытый выключатель
  13. 1 — реле модели Т74 «G5LA-14»

Подключение схемы к БП

   Здесь резистор с низким значением сопротивления соединен последовательно с выходом источника питания. Как только ток начинает течь через него, появится небольшое падение напряжения и мы будем использовать это падение напряжения, чтобы определить, является ли питание результатом перегрузки или короткого замыкания. В основе этой схемы операционный усилитель (ОУ) включенный в качестве компаратора.

  • Если напряжение на неинвертирующем выходе выше, чем на инвертирующем, то на выходе устанавливается «высокий» уровень.
  • Если напряжение на неинвертирующем выход ниже, чем на инвертирующем, то на выходе устанавливается «низкий» уровень.

   Правда это не имеет ничего общего с логическим 5 вольтовым уровнем обычных микросхем. Когда ОУ находится в «высоком уровне», его выход будет очень близким к положительному потенциалу напряжения питания, поэтому, если питание +12 В, «высокий уровень» будет приближаться к +12 В. Когда ОУ находится в «низком уровне», его выход будет почти на минусе напряжения питания, поэтому, близко к 0 В.

   При использовании ОУ в качестве компараторов, мы обычно имеем входной сигнал и опорное напряжение для сравнения этого входного сигнала. Итак, у нас есть резистор с переменным напряжением, которое определяется в соответствии с током, который течет через него и опорным напряжением. Этот резистор является наиболее важной частью схемы. Он подключен последовательно с питанием выходного. Вам необходимо выбрать резистор, падение напряжения на котором составляет примерно 0.5~0.7 вольт при перегрузке тока, проходящего через него. Ток перегрузки появляется в тот момент, когда схема защиты срабатывает и закрывает выход питания для предотвращения повреждений на нем.

   Вы можете выбрать резистор, используя закон Ома. Первое, что нужно определить, является перегрузка током блока питания. Для этого надо знать максимальный допустимый ток блока питания.

   Допустим, ваш блок питания может выдать 3 ампера (при этом напряжение блока питания не имеет значения). Итак, мы получили Р= 0,6 В / 3 А. Р = 0.2 Ом. Следующее, что вы должны сделать, это рассчитать рассеиваемую мощность на этом резисторе по формуле: Р=V*I. Если мы используем наш последний пример, то получим: Р=0.6 В * 3 А. Р = 1,8 Вт — 3 или 5 Вт резистора будет более чем достаточно.

   Чтобы заставить работать схему, вы должны будете подать на неё напряжение, которое может быть от 9 до 15 В. Для калибровки подайте напряжение на инвертирующий вход ОУ и поверните потенциометр. Это напряжение будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от стороны, куда вы поворачиваете его. Значение необходимо скорректировать согласно коэффициента усиления входного каскада 0.6 Вольт (что-то около 2.2 до 3 вольт если ваш усилительного каскада похож на мой). Эта процедура занимает некоторое время, и лучший способ для калибровки это метод научного тыка. Вам может потребоваться настроить более высокое напряжение на потенциометре, так чтоб защита не срабатывала на пиках нагрузки. Скачать файл проекта.


Поделитесь полезными схемами


СЕТЕВОЙ БЛОК ПИТАНИЯ НА 5 ВОЛЬТ

    Само устройство состоит из нескольких деталей и наладки не требует, работает сразу после включения. На выходе строго 5 вольт, хотя блок питания и не содержит понижающего сетевого трансформатора.


СХЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА

   Предлагаемое ЗУ при всей своей простоте довольно многофункционально — выполняет заряд и поддержание ёмкости небольших аккумуляторов. Данное несложное зарядное устройство автоматически отключает аккумулятор по окончании заряда и включает его при разрядке аккумулятора ниже порогового значения.


УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА

   Схема включения, устройство и принцип действия стандартного сетевого трансформатора на входное напряжение 220 В.



Защита от перегрузки по току, перенапряжения и перегрева цепи защиты серии

Статья переведена из:http://www. eetop.cn/blog/html/65/1196765-6648753.html 
Последнее исследование завершеноДизайн защиты входной мощности в конструкции оборудования, Сегодня я подведу итоги еще несколькихМодуль защиты, Некоторых таких приложений немного.

1. Защита от перегрузки по току

Мы знаем, что одна из важных ситуаций повреждения печатной платы заключается в том, что перегрузка по току приводит к перегоранию устройства, а некоторые даже загораются и задымляются, что приводит к аварии. Следовательно, необходимо разработать защиту по мощности.Например, обычно используемые предохранители или термисторы относятся к числу простых, но этот вид защиты относится к грубой защите.Если вам нужна целенаправленная защита от обнаружения тока, вам все равно необходимо разработать структуру схемы.

Использование резисторов выборки — наш общий метод проектирования, с помощью которого определяется ток, а затем выводится управляющий сигнал. Существует также множество интегрированных микросхем, предназначенных для обнаружения тока высокого и низкого уровня, например LT6100.

 

Защита от перегрузки по току в основном заключается в обнаружении тока. Далее следует отбор проб с помощью токового зеркала. Внутренняя конструкция ИС использует этот метод для установки тока смещения, поскольку ток транзистора пропорционален каналу.


 

Существуют также изолированные методы отбора проб, такие как оптопары иТрансформатор тока。

 

Существует множество приложений для отбора проб тока с использованием взаимной индуктивности, таких как обнаружение внутренней утечки в устройствах защиты от утечки.

 

2. Защита от повышенного и пониженного напряжения.

Схема защиты от перенапряжения и пониженного напряжения предназначена для защиты электронной системы от повреждения высоким напряжением и своевременного отключения во избежание ненормальной работы при пониженном напряжении. Основной метод заключается в использовании транзисторных переключателей для управления или соответствующих зажимных устройств, а также встроенных устройств защиты, подобных KF2030.

Это обычно используемая схема защиты от перенапряжения на входе.

Напишите здесь код


Три, защита от перегрева

В энергетических приложениях нам часто необходимо выполнять определение температуры, особенно вМощность ICКак правило, существует внутренняя схема защиты от перегрева OTP. Конструкция схемы OTP предполагает использование термочувствительных устройств, таких как термисторы и т. Д. Температурные характеристики PN-перехода часто используются для определения температуры, а внутренняя конструкция IC также использует PN-переход. Компенсация температурного дрейфа. Чтобы
 

резюме

В общем, защита схемы — это защита от тока или напряжения или физического повреждения. Следовательно, ключевым моментом является обнаружение тока или напряжения. Будь то схема, построенная с устройством защиты, встроенной ИС или дискретным устройством, структура защиты должна учитывать несколько моментов, таких как Значение защиты, скорость срабатывания, интервал гистерезиса и т. Д. Необходимо тщательно учитывать в зависимости от конкретного применения.

Каталог радиолюбительских схем. СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ.

Каталог радиолюбительских схем. СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ.

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ

Ю.ЗИРЮКИН,

225210, г.Береза, ул.Северная, 55 — 35.

В радиолюбительской практике хорошо зарекомендовали себя простые тиристорные устройства защиты блоков питания от перегрузок по току, например описанные в [1] и [2]. Схема, изображенная на рис. 1, представляет собой несколько измененный стабилизатор напряжения с защитой [2]. Как показала практика, при использовании кремниевых транзисторов и токе нагрузки не более 1 …2 А нет необходимости в дополнительной защите с помощью реле. Даже разогретый регулирующий транзистор надежно запирается тиристорной защитой. Это позволило «облегчить» схему — в цепь анода тиристора вместо реле включается светодиод сигнализации перегрузки. Ток через тиристор в такой схеме уменьшается, и можно использовать КУ101 вместо КУ201 или КУ202, при этом повышается быстродействие защиты. По схеме (рис.1) резистор R2 установлен на входе стабилизатора, что улучшило стабильность выходного напряжения, особенно при токе срабатывания защиты в несколько десятков мА.

Схема собственно защиты собрана на Rl, R2, VD1, VD2 и VS1. При увеличении тока нагрузки увеличивается падение Напряжения на R2. По достижении им некоторого значения тиристор открывается и база VT1 через VD2 и VS1 оказывается подключенной к «-» источника, VT1 и VT2 закрываются и напряжение на выходе стабилизатора падает примерно до 0,1…0,2 В. Загорается светодиод индикации перегрузки. Для повторного включения стабилизатора необходимо устранить причину перегрузки и закрыть тиристор кратковременным нажатием кнопки SB1. Можно использовать кнопку с нормально замкнутыми контактами, включив ее в разрыв цепи катода тиристора. Благодаря использованию тиристора защита имеет «триггерное» действие, а диод VD2 хорошо изолирует схему защиты от стабилизатора. пока закрыт тиристор.

При настройке сначала подбором R3 следует установить ток стабилитрона VD3 на уровне 20. ..30 мА, а затем измерить ток через тиристор. Для этого в разрыв катода тиристора следует включить миллиамперметр на 60… 100 мА, резистором R4 установить максим альное выходное напряжение и вызвать срабатывание защиты, кратковременно «коротнув» выход стабилизатора. Если ток тиристора превышает 60…65 мА, сопротивление R3 необходимо увеличить, т.к. максимально допустимый ток анода КУ101 — 75 мА. Далее изменением сопротивления резистора R2 установить требуемое значение тока нагрузки, при котором срабатывает защита. Его величина может составлять от 20…30 мА до 1.. .2 А. Например для указанных на схеме напряжений и VS1 КУ101Б, a R2=36 Ом защита включается при токе нагрузки около 30 мА, а для R2=4 Ом — 0,5А.

Транзисторы и диоды указанных типов — с любыми буквенными индексами. VT1, VT2—мощные кремниевые, тип — исходят требуемых тока нагрузки и выходного напряжения. Например VT1 —КТ801,КТ807; VT2—КТ802…КТ805ит.п. VD2 — любой кремниевый (КД102…КД105, Д 206… Д211). Стабилитрон VD3 определяет максимальное выходное напряжение стабилизатора. Его можно заменить цепочкой диодов с меньшим напряжением стабилизации, например использовать 2 шт. Д814Б. Но коэффициент стабилизации при этом может уменьшиться.

Значительно увеличить стабильность выходного напряжения при нестабильной сети можно, если заменить резистор R3 генератором тока согласно рис.2. Подбором R7 устанавливается требуемый ток через VD3. VT3 заменяется на МП21, МП25, МП26 или на аналогичный по параметрам кремниевый.

Необходимо отметить, что работа защиты зависит не только от величины тока нагрузки, но и от скорости его нарастания. Например если зашита включается при медленном возрастании тока нагрузки, скажем, до 500мА, то при его резком скачкообразном увеличении защита срабатавает при токе примерно 450…480мА. Литература

1. Лукьянчиков О. Стабилизатор напряжения с двойной защитой от КЗ в нагруз-ке//Радио. —1986. —N9.

2. Галацкий Б. Упрощенный стабилизатор напряжения с двойной защитой от перегрузки//Радио. —1992. — N8.

Радиолюбитель 12/95, с. 15.





Схема защиты источника питания от перегрузки на КУ202

Добавил: Chip,Дата: 06 Фев 2015

Схема защиты источника питания от перегрузки на КУ202

Для защиты блока питания при конструировании различных схем рекомендуется на выход БП добавить узел защиты от перегрузки по току. Простая схема устройства построена с применением тиристора в качестве управляющего элемента защиты по напряжению.

Пока напряжение питания на входе находится в пределах нормы, стабилитрон и тиристор закрыты, ток протекает в нагрузку. При превышении напряжения питания свыше 15,2В, открывается стабилитрон, и вслед за ним тиристор, так как между его катодом и управляющим электродом присутствует разность потенциалов, достаточная для его отпирания. Подключенный параллельно выходу источника питания тиристор VS1 при перегрузке обрывает плавкий предохранитель в течение нескольких микросекунд, если выходное напряжение окажется свыше допустимого. Порог открывания тиристора, а именно, срабатывания защиты, зависит от технических данных стабилитрона. При перегорании предохранителя включится пьезоизлучатель звука со встроенным генератором, который просигнализирует о внешней неисправности, который, так же, индицирует о возможном коротком замыкании в нагрузке. Сигнализатор будет звучать до тех пор, пока не будет отключено общее питание или устройство нагрузки.

Видео работы схемы защиты источника питания


Источник:chipdip.ru



ПОДЕЛИТЕСЬ СО СВОИМИ ДРУЗЬЯМИ:

П О П У Л Я Р Н О Е:
  • Зарядное устройство для АКБ 12В, 7а-ч
  • Простое зарядное устройство для АКБ

    Ниже представлена простая схема для автоматического поддержания аккумулятора в заряженном состоянии. Схема не содержит дорогих и дефицитных деталей. Простое и недорогое зарядное устройство предназначено для 12В, 7 а/ч свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. Можно также использовать для зарядки автомобильных аккумуляторов и систем аварийного освещения и т.п.

    Подробнее…

  • Автомобильные зарядные устройства. Схемы. Принцип работы
  • Обзор распространённых автомобильных зарядных устройств. Принципиальные схемы. Назначение. Устройство. Возможные неисправности.

    Зима. Мороз. Двигатель запускается тяжело. Резко возрастает нагрузка на аккумулятор. А за состоянием аккумулятора нужно следить: проверять и вовремя его заряжать.

    Летом АКБ редко когда приходится заряжать, часто хватает зарядки от генератора автомобиля, а зима — это время частого использования автомобильных зарядных устройств.

    Подробнее…

  • Как запитать светодиод от одной батарейки?
  • От одной батарейки светодиод не будет светиться, значит у нас два варианта: добавить батареек или сделать преобразователь питания.

    С первым вариантом всё понятно, а кого заинтересовал второй давайте рассмотрим подробнее…

    Подробнее…

Популярность: 23 783 просм.

Вы можете следить за комментариями к этой записи через RSS 2.0. Вы можете оставить свой комментарий, пинг пока закрыт.

Максимальная токовая защита – обзор

6.4.1.1 Координация максимальной токовой защиты

Существуют различные методы координации реле в системе защиты. Координация может быть достигнута за счет различения, основанного на временной или текущей классификации, или их комбинации [19]. Основным принципом координации на основе временной градации является регулировка настроек выдержки времени реле таким образом, чтобы автоматический выключатель, ближайший к месту повреждения, срабатывал первым, а другие следуют в хронологическом порядке в порядке их расстояния до тока повреждения. место расположения.Чаще всего это достигается в радиальной системе с одним источником питания за счет ступенчатого увеличения значений независимой задержки отдельных реле от дальнего конца сети к источнику. Однако это будет означать, что неисправности, возникающие вблизи источника, которые по совпадению являются более серьезными, устраняются после более длительной задержки. С другой стороны, координация на основе градации тока различает неисправности и определяет время срабатывания отдельных выключателей на основе уровня тока короткого замыкания, воспринимаемого соответствующими реле.Это означает, что первым срабатывает реле, обнаруживающее наибольший ток короткого замыкания, а остальные следуют за ним в зависимости от величины тока короткого замыкания, которое они обнаруживают. Этот тип координации также имеет недостаток, заключающийся в том, что значимая селективность может быть достигнута только при наличии значительного полного сопротивления между последующими защитными устройствами. Он также предполагает почти постоянный уровень неисправности источника. Таким образом, оба метода не являются лучшими предложениями, особенно в защите микросетей, где длина линий обычно мала (недостаточно большой импеданс между устройствами защиты для надлежащей селективности), а наличие блоков дифференциального генератора с переменным выходом влияет на уровень неисправности источника (не постоянный). .

Реле OC являются одним из распространенных элементов вместе с изолированными извещателями и реклоузерами, используемыми для защиты точки общего соединения (PCC), где микросети подключены к коммунальной сети. Скоординированная защита от перенапряжения также может использоваться для защиты кабелей в микросетях. Однако основной проблемой, вызывающей трудности при координации реле, является наличие РГ. Процедура проектирования скоординированной системы защиты для микросетей и эффект РГ иллюстрируются следующими примерами.Пример 6.1. Пример расчета

Рисунок 6.2. Тестовая система Microgrid для координации защиты от OC.

Таблица 6.1. Компоненты тестовой микросети.

Нагрузка/DG P (MW) Q (МВАр)
0,4
L2 1,0 0,2
L3 0,5 0,1
L4 0,5 0,1
DG1 5,0 0
DG2 2,5 0
DG3 20 20 0
1.

Когда DGS не подключены

2.

при подключении ДГ

Импедансом источника можно пренебречь, а импедансом распределительного трансформатора можно считать равным 5% с отношением X/R, равным 8 (т. е. Z x =0,0062+ Дж 0,0496 о.е.).

Решение:

Шаг 1: Расчет полного сопротивления соединительных кабелей

Полное сопротивление линии для каждого из кабелей, соединяющих сборные шины и коммунальную сеть с PCC (линия 1), рассчитывается на основе параметров кабеля и длину соответствующих кабелей, как показано на рис.6.3. Значения импеданса преобразуются в удельные значения с использованием базового импеданса Z b , который рассчитывается, как показано ниже, для вторичной обмотки главного трансформатора, соединяющего микросеть с коммунальной сетью.

Рисунок 6.3. Линейный импеданс кабелей в микросети.

Zb=(10 кВ)250 МВА=2 Ом

Шаг 2: Расчет уровня неисправности

Следующим шагом является расчет уровня тока короткого замыкания в каждой из зон защиты, соответствующих шинам.

На шине 1:

If1=SbZeq=50MVAZX+ZL1=50,35 МВА=2,91 кА

На шине 2:

If2=SbZeq=50MVAZX+ZL1+ZL2=37,92 МВА=90,00 кA

If3=SbZeq=50MVAZX+ZL1+ZL3=36,14 МВА=2,09 кА

На шине 4:

If4=SbZeq=50MVAZX+ZL1+ZL4=42,08 МВА=2,43 кА на шине

5

SbZeq=50MVAZX+ZL1+ZL3+ZL5=24,58 МВА=1,42 кА

На шине 6:

If6=SbZeq=50MVAZX+ZL1+ZL3+ZL5+ZL6=18,95 МВА=1,09 кА

4 90: Координация реле Шаг 3

Чтобы показать простую обычную процедуру координации реле, мы сначала предположим, что DG в микросети не подключены.Это в конечном итоге превращает микросеть в простую радиальную распределительную сеть, показанную на рис. 6.4.

Рисунок 6.4. Радиальная распределительная сеть без ДГ.

1.

Когда ДГ не подключены (радиальная распределительная сеть)

Координация системы защиты включает настройку двух основных настроек реле времени OC (код ANSI 51): настройка множителя времени (

) TMS

) и ток срабатывания ( I p ). Для радиального участка микросети (рис. 6.4) соответствующие значения уставок для каждого из реле рассчитываются следующим образом.

В данном примере рассматриваются реле ОС с характеристикой VI. Таким образом, соотношение между TMS и временем работы соответствующих реле определяется формулой. (6.2) где константы a и b принимают значения 13,5 и 1, соответственно, в соответствии с IEC 60255. Уравнение. (6.2) будет изменено на (6.3) и уравнение. (6.3) можно преобразовать в (6.4).

(6.3)T=TMS(13,5PSM−1)

где PSM=Im/Ip – множитель уставки штекера реле.

(6.4)TMS=T(PSM-113.5)

Теперь мы начинаем вычислять значения уставок в обратном направлении от реле на дальнем конце к реле, близкому к источнику.

R1, R5, R6 и R7 (периферийные реле):

Реле R1, R5, R6 и R7 расположены на концах (периферии) различных линий радиальной сети. Следовательно, время их работы может быть произвольно установлено равным 0. 1 секунда (без преднамеренной задержки, так как реле не выполняют резервной функции). Затем мы продолжим расчет TMS реле, начиная с R1 (что составляет максимально возможный путь отказа).

Предполагается, что ток срабатывания реле составляет 150 % от тока полной нагрузки для каждой ветви (его можно рассчитать по номинальной нагрузке). Выбор ТТ в этом примере не рассматривается, и мы просто берем коэффициент трансформации ТТ, указанный на рисунке, и нам нужно позже проверить, не превышал ли вторичный ток ТТ 100-кратный номинальный вторичный ток во время КЗ.Ток короткого замыкания и значения срабатывания, наблюдаемые вторичной обмоткой ТТ (с коэффициентом трансформации ТТ 100/1), соответственно рассчитываются как:

A

Таким образом, PSM =5,47/0,44=12,39 и

TMSR1=0,1(12,39−113,5)=0,084

Такое значение TMS может быть не совсем доступным в электромеханических реле и может потребоваться. ближайшее значение, в то время как цифровые реле позволяют осуществлять непрерывную регулировку значений настройки. Мы продолжаем со значением, так как основное намерение состоит в том, чтобы разработать процедуру. TMS значения реле R5, R6 и R7 представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.2. Результат расчета настроек реле.

Реле КТ соотношение Т Я е, втор Я р, сек ПСМ ТМС
R1 100/1 0.10 5,47 0,44 12,39 0,08
R2 100/1 0,60 7,09 0,44 16,07 0,67
R3 200/1 1.10 10,43 1,77 5,91 0,40
R4 200/1 1,60 14,53 1,77 8,23 0,86
R5 100/1 0. 10 10,43 1,77 5,91 0,04
R6 50/1 0,10 7,09 1,77 4,02 0,02
R7 50/1 0.10 7.09 7.09 0.88 8.03 8.03 0,05

R2:

В качестве реле R2 должны иметь функцию обеспечения резервного копирования R1 и для достижения селективности, мы будем применять интервал времени 0.5 секунд с момента срабатывания R1. При этом учитываются задержки автоматического выключателя и время обработки реле с некоторым запасом предосторожности. Таким образом, время работы R2 будет:

T2=T1+0.5second=0.6second

В то время как PSM R2 будет 7.09/0.44=16.07 и

TMSR2=0.6(16.07−113.5)=0.67 9007 Процедура будет продолжаться аналогичным образом, а окончательные результаты приведены в Таблице 6. 2.

2.

при подключении ДГ

Теперь возникает проблема, связанная с подключением ДГ, которые будут вносить вклад в токи КЗ, тем самым изменяя уровень КЗ на шинах.Таким образом, нам необходимо пересчитать токи короткого замыкания на сборных шинах. На этот раз однолинейная диаграмма снова изменится на рис. 6.3. Возьмем пример, когда неисправность возникает на шине 6, в дополнение к коммунальной сети каждый из генераторных генераторов будет обеспечивать неисправность. На рис. 6.5 показано, как DG1 влияет на неисправность на шине 6. Другие DG оказывают аналогичное влияние. Таким образом, при расчете уровня КЗ в каждой точке (или шине) индивидуальный вклад ДГ в ток КЗ складываем с вкладом коммунальной сети (таблица 6.3):

Рисунок 6.5. DG1, вносящий вклад в ток короткого замыкания на шине 6.

Таблица 6.3. Сводка расчета тока неисправности.

5
IF (KA) IDG1 (KA) IDG2 (KA) IDG3 (KA) IDG3 (KA) IIF (KA)
Bus 1 2. 91 0.89 0,37 5,91 7,17
Шина 2 2,19 0,00 0,00 0,0022 2,33
Шина 3 2,09 0,40 0,00 1,97 2,37
автобус 4 2,43 0,78 0,25 0,00 1,03
Автобус 5 1.42 0.21 0.21 0.22 0.93 1.36
Bus 6 1.09 1.09 0.19 0,18 0.84 1.21

на автобус 1:

в шине 1:

в шине 1:

IF1 = IF1 + IDG11 + IDG21 + IDG31 = IF1 + SDG1ZL2 + SDG2ZL3 + SDG3ZL4

на автобусе 2:

IF2 = IF2 +IDG12+IDG22+IDG32=If2+0+SDG2ZL2+ZL3+SDG3ZL2+ZL4

На шине 3:

I′f3=If3+IDG13+IDG23+IDG33=If3+SDG1ZL2+ZL3+0+SDG3ZL3+ZL4

На шине 4:

I′f4=If4+IDG14+IDG24+IDG34=If4+SDG1ZL2+ZL4+SDG2ZL3+ZL4+0

На шине 5:

I′f5=If5+IDG15+IDG25+IDG35= If5+SDG1ZL2+ZL3+ZL5+SDG2ZL5+SDG3ZL3+ZL4+ZL5

На шине 6:

+ZL4+ZL5+ZL6

На основе этих новых уровней неисправности рассчитываются значения уставок реле и сравниваются со старыми значениями в (1), как представлено в Таблице 6. 4.

Таблица 6.4. Влияние РГ на координацию реле ОУ.

T
Реле Без изменений Новый Старый
Коэффициент КТ Я р, сек Т Я е, втор PSM TMS TMS T
R1 100/1 0.44 0,10 12,15 27,51 0,20 0,084 0,043
R2 100/1 0,44 0,60 13,64 30,90 1,33 0,670 0,302
R3 R3 200/1 1. 77 1.10 11.87 6.72 0.47 0.400 0.944
R4 200/1 1.77 1,60 35,84 20,29 2,29 0,857 0,600
R5 100/1 1,77 0,10 23,73 13,44 0,09 0,036 0,039
R6 50/1 50/1 1,77 0.10 27.29 15.45 0.11 0.022 0.021
R7 50/1 0.88 0.10 0.10 27.29 30.90 30.90 0.22 0.0.22 0.024 0,024

В качестве суммированного результата в таблице 6.4 показывают, вставка DGS в распределительную сеть приводит к необходимости перенаправления реле. настройки. Чтобы сохранить эффективность селективности реле на основе временной градации и, следовательно, обеспечить избирательную работу системы защиты, необходимо пересмотреть настройки реле (в частности, настройки множителя времени).Однако, если TMS реле останется таким же, как в случае (1) (Таблица 6.2), время работы реле на основе новых уровней неисправности будет таким, как показано в последнем столбце Таблицы 6.4. Внимательно присмотревшись к таблице, можно заметить, что координация не потеряна полностью, за исключением R4. В случае возникновения неисправности в области, охватываемой R4, все РГ будут вносить свой вклад в неисправность, и уровень неисправности будет значительно выше. В результате время работы R4 (0.6 секунд) стал короче, чем у R3 (0,944 секунды). Это можно перевести как реле R4, действующее раньше R3, при неисправности на линии 5, что приведет к ненужному отключению электроэнергии на участке микросети между двумя реле. Следовательно, релейная координация, вероятно, сохранится, если инжекция неисправности РГ невелика, как указано ранее в [20].

Пример 6.2: Пример моделирования с использованием ETAP

Координация защиты и влияние DG в защите микросети моделируется с помощью ETAP на основе модели микросети с архитектурой, аналогичной архитектуре примера 6.1.

1.

Микросеть, где не подключены ДГ (Рис. 6.6)

Рисунок 6.6. Модель микросети, когда РГ не подключены.

Шаг 1: Нагрузочный поток для расчета тока полной нагрузки (рис. 6.7)

Рисунок 6.7. Результат анализа потока нагрузки.

Шаг 2: Тест на короткое замыкание на каждой шине для расчета уровня неисправности на каждой шине (Рис. 6.8)

Рисунок 6.8. Испытание на короткое замыкание на каждой шине 6.

Уровни неисправности на других шинах показаны в таблице 6.5.

Таблица 6.5. Результаты расчета.

0,27 0,13
Т Коэффициент КТ Я вина Я FL Я р Я фс I

1 PS
PSM TMS
R1 0. 10 100/1 1600 28,7 43,05 16,00 0,43 37,17
R2 0,60 100/1 1630 28,7 43,05 16.30 0.43 0.43 37.86 1.64
R3
R3 110 200/1 1795 1799 172.35 172.35 . 8.98 0.86 10,41 0,77
R4 1.60 200/1 1905 230,8 346,2 9,53 1,73 5,50 0,53
R5 0.10 100/1 1795 1795 179 174 17.95 17.95 1,74 10.32 0.07
R6 R6 0.10 50/1 1630 57. 5 86,25 32,60 1,73 18,90
R7 0,10 50/1 1630 28,8 43,2 32,60 0,86 37,73 0,27

Шаг 3: Расчет времени срабатывания реле и TMS

Шаг 4: Проверка согласования защит (рис. 6.9 и 6.10)

Рисунок 6.9. Последовательность работы защитного устройства.

Рисунок 6.10. Нормированные кривые времятоковой характеристики (ТХК) согласованных реле.

2.

Микросеть с подключенными ДГ

Шаг 1: Распределение нагрузки для расчета тока полной нагрузки

Ток полной нагрузки через ветви остается таким же, как в (1).

Шаг 2: Тест на короткое замыкание на каждой шине для расчета уровня неисправности на каждой шине (Рис. 6.11)

Рисунок 6.11. Ток короткого замыкания на шине 6.

Уровни отказов на шинах изменены по сравнению с (1) и показаны в таблице 6. 6.

Таблица 6.6. Результаты расчета при подключении ДГ.

0,83 0,44 103,86
Т КТ соотношение Я F I_FL I_p Я фс Я пс ПСМ ТМС
R1 0.10 100/1 4868 28,7 43,05 48,68 0,43 113,08
R2 0,60 100/1 5193 28,7 43,05 51.93 0.43 120.63 50.63
R3
R3 200/1 6881 6881 114.9 172.35 3441 0. 86 39,92 3,17
R4 1.60 200/1 1905 230,8 346,2 9,53 1,73 5,50 0,53
R5 0.10 100/1 6881 116 174 174 68.81 68.81 1.74 39.55 0.29
R6 R6 0.10 50/1 5193 57.5 86,25 103,86 1,73 60,21
R7 0,10 50/1 5193 28,8 43,2 0,86 120,21 0,88

Шаг 3: Расчет времени работы реле и TMS

Шаг 4: Проверка координации защиты

Если значения уставок реле остались без изменений, как в случае (1), координация реле будет теряется, как показано на рис. 6.12 и 6.13. Следовательно, нам необходимо обновить настройки реле (особенно значения TMS в соответствии с таблицей 6.4), и согласование будет достигнуто.

Рисунок 6.12. Последовательность работы защитного устройства.

Рисунок 6.13. Кривые ТСС реле.

Полное руководство по электронным схемам защиты

Все электронные устройства нуждаются в схемах защиты. Они используются, как следует из названия, либо для защиты источника питания от вынужденной подачи чрезмерного тока при перегрузке или коротком замыкании, либо для защиты подключенной цепи от обратного подключения источника питания или напряжения, превышающего расчетное напряжение схемы.Их можно классифицировать следующим образом:

Защита от перенапряжения

Схема «ломика» (показана на рис. 1) может защитить ваше устройство от перенапряжения. При нормальном использовании питание 12 В поступает на выход через диод обратной защиты и предохранитель. Стабилитрон выбран чуть выше; в данном случае 15В. Когда входное напряжение достигает 15 В, стабилитрон проводит ток, создавая напряжение на резисторе R2. Когда оно достигает напряжения срабатывания SCR (менее 1 В), SCR срабатывает, создавая короткое замыкание на входе, что приводит к перегоранию предохранителя.C1 гарантирует, что пики, вызванные переходными процессами переключения, не вызовут срабатывание SCR. SCR и стабилитрон должны выдерживать внезапный пусковой ток до тех пор, пока не перегорит предохранитель.

Рисунок 1: Защита от перенапряжения Crowbar Плата вышеуказанной схемы

На рис. 2 показана почти такая же схема, за исключением того, что стабилитрон был заменен программируемым стабилитроном (U1), который называется Precision Programmable Reference TL431. Изменяя напряжение на его входе с помощью R6, вы можете установить напряжение запуска, обеспечивая гораздо большую гибкость.Наконец, на рис. 3 показана та же схема, добавленная к регулятору напряжения и индикатору перегоревшего предохранителя, а также изображение завершенного проекта.

Рисунок 2: Программируемая защита от перенапряжения Рисунок 3: Проект регулятора с защитой от перенапряжения
Готовая печатная плата для приведенной выше схемы

Другой формой перенапряжения является кратковременный скачок напряжения в линии электропередачи. Скорее всего, это проблема на конце блока питания переменного тока. Часто используемое решение состоит в том, чтобы подключить к источнику питания варистор на основе оксида металла (MOV).MOV подобен высокомощному резистору (несколько сотен кОм), который очень быстро реагирует на повышение напряжения. Во время переходных падений его сопротивление достаточно низкое, чтобы избежать всплеска. См. рис. 4 ниже.

Рисунок 4: Защита MOV

Защита от перегрузки по току

В предыдущей статье мы рассмотрели регуляторы напряжения и способы ограничения электрического тока. Давайте еще раз посмотрим на это сейчас.

На рис. 5 транзистор Q8 является основным проходным транзистором, регулируемым транзисторами Q10 и D8. Часть перегрузки по току — R19 и Q9. Если напряжение между базой и эмиттером Q9 достигает 0,6 В, Q9 начинает включаться. Затем это «отнимает» ток у основания Q8, заставляя его начать отключаться. Хитрость заключается в том, чтобы спроектировать резистор R19 таким образом, чтобы при токе отсечки падение напряжения составляло 0,6 В. Так что, если мы хотим отсечь при 2 А, R=V/I = 0,6/2 = 0,3 или 0,33 Ом. Поскольку он несет полный ток нагрузки, он должен потреблять его, возможно, типа 5 Вт.

Обратите внимание, что вы должны оставить длину выводов на компонентах, которые, как ожидается, будут немного нагреваться, и увеличить площадь контакта с печатной платой.Кроме того, припаяйте его, чтобы значительно увеличить их способность рассеивать тепло (но не делайте этого с ВЧ-компонентами!).

Рисунок 5: Регулятор с защитой от перегрузки по току

Другая защита от перегрузки по току

Конечно, есть и другие устройства перегрузки по току, такие как предохранители и автоматические выключатели для больших токов переменного тока, возможно, в вашем домашнем электроснабжении.

Предохранители — это просто специальная тонкая проволока, которая быстро нагревается и плавится. К ним были добавлены различные устройства, такие как натяжные пружины, чтобы замедлить их срабатывание, и порошок, окружающий плавкий предохранитель, чтобы предотвратить разбивание стекла при срабатывании.Предохранители обычно выбираются с номиналом 150% нормального тока. Здесь есть хорошая статья о предохранителях.

Автоматические выключатели — отдельная тема. Но проще говоря, это простые выключатели, у которых есть механизм их срабатывания. В обычном автоматическом выключателе это биметаллическая полоса, по которой протекает ток и изгибается при нагреве. Затем он механически прикрепляется к расцепляющему механизму и срабатывает при определенном токе. Автоматические выключатели также имеют небольшой индуктивный компонент, поэтому выключатель можно настроить на медленное срабатывание при перегрузке или очень быстрое срабатывание при коротком замыкании.Вот отличное видео, показывающее замедленное отключение.

Защита от обратной полярности

Легче всего реализовать защиту от обратной полярности. Подойдет простой диод на пути входящего питания. Но это должно иметь соответствующий текущий рейтинг. На рисунке 6 1N4006 имеет номинальный ток 1 А и PIV (пиковое обратное напряжение) 800 В, так что этого должно быть достаточно для большинства проектов. Диод вызовет постоянное падение напряжения от 0,6 до 0,7 В, но это не должно быть проблемой.Однако, если у вас есть схема, которая должна работать при очень низком напряжении, падение 0,6 В на последовательном диоде может стать проблемой. В этом случае на рис. 6 (справа) показан шунтирующий диод.

При обратном входном напряжении диод открывается, что приводит к перегоранию предохранителя. Это работает, но есть некоторые вещи, о которых следует знать, например, диод должен выдерживать полную мощность источника питания в течение времени, необходимого для срабатывания предохранителя. Это будет существенно, и необходим диод, по крайней мере, от 5 до 10 А.

Рисунок 6: Защита от обратного напряжения

Защита от обратной полярности обратной ЭДС

Существует еще одна форма обратной полярности, которая возникает, когда вы этого не ожидаете. Каждый раз, когда индуктивность, по которой течет ток, отключается, магнитное поле, хранящееся в катушке индуктивности, должно разрушиться, и он попытается сделать это в обратном направлении через свои клеммы. Мало того, это могут быть сотни вольт. (Вот как работают старые автоматические свечи зажигания.) Вы также можете защитить свое устройство от этой обратной ЭДС, используя перевернутый диод на индуктивности, как показано на рисунке 7.Обратите внимание, что диод должен иметь высокий номинал PIV, и 1N4006 будет достаточно.

Рисунок 7: Защита от обратной ЭДС

Наконец, помните, что плавкие предохранители работают медленно. Есть шутка, в которой говорится, что транзистор за 50 долларов часто перегорает первым, чтобы защитить предохранитель за 10 центов! Не стесняйтесь оставлять комментарии ниже, если у вас есть вопрос…


Принцип и применение схемы защиты от перегрузки по току

 

Теплые подсказки: В этой статье около 2800 слов, а время чтения около 15 минут.

Резюме

Многие электронные устройства имеют номинальный ток. Как только устройство превысит номинальный ток, оно сгорит. Таким образом, эти устройства имеют модуль защиты по току, когда ток превышает установленный ток, устройство автоматически отключается, чтобы защитить устройство, которое является защитой от перегрузки по току. Например, USB-интерфейс на материнской плате компьютера, USB-защита от перегрузки по току, как правило, должна защищать материнскую плату от сжигания.Эта статья покажет вам, что такое защита от перегрузки по току; типы защиты от перегрузки по току; его принцип и приложения.


Каталог

I Что такое защита от перегрузки по току

Защита от перегрузки по току (защита от перегрузки по току) — это действие устройства защиты по току, когда ток превышает заданный максимум. Когда ток, протекающий через защищенный оригинал, превышает заданное значение, срабатывает защитное устройство, и время используется для обеспечения селективности действия, отключения автоматического выключателя или подачи сигнала тревоги.

 

Многие электронные устройства имеют номинальный ток. Как только устройство превысит номинальный ток, оно сгорит. Таким образом, эти устройства имеют модуль защиты по току, когда ток превышает установленный ток, устройство автоматически отключается, чтобы защитить устройство, которое является защитой от перегрузки по току. Например, USB-интерфейс на материнской плате компьютера, USB-защита от перегрузки по току, как правило, должна защищать материнскую плату от сжигания.

Цепь питания с функцией защиты от перегрузки по току

 

Защита от перегрузки по току включает защиту от короткого замыкания и защиту от перегрузки.Защита от короткого замыкания характеризуется большим током уставки и мгновенным срабатыванием. В качестве компонентов защиты от короткого замыкания часто используются электромагнитные расцепители тока (или реле), предохранители. Защита от перегрузки характеризуется меньшим током уставки, обратнозависимым действием. Тепловое реле, электромагнитные реле тока с задержкой, обычно используемые в качестве компонентов защиты от перегрузки.

 

Предохранители

также широко используются в качестве компонентов защиты от перегрузок без большого ударного тока.

 

В системе TN при использовании предохранителей для защиты от короткого замыкания номинальный ток расплава должен быть меньше 1/4-фазного тока короткого замыкания. При защите автоматическим выключателем ток уставки расцепителя максимального тока мгновенного действия или короткой задержки должен быть меньше 2/3 тока однофазного короткого замыкания.

 

Изучите информацию о защите от перегрузки по току более интуитивно: 

Как защитить цепи от пиков перегрузки по току


II Как работает защита от перегрузки по току?

В случае междуфазного короткого замыкания или аномального увеличения нагрузки в электросети, или снижения уровня изоляции резко возрастет ток и резко упадет напряжение. Защита от перегрузки по току заключается в установке рабочего тока токового реле в соответствии с требованиями линейной селективности. Когда ток короткого замыкания в линии достигает значения срабатывания реле тока, реле тока действует в соответствии с селективными требованиями устройства защиты, выборочно отключая линию повреждения и запуская реле времени через свои контакты.

 

После заданной задержки реле времени касается точки замыкания, катушка отключения автоматического выключателя включается, автоматический выключатель отключается, линия неисправности отключается, и одновременно срабатывает сигнальное реле, сигнал доска падает, и включается световой или звуковой сигнал.

 

При возникновении непредвиденных условий, таких как короткое замыкание нагрузки, перегрузка или отказ цепи управления, через переключающий транзистор в регуляторе будет протекать чрезмерный ток, что приведет к увеличению энергопотребления лампы и выделению тепла. При отсутствии устройства защиты от перегрузки по току может выйти из строя мощный переключающий транзистор.

 

Поэтому в импульсных стабилизаторах обычно используется защита от перегрузки по току.Самый экономичный и удобный способ – использовать предохранитель. Из-за малой теплоемкости транзисторов обычные предохранители вообще не могут обеспечить защиту. Обычно используются быстродействующие предохранители. Преимуществом этого метода является простота защиты, но характеристики предохранителя необходимо выбирать в соответствии с требованиями безопасной рабочей зоны конкретного переключающего транзистора. Недостатком этой меры защиты от перегрузки по току является неудобство частой замены предохранителя.

Схема защиты инвертора от перегрузки по току

Защита от ограничения тока и защита от отключения тока, обычно используемые в линейных регуляторах, могут применяться в импульсных регуляторах.Однако, в соответствии с характеристиками импульсного регулятора, выход этой схемы защиты не может напрямую управлять переключающим транзистором, но выход защиты от перегрузки по току должен быть преобразован в импульсную команду для управления модулятором для защиты переключающего транзистора.

 

Для обеспечения защиты от перегрузки по току, как правило, необходимо использовать последовательный резистор в цепи, что повлияет на эффективность источника питания, поэтому он в основном используется в импульсных стабилизаторах малой мощности.В мощных импульсных регулируемых источниках питания, учитывая потребляемую мощность, следует по возможности избегать выборочного резистора. Поэтому защита от перегрузки по току обычно преобразуется в защиту от повышенного и пониженного напряжения.

 

Предусмотрено защитное устройство в начале соответствующей цепи (см. следующий рисунок)

Действие по отключению тока за время, меньшее, чем заданное характеристикой I2t кабельной цепи

Но позволяет неограниченное время протекать максимальному току нагрузки IB

Характеристики изолированных проводников при пропускании токов короткого замыкания в течение периода времени до 5 секунд после возникновения короткого замыкания можно определить приблизительно по формуле:

I2t = k2 S2

, который показывает, что допустимое выделение тепла пропорционально квадрату площади поперечного сечения проводника.

где

t = продолжительность тока короткого замыкания (секунды)

S = площадь поперечного сечения изолированного провода (мм2)

I = ток короткого замыкания (действующее значение А)

k = постоянная изолированного проводника (значения k приведены на рис. 5)

Для данного изолированного проводника максимально допустимый ток зависит от окружающей среды. Например, при высокой температуре окружающей среды (θa1 > θa2) Iz1 меньше, чем Iz2 (см. рис. 5). θ означает «температура».

Примечание:

ISC = трехфазный ток короткого замыкания

ISCB = 3-ф. ток отключения автоматического выключателя при коротком замыкании

Ir (или Irth)[1] = регулируемый «номинальный» уровень тока; например автоматический выключатель на номинальный ток 50 А можно отрегулировать так, чтобы он имел защитный диапазон, т. е. обычный уровень отключения при перегрузке по току, такой же, как у автоматического выключателя на 30 А.

 


III Типы защиты от перегрузки по току

  • Комплексный тип: различные защиты в линию.

  • Тип ограниченной мощности: ограниченный выход общей мощности

  • Тип перемотки: начальный ток постоянный, напряжение падает до определенного значения ток начал уменьшаться.

  • Тип воспроизведения: перегрузка по току, текущее напряжение упало до 0, а затем снова и снова начало расти.

  • Постоянный ток: постоянный ток, падение напряжения

  • Сравнение нескольких методов защиты от перегрузки по току

Несколько методов защиты от перегрузки по току перечислены в таблице 1.

Режим цепи

Используемые компоненты

Сложность отладки

Характеристики защиты

Потребляемая мощность

Влияние на эффективность

Цепь ограничения первичного тока резистора

несколько

легкий

Бедный

большой

больше

Цепь ограничения тока основного привода

меньше

легче

хуже

больше

большой

Нет цепи ограничения силы тока

еще

легче

лучше

меньше

меньше

555 Цепь ограничения тока таймера

много

легкий

хорошо

маленький

маленький

IV Примеры применения схемы защиты от перегрузки по току

Защита от перегрузки по току возникает, когда ток короткого замыкания в цепи достигает значения срабатывания реле тока, ток реле тока устанавливается в соответствии с требованиями селективности линии. Термисторы PTC для защиты от перегрузки по току уменьшают остаточный ток, ограничивая потребление всей линии внезапным изменением их сопротивления.

 

Они могут заменить традиционный предохранитель, широко используемый в двигателях, трансформаторах, импульсных источниках питания, электронных схемах, тепловой защите от перегрузки по току, традиционный предохранитель не может быть восстановлен после перегорания линии, а защита от перегрузки по току с термистором PTC после неисправность устранена Может быть восстановлено до состояния предварительной защиты, когда неисправность возникает снова, может быть реализована функция защиты от перегрузки по току.

4.1 Трансформатор

Первичное напряжение трансформатора напряжения составляет 220 В, вторичное напряжение составляет 16 В, вторичный ток составляет 1,5 А, первичный ток вторичной неисправности составляет около 350 мА, состояние защиты должно быть введено в течение 10 минут, температура рабочей среды трансформатора составляет -10-40 ℃, 15 ~ 20 ℃, термистор PTC установлен рядом с трансформатором, пожалуйста, выберите термистор PTC для первичной защиты.

При заданном напряжении трансформатора 220 В, с учетом колебаний мощности максимальное рабочее напряжение должно достигать 220 В × (1 + 20%) = 264 В

Выбор максимального рабочего напряжения термистора PTC 265В.

После расчета и фактического измерения первичный ток трансформатора составляет 125 мА при нормальной работе. Учитывая, что температура окружающей среды термистора PTC составляет до 60 ℃, можно определить, что нерабочий ток должен составлять 130 ~ 140 мА при 60 ℃.

Принимая во внимание положение монтажа термистора PTC, температура окружающей среды может достигать -10 ℃ или 25 ℃, рабочий ток может быть определен при -10 ℃ или 25 ℃ и должен составлять 340 ~ 350 мА, время работы около 5 минут.

термистор PTC последовательно в первичной обмотке, результирующее падение напряжения должно быть как можно меньше, сам термистор PTC, мощность нагрева должна быть как можно меньше, общее падение напряжения термистора PTC должно быть менее 1% от общей мощности , R25 Рассчитано:

220 В × 1 % ÷ 0,125 А = 17,6 Ом

Фактическое измерение, вторичное короткое замыкание трансформатора, первичный ток до 500 мА, с учетом короткого замыкания первичной обмотки, когда большая часть тока проходит через термистор PTC, чтобы определить максимальный ток выше 1 А.

Принимая во внимание, что температура окружающей среды термистора PTC в месте установки может достигать 60 ℃, выбранная температура Кюри должна быть на основе 100 ℃. Но принимая во внимание низкую стоимость и то, что термистор PTC не установлен в корпусе линии трансформатора, более высокая температура поверхности не окажет неблагоприятного воздействия на трансформатор. Таким образом, можно выбрать температуру Кюри 120 ℃, чтобы термистор PTC мог уменьшить диаметр и снизить стоимость.

В соответствии с приведенными выше требованиями см. лист спецификаций, выбранный стандарт, как показано ниже: 

А именно: максимальное рабочее напряжение 265 В, номинальное сопротивление нулевой мощности 15 Ом ± 25%, рабочий ток 140 мА, рабочий ток 350 мА, максимальный ток 1,2 А, температура Кюри 120 ℃ и максимальный размер 11,0 мм.

4.2 Двигатель

Когда двигатель запустится, нажмите кнопку блокировки SBi, пуск завершится (после того, как скорость двигателя стабилизируется), снова нажмите SBi, и сработает схема защиты. Для двигателей с коротким временем пуска (например, несколько секунд) SBi также может использовать обычные кнопки, если SBi удерживается нажатой во время процесса пуска.

 

Когда двигатель работает нормально, вторичный наведенный потенциал трансформатора тока TAi~TA3 мал, и его недостаточно для срабатывания тиристора V. Как показано ниже.


В Схема защиты от перегрузки по току в конструкции импульсного источника питания

Часто используемая схема защиты от перегрузки по току в импульсном источнике питания.

Через преобразователь вторичный ток, полученный преобразователем I/V, преобразуется в напряжение. После того, как напряжение становится постоянным, оно сравнивается с установленным значением с помощью компаратора напряжения. Если напряжение постоянного тока выше установленного значения, выдается идентификационный сигнал. Однако этот датчик обнаружения обычно используется для контроля индукционного источника питания с током нагрузки.

 

Итак, мы должны принять следующие меры. Так как пусковой ток в несколько раз превышает номинальный ток при пуске индуктивного источника питания и намного больше, чем ток в конце пуска.в случае простого контроля тока батареи необходимый выходной сигнал должен быть получен при запуске индуктивного источника питания. Мы должны использовать таймер для установки времени запрета, чтобы индукционный источник питания не получил ненужного выходного сигнала до окончания запуска. По истечении таймера источник питания перейдет в состояние запланированного мониторинга.

Импульсный блок питания генерирует высокий пусковой ток при включении питания. Следовательно, устройство плавного пуска для предотвращения пускового тока должно быть установлено на входе источника питания, чтобы эффективно снизить пусковой ток до допустимого диапазона.Пусковой ток в основном вызван зарядкой конденсатора фильтра, конденсатор на обмене показал более низкий импеданс в начале включения переключателя. При отсутствии каких-либо защитных мер пусковой ток может приближаться к сотням А.

 

Импульсный вход источника питания обычно использует схему фильтрации конденсатора, показанную на рисунке 6, конденсатор фильтра C может использовать низкочастотные или высокочастотные конденсаторы, низкочастотный конденсатор должен быть параллелен емкости высокочастотных конденсаторов, чтобы нести заряд и ток разряда.

 

На рисунке токоограничивающий резистор Rsc, вставленный между выпрямлением и фильтрацией, предназначен для предотвращения воздействия пускового тока. Замыкание Rsc ограничивает зарядный ток конденсатора C. И через некоторое время напряжение на C достигает заданного значения или напряжение на конденсаторе C1 достигает рабочего напряжения реле T, и Rsc замыкается. В то же время SCR также можно использовать для замыкания Rsc. При замыкании из-за отсечки тринистора конденсатор С заряжается через Rsc.Через некоторое время тринистор включается, замыкая накоротко токоограничивающий резистор Rsc.

Схема ограничения тока, изображенная на рисунке ниже, подходит для источников питания различных цепей. Выходная часть этой схемы делит землю со схемой управления.

 

Принцип работы: при нормальных условиях работы Il, втекающий в Rsc, не будет вызывать большого падения напряжения, тогда Q1 не будет включен. Если ток нагрузки достаточно велик, на Rsc будет генерироваться напряжение, обеспечивающее проводимость Q1.Если Q1 находится в выключенном состоянии, а C1 будет полностью разряжен, когда Ic1=0, Q2 также будет в выключенном состоянии. Если ток Il постепенно увеличивается, то Il*Rsc=VbeQ1+Ib1R1

 

В это время через коллектор будет протекать ток Ic1, и следующая постоянная времени будет заряжать C1 T=R2*C1

Тогда напряжение на C1: Vc1=Ib2R3+VbeQ2

Чтобы свести к минимуму влияние напряжения конденсатора на нагрузку, мы можем использовать трубку для стула Дарлинга с более высоким HFE вместо Q2, чтобы ток базы можно было ограничить микроамперами. При выборе резистора R4 надо намного больше, чем R3. Таким образом, при перегрузке по току конденсатор С1 будет быстро разряжаться.

Значение   R2 следующее:

IBL=(V1-VBEQ1)/R1

и Ic1=HfeQ1IBLMAX

Итак, R2″=(V1-VCEMAX) R1/(V1-VBEQ1)

При правильной конструкции схемы VCE может быстро достичь своего значения напряжения и сместить транзистор Q2 во включенное состояние, чтобы можно было отключить управляющий сигнал регулятора.

 

Когда перегрузка будет устранена, схема автоматически вернется в рабочее состояние.Если используется схема управления IC PWM с компаратором с фиксированным ограничением тока, схема, показанная на рисунке 1B, мы помещаем резистор ограничения тока RSC на положительный вывод выхода, и можно получить хороший эффект ограничения тока.

Когда выходная мощность имеет перегрузку или короткое замыкание, значение Vce IGBT становится больше. По этому принципу мы можем принять защитные меры на цепи. Обычно для этого используется выделенный привод EXB841, внутренняя схема которого может быть реализована без затвора и плавного отключения, а также имеет функцию внутренней задержки.Вы можете устранить помехи, вызванные неисправностью.

 

Принцип его работы показан на рис. 8. Информация о перегрузке по току Vce с IGBT не передается непосредственно на вывод 6 контроля напряжения коллектора EXB841, а быстро восстанавливается диодом VD1. Затем подключается к выводу 6 EXB841 через выход IC1 компаратора. Устранение прямого падения напряжения зависит от текущей ситуации, использование порогового компаратора для повышения точности определения тока.В случае перегрузки по току драйвер: Низкоскоростная схема отключения EXB841 будет медленно отключать IGBT, чтобы предотвратить повреждение устройств IGBT скачками тока коллектора.


VI Заключение

В последние годы импульсный источник питания получил широкое распространение, и к его надежности также предъявляются повышенные требования. Если электронный продукт выходит из строя, если входной конец электронного продукта закорочен или выходной конец открыт, источник питания должен отключить свое выходное напряжение, чтобы защитить силовой полевой МОП-транзистор и выходное конечное устройство от повреждения.В противном случае электронное изделие может быть дополнительно повреждено или даже привести к поражению электрическим током и возгоранию операторов. Следовательно, необходимо улучшить защиту от перегрузки по току импульсного источника питания.

 


VII Часто задаваемые вопросы

1. Что такое схема защиты от перегрузки по току?

Устройства защиты от перегрузки по току включают автоматические выключатели и плавкие предохранители. Устройства защиты от перегрузки по току предназначены для защиты от потенциально опасных последствий перегрузок по току, таких как ток перегрузки или ток короткого замыкания, который создает ток короткого замыкания.

 

2. Для чего предназначена защита от перегрузки по току?

Устройства защиты от перегрузки по току защищают проводники цепи двумя способами. Они защищают проводники от условий перегрузки, а также от короткого замыкания или замыкания на землю. Если вы поместите слишком большую нагрузку на цепь, устройство перегрузки по току разомкнется.

 

3. Каковы два принципа перегрузки по току?

Три основные категории или типы перегрузки по току: перегрузка, короткое замыкание и замыкание на землю.

 

4. Как работают устройства защиты от перегрузки по току?

Устройство защиты от перегрузки по току защищает цепь, размыкая устройство, когда ток достигает значения, вызывающего чрезмерное или опасное повышение температуры проводников. Большинство устройств защиты от перегрузки по току реагируют как на значения тока короткого замыкания или замыкания на землю, так и на условия перегрузки.

 

5. Как защитить цепь максимального тока?

Плавкие предохранители

используются для защиты печатной платы от перегрузок по току.Стеклянный предохранитель можно использовать в качестве вставного предохранителя или в держателе предохранителя.

 

6. В чем разница между перегрузкой и перегрузкой по току?

Защита от перегрузки по току — это защита от чрезмерных токов или токов, превышающих допустимый номинальный ток оборудования. Как правило, он действует мгновенно. … Защита от перегрузки — это защита от перегрузки по току, которая может вызвать перегрев защищаемого оборудования.

 

7.Каковы основные принципы защиты от перегрузки по току?

Релейная защита от перегрузки по току и предохранители используют принцип, согласно которому, когда ток превышает заданное значение, это указывает на наличие неисправности (короткое замыкание). Эта схема защиты находит применение в радиальных распределительных системах с одним источником. Это довольно просто реализовать.

 

8. Что такое максимальная токовая защита?

Устройство мгновенного действия с высокой уставкой может использоваться там, где полное сопротивление источника мало по сравнению с полным сопротивлением защищаемой цепи.Это позволяет сократить время работы при возможно высоких уровнях короткого замыкания.

 

9. Что такое максимальная токовая защита?

Максимальная токовая защита (MOCP) — это автоматический выключатель максимального размера, который можно использовать для защиты ПРОВОДА и оборудования в условиях ожидаемого отказа. MOCP/MOP учитывает скачки напряжения при запуске и старение компонентов.

 

10. В чем разница между перегрузкой и коротким замыканием?

Короткое замыкание возникает при замыкании линии на землю.Перегрузка возникает, когда оборудование потребляет избыточный ток от источника питания. Короткое замыкание обычно происходит, когда нейтральный и активный провода соприкасаются друг с другом. Перегрузка возникает, когда количество устройств, подключенных к одному сокету, больше.

 


Книга рекомендаций

Руководство по внедрению защиты электроэнергии как в новых, так и в существующих системах на индивидуальных и коммерческих объектах. Сосредоточив внимание на системах с низким и средним напряжением, книга помогает в решении проблем защиты и координации с использованием микрокомпьютеров, а также более традиционных методов.В тексте представлены пошаговые процедуры для быстрого решения проблем. В нем показано, как проектировать интеллектуальное распределительное устройство, и содержится важная информация о настройке рабочей станции защиты и координации. Текст должен помочь выполнить требования Национального электротехнического кодекса и Национального института стандартов.

—Майкл А. Энтони (Автор)

 


Соответствующая информация о «Истории интегральных схем и ее типах упаковки»

О статье «Интеграция истории схем и типов ее корпусов». Если у вас есть лучшие идеи, не стесняйтесь пишите свои мысли в следующей области комментариев.Вы также можете найти дополнительные статьи об электронных полупроводниках через поисковую систему Google или обратиться к следующим связанным статьям.

 

 

Альтернативные модели

Часть Сравнить Производители Категория Описание

Ограничитель перенапряжения, защита от перенапряжения и перегрузки по току

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, но другие являются необязательными для функциональных действий. Сбор данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы убедиться, что вы получаете наилучшую производительность и функциональность, которые может предоставить наш сайт. Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.

Принять и продолжить Принять и продолжить

Используемые нами файлы cookie можно разделить на следующие категории:

Строго необходимые файлы cookie:
Это файлы cookie, которые необходимы для работы аналога.com или конкретные предлагаемые функции. Они либо служат единственной цели осуществления сетевой передачи, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуги, явно запрошенной вами.
Аналитические/производительные файлы cookie:
Эти файлы cookie позволяют нам проводить веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и просмотр того, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, гарантируя, что пользователи легко находят то, что ищут.
Функциональные файлы cookie:
Эти файлы cookie используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши услуги менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.
Целевые/профилирующие файлы cookie:
Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта и/или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы перешли.Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам. Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам для этой цели.
Отказ от файлов cookie

Защита от перегрузки по току в системах питания переменного тока

Познакомьтесь с защитой от перегрузки по току и OCPD (устройствами защиты от перегрузки по току).

В этой статье мы рассмотрим типы перегрузки по току, что такое устройства защиты от перегрузки по току и их место в электрической цепи.

Типы перегрузки по току

Существует три основных категории или типа перегрузки по току: перегрузка, короткое замыкание и замыкание на землю.

 

Перегрузка по току

Перегрузка по току имеет самоопределение: Любой ток, превышающий номинальный ток нагрузки, фактически является перегрузкой. Перегрузка возникает, когда электрическая цепь, будь то из-за оригинальной конструкции новой цепи или модификации существующей цепи, требуется для передачи тока нагрузки, превышающего номинальную нагрузку проводников цепи.

Например, 20-амперная ответвленная цепь модифицируется дополнительной лампой, которая увеличивает ток нагрузки до 22 ампер: это будет перегрузка цепи.

Условия перегрузки могут возникать на уровне обслуживания, фидера или ответвления системы распределения электроэнергии в здании.

Электрическая перегрузка по току также возникает при механической перегрузке двигателя. Это может быть вызвано чрезмерным трением на внутренних опорных поверхностях, избыточным нагревом (из-за высокой температуры окружающей среды или другой неисправности), заеданием или какой-либо другой механической перегрузкой в ​​используемом им оборудовании.Перегрузка — это управляемая ситуация перегрузки по току, обычно небольшой величины.

 

Перегрузка по току короткого замыкания

Токи короткого замыкания (а также токи замыкания на землю, о которых мы поговорим далее) представляют собой сверхтоки короткого замыкания большой величины, которые, по сути, создают низкое сопротивление параллельно с полным сопротивлением подключенной(ых) нагрузки(ей). Перегрузка по току короткого замыкания обычно связана со случайным перекрестным соединением как минимум двух проводников цепи (подача и обратка). Это создает короткое замыкание в обмотке питающего трансформатора.

На рисунках 1 и 2 представлены наиболее распространенные трансформаторы, подаваемые в здание.

На рис. 1 показана однофазная трехпроводная сеть переменного тока с напряжением 120/240 В для здания (дома или небольшого промышленного объекта). Одна первичная обмотка трансформатора питает (за счет индукции) две 120-вольтовые обмотки, соединенные последовательно во вторичной обмотке. Нагрузка оборудования для утилизации будет работать при напряжении 240 вольт при подключении между двумя концами двух последовательно соединенных 120-вольтовых обмоток.Нагрузка оборудования для утилизации будет работать при напряжении 120 вольт при подключении между любым концом двух последовательно соединенных 120-вольтовых обмоток и третьим проводом, общим для двух обмоток (см. рис. 1).

Рис. 1. Соотношение напряжений трех линий питания от вторичной обмотки однофазного силового трансформатора переменного тока для жилых помещений

 

Трехфазная система распределения электроэнергии переменного тока, как показано на рисунке 2, обычно имеет более высокое значение сверхтока короткого замыкания, поскольку короткое замыкание обычно затрагивает более одной обмотки однофазного трансформатора переменного тока.

 

Рис. 2. Соотношение напряжений четырех линий питания от вторичной обмотки трехфазного силового трансформатора переменного тока коммерческого или промышленного назначения

 

Перегрузка по току замыкания на землю

Перегрузка по току замыкания на землю также является состоянием короткого замыкания, которое обычно затрагивает только один из проводников цепи и заземленный металлический кабельный канал или корпус электрического распределительного или утилизационного оборудования.

Максимальный ток замыкания на землю может возникнуть только в том случае, если система распределения электроэнергии в здании или сооружении привязана к заземлению.«Эталонное заземление» требует общего подключения одного конца одной или нескольких обмоток однофазного трансформатора переменного тока (конфигурация трансформатора звезда-звезда) к системе заземляющих электродов, создавая как заземленные, так и незаземленные проводники цепи/питания.

Величина перегрузки по току замыкания на землю обычно меньше величины перегрузки по току короткого замыкания от того же трансформатора. Короткое замыкание может быть между двумя или более обмотками однофазного переменного тока трансформатора. Максимальный ток замыкания на землю обычно влияет только на одну однофазную обмотку переменного тока в трансформаторе, питающем неисправное состояние.

Токи короткого замыкания и замыкания на землю представляют собой сверхтоки большой величины, вызванные случайным параллельным подключением низкоомного сопротивления к подключенному сопротивлению нагрузки. Без какого-либо устройства защиты от перегрузки по току, установленного последовательно с проводниками цепи, единственным ограничением сверхтока короткого замыкания является сопротивление проводника и количество энергии, доступной от трансформатора.

Защита от перегрузки по току

Как показано на рис. 3, полная защита от перегрузки по току для проводников и подключенной нагрузки может быть обеспечена только предохранителем или автоматическим выключателем, установленным в точке, где возникает цепь (или где она получает питание).

Если OCPD расположен после источника питания, то защита от сверхтока технически подразделяется на защиту от короткого замыкания, замыкания на землю, расположенную выше по потоку, а также отдельную защиту от перегрузки, расположенную ниже по потоку. Предохранители или автоматические выключатели, расположенные ниже по потоку, обеспечивают полную защиту от перегрузки по току для любых цепей или оборудования, расположенного на их стороне нагрузки, обеспечивая только защиту от перегрузки для их цепей со стороны линии или питания.

 

Рис. 3. Раздельная защита от перегрузки по току для цепи трансформатора

Форма и функции устройств защиты от перегрузки по току

Электрическая цепь состоит из трех основных компонентов: источника питания, нагрузки и соединения между ними.

Эти три основных компонента дополнены средствами управления ВКЛ/ВЫКЛ и средствами контроля предельных значений. Оба типа управления ограничивают величину тока, который может протекать в цепи. Средство управления ВКЛ/ВЫКЛ обычно представляет собой переключатель (ручной, автоматический, электронный или электромеханический).Средством контроля ограничения обычно является устройство защиты от перегрузки по току, которым на уровне распределения электроэнергии является предохранитель или автоматический выключатель (как показано на рисунке 4).

 

Рис. 4. Устройства защиты от перегрузки по току

 

Как показано на рис. 5, система распределения электроэнергии в здании или другом сооружении имеет три основных класса: обслуживающие, фидерные цепи и ответвленные цепи.

Как правило, проводники всех этих цепей должны быть снабжены средствами защиты от перегрузки по току в точке, где они получают электропитание. OCPD должен быть установлен в соответствии с требованиями Национального электротехнического кодекса. Как проводники, так и подключенная к ним нагрузка должны быть защищены при правильной силе тока.

 

Рис. 5. Система распределения электроэнергии в здании

 

Номинальная сила тока проводников, номинальный ток полной нагрузки подключенной нагрузки и размер или номинальная нагрузка OCPD взаимосвязаны.Номинальный ток полной нагрузки подключенной нагрузки определяет размер (по номинальной мощности) проводников питания и номинал или настройку OCPD.

Аналогичным образом, номинал или настройка OCPD и номинальная сила тока проводников цепи определяют максимальный ток полной нагрузки, который может подаваться от вспомогательной, фидерной или ответвленной цепи. Любая величина тока, превышающая номинальную мощность транспортирующих проводов или номинальный ток нагрузки используемого электрического оборудования, такого как осветительные приборы, двигатели или трансформаторы, называется перегрузкой по току.

Основная цель устройства защиты от перегрузки по току (предохранитель, автоматический выключатель или какой-либо другой тип устройства ограничения тока) состоит в том, чтобы ограничить температуру проводников цепи до значения, которое не повредит проводники или их изоляцию. Это достигается за счет ограничения количества (значения) тока, который должны передавать проводники. Защита проводников цепи от перегрева путем ограничения величины тока, который должны передавать проводники , по своей сути защищает поставляемое электрическое распределительное и энергетическое оборудование (подключенную нагрузку) от воздействия перегрузки по току.


 

Я надеюсь, что эта статья помогла вам лучше понять устройства защиты от перегрузки по току и перегрузки по току. Если вы хотите узнать больше о конкретной теме, связанной с перегрузкой по току, поделитесь своими мыслями в разделе комментариев ниже.

Защита от перегрузок и перегрузок по току — базовое управление двигателем

Нажмите кнопку воспроизведения в следующем аудиоплеере, чтобы слушать, пока вы читаете этот раздел.

При первом запуске двигателя, прежде чем вал наберет скорость и начнет вращаться, характеристики катушки статора аналогичны характеристикам короткого замыкания. Таким образом, двигатель начинает потреблять очень высокие значения тока . Этот ток создает магнитное поле, которое заставляет вал двигателя вращаться, и это вращательное действие создает противо-ЭДС (CEMF), которая ограничивает ток до его нормального рабочего значения.

Начальное высокое значение тока называется броском тока и может вызвать серьезные помехи в линии и ложное срабатывание, если плавкие предохранители и автоматические выключатели имеют несоответствующие параметры.

Термин « перегрузка » описывает умеренный и постепенный рост значения тока в течение относительно длительного периода времени.Это вызвано чрезмерным потреблением тока двигателем, который может превышать номинальный ток в шесть раз. Это происходит из-за слишком большой нагрузки на двигатель. Системы защищены реле защиты от перегрузок . В то время как перегрузки допустимы на короткое время (обычно минуты), длительные перегрузки будут использовать тепловое воздействие, чтобы вызвать срабатывание защитного устройства.

Термин « перегрузка по току » (иногда называемый коротким замыканием или замыканием на землю) описывает резкое и быстрое возрастание тока за короткий промежуток времени (доли секунды).Цепи и оборудование защищены от перегрузки по току предохранителями или автоматическими выключателями.

В этих случаях значение тока намного превышает номинальный линейный ток и действительно может быть от шести до многих сотен раз выше нормального номинального значения тока.

Существует несколько причин перегрузок по току. Например, когда возникает короткое замыкание на болтах — либо линия на землю, либо линия на линию. Это приводит к тому, что потребляется очень большое значение тока из-за обратно пропорциональной зависимости между сопротивлением цепи и потребляемым током.

Еще одна менее очевидная причина короткого замыкания — запуск асинхронного двигателя. При первом включении трехфазного асинхронного двигателя обмотки статора состоят из цепи с очень низким сопротивлением. Это потребляет очень большой пусковой ток, который неотличим от стандартного короткого замыкания, за исключением того, что он быстро падает до номинального значения тока, потребляемого двигателем. Это связано с CEMF (противоэлектродвижущей силой), развиваемой вращающимся валом двигателя. Когда двигатель вращается, CEMF ограничивает ток до безопасных значений.Когда двигатель не вращается, от источника потребляется очень большое значение тока. Этот ток иногда называют ток заторможенного ротора и пускатели двигателей , и устройства максимального тока должны быть рассчитаны на безопасное обращение с этим значением тока.

Последствия коротких замыканий

Два основных отрицательных выхода сверхтоков:

  • Тепловая энергия : Высокие значения тока создают много тепла, которое может повредить оборудование и провода.Тепловая энергия может быть выражена как I 2 t (ток в квадрате, умноженный на время) — чем дольше сохраняется неисправность, тем больше потенциальное тепловое повреждение.
  • Механические силы : Сильные токи короткого замыкания могут создавать мощные магнитные поля и оказывать огромное магнитное напряжение на шины и оборудование, иногда деформируя их и создавая другие проблемы.

Большие значения тока короткого замыкания могут очень быстро привести к повреждению, поэтому устройства защиты от перегрузки по току должны срабатывать очень быстро, чтобы устранить неисправность.Существуют две основные категории устройств защиты от перегрузки по току: предохранители и автоматические выключатели.

Предохранители

Плавкие предохранители

Плавкий предохранитель представляет собой простое устройство, которое защищает проводники и оборудование цепи от повреждения из-за более высоких, чем обычно, значений неисправности. Он разработан, чтобы быть самым слабым звеном в цепи.

Предохранитель представляет собой изолированную трубку, содержащую полоску проводящего металла (плавкую вставку), температура плавления которой ниже, чем у меди или алюминия. Плавкая вставка имеет узкие резистивные сегменты, которые концентрируют ток и вызывают повышение температуры в этих точках.

При коротком замыкании плавкие элементы сгорают всего за доли секунды. Чем выше значения тока короткого замыкания, тем быстрее среагирует предохранитель.

В ситуации перегрузки предохранителям может потребоваться много секунд или даже минут, прежде чем термические воздействия приведут к расплавлению плавкой вставки.

Предохранители бывают двух категорий: быстродействующие предохранители (тип P) и предохранители с задержкой срабатывания (тип D).

Предохранители, используемые в цепях двигателя, должны выдерживать интенсивный пусковой ток при запуске двигателя, поэтому мы используем предохранители с выдержкой времени, также известные как «двухэлементные предохранители».

Общие рейтинги

Все устройства максимального тока должны работать в пределах своих номинальных значений. Тремя наиболее важными параметрами являются напряжение, ток и отключающая способность.

Номинальное напряжение

Предохранители и автоматические выключатели должны быть рассчитаны как минимум на значение напряжения цепи, для защиты которой они предназначены.

Когда предохранитель или автоматический выключатель прерывает ток короткого замыкания, он должен безопасно гасить дугу и предотвращать ее повторное возникновение.Следовательно, номинальное напряжение предохранителя или автоматического выключателя должно быть равно напряжению системы или превышать его.

Например, предохранитель с номиналом 240 В (среднеквадратичное значение) можно использовать в цепи 120 В. Однако при использовании предохранителя в цепи 600 В номинальное напряжение превысит допустимое.

Непрерывный режим работы

Номинал непрерывного режима работы описывает максимальное номинальное среднеквадратичное значение тока, на которое рассчитано устройство максимального тока в непрерывном режиме без срабатывания. Вообще говоря, номинал предохранителя или выключателя ампер не должен превышать допустимую токовую нагрузку цепи, но есть исключения, например, для некоторых цепей двигателя.

Отключающая способность

Когда происходит короткое замыкание или замыкание на землю, сопротивление цепи падает фактически до нуля Ом , вызывая протекание очень больших значений тока. Это чрезвычайно быстрое нарастание тока короткого замыкания может привести к повреждению проводов и оборудования из-за перегрева и должно быть устранено как можно быстрее.

Номинальная отключающая способность (IC) устройства максимального тока — это максимальный ток короткого замыкания, который устройство может отключить без ущерба для себя. Большинство автоматических выключателей и предохранителей имеют номинал IC 10 000 ампер.

Для систем, рассчитанных на более высокие токи короткого замыкания, предохранители с высокой разрывной нагрузкой (HRC) могут отключать токи до 200 000 ампер за счет использования дугогасящего наполнителя, такого как кварцевый песок, для прерывания короткого замыкания.

Защита от перегрузки по току и устройства защиты от перегрузки по току

Перегрузки по току и защитные устройства не являются новыми темами.Вскоре после того, как Вольта сконструировал свой первый электрохимический элемент или Фарадей закрутил свой первый дисковый генератор, кто-то другой любезно снабдил этих изобретателей их первыми нагрузками для короткого замыкания. Патенты на механические устройства отключения восходят к концу 1800-х годов, а концепция предохранителя восходит к первому проводу меньшего размера, который соединял генератор с нагрузкой.

С практической точки зрения мы можем сказать, что ни один прогресс в электротехнике невозможен без соответствующего прогресса в науке о защите.Электроэнергетическая компания никогда не подключит новый генератор, новый трансформатор или новую электрическую нагрузку к цепи, которая не может автоматически размыкаться с помощью защитного устройства. Точно так же инженер-конструктор никогда не должен проектировать новый электронный блок питания, который автоматически не защищает его полупроводниковые силовые компоненты в случае короткого замыкания на выходе. Защита от перегрузки по току должна быть неотъемлемой частью любой новой разработки в области электрооборудования. Все, что меньше, оставляет устройство или схему подверженной повреждению или полному разрушению в течение относительно короткого времени.

Примеров устройств защиты от перегрузки по току множество: предохранители, электромеханические автоматические выключатели и полупроводниковые силовые выключатели. Они используются во всех мыслимых электрических системах, где существует вероятность повреждения из-за перегрузки по току. В качестве простого примера рассмотрим типичную электрическую систему промышленной лаборатории, показанную на рис. 1.1. Приведена однолинейная схема радиального распределения электроэнергии, начиная от распределительной подстанции, проходящей через промышленное предприятие и заканчивая небольшим лабораторным персональным компьютером.Система считается радиальной, поскольку все ответвления, включая ответвления инженерных сетей, исходят из центральных соединительных точек. Для каждого контура имеется только одна линия подачи. Существуют и другие распределительные системы сетевого типа для коммунальных служб, в которых некоторые линии питания соединены параллельно. Но радиальная система самая распространенная и самая простая в защите.

Защита от перегрузки по току представляет собой последовательное соединение каскадных устройств отключения тока. Начиная со стороны нагрузки, на входе блока питания персонального компьютера стоит двухэлементный или инерционный предохранитель.Этот предохранитель размыкает цепь 120 вольт при любой серьезной неисправности в компьютере. Большой пусковой ток, возникающий в течение очень короткого времени при первом включении компьютера, маскируется медленным элементом внутри предохранителя. Быстродействующий элемент в предохранителе обнаруживает и устраняет очень большие токи короткого замыкания.

Защита от избыточной нагрузки на блок штекерных разъемов обеспечивается тепловым автоматическим выключателем внутри блока штекерных разъемов. Тепловой автоматический выключатель зависит от дифференциального расширения разнородных металлов, что приводит к механическому размыканию электрических контактов.

Однофазная ответвленная цепь на 120 вольт в лаборатории, которая питает блок штепсельных вилок, имеет собственный выключатель ответвления в главном распределительном щите лаборатории или на щите управления. Этот прерыватель ветвей представляет собой комбинацию термомагнитного или термомагнитного прерывателя. Он имеет биметаллический элемент, который при нагреве сверхтоком отключает устройство. Он также имеет вспомогательную магнитную обмотку, которая за счет эффекта соленоида ускоряет реакцию при больших токах короткого замыкания.

Все ответвленные цепи на данной фазе трехфазной системы лаборатории соединяются внутри коробки главного выключателя и проходят через главный выключатель этой фазы, который также является термомагнитным блоком.Этот главный выключатель предназначен исключительно для резервной защиты. Если по какой-либо причине выключатель ответвления не может отключить сверхтоки на этой конкретной фазе лабораторной проводки, главный выключатель разомкнется через короткое время после того, как должен был разомкнуться выключатель ответвления.

Резервирование — важная функция защиты от перегрузок. В чисто радиальной системе, такой как лабораторная система на рис. 1.1, мы можем легко увидеть каскадное действие, в котором каждое устройство защиты от перегрузки по току резервирует устройства, расположенные ниже по потоку от него.Если предохранитель блока питания компьютера не срабатывает должным образом, то после определенной задержки координации сработает термовыключатель блока штепсельной вилки. Если он также выйдет из строя, то прерыватель ветвей должен поддержать их обоих, опять же после определенной задержки координации. Эта координационная задержка необходима резервному устройству, чтобы дать первичному защитному устройству — устройству, которое электрически ближе всего к перегрузке или неисправности — возможность среагировать первым. Координационная задержка является основным средством избирательной защиты резервной системы.

Селективность — это свойство системы защиты, при котором отключается только минимальное количество системных функций для смягчения ситуации перегрузки по току. Система подачи энергии, которая выборочно защищена, будет гораздо более надежной, чем незащищенная.

Например, в лабораторной системе, показанной на рис. 1.1, короткое замыкание в шнуре питания компьютера должно устраняться только термовыключателем в блоке вилки. Все остальные нагрузки ответвленной цепи, а также остальные нагрузки внутри лаборатории должны продолжать обслуживаться.Даже если выключатель в блоке штепсельной вилки не реагирует на неисправность в шнуре питания компьютера, а выключатель ответвления в главном блоке прерывателя принудительно отключается, обесточивается только эта конкретная ответвленная цепь. Нагрузки на другие ответвления внутри лаборатории по-прежнему продолжают обслуживаться. Для того чтобы неисправность шнура питания компьютера вызвала полное отключение электроэнергии в лаборатории, два последовательно соединенных выключателя должны выйти из строя одновременно — вероятность этого крайне мала.

Способность конкретного устройства защиты от перегрузки по току отключать заданный уровень перегрузки по току зависит от чувствительности устройства. В общем, все устройства защиты от перегрузки по току, независимо от типа или принципа действия, реагируют быстрее, когда уровни перегрузки по току выше.

Координация защиты от перегрузки по току требует, чтобы инженеры по применению имели подробные знания об общем диапазоне срабатывания для конкретных устройств защиты. Эта информация содержится в разделе «время в пути по сравнению скривые тока», обычно называемые кривыми отключения. Кривая время-ток отключения отображает диапазон и время реакции на токи, при которых устройство прерывает ток при заданном уровне напряжения в цепи. Например, времятоковые кривые для устройств защиты в нашем лабораторном примере показаны наложенными друг на друга на рис. 1.2.

Номинальный ток для устройства — это наивысший уровень установившегося тока, при котором устройство не срабатывает при заданной температуре окружающей среды. Установившийся ток отключения называется предельным током отключения. Номинальные параметры двухэлементного предохранителя в блоке питания компьютера, термовыключателя штепсельной вилки, термомагнитного прерывателя ответвленной цепи и термомагнитного прерывателя главной цепи составляют 2, 15, 20 и 100 ампер соответственно. Обратите внимание, что, за исключением кривой предохранителя, каждая времятоковая кривая показана в виде заштрихованной области, представляющей диапазон срабатывания для каждого устройства. Производственные допуски и несоответствия свойств материалов несут ответственность за эти диапазонные наборы откликов.Информация время-ток срабатывания для небольших предохранителей обычно представляется в виде кривой среднего времени плавления с одним значением.

Даже при конечной ширине времятоковых кривых мы можем легко увидеть селективность/координацию между различными устройствами защиты. Для любого данного установившегося уровня сверхтока мы считываем график времени отключения при этом уровне тока, чтобы определить порядок реакции.

Рассмотрим следующие три примера для лабораторной проводки, штепсельной вилки и компьютерной системы.

 

Пример 1: Отказ компонента в блоке питания компьютера:  Предположим, что отказал компонент питания в блоке питания компьютера, например две ветви мостового выпрямителя, и что результирующий ток короткого замыкания в блоке питания ограничен скачком напряжения. резистор, 70 ампер.

Из кривой срабатывания предохранителя видно, что он должен сбрасывать этот уровень тока примерно за 20 миллисекунд. Если предохранитель не прерывает ток — или, что еще хуже, если предохранитель был заменен специалистом по ремонту азартных игр на постоянное короткое замыкание, — термовыключатель в штепсельной колодке должен разомкнуть цепь в пределах 0.от 6 до 3,5 секунд. Термомагнитный выключатель ответвления размыкает всю ответвленную цепь в течение 3,5–7,0 секунд, если термовыключатель штепсельной вилки также не срабатывает. Обратите внимание, что для этой конкретной неисправности не предусмотрено резервного питания после выключателя ответвления. Основной лабораторный термомагнитный блок на 100 ампер сработает только в том случае, если другие нагрузки во всей лаборатории превышают 30 ампер во время неисправности источника питания на 70 ампер.

 

Пример 2. Перегрузка блока розеток:  Предположим, что оператор компьютера пролил напиток и, чтобы высушить беспорядок, подключил к блоку питания два фена мощностью 1500 Вт.Затем оператор включает их одновременно, получая общий ток нагрузки на полосу штепсельной вилки примерно 30 ампер.

Из кривой срабатывания термовыключателя видно, что блок штепсельной вилки должен устранять эту перегрузку в течение 5–30 секунд. Обратите внимание на сходство между кривыми срабатывания термоблока штепсельной вилки и термомагнитного блока параллельных цепей в районе 100 ампер и ниже. Это связано с тем, что для этих уровней токов преобладает тепловая часть механизма обнаружения внутри термомагнитного выключателя ответвления.

 

Пример 3. Короткое замыкание в шнуре питания компьютера: Предположим, что изношенный сетевой шнур наконец-то закоротил во время какого-то механического движения. Предположим также, что в цепи, блоке штепсельной вилки и системе сетевого шнура имеется достаточное сопротивление, чтобы ограничить результирующий ток короткого замыкания до 300 ампер. Этот уровень тока составляет 2000 % (в 20 раз) от номинального тока термовыключателя штепсельной вилки и выходит за пределы нормального диапазона опубликованных спецификаций времени отключения для термовыключателей (от 100 % до 1000 % номинального тока).Таким образом, точный диапазон времени срабатывания тепловой установки не определен.

При высоких уровнях тока короткого замыкания, в данном случае более 150 ампер, мы можем видеть присущее магнитному обнаружению сверхтоков преимущество в скорости. Об этом свидетельствует тот факт, что кривая срабатывания термомагнитного выключателя ответвления резко изгибается вниз при уровнях тока от 150 до 200 ампер. При этих и более высоких токах магнитный механизм детектирования внутри термомагнитного блока является доминирующим.Кривая срабатывания устройства пересекает кривую срабатывания термовыключателя блока штепсельной вилки (при условии, что она выходит за предел 1000 %), и координация между двумя прерывателями теряется.

Author:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *