Zabezpieczenie REA przed impulsami wysokiego napięcia w sieci. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Projektant radioamatorów

 Komentarze do artykułu

Autorzy przedstawiają problem mało znany większości czytelników – ochronę sprzętu gospodarstwa domowego przed pojedynczymi impulsami wysokiego napięcia (powyżej 400 V) w sieci zasilającej 220 V, omawiają możliwości jego realizacji, opisują elementy składowe urządzeń ochronnych produkowane przez przemysł.

Obecność impulsów napięciowych sięgających 220 V lub więcej w sieci zasilającej AC 50 V x 1000 Hz nie jest dla specjalistów niczym nowym. Dla szerokiego grona odbiorców energii elektrycznej te impulsy są odkryciem. W artykule rozważono możliwości ochrony urządzeń przed impulsami występującymi w sieci o czasie trwania od dziesiątych części mikrosekundy do kilku milisekund. Dłuższe skoki napięcia – ponad półokres sinusoidy o częstotliwości 50 Hz – są eliminowane w inny sposób, który nie został tutaj omówiony. Przyczyny pojawienia się tych impulsów są różne i opisane są w literaturze, np. w [1].

Energia impulsów wysokiego napięcia w sieci zasilającej może sięgać kilku kilodżuli. Znane i szeroko stosowane metody redukcji szumów impulsowych w obwodach elektroenergetycznych z wykorzystaniem filtrów LC i RC, ekranów między uzwojeniami transformatorów sieciowych oraz inne metody często nie zapewniają niezbędnej redukcji energii impulsów na wyprowadzeniach zasilających mikroukładów. Należy zauważyć, że impulsy o energiach do milidżuli faktycznie docierają do mikroukładów, które są w stanie wyłączyć sprzęt.

Inne dobrze znane sposoby ograniczania poziomu impulsów w różnych obwodach urządzeń elektronicznych, w szczególności na panelach elektrycznych sieci dystrybucyjnej, są związane z wykorzystaniem urządzeń wyładowczych i półprzewodnikowych. Urządzenia wyładowcze, w praktyce często nazywane iskiernikami, nie zawsze zapewniają pożądany rezultat ze względu na stosunkowo małą prędkość i są dość nieporęczne.

Urządzenia półprzewodnikowe szeroko stosowane do redukcji szumów przejściowych obejmują warystory z tlenków metali, urządzenia półprzewodnikowe ogólnego przeznaczenia i specjalne półprzewodnikowe tłumiki napięcia. Warystory to rezystory o ostro nieliniowej charakterystyce prądowo-napięciowej, ich rezystancja znacznie spada wraz ze wzrostem przyłożonego napięcia. Urządzenia półprzewodnikowe ogólnego przeznaczenia to diody Zenera, diody impulsowe iz barierą Schottky'ego, defensory.

W przypadku specjalnych półprzewodnikowych ograniczników napięcia, które zostaną omówione poniżej, charakterystyka prądowo-napięciowa jest podobna do diody Zenera. Ich główną różnicą w stosunku do diod Zenera i innych urządzeń półprzewodnikowych ogólnego przeznaczenia jest zdolność do rozpraszania dużej mocy impulsowej. Nowoczesne warystory, nieco gorsze od rozważanych ograniczników pod względem czasu reakcji, konkurują z nimi pod względem możliwości produkcyjnych i kosztów. Jednak charakterystyki warystorów pogarszają się przez pewien czas po uderzeniu każdego impulsu zakłócającego. Ograniczniki półprzewodnikowe nie mają tego zjawiska. Biorąc pod uwagę, że do ochrony sprzętu elektronicznego potrzebne są urządzenia o maksymalnej szybkości i stabilności charakterystyki, należy im dać pierwszeństwo.

Na początku lat 90. firma GSI (USA) wyprodukowała ponad tysiąc odmian półprzewodnikowych ograniczników napięcia o maksymalnej dopuszczalnej mocy impulsu do 60 kW i napięciu ograniczającym od 0,7 do 3000 V. Obecnie podobne ograniczniki o mocy do 30 kW są również produkowane w WNP dla napięcia w zakresie 3 ... 1000 V.

Zasada działania ogranicznika polega na rozwarciu jego zamkniętego złącza pn, jeśli przyłożone do niego napięcie wsteczne przekroczy poziom progowy. Innymi słowy, ogranicznik zachowuje się podobnie do diod Zenera, jednak cechą charakterystyczną procesu tunel-lawion jest to, że tylko nośniki większościowe przenoszą ładunki, więc nie dochodzi do niepożądanej akumulacji nośników mniejszościowych. Wynika to głównie z dużej prędkości ogranicznika.

Charakterystykę prądowo-napięciową (VAC) ogranicznika pokazano na ryc. 1. Podobnie jak dioda Zenera jest asymetryczna.

Aby ograniczyć pulsowanie obu znaków, wygodnie jest włączyć dwa ograniczniki w sposób antysekwencyjny. CVC takiej pary jest symetryczne (rys. 2).

Dostępne w handlu półprzewodnikowe tłumiki napięcia są zwykle oceniane według następujących cech:

• Rmp max - maksymalna dopuszczalna moc rozpraszania impulsu dla danego kształtu i współczynnika wypełnienia (K3) impulsów oraz temperatury otoczenia Tacr.śr. imp max, przy czasie trwania czoła 1 μs i K10 mniejszym niż 3%, zapewniając, że dopuszczalne średnie rozpraszanie mocy przez kryształ lub obudowę urządzenia nie zostanie przekroczone;
• Iobr max - wsteczny maksymalny prąd płynący przy maksymalnym napięciu wstecznym;
• Urev max - maksymalne napięcie wsteczne, które nie powinno przekraczać wartości roboczej (w tym przypadku napięcie robocze nie powinno być ograniczone); wartość UoR max jest zwykle przyjmowana jako równa 0,8 napięcia otwarcia urządzenia;
• Uopen i Iopen - napięcie i prąd otwarcia urządzenia, odpowiadające punktowi przegięcia na gałęzi roboczej charakterystyki prądowo-napięciowej;
• Limit imp - napięcie graniczne - impulsowe napięcie wsteczne przy maksymalnej wartości granicznego prądu impulsowego, w zależności od maksymalnej dopuszczalnej rozproszonej mocy impulsowej;
• Ipr.imp.max - prąd maksymalny impulsu bezpośredniego - dopuszczalny prąd stały dla danego kształtu, cyklu pracy i temperatury otoczenia;
• Upr.imp.max - maksymalny spadek napięcia impulsu bezpośredniego na ograniczniku przy prądzie Ipr.imp.max.;
• Kogr - współczynnik ograniczenia równy stosunkowi Ulimit. imp max / Uotwarty; Kogr waha się od około 1,3 przy maksymalnej mocy impulsu Rimp max do 1,2 przy 0,5 Rimp max;
• ton - czas załączenia, w którym urządzenie otwiera się w przeciwnym kierunku (dla ograniczników symetrycznych ton < 10-9 s).

Zgodnie z wartościami tych cech konsument może wybrać ogranicznik napięcia niezbędny do ochrony sprzętu elektronicznego. Symetryczny (dwuramienny) ogranicznik jest podłączony do sieci AC równolegle z ładunkiem. W normalnym trybie sieci oba jej ramiona są zamknięte i przepływa przez nie tylko bardzo mały prąd wsteczny w obu półokresach. Innymi słowy, ogranicznik nie ujawnia się w żaden sposób, pobierając pewną – bardzo małą – moc (setne części wata).

Gdy tylko w sieci pojawi się impuls wysokiego napięcia przekraczający Uotwartość ogranicznika, oba jego ramiona otwierają się, jedno w kierunku do przodu, drugie w kierunku przeciwnym. W rezultacie impuls zostanie zablokowany, a napięcie na obciążeniu w tym momencie nie przekroczy Ulimit.

Należy zauważyć, że wartość Rimp max zależy od czasu trwania impulsu tłumionego chi iw przedziale τi = 0,1...10 ms jest w przybliżeniu proporcjonalna do stosunku 1/τi. Wraz ze wzrostem temperatury otoczenia Tacr. cf od 40 do 100 CC, moc rozpraszana Rmp max musi być zmniejszona w przybliżeniu proporcjonalnie do 0,024 Tacr. por.

Aby zmniejszyć amplitudę impulsów wysokiego napięcia na drodze z sieci 220 V do zacisków zasilających mikroukładów, najbardziej wskazane jest zastosowanie w zasilaczu ograniczników [2].

Jeśli w sieci zasilającej pojawią się impulsy, których energia jest większa niż dopuszczalna dla zastosowanego ogranicznika, to podobnie jak dioda Zenera, przy zbyt dużym prądzie stabilizującym, przegrzeje się i ulegnie awarii. Od tego momentu sprzęt podłączony do sieci nie będzie chroniony.

Dlatego istotną wadą stosowania ograniczników jest brak informacji o ich działaniu lub awarii po ekspozycji na silne impulsy. Aby zapewnić wskazanie prawidłowego stanu ogranicznika symetrycznego, składa się on z dwóch pojedynczych i dołączony jest do niego obwód trzech diod weto oraz dwóch rezystorów ograniczających prąd (rys. 3).

Cechą wskaźnika zdrowia jest użycie diod LED w trybie niestandardowym. Dzięki sprawnym ogranicznikom VD1 i VD2 oraz dodatniemu półokresowi napięcia sieciowego (plus - na górnym przewodzie sieciowym zgodnie z obwodem), prąd przepływa swobodnie przez ogranicznik VD1, otwarty w kierunku do przodu i przez diodę HL1 . Ogranicznik VD2 jest w tym czasie zamknięty.

W rezultacie prawie całe napięcie sieciowe jest przykładane do obwodu HL3R2, a do diody weta - w przeciwnym kierunku. Dlatego dioda HL3 otwiera się w przeciwnym kierunku *; przepływający przez niego prąd ogranicza rezystor R2. Tak więc prąd o natężeniu około 2 mA przepływa przez cały obwód od przewodu dodatniego do przewodu ujemnego. To wystarczy, aby zapewnić zauważalną poświatę „zielonej” diody HL1. Dioda HL2 nie świeci się, ponieważ do obwodu HL2R1 podawane jest zbyt małe napięcie (poniżej 3 V).

Gdy biegunowość napięcia sieciowego jest odwrócona, zachodzą te same procesy, tylko VD1 i VD2, R2 i R1, HL3 i HL2 zamieniają się miejscami. Oznacza to, że przydatność ograniczników jest potwierdzona zielonym sygnałem wskaźnika. W niektórych przypadkach opisany wskaźnik może jednocześnie służyć jako wskaźnik obecności napięcia sieciowego.

Łatwo zauważyć, że w przypadku awarii ogranicznika VD1 (pęknięcia) gaśnie „zielona” dioda HL1 i zapala się „czerwona” dioda HL2, aw przypadku uszkodzenia ogranicznika VD2 zapala się „czerwona” dioda HL3.

Opisywany moduł, nazwany ZA-0, został opracowany w Computer Engineering and Industrial Electronics OJSC (Moskwa) wspólnie z NPK Quark (Tashkent) i opanowany w produkcji seryjnej. Wygląd modułu pokazano na zdjęciu (rys. 4).

Główne cechy modułu

• Maksymalna dopuszczalna moc impulsu, kW, nie mniej niż, przy temperaturze otoczenia 25°С......1,5
• Amplituda napięcia przemiennego otwarcia ograniczników, V, w temperaturze otoczenia 25 ° C (prąd otwarcia 1 mA) ..... 400 ± 20
• Współczynnik ograniczenia,......1,2...1,3
• Natężenie światła diod LED, mcd, nie mniej niż ...... 0,5
• Moc pobierana z sieci przy braku impulsów wysokiego napięcia, W, nie więcej niż ...... 0,5
• Wymiary obudowy**, mm, nie więcej niż......32x12x10
• Waga, g, nie więcej niż ...... 10

Korpus modułu wykonany jest z tworzywa sztucznego poprzez wlanie do formy. Wersja klimatyczna UHL, kategoria umieszczenia 4.2 zgodnie z GOST 15150. Pod względem ochrony przed porażeniem elektrycznym produkt należy do klasy II zgodnie z GOST 2757.0.

Moduł ZA-0 oprócz montażu w zasilaczach REA polecany jest szerokiemu gronu użytkowników i radioamatorów do stosowania w laboratoriach, biurach i mieszkaniach do ochrony przemysłowych i domowych urządzeń elektronicznych podłączonych do gniazd sieciowych 220 V AC. W tym celu opracowano wariant produktów, który otrzymał nazwę ZA-01. Tutaj obudowa modułu wyposażona jest w standardowe piny, które pozwalają na wpięcie go do dowolnego wolnego gniazdka w pomieszczeniu.

Opracowanie modułu ochronnego ZA-0 zostało zatwierdzone przez Fundusz Naukowo-Techniczny „Energia Elektronika”, który pomagał w opracowywaniu produktów do produkcji masowej.

Moduły zabezpieczające dla mocy 5 kW (ZA-1) i 30 kW (ZA-2) oraz warianty tych produktów z wtykami (ZA-11 i ZA-21) są w trakcie opracowywania w produkcji. Moduły te powinny być stosowane w przypadkach, gdy półtora kilowata nie jest w stanie wytrzymać impulsów sieci wysokiego napięcia. Opracowano również moduły do ​​ochrony sieci prądu stałego, przeznaczone do mocy impulsowej od 1,5 do 30 kW i napięcia otwarcia od 6,8 ​​do 450 V.

W pierwszym etapie użytkowania modułów ochronnych ZA-0 i opartych na nich produktów dostawca zapewni klientom bezpłatną wymianę uszkodzonych na nowe. Jeśli moduły ponownie zawiodą, konsument zostanie poproszony o zakup mocniejszych urządzeń. W razie potrzeby JSC „Inżynieria komputerowa i elektronika przemysłowa” (tel. w Moskwie 330-06-38) przeprowadzi badanie sieci konsumenckiej i przedstawi propozycje ochrony REA.

* Ta cecha diod LED (i wielu innych elementów elektronicznych) jest od dawna zauważana, badana i szeroko stosowana przez radioamatorów. Patrz np. artykuł I. Nieczajewa „LED jako dioda Zenera” w „Radio”, 1997, nr 3, s. 51.

** Bez uwzględnienia długości wyprowadzeń - 9...12 mm oraz wysokości wystających obudów LED - 3...5 mm.

literatura

1. Cherepanov V. P., Khrulev A. K., Bludov I. P. Urządzenia elektroniczne do ochrony sprzętu elektronicznego przed przeciążeniami elektrycznymi. Informator. - M.: Radio i łączność, 1994 (s. 17-21).
2. Kolosov V. A. Zasilanie stacjonarnego REA. Teoria i praktyka projektowania. - M.: Radio i łączność, 1992 (s. 111, 112).

Autor: V. Kolosov, Moskwa, A. Muratov, Taszkent, Uzbekistan

Zobacz inne artykuły Sekcja Projektant radioamatorów.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi 05.05.2024

Współczesny świat nauki i technologii rozwija się dynamicznie i każdego dnia pojawiają się nowe metody i technologie, które otwierają przed nami nowe perspektywy w różnych dziedzinach. Jedną z takich innowacji jest opracowanie przez niemieckich naukowców nowego sposobu sterowania sygnałami optycznymi, co może doprowadzić do znacznego postępu w dziedzinie fotoniki. Niedawne badania pozwoliły niemieckim naukowcom stworzyć przestrajalną płytkę falową wewnątrz falowodu ze stopionej krzemionki. Metoda ta, bazująca na zastosowaniu warstwy ciekłokrystalicznej, pozwala na efektywną zmianę polaryzacji światła przechodzącego przez falowód. Ten przełom technologiczny otwiera nowe perspektywy rozwoju kompaktowych i wydajnych urządzeń fotonicznych zdolnych do przetwarzania dużych ilości danych. Elektrooptyczna kontrola polaryzacji zapewniona dzięki nowej metodzie może stanowić podstawę dla nowej klasy zintegrowanych urządzeń fotonicznych. Otwiera to ogromne możliwości dla ... >>

Klawiatura Primium Seneca 05.05.2024

Klawiatury są integralną częścią naszej codziennej pracy przy komputerze. Jednak jednym z głównych problemów, z jakimi borykają się użytkownicy, jest hałas, szczególnie w przypadku modeli premium. Ale dzięki nowej klawiaturze Seneca firmy Norbauer & Co może się to zmienić. Seneca to nie tylko klawiatura, to wynik pięciu lat prac rozwojowych nad stworzeniem idealnego urządzenia. Każdy aspekt tej klawiatury, od właściwości akustycznych po właściwości mechaniczne, został starannie przemyślany i wyważony. Jedną z kluczowych cech Seneki są ciche stabilizatory, które rozwiązują problem hałasu typowy dla wielu klawiatur. Ponadto klawiatura obsługuje różne szerokości klawiszy, dzięki czemu jest wygodna dla każdego użytkownika. Chociaż Seneca nie jest jeszcze dostępna w sprzedaży, jej premiera zaplanowana jest na późne lato. Seneca firmy Norbauer & Co reprezentuje nowe standardy w projektowaniu klawiatur. Jej ... >>

Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie 04.05.2024

Odkrywanie kosmosu i jego tajemnic to zadanie, które przyciąga uwagę astronomów z całego świata. Na świeżym powietrzu wysokich gór, z dala od miejskiego zanieczyszczenia światłem, gwiazdy i planety z większą wyrazistością odkrywają swoje tajemnice. Nowa karta w historii astronomii otwiera się wraz z otwarciem najwyższego na świecie obserwatorium astronomicznego - Obserwatorium Atacama na Uniwersytecie Tokijskim. Obserwatorium Atacama, położone na wysokości 5640 metrów nad poziomem morza, otwiera przed astronomami nowe możliwości w badaniu kosmosu. Miejsce to stało się najwyżej położonym miejscem dla teleskopu naziemnego, zapewniając badaczom unikalne narzędzie do badania fal podczerwonych we Wszechświecie. Chociaż lokalizacja na dużej wysokości zapewnia czystsze niebo i mniej zakłóceń ze strony atmosfery, budowa obserwatorium na wysokiej górze stwarza ogromne trudności i wyzwania. Jednak pomimo trudności nowe obserwatorium otwiera przed astronomami szerokie perspektywy badawcze. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Leki na drożdże 21.02.2022 Naukowcy dokonali edycji genomu drożdży, aby wyprodukować kluczowy składnik leków na demencję związaną z wiekiem i chorobę Parkinsona. Naukowcy z Imperial College London i National University of Singapore byli w stanie przekształcić przyjazne grzyby w biofabryki, aby wyprodukować związek chemiczny, alkaloid stosowany w lekach na demencję i chorobę Parkinsona. Dziś ten alkaloid pozyskiwany jest z ekstraktów sporyszu, pasożytniczego grzyba, który zaraża pszenicę i żyto. Rocznie produkuje się od 10 do 15 ton mieszanki. Uprawa sporyszu w takich ilościach do celów medycznych szkodzi środowisku. Dlatego naukowcy postanowili wypróbować alternatywną metodę z wykorzystaniem drożdży. Naukowcy wyizolowali geny ze sporyszu i wprowadzili wiele ich odmian do genomu drożdży piekarskich, aby wyprodukować komórkę, która mogłaby wytworzyć kluczowy składnik leku. Drożdże były kluczową częścią ludzkiej cywilizacji od tysięcy lat, pomagając nam wypiekać chleb i warzyć piwo. Ale nasz związek z tym znajomym mikrobem ewoluuje. prekursorów”, mówi Paul. Fremont, profesor w Imperial College London i jeden z liderów badania. Drożdże piekarnicze były również jednym z pierwszych organizmów komórkowych, których genom został szczegółowo zbadany. To uczyniło z nich idealny model do inżynierii genetycznej. Stosując ten sam proces fermentacji, który zastosowano do produkcji piwa i chleba, zmodyfikowane drożdże zużyły cukier i wyprodukowały około 2 mg związku w 1-litrowym reaktorze.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Ekologiczne miasta ochronią przed globalnym ociepleniem

▪ Przestrzenne pokoje hotelowe dostępne do rezerwacji

▪ Uprawa sztucznej nogi

▪ Wersja Ubuntu na tablet

▪ Pamięć Samsung DRAM CXL 2.0 128 GB

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Detektory natężenia pola. Wybór artykułu

▪ artykuł Malewicz Kazimierz Sewerinowicz. Słynne aforyzmy

▪ artykuł Kiedy pojawił się pierwszy uniwersytet? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Jezioro Bajkał. Cud natury

▪ Artykuł o przekaźniku czasowym. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Kryształy to wyjątkowo piękne okazy. Doświadczenie chemiczne

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024