Импульсный ограничитель напряжения – Ограничитель импульсных перенапряжений и схема установки разрядника

Ограничитель перенапряжений. Ограничитель импульсных перенапряжений

Ограничитель импульсных перенапряжений — это один из наиболее широко известных высоковольтных приборов, использующийся для защиты сети.

Описание приспособления

Для начала стоит объяснить, из-за чего, в принципе, возникают импульсные перенапряжения и чем они опасны. Причиной появления этого процесса является нарушение в атмосферном или коммутационном процессе. Такие дефекты вполне способны нанести огромный ущерб электрическому оборудованию, которое подвергнется такому воздействию.

Тут стоит привести пример на громоотводе. Это устройство отлично справляется с отводом сильного разряда, бьющего в объект, однако оно никак не сможет помочь, если разряд попадет в сеть через воздушные линии. Если такое происходит, то первый же проводник, который попадется на пути у такого разряда, выйдет из строя, а также может стать причиной поломки другого электрического оборудования, которое подключено к этой же электрической сети. Элементарная защита — отключение всех приборов во время грозы, однако в некоторых случаях это невозможно, а потому были изобретены такие устройства, как ограничители перенапряжений ОПН.

Что даст использование устройства

Если говорить об обычных средствах защиты, то их конструктивное исполнение несколько хуже, чем у ОПН. При обычном исполнении устанавливаются карборундовые резисторы. Дополнительной конструкцией являются искровые промежутки, которые соединены между собой последовательным образом.

В ограничителях импульсных перенапряжений же имеются такие элементы, как нелинейные транзисторы. Основой для этих элементов стал оксид цинка. Таких деталей имеется несколько, и все они объединяются в одну колонку, которая помещается в специальный корпус из такого материала, как фарфор или полимер. Это обеспечивает полностью безопасное использование таких устройств, а также надежно защищает их от любых внешних воздействий.

Тут важно отметить, что основная особенность ограничителя перенапряжения — это конструкция оксидно-цинковых резисторов. Такое исполнение позволяет сильно расширить функции, которые может выполнять устройство.

Технические параметры

Как и у любого другого устройства, у ОПН имеется основная характеристика, которая определяет его работоспособность и качество. В данном случае таким показателем стала величина рабочего напряжения, которое может подводиться к клеммам устройства без какого-либо ограничения в плане времени.

Имеется еще одна характеристика — ток проводимости. Это значение тока, который проходит через прибор под воздействием напряжения. Измерить данный показатель можно лишь в условиях реального использования устройства. Основными числовыми показателями данного параметра являются емкость и активность. Общий показатель этой характеристики может достигать нескольких сотен микроампер. По полученному значению этой характеристики оценивается работоспособность ограничителя перенапряжений.

Описание устройства ОПН

Для того чтобы изготовить данное устройство, производители используют те же электротехнические и конструкторские методы, которые применяются в изготовлении других продуктов. Это наиболее заметно при осмотре размеров и материалов, использующихся для изготовления корпуса. Внешний вид также имеет некоторую схожесть с другими устройствами. Однако стоит отметить, что отдельного внимания удостаиваются такие вещи, как установка ограничителя перенапряжения, а также его дальнейшее подключение к общим электроустановкам потребительского типа.

Имеется несколько требований, которые предъявляются именно к этому классу устройств. Корпус ОПН должен быть полностью защищен от прямого прикосновения человека. Должен быть полностью исключен риск того, что устройство загорится из-за возможных перегрузок. Если элемент выйдет из строя, то это не должно повлечь за собой короткого замыкания в линии.

Назначение и применение ОПН

Основное предназначение нелинейных ограничителей перенапряжения — это защита изоляции электрического оборудования от атмосферных или коммутационных перенапряжений. Данное устройство относится к группе высоковольтных приборов.

В этих аппаратах отсутствует такой раздел, как искровой промежуток. Если сравнивать диапазон действия ОПН и обычного вентильного разрядника, то ограничитель способен выдерживать более глубокие перепады напряжения. Основная задача данного устройства — выдерживать эти нагрузки без ограничения по времени. Еще одно существенное отличие ограничителя перенапряжения от обычного вентильного заключается в том, что размеры, а также физический вес конструкции в данном случае гораздо ниже. Наличие такого элемента, как крышка из фарфора или полимеров, привело к тому, что внутренняя часть устройства надежно защищена от внешних воздействий окружающей среды.

ОПН-10

Устройство этого прибора несколько отличается от обычного ОПН. В данном варианте применяется колонка варисторов, которые заключены в покрышку. Для создания покрышки в данном случае используется уже не фарфор или полимеры, а стеклопластиковая труба, на которую опрессована оболочка из трекингостойкой кремнийорганической резины. Кроме того, колонка варисторов имеет алюминиевые выводы, которые поджаты с двух сторон, а также ввернуты внутрь трубы.

Ограничитель перенапряжений ОПН-10 относится к полимерной группе устройств. Основная задача данного прибора — это защита электрического оборудования распределительных устройств. Также применяются для защиты сетей элементы с классами 150 кВ, с изолированной или компенсированной нейтралью. Использовать эти приспособления можно на открытом воздухе в умеренных и холодных поясах. Диапазон рабочей температуры от минус 60 до плюс 60 градусов по Цельсию. Проводить монтажные работы, а также дальнейшую эксплуатацию оборудования можно лишь в соответствии с правилами техники безопасности.

Ограничитель импульсных перенапряжений ОПС1

Серия ограничителей импульсных напряжений ОПС1 используется также для защиты от грозовых или коммутационных перенапряжений. Устанавливается такой прибор в месте ввода электрической энергии на объект. Также может монтироваться на вводе главного распределительного щита объекта.

Существует несколько классов защиты. Агрегаты класса В применяются для того, чтобы защитить электрическую сеть от перенапряжения после прямого удара молнии. Место установки — на входе в здание, до ВРУ.

Класс С — специализируется на защите непосредственно электрического оборудования от таких процессов, как остаточное атмосферное и коммутационное воздействие. Место установки ограничителя — это местные распределительные щитки.

fb.ru

Защита от импульсного перенапряжения. Ограничитель перенапряжения

Перенапряжением называется любое превышение напряжения относительно максимально допустимого для данной сети. К этому виду сетевых помех относятся как перенапряжения связанные с перекосом фаз достаточно большой длительности, так и перенапряжения вызванные грозовыми разрядами с длительностью от десятков до сотен микросекунд. Методы и средства борьбы зависят от длительности и амплитуды перенапряжений. В этом отношении импульсные перенапряжения можно выделить в отдельную группу.

Под импульсным перенапряжением понимается кратковременное, чрезвычайно высокое напряжение между фазами или фазой и землей с длительностью, как правило, до 1 мс.

Грозовые разряды — мощные импульсные перенапряжения возникающие в результате прямого попадания молнии в сеть электропитания, громоотвод или импульс от разряда молнии на расстоянии до 1,5 км приводящий к выходу из строя электрооборудования или сбою в работе аппаратуры. Прямое попадание характеризуется мгновенными импульсными токами до 100 кА с длительностью разряда до 1 мС.

При наличии системы громоотвода импульс разряда распределяется между громоотводом, сетью питания, линиями связи и бытовыми коммуникациями. Характер распределения во многом зависит от конструкции здания, прокладки линий и коммуникаций.

ереключения в энергосети вызывают серию импульсных перенапряжений различной мощности, сопровождающуюся радиочастотными помехами широкого спектра. Природа возникновения помех приведена на примере ниже.

Например при отключении разделительного трансформатора мощностью 1кВА 220\220 В от сети вся запасенная трансформатором энергия «выбрасывается» в нагрузку в виде высоковольтного импульса напряжением до 2 кВ.

Мощности трансформаторов в энергосети значительно больше, мощнее и выбросы. Кроме того переключения сопровождаются возникновением дуги, являющейся источником радиочастотных помех.

Электростатический заряд, накапливающийся при работе технологического оборудования интересен тем, что хоть и имеет небольшую энергию, но разряжается в непредсказуемом месте.

Форма и амплитуда импульсного перенапряжения зависят не только от источника помехи, но и от параметров самой сети. Не существует два одинаковых случая импульсного перенапряжения, но для производства и испытания устройств защиты введена стандартизация ряда характеристик тока, напряжения и формы перенапряжения для различных случаев применения.

Так для имитации тока разряда молнии применяется импульс тока 10/350 мкс, а для имитации косвенного воздействия молнии и различных коммутационных перенапряжений импульс тока с временными характеристиками 8/20 мкс.

Таким образом, если сравнить два устройства с максимальным импульсным током разряда 20 кА при 10/ 350 мкс и 20 кА при импульсе 8/20 мкс у второго, то реальная «мощность» первого примерно в 20 раз больше.

Существует четыре основных типа устройств защиты от импульсного перенапряжения:

1. Разрядник.

Представляет собой ограничитель перенапряжения из двух токопроводящих пластин с калиброванным зазором. При существенном повышении напряжения между пластинами возникает дуговой разряд, обеспечивающий сброс высоковольтного импульса на землю. По исполнению разрядники делятся на воздушные, воздушные многоэлектродные и газовые. В газовом разряднике дуговая камера заполнена инертным газом низкого давления. Благодаря этому их параметры мало зависят от внешних условий (влажность, температура, запыленность и т.д.) кроме этого газовые разрядники имеют экстремально высокое сопротивление (около 10 ГОм), что позволяет их применять для защиты от перенапряжения высокочастотных устройств до нескольких ГГц.

При установке воздушных разрядников следует учитывать выброс горячего ионизированного газа из дуговой камеры, что особенно важно при установке в пластиковые щитовые конструкции. В общем эти правила сводятся к схеме установки представленной ниже.

Типовое напряжение срабатывания в для разрядников составляет 1,5 — 4 кВ (для сети 220/380 В 50 Гц). Время срабатывания порядка 100 нс. Максимальный ток при разряде для различных исполнений от 45 до 60 кА при длительности импульса 10/350 мкс. Устройства выполняются как в виде отдельных элементов для установки в щиты, так и в виде модуля для установки на DIN — рейку. Отдельную группу составляют разрядники в виде элементов для установки на платы с токами разряда от 1 до 20 кА (8/20 мкс).

2. Варистор.

Керамический элемент, у которого резко падает сопротивление при превышении определенного напряжения. Напряжение срабатывания 470 — 560 В (для сети 220/380 В 50 Гц).

Время срабатывания менее 25 нс. Максимальный импульсный ток от 2 до 40 кА при длительности импульса 8/20 мкс.

Устройства выполняются как в виде отдельных элементов для установки в радиоаппаратуру, так и в виде DIN — модуля для установки в силовые щиты.

3. Разделительный трансформатор.

Эффективный ограничитель перенапряжения — силовой 50 герцовый трансформатор с раздельными обмотками и равными входным и выходным напряжениями. Трансформатор просто не способен передать столь короткий высоковольтный импульс во вторичную обмотку и благодаря этому свойству является в некоторой степени идеальной защитой от импульсного перенапряжения.

Однако при прямом попадании молнии в электросеть может нарушиться целостность изоляции первичной обмотки и трансформатор выходит из строя.

4. Защитный диод.

Защита от перенапряжения для аппаратуры связи. Обладает высокой скоростью срабатывания (менее 1 нс) и разрядным током 1 кА при токовом импульсе 8/20 мкс.

Все четыре выше описанные ограничителя перенапряжения имеют свои достоинства и недостатки. Если сравнить разрядник и варистор с одинаковым максимальным импульсным током и обратить внимание на длительность тестового импульса, то становится ясно, что разрядник способен поглотить энергию на два порядка больше, чем варистор. Зато варистор срабатывает быстрее, напряжение срабатывания существенно ниже и гораздо меньше помех при работе.

Разделительный трансформатор, при определенных условиях, имеет безграничный ресурс по защите нагрузки от импульсного перенапряжения (у варисторов и разрядников при срабатывании происходит постепенное разрушение материала элемента), но для сети 100 кВА требуется трансформатор 100кВА (тяжелый, габаритный и довольно дорогой).

Следует помнить, что при отключении первичной сети трансформатор сам по себе генерирует высоковольтный выброс, что требует установки варисторов на выходе трансформатора.

Одной из серьезных проблем в процессе организации защиты оборудования от грозового и коммутационного перенапряжения является то, что нормативная база в этой области до настоящего времени разработана недостаточно. Существующие нормативные документы либо содержат в себе устаревшие, не соответствующие современным условиям требования, либо рассматривают их частично, в то время как решение данного вопроса требует комплексного подхода. Некоторые документы в данный момент находятся в стадии разработки и есть надежда, что они вскоре выйдут в свет. В их основу положены основные стандарты и рекомендации Международной Электротехнической Комиссии (МЭК).

В настоящее время существуют следующие нормативные документы, которые в той или иной мере рассматривают вопросы защиты электропитающих установок от импульсного перенапряжения:

Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД 34.21.122-87).

Временные указаниях по применению УЗО в электроустановках зданий (Письмо Госэнер-гонадзора России от 29.04.97 № 42-6/9-ЭТ разд.6, п. 6.3).

ПУЭ (7-е изд., п. 7.1.22).

ГОСТ Р 50571.18-2000, ГОСТ Р 50571.19-2000, ГОСТ Р 50571.20-2000.

Ниже представлены типовые схемы защиты от импульсных перенапряжений. Как правило это комбинация различных устройств защиты реализующих концепцию зонной защиты широко распространенную за рубежом.

Основные ее положения приведены в стандартах IEC-1024-1 (1990-03) «Защита сооружений от удара молний. Часть 1. Общие принципы» и IEC-1312-1 (1995-02) «Защита от электромагнитного импульса молнии. Часть 1. Общие принципы».

Суть данной концепции заключается в том, что объект, подлежащий молниезащите (защите от перенапряжений), разбивается на три условных зоны. Предусматривается последовательное снижение уровня перенапряжений от зоны 0 к зоне 1 и далее к зоне 2, в которой устанавливается оборудование. Границей зоны 0 и зоны 1 для служит внешний контур заземления и стены здания. Для систем электропитания границей этих зон является ГРЩ здания. Границей зон 1 и 2, как правило, является токораспределительный щит.

Современная классификация ограничителей перенапряжения строится в соответствии с зоновой концепцией молниезащиты (IEC-1024-1, IEC-1312-1). Основные классы защитных устройств приведены в IEC 1643-1 (37A/44/CDV: 1996-03) «Устройства защиты от волн перенапряжения для низковольтных систем распределения электроэнергии. Эксплуатационные требования и методы испытания».

В зависимости от места установки и способности пропускать через себя различные импульсные токи устройства защиты от перенапряжений делятся на следующие классы — A, B, C, и D.

Класс и назначение защитного устройства		Место установки	Основные требования, предъявляемые к устройству	Импульсный ток, пропускаемый устройством при срабатывании
B	Для защиты от прямых ударов молнии в здание, мачту, ЛЭП. (Категория перенапряжения IV)	На вводе в здание (во вводном щите) или в главном распределительном щите.	— Защита от импульсного перенапряжения с большой энергией (прямых ударов молний, мощных бросков напряжений в режимах короткого замыкания). — Требуется защита от прямого прикосновения. — Отсутствие риска возгорания устройства защиты или короткого замыкания в линии в случае его выхода из строя в результате перегрузки.	В соответствии с требованиями — E DIN VDE 0675-6/А1/03-96 (таблица 4) (при импульсе 10/350 мкС Iimp = 0,5 — 50 кА) — IEC 1643-1 (37A/44/CDV:1996-03)
C	Для защиты электросети от коммутационных помех, как вторая ступень защиты при ударе молнии. (Категория перенапряжения III)	Распределительные щиты.	— Защита от синфазных перенапряжений (между фазой и землей, нейтралью и землей). — Требуется защита от прямого прикосновения. — Отсутствие риска возгорания устройства защиты или короткого замыкания в линии в случае его выхода из строя в результате перегрузки.	В соответствии с требованиями: — E DIN VDE 0675-6/11-89 (таблица 6) (при импульсе 8/20 мкС Isn = 5 кА) — IEC 1643-1 (37A/44/CDV:1996-03)
D	Для защиты потребителей от остаточных бросков напряжений, фильтрация помех (Категория перенапряжения II)	Розетки, оконечные защитные устройства (фильтры и т.п.)	— Защита от дифференциальных перенапряжений (между фазой и нейтралью). — Требуется защита от прямого прикосновения. — Отсутствие риска возгорания устройства защиты или короткого замыкания в линии в случае его выхода из строя в результате перегрузки.	В соответствии с требованиями: — E DIN VDE 0675-6/11-89 (таблица 6) (при импульсе 8/20 мкС Isn = 1,5 кА) — IEC 1643-1 (37A/44/CDV:1996-03)

Основой любой системы защиты являются системы заземления и выравнивания потенциалов внутри здания, поэтому любые мероприятия по защите должны начинаться с проверки этих систем.

Обязателен переход на системы электропитания TN-S или TN-C-S с разделёнными нулевым рабочим и нулевым защитным проводниками. Этот переход важен не только с точки зрения защиты от импульсных перенапряжений, но и для защиты от поражения электрическим током обслуживающего персонала и повышения противопожарной безопасности объекта (возможно применение устройств УЗО).

Типовая схема установки защитных элементов зонной защиты представлена ниже:

Защитные устройства класса В, газовые или воздушные разрядники с током разряда от 45 до 60 кА (10/350 мкс), устанавливаются на вводе в здание (во вводном щите, в ГРЩ или же в специальном боксе). Защитные устройства класса С в виде мощных варисторных модулей с токами разряда порядка 40 кА (8/20 мкс) — на других подраспределительных щитах. Защита класса D, варисторные модули с током разряда 6 — 8 кА или всевозможные фильтры со встроенной варисторной защитой устанавливается непосредственно возле потребителя.

Защита класса В должна устанавливаться обязательно на объектах имеющих воздушный ввод и соответственно чья сеть может быть подвержена грозовому разряду. В случае подземного кабельного ввода достаточна установка защит класса С и D.

Приведенные цифры по токам для защит по данной схеме существенно превышают требования норматива, однако разумное усиление всех рубежей защиты дает гарантию многолетней безаварийной работы элементов и обеспечивает существенно меньшие остаточные напряжения.

Установка разрядника в первой ступени защиты между нулевым рабочим (N) и нулевым защитным (PE) проводниками необязательна, так как защитные устройства расположены непосредственно возле точки разделения PEN проводника на N и PE проводники. Во второй ступени защиты между N и PE проводниками устанавливаться ограничитель перенапряжения, так как при удалении от точки разделения PEN проводника и увеличении длины электрических кабелей индуктивность и, соответственно, индуктивное сопротивление жил кабелей току разряда молнии резко возрастает. В результате этого возможно возникновение разности потенциалов между элементами оборудования, подключенного к N и PE проводникам.

Так же при установке защитных устройств очень важно, чтобы расстояние между соседними ступенями защиты было не менее 7-10 метров по кабелю электропитания. Выполнение этого требования необходимо для правильной работы защитных устройств. В момент возникновения в силовом кабеле импульсного перенапряжения, за счет увеличения индуктивного сопротивления металлических жил кабеля обеспечивается необходимая временная задержка в росте импульса перенапряжения на следующей ступени защиты, что позволяет обеспечить поочерёдное срабатывание ограничителей перенапряжения от более мощных к менее мощным. В случае необходимости размещения защитных устройств на более близком расстоянии или рядом (в одном щите) необходимо использовать искусственную линию задержки в виде дросселя с номинальным током сети.

Подключение устройств защиты к РЕ рекомендуется делать отдельным проводником и сводить шине выравнивания потенциала (ШВП). Такое подключение позволяет свести к минимуму бросок потенциала в результате срабатывания устройств защиты от импульсного перенапряжения.

В случае применения устройств УЗО, ограничители перенапряжений классов В и С необходимо размещать на линейной стороне УЗО, чтобы токи разряда и токи утечки, протекающие через них на РЕ проводник, не вызывали срабатывания УЗО. К тому же в случае установки ограничителей перенапряжения классов В и С на сторону нагрузки УЗО, последнее может быть выведено из строя током разряда молнии, что недопустимо с точки зрения обеспечения электробезопасности. Ограничители перенапряжений класса D можно устанавливать после УЗО на стороне нагрузки для защиты оборудования от дифференциальных перенапряжений между фазным проводником L и нейтралью N. В этом случае импульсные токи разряда будут протекать между L и N проводниками, не отводясь на защитный РЕ проводник.

При данной схеме средняя точка двух варисторов подключается к РЕ проводнику через разрядник, который не позволит токам утечки варисторов вызвать ложное срабатывание УЗО. В данной схеме необходимо применение УЗО типа S с временной задержкой срабатывания. Однако следует отметить, что вопрос применения УЗО на объектах, где необходимо обеспечение электропитания по первой категории, на данный момент времени остается не решенным. ПУЭ издание 7-е 1999 года предусматривает применение УЗО в электроустановках жилых, общественных, административных и бытовых зданий. Документы, определяющие область применения УЗО в электрических сетях промышленных предприятий, в настоящее время отсутствуют.

Наличие предохранителей F2 — F4 и F5 — F7 является обязательным, в случае если номинал предохранителей F1 превышает значение указанное в паспорте на данный тип защиты. Например для разрядников FLT — PLUS CTRL 1.5 это 250 А., т.е. если линейный предохранитель F1 400 А, то F4 — F6 не более 250 А а для варисторного модуля PIV 230 это значение составляет 160 А. Однако в случае поломки ограничитель перенапряжения может вызвать потери питания в сети. Во многих случаях для обеспечения непрерывности питания устанавливаются защитные автоматы (F2 — F4 и F5 — F6) с номиналом тока меньше линейного автомата защиты. В этом случае возникает необходимость дополнительного контроля за состоянием устройств защиты и в первую очередь варисторных блоков.

При соблюдении всех правил установки зонной защиты срок службы защитных элементов составляет в среднем 15 — 17 лет.

Типовая схема защиты ЛВС представлена ниже:

Где ИБП — источник бесперебойного питания типа on-line, сф — сетевой фильтр в виде сетевой разветвительной колодки (Политрон -3,…-6) или в виде DIN-модуля в распределительном щите (ФС — 16М).

Предлагаемая схема защиты построена с учетом требований по зонной защите и в соответствии с современными требованиями по защите вычислительной техники.

В данной схеме защиты потребители делятся на две группы. Потребитель первой категории — сервера, бухгалтерия, связь и тд — те, для которых потеря питания приводит к серьезным экономическим последствиям.

Источник бесперебойного питания желательно типа on-line так, как при необходимости он обеспечит стабилизацию напряжения и имеет нажежность существенно выше, чем ИБП типа оff-line.

www.higercom.ru

Ограничитель перенапряжения опн импульсный класс

Электроприборы являются важной частью жизни каждого из нас. Ежедневно мы используем в быту стиральные машины, насосы, электрические печи, водонагреватели и другую полезную технику, благодаря которой человек имеет возможность создавать вокруг себя условия для комфортной жизни.

Но для стабильной работы такого оборудования необходимы соответствующие условия. Нужно побеспокоиться о том, чтоб техника получала питание соответствующее определенным параметрам, а способ доставки такой энергии был быстрым и безопасным. Именно эти условия и обеспечивает ограничитель напряжения – компактный потомок устаревших разрядных устройств.

Назначение

Современные электрические сети достаточно часто подвержены импульсным всплескам напряжения, которые вызваны коммутациями различных электроприборов, атмосферными разрядами или другими факторами. Попавший в воздушную электролинию, небольшой грозовой разряд может стать причиной перенапряжения, значение которого в некоторых случаях может достигать превышать десятки кВ.

Но даже если говорить о единичных значениях, приборам в доме или другом помещении может быть нанесен существенный вред. Это связано с тем, что большинство электрических приборов, которые окружают нас в быту, имеет устойчивость всего лишь к 1,5 кВ.

Ограничители напряжения можно применять для защиты оборудования от последствий:

• коммутационных скачков, которые могут иметь место на подстанциях, вследствие отключения или подключения мощности потребления энергии;
• бросков перенапряжения, распространяемых другими единицами оборудования;
• электростатических разрядов, которые могут появляться между работающими рядом устройствами.

Ограничители напряжения представляют собой самое доступное решения для безопасного и полноценного использования различных электрических приборов.

Несмотря на то, что такие скачки или перенапряжение могут длиться всего лишь долю секунды, этого времени часто бывает достаточно для того, чтоб сделать пробой в изоляции и спровоцировать короткое замыкание, последствия которого могут быть весьма разрушительны. Для исключения возникновения короткого замыкания, необходимо позаботиться о более надежной изоляции, которая приводит к существенному увеличению стоимости оборудования. По этой причине более выгодным и целесообразным становится использование ограничителей напряжения.

Ограничители напряжении используются в:

1. Устройствах вводного и распределительного типа.
2. Распределительных щитах главного назначения.
3. Распределительных щитах в квартирах.

Устройство

Современные ограничители, которые используются для подавления импульсов перенапряжения, представляют собой небольшие эргономичные устройства, оснащенные сменными модульными элементами. Системы ограничения могут устанавливаться в основных и второстепенных распределительных щитах.

Главным рабочим элементом ограничителя является варистор, который представляет собой реостат из плотно расположенных варисторных таблеток. Таблетки изготавливаются из смеси оксида цинка, оксидов висмута, кобальта и других металлов. Сопротивление устройства уменьшается с увеличением силы тока, и благодаря этому:

• электрическая техника может пропускать сверхтоки и компактно гасить их без искровых промежутков;
• обеспечивается срабатывание защиты в кратчайший срок;
• практически моментально возвращается в исходное изоляционное состояние и в готовность принять очередной поток импульсов.

Варистор размещается в модульной вставке. После выхода из строя этот элемент можно легко заменить. Модульные устройства производятся в широком диапазоне пропускной токовой способности. Это обусловлено тем, что ограничители призваны защищать приборы от скачков различной мощности.

Стоит отметить, что при использовании комплектных ограничителей одного производителя, для увеличения токовой способности допускается их параллельная установка.

Ограничитель устанавливается в сеть на весь период использования участка проводки, который нуждается в протекции. Периодической замене подлежит только сменная вставка. Габариты этого элемента часто рассчитаны на возможность использования только вместе с прибором с конкретной пропускной токовой способностью. Пока по проводке идет энергия стандартного назначения, варистор пропускает ток. Как только клеммы прибора зафиксируют аномальный всплеск, аппарат выполнит свое предназначение. При возникновении напряжения равного по значению воспламенению, термический предохранитель прервет работу ограничителя.

Обратите внимание, что применение ограничителей является возможным только при наличии системы заземления.

Виды ограничителей

На сегодняшний день можно выделить три основных вида ограничителей:

1. ОПН класса А. Системы ограничителей, предназначенные для защиты от сверхтоков, вызванных прямым попаданием грозовых разрядов в сеть. Устанавливаются и крепятся чаще всего с наружной стороны объекта, в точке перехода воздушной линии в кабельное продолжение.
2. ОПН класса В. Обеспечивают протекцию от всплесков импульсов и скачков в пределах 4 кВ. Монтируются на вводе здания и защищают силовую сеть распределительного типа.
3. ОПН класса С. Ограничители, которые сбрасывают все, что пропустила защита устройств категории В. Монтируются в водном щите квартир и офисов, защищают внутреннюю электропроводку.
4. ОПН класса D. Предназначены для защиты устройств, чувствительных к коротким сверхтокам. Устанавливаются в квартирных щитах или непосредственно в оборудовании.

Виды ограничителей лучше всего учитывать при выборе защиты. Это необходимо для того, чтоб не приобрести прибор, который будет обладать абсолютно ненужными характеристиками.

Технические характеристики

Ограничители напряжения устанавливаются на DIN-рейку распределительных щитовых из металла. Для сброса показателей импульсной тепловой энергии необходимо обязательное наличие заземляющего проводника РЕ. Ограничители устанавливаются между землей и фазой или землей и нулевым проводником. Ограничитель срабатывает за считанные доли секунд и тем самым гарантирует приборам надежную защиту от повреждения электрооборудования.

Для обеспечения автономного строения, которое не оснащено грозовой защитой, лучше всего использовать трехступенчатое сооружение А-В-С, которое сможет ограничивать волны импульсов с показателями 6-4-2,5 кВ.

Полезное видео

Подробнее о конструкции, принципе действия и вариантах исполнения ограничителей перенапряжения вы можете узнать из видео ниже:

Использование таких приборов, безусловно, необходимо для безопасного и качественного функционирования электрических приборов. Но для достижения максимального эффекта специалисты рекомендуют использовать систему из приборов класса B, C и D.

web-electric.ru

Диодные ограничители | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! Продолжаю рассказывать про импульсные устройства и всё, что с ними связано. В предыдущей статье я рассказывал про RC и RL цепи и как они влияют на прохождение через них различных импульсов. Сегодняшняя статья про амплитудные ограничители и фиксаторы уровня сигнала. Что же это такое и зачем они нужны?

Амплитудные ограничители. Введение

Амплитудный ограничитель представляет собой электронное устройство, которое имеет пороги ограничения, за пределами которых входной сигнал практически не изменяется и остаётся равным пороговому значению. Исходя из этого, можно выделить три типа амплитудных ограничителей:

• ограничитель по максимуму или сверху. В данном случае сигнал на выходе устройства при превышении порогового значения тока или напряжения остаётся практически неизменным;
• ограничитель по минимуму или снизу. В таком устройстве устройства остаётся неизменным при значении входного сигнала меньше некоторого порогового значения;
• двухсторонний ограничитель. Такое устройство ограничивает сигнал и по максимуму и по минимуму входного сигнала.

Абсолютное большинство амплитудных ограничителей строят на основе ключевых свойств радиоэлектронных элементов, поэтому основным элементом ограничителей являются диоды или транзисторы в ключевом режиме работы. Диодные ограничители довольно простые по устройству, поэтому наиболее часто встречающиеся. Амплитудные ограничители на основе транзисторов несколько сложнее по устройству, но кроме амплитудного ограничения они позволяют усиливать сигнал, поэтому их ещё называют усилителями-ограничителями.

Различают также последовательные и параллельные ограничители. Эта их особенность зависит от способа включения ключевого элемента относительно нагрузки. Необходимо отметить, что последовательные ограничители включаются в работу, когда ключ разомкнут, а параллельные ограничители работают в режиме ограничения в случае замкнутого ключевого элемента.

Последовательные диодные ограничители

Как говорилось выше, ограничители бывают по максимуму, по минимуму и двухсторонние, которые ограничивают уровень сигнала сверху и снизу. Устройство последовательных диодных ограничителей довольно простое и оно основано на ключевом свойстве полупроводникового диода: в открытом состоянии диод пропускает электрический ток, а в закрытом – электрический ток через диод не проходит.

Последовательные диодные ограничители состоят из диода (VD1), источника смещения (E_CM) и сопротивления нагрузки (R1). Различие состоит в том, как подключен диод: в ограничителе по минимуму диод включен в прямом направлении, а в ограничителе по максимуму – в обратном направлении.

Рассмотрим принцип работы ограничителя по минимуму. При значении входного напряжения U_ВХ меньше, чем напряжение смещения Е_СМ, диод VD1 будет находиться в закрытом состоянии и напряжение на выходе U_ВЫХ будет соответствовать напряжению смещения. Как только входное напряжение превысит напряжение смещения, диод откроется и через него начнёт проходить электрический ток, а напряжение на выходе будет соответствовать входному напряжению.

Схема и эпюры напряжения последовательного ограничителя по минимуму.

Принцип работы ограничителя по максимуму состоит в следующем. При значении входного напряжения U_ВХ меньше напряжения смещения диод VD1 находится в открытом состоянии и напряжение на выходе U_ВЫХ будет равным напряжению смещения. Как только входное напряжение превысит значение напряжения смещения, диод откроется и выходное напряжение будет равным входному напряжению.

Схема и эпюры напряжения последовательного ограничителя по максимуму.

Для ограничения сигналов сверху и снизу используются двухсторонние ограничители, которые чаще всего состоят из двух последовательно включённых односторонних ограничителей.

Схема двухстороннего последовательного ограничителя и эпюры напряжения.

Принцип работы двухстороннего ограничителя заключается в следующем. Напряжение источников смещения выбирают так, чтобы в отсутствии входного сигнала диод VD2 был открыт (Е_СМ1СМ2). Уровень ограничения напряжения по максимуму определяется напряжением смещения Е_СМ2, а уровень ограничения по минимуму – напряжением в точке соединения диодов VD1 и VD2, которое соответствует напряжению отпирания диода VD1. Диод VD1 открывается, когда напряжение на входе превышает величину напряжения Е_СМ1. При этом напряжение на выходе ограничителя примерно равно напряжению на входе, а когда входное напряжение превышает величину Е_СМ2, то диод VD2 закрывается и напряжение на выходе будет равно напряжению Е_СМ2.

Довольно часто вместо предыдущей схемы используется эквивалентная схема двухстороннего ограничителя с общим источником смещения.

Схема двухстороннего последовательного ограничителя с общим источником смещения.

Расчёт данной схемы аналогичен предыдущей, если пересчитать её параметры с помощью следующих соотношений:

[math]R_{1}= \frac {R’_{1} R’_{2}}{R’_{1}+R’_{2}}; R_{2}=\frac {R’_{3} R’_{4}}{R’_{3}+R’_{4}}[/math]
[math]E_{CM1}= \frac {E R’_{2}}{R’_{1}+R’_{2}}; E_{CM2}=\frac {E R’_{4}}{R’_{3}+R’_{4}}[/math]

Расчёт последовательных диодных ограничителей

Простейший последовательный диодной ограничитель представляет собой схему, состоящую из диода VD1, включённого последовательно с резистором R1. Данная схема в отсутствии дополнительного источника напряжения смещения Е_см является ограничителем с нулевым уровнем ограничения. Фактически данная схема представляет собой диодный ключ, вследствие конечных значений сопротивления закрытого и открытого ключа, данную схему можно преобразовать в делитель напряжения на резисторах, а выходное напряжение тогда определится по следующей формуле:

[math]U_{BbIX}= \frac {U_{BX} * R1}{R_{VD} + R1}[/math]

• где U_BX – входное напряжение,
• R1 – сопротивление нагрузки,
• R_VD – сопротивление диода в прямом направлении.

В случае использования дополнительного источника напряжения смещения выходное напряжение определится по следующей формуле:

[math]U_{BbIX}= \frac {U_{BX} * R1 + E_{CM}*R_{VD}}{R_{VD} + R1}[/math]

• где Есм – напряжение смещения.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что при сопротивлении нагрузки R1 >> R_VD, то есть чем больше сопротивление нагрузки R1 по отношению к сопротивлению диода в прямом направлении, тем больше напряжение на выходе соответствует входному напряжению.

Параллельные диодные ограничители

Так же как и последовательные диодные ограничители, параллельные диодные ограничители бывают по максимуму, по минимуму и двухсторонние. Основное отличие в принципе работы параллельных ограничителей от последовательных ограничителей состоит в том, что параллельные пропускают сигнал, когда диод находится в закрытом состоянии, и ограничивают, когда диод открыт.

Параллельные диодные ограничители в основном состоят из следующих элементов: источник напряжения смещения Е_СМ служит для установки уровня ограничения, сопротивление R1 создает вместе с диодом VD1 делитель напряжения и непосредственно диод VD1 выполняет роль ключевого элемента. Различие между ограничителями сверху и снизу, как уже говорилось выше, состоит в том, как подключен диод.

Рассмотрим схему и принцип работы параллельного ограничителя по минимуму. При значении входного напряжения U_ВХ меньше, чем напряжение смещения Е_СМ, диод VD1 будет находиться в открытом состоянии, а так как R1 и сопротивление диода в открытом состоянии невелико, то всё напряжение будет оставаться на сопротивлении R1, а на выходе напряжение U_ВЫХ будет равно сумме напряжений Е_СМ и падению напряжения на диоде. Как только входное напряжение превысит напряжение смещения, диод закроется и так как сопротивление диода в закрытом состоянии очень велико, то на выходе ограничителя будет напряжение равное входному напряжению.

Схема и эпюры напряжения параллельного ограничителя по минимуму.

Принцип работы параллельного ограничителя по максимуму отличается от параллельного ограничителя по минимуму только направлением включения диода. Таким образом, при входном напряжении U_ВХ меньшем напряжении смещения Е_СМ диод будет закрыт и всё входное напряжение будет приложено к нагрузке. Как только входное напряжение превысит значение равное сумме напряжения смещения и напряжения падения на диоде, то диод откроется, и напряжение на выходе останется равным сумме напряжения смещения и напряжения падения на диоде.

Схема и эпюры напряжения параллельного ограничителя по максимуму.

Как говорилось выше, существуют также двухсторонние ограничители параллельного типа, которые представляют собой последовательно соединенные параллельные ограничители по минимуму и по максимуму. По принципу работы двухсторонние ограничители аналогичны односторонним ограничителям, но в этом случае резистор R1 является общим для двух последовательно включенных ограничителей.

Схема и эпюры напряжения параллельного двухстороннего ограничителя.

Расчёт параллельных диодных ограничителей

Простейший параллельный диодный ограничитель представляет собой схему состоящую из диода VD1, включённого параллельно нагрузке и ограничительного резистора R1. В отсутствии источника напряжения смещения Е_см данная схема является амплитудным ограничителем с нулевым уровнем ограничения. Как и схема с последовательным диодом, данную схему можно представить в виде делителя напряжения на резисторах, в которой выходное напряжение будет равно:

[math]U_{BbIX}= \frac {U_{BX} * R_{VD}}{R_{VD} + R1}[/math]

• где U_BX – входное напряжение,
• R1 – ограничительный резистор,
• R_VD – сопротивление диода в обратном направлении.

В случае использования дополнительного источника напряжения смещения выходное напряжение определится по следующей формуле:

[math]U_{BbIX}=E_{CM} + \frac {U_{BX} * R_{VD}-E_{CM} * R_{VD}}{R_{VD} + R1}[/math]

• где Есм – напряжение смещения.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что при сопротивлении нагрузки R1 VD, то есть чем меньше ограничительное сопротивление по отношению к сопротивлению диода в обратном направлении, тем напряжение на выходе больше соответствует входному напряжению.

Амплитудные ограничители находят самое широкое распространение в импульсных схемах и могут выполнять следующие функции:

• формирование импульсов с плоской вершиной;
• пропускание импульсов с определённой полярностью и амплитудой;
• формирование импульсов стандартной амплитуды;
• ограничение уровня сигнала для сокращения длительности фронта и среза;
• фиксирование уровня сигнала для поддержание напряжения и тока на заданном уровне;
• демпферирование колебаний ударного возбуждения в контурах.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Скажи спасибо автору нажми на кнопку социальной сети

www.electronicsblog.ru

Ограничители напряжения

В ряде операций преобразования входных сигналов (например, при детектировании частотно – модулированных сигналов) возникает необходимость ограничения этих сигналов по амплитуде. Эта задача решается тоже с помощью полупроводниковых диодов – диодное ограничение. Есть два вида диодного ограничения: последовательное и параллельное. Принцип одностороннего последовательного и параллельного ограничения иллюстрируют схемы рис.6 (а и б). При подаче на вход схемы рис.6, а переменного напряжения диод VD будет открыт пока потенциал катода ниже, чем потенциал анода, равный E₀. При этом через диод протекает ток, сопротивление открытого диода незначительно, и выходное напряжение . Как только достигает уровня E₀, потенциалы катода и анода уравниваются и диод запирается. Ток в цепи прекращается и . Таким образом при любом напряжении на входе ( — напряжение пробоя) в положительной полуволне выходное напряжение не превышает E_0. В отрицательной полуволне входного напряжения потенциал катода всегда меньше потенциала анода, поэтому диод открыт, через резистор R протекает ток и выходное напряжение пропорционально входному (рис.6, в).

В схеме параллельного одностороннего ограничителя (рис.6, б) диод VD включен параллельно нагрузке. На его катоде поддерживается постоянный положительный потенциал E₀, поэтому, пока входное напряжение , диод закрыт и напряжение на выходе повторяет входное напряжение. То же самое происходит и в отрицательной полуволне входного напряжения. Если же положительное входное напряжение превысит уровень E₀, диод открывается и через его малое сопротивление к выходу подключается источник постоянного напряжения E₀. Форма выходного напряжения показана на рис.6, г.

Двустороннее ограничение можно выполнить на двух кремниевых диодах в схеме параллельного ограничения (рис.7, а). Уровни ограничения в этой схеме равны пороговым напряжениям диодов (0,5…0,6 В). Для повышения уровня ограничения можно включить последовательно по два и более диодов в каждом плече. Форма выходного напряжения показана на рис.7, б.

 

Двустороннее ограничение с уровнем ограничения в несколько вольт можно осуществить в параллельном ограничителе с двумя встречно включенными стабилитронами (рис.8, а). При положительной полуволне входного напряжения стабилитрон VD1 открыт и работает на прямой ветви ВАХ, а для VD2 это напряжение обратное. Пока ( — напряжение пробоя стабилитрона) VD2 заперт, ток через него не проходит и напряжение на выходе равно входному. Когда достигнет значения , наступает пробой VD2, ток через него резко возрастает и напряжение на выходе равно напряжению стабилизации . При отрицательной полуволне стабилитроны VD1 и VD2 меняются ролями. Форма выходного напряжения представлена на рис.8,б.

 

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Работа выполняется на стендах, описание которых приведено в работах №№ 1. и 2.

 

4. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ (выполняется при домашней подготовке).

 

4.1. Выписать из справочника параметры применяемых в работе диодов и стабилитронов.

4.2. Для параметров схемы диодного выпрямителя вычислить импульсный максимальный ток диода и оценить пригодность диода сравнением с выписанными справочными данными.

4.3. По заданному варианту рассчитать параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне (выбрать тип стабилитрона и вычислить ). Параметры источника напряжения и нагрузки стабилизатора приведены в таблице 1 по вариантам.

 

Таблица1: Варианты заданий

 

4.1. По указанным в задании параметрам схем одностороннего и двухсторонних ограничителей напряжений рассчитать максимально допустимое входное напряжение, используя справочные данные диодов и стабилитронов.

 

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

 

5.1. Собрать схему рис.9. Установить на выходе генератора G напряжение U_Гm=3- 4В;ƒ_Г =1000Гц. Подключить оба входа осциллографа к выходу генератора и отрегулировать оба канала (установить одинаковую чувствительность). Переключить второй канал осциллографа на выход.

 

 

 

 

5.2. Зарисовать осциллограммы U_Г и U_Н, отметить на графиках амплитуды напряжений. Измерьте с помощью осциллографа амплитуду импульса напряжения Uн_m ,пользуясь методикой описанной в п.6.2.

5.3.Подключить параллельно нагрузке R_Н фильтрующую емкость мкФ. Добавить в схему резистор R1=22 Ом для измерения тока (рис.10). Напряжение генератора оставить прежним .

5.4. Зарисовать осциллограммы U_Г ,U_Н, i_Н (ток i_Н находить по падению напряжения на R1: ). Измерить с помощью осциллографа и записать амплитуду выпрямленного тока I_Нm.=Uн_m/(Rн+R1) Методика измерения описана в п.6.2.

 

5.5 Собрать схему рис.11 и снять обратную ветвь вольт – амперной характеристики стабилитрона. Результаты измерений занести в таблицу 2. Диапазон изменения входного напряжения ограничивается максимально допустимым обратным током стабилитрона.

5.6. Собрать схему рис.12 и снять прямую ветвь ВАХ стабилитрона. Результаты вносятся в таблицу 3. Значения прямого тока изменяются в пределах от 0 до15…20мА.

 

Таблица 2

UВХ,,В

IСТ,m А

UСТ, В

 

 

Таблица 3

UПР,В

IПР,m А

 

5.7. Собрать схему стабилизатора напряжения рис.13 и снять передаточную характеристику стабилизатора U_вых =ƒ(U_вх) при Rн= 4,7 кОм. Результаты внести в таблицу 4.

 

 

Таблица 4

UВХ,В

Uвых,В

 

5.8. Собрать схему одностороннего ограничителя рис.14. Установить значение E₂ = 2 В и снять передаточную характеристику ограничителя при изменениях U_ВХ от 0 до +10 В. Данные занести в таблицу 5.

 

 

 

Таблица 5

UВХ,В

Uвых,В

 

5.9. Подключить ко входу (вместо E₁) генератор синусоидальных сигналов и установить на нем напряжение 5 В и частоту1000 Гц. Зарисовать осциллограммы выходного напряжения. Повторить эту же операцию при E₂ = 0.

5.10. Собрать схему двустороннего ограничителя на диодах рис.15. Снять передаточную характеристику, изменяя входное напряжение в пределах ±5 В. Данные занести в таблицу, аналогичную таблице 5. Подключить ко входу генератор синусоидальных сигналов и зарисовать осциллограммы выходного напряжения при U_ВХm =0,3 В; 1В; 2В. Частота сигнала 1000Гц.

 

 

5.11. Собрать схему двустороннего ограничителя на стабилитронах КС 133 А. (рис.16). Подать на вход напряжение генератора синусоидальных сигналов частотой 1000 Гц. Один вход осциллографа подключить к выходу генератора, а второй вход – к выходным зажимам ограничителя. Плавно изменяя амплитуду входного сигнала от 0,5 В до 5 В, следить за изменением формы выходного сигнала. Отметить и записать амплитуду входного сигнала, при которой начинается ограничение амплитуды выходного напряжения. Сравнить это значение с параметрами стабилитрона. Зарисовать осциллограммы выходного напряжения при амплитудах входного сигнала U_ВХm = 2 В; 5В.

 

6. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

 

6.1. Осциллограммы напряжений зарисовывать на бумаге в клетку или миллиметровой бумаге, сопоставляя координатную сетку осциллографа сетке на бумаге.

6.2. Измерение амплитуды выпрямленного напряжения с помощью осциллографа выполняется после его предварительной калибровки. Для калибровки подберите переключателем чувствительности осциллографа удобный для наблюдения и отсчета размер исследуемого сигналаU_н .Не изменяя чувствительности подайте вместо исследуемого сигнала синусоидальный сигнал с генератора и изменением его величины добейтесь такого же размера полуволны синусоиды ,как и у исследуемого сигнала. Измерьте вольтметром в режиме измерения параметров переменного тока напряжение на выходе генератора. Учитывая, что приборы показывают действующее значение напряжения, рассчитайте его амплитудное значение. Полученная величина и будет амплитудным значением напряжения на R_н. U_нm. При измерении U_нm в п.5.4. сначала отключите вход осциллографа, на который подано напряжение U_н. Горизонтальную линию луча совместите с горизонтальной осью координатной сетки осциллографа. Подайте на вход напряжениеU_н и, не трогая больше ручку перемещения по вертикальной оси, отметьте положение максимума кривой напряжения. Она и будет соответствовать значению U_нm,которое определите выше описанным способом.

6.3.Обратную и прямую ветви ВАХ стабилитрона удобнее снимать, установив сначала входное напряжение, соответствующее максимальному обратному или прямому току. Затем, понижая напряжение снять зависимость тока от входного напряжения. Количество точек должно быть достаточным для построения всех характерных участков ВАХ.

6.4. По осциллограммам п.5.2. и 5.4. определить графически среднее значение выпрямленного напряжения U_{н ср} и вычислить отношения U_н._ср./U_н.m для каждого пункта. Для определения среднего значения U_н._ср. по осциллограмме следует сначала вычислить площадь одного импульса напряжения и построить прямоугольник такой же площади с основанием, равным одному периоду по оси времени. Высота этого прямоугольника и будет значениемU_н.ср., отсчитанным по оси напряжения.

6.5. По графику обратной ветви ВАХ определить величину I_ст.min и соответствующее ему значение напряжения пробоя U_ПР, напряжение стабилизации , соответствующее номинальному току стабилизации , выписанному из справочника. Сравнить полученное значение с приведенным в справочнике. При вычислить дифференциальное сопротивление стабилитрона .

6.6. Используя график ВАХ стабилитрона построить передаточную характеристику стабилизатора напряжения (рис.13) при R_Н = и рассчитать величину абсолютного коэффициента стабилизации в точке .

6.7 По передаточной характеристике стабилизатора при R_Н = 4,7 кОм (п.5.7) определить значение абсолютного коэффициента стабилизации при . Сравнить значения , полученные в п.п. 6.6. и 6.7. и объяснить причину их отличия.

6.8. По формуле (2.12) вычислить коэффициент стабилизации по входному напряжению для R_Н = и R_Н = 4,7 кОм. Сравнить полученные значения.

6.9. Проанализировать и объяснить результаты, полученные при исследовании ограничителей напряжения. По данным, полученным в п.п. 5.8 и 5.10, предварительно построить графики зависимостей .

 

7. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

7.1. Справочные данные используемых диодов и стабилитронов.

7.2. Результаты расчетов по п.п. 4.2. – 4.4.

7.3. Таблицы экспериментальных данных и графики.

7.4. Осциллограммы напряжений и токов.

7.5. Анализ полученных результатов.

7.6. Выводы по работе.

 

1. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Объясните физическую природу односторонней проводимости полупроводникового диода.

2. Перечислите и объясните физическую суть различных видов пробоя p – n перехода.

3. Какие из перечисленных видов пробоя используются в стабилитронах?

4. Как зависит напряжение пробоя от температуры для различных видов пробоя?

5. Как влияет степень легирования базы диода на напряжение стабилизации?

6. Какие полупроводниковые материалы используются в стабилитронах и почему?

7. Перечислите и объясните основные параметры стабилитрона?

8. Какие параметры используются для оценки качества стабилизатора?

9. Поясните принцип работы параметрического стабилизатора напряжения . Нарисуйте его схему.

10. Как определяется величина балластного сопротивления ?

11. Какие элементы могут выполнять роль фильтров в выпрямителях напряжения?

12. Объясните фильтрующую роль конденсатора в схеме выпрямителя.

13. Поясните принцип работы одностороннего ограничителя напряжения.

14. Как работает двусторонний ограничитель на диодах? Как можно изменять уровень ограничения?

15. Объясните принцип работы двустороннего ограничителя напряжения на стабилитронах. Как можно изменять уровень ограничения в нем?

 

 

9. ЛИТЕРАТУРА

 

[1], [2], [3], [6], [9], [16], [17].

 

 

Похожие статьи:

poznayka.org

РадиоКот :: Ограничитель сетевого напряжения

РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Бытовая техника >

Ограничитель сетевого напряжения

Все больше разнообразной аппаратуры окружает котов в быту, и эта аппаратура требует питания. И не какого-нибудь, а 220В +/- допуск в разумных пределах. К счастью, современная аппаратура к питанию намного менее переборчива, чем ламповые телевизоры прошлого века. Импульсные БП нормально терпят издевательства типа питания очень заниженным напряжением, некоторые вплоть до 80-90В. И чистый синус в розетке им тоже по большому счету, ни к чему. Хоть постоянкой корми. Но вот повышенное напряжение уже в 260-270В часто приводит к распуханию конденсаторов в первичных цепях или разрыву в клочья варисторов, предохранителей а иногда и диодных мостов за компанию с силовыми ключами. Если искать недорогое решение проблемы сохранения здоровья бытовых электроприборов, то в первую очередь взгляд падает на разнообразные стабилизаторы релейного типа или автотрансформаторные с сервоприводом подвижного контакта. Такие устройства относительно недороги, довольно мощны и обеспечивают хорошую стабилизацию, но они медлительны, как кот под валерианой. Особенно плохо они справляются со своей работой если в сети присутствуют частые но кратковременные провалы напряжения (например, кто-то из соседей занимается электросваркой). Тогда при понижении напряжения сети автоматика стабилизатора «подкручивает» транс, добавляя на выход напряжения, но как только напряжение в сети вернется в норму, реле, а тем более подвижный контакт ЛАТРа, не успевают достаточно быстро отреагировать и на выходе стабилизатора получается кратковременный но очень ощутительный всплеск напряжения до 350-400В, отрицательно сказывающийся на здоровье всего, что включено. С помощью предлагаемого устройства эту проблему можно решить, существенно повысив эксплуатационные характеристики «медленных» стабилизаторов сетевого напряжения.

Итак, схема:

Как только устройство включается в сеть, ток зарядки С1 открывает транзистор VT1, включенный в диагональ силового диодного моста Br2, благодаря чему подается питание на выход а также трансформатор, питающий всю схему. На выходе стабилизатора напряжения 7805 появляются стабильные 5В, через R2 в базу VT1 начинает протекать ток около 60 мА, обеспечивая поддержание силового транзистора в открытом состоянии.  Пока напряжение сети в норме, стабилитрон VD3 заперт, следовательно, заперт и транзистор VT2. Как только напряжение сети превысит разумные пределы, откроется VD3 а за ним и VT2, шунтируя переход Б-Э VT1. Силовой ключ начнет закрываться, напряжение на нагрузке падает. Как только напряжение упадет настолько, что VD3 закроется, силовой ключ опять откроется. Благодаря довольно медлительной обратной связи через трансформатор а также наличию конденсатора С4 схема обладает необходимым гистерезисом для работы силового транзистора практически в ключевом режиме. В линейный режим он попадает только при небольшом длительном превышении сетевого напряжения, но это не страшно, потому как мощность небольшая на нем будет рассеиваться в этом случае, да и не характерна такая ситуация, если данный ограничитель стоит после релейного стабилизатора. По результатам экспериментов работа схемы выглядит следующим образом: пока напряжение в сети не выше установленного предела, оно все целиком присутствует на нагрузке. Как только появляется небольшое превышение — начинают срезаться верхушки синусоиды. При более существенном превышении из синусоиды начинают выкусываться короткие прямоугольные фрагменты, по сути осуществляется диммирование нагрузки. Конечно, форма напряжения портится, что не допускает применение этого устройства как самостоятельного стабилизатора например для холодильника или электродвигателя, но как ограничитель аварийно высокого напряжения перед аппаратурой с импульным источником питания оно срабатывает отлично. 

О деталях. Описанный выше девайс можно собрать практически из металлолома, который без дела валяется по углам шкафа, куда лапы не доходят. Трансформатор 220/12 В, мощностью 5-10 Вт вполне достаточно. Диодный мост для питаня схемы Br1 может быть составлен из диодов КД105, 1N4001-4007 или взять подходящий. Силовой диодный мост Br2 берем с запасом, хорошо подходят мосты из компьютерных БП, на 2-5 А, 600-800В. Силовой транзистор VT1 должен с запасом выдерживать ток нагрузки и иметь большой запас по напряжению, дабы не быть пробитым экстремальным напряжением в сети. Такие можно добыть в строчной развертке мониторов и телевизоров. Из отечественных можно попробовать КТ840, КТ838, можно применить также и мощные полевики, правда при таком раскладе понадобится стабилизатор 7805 заменить на 7809 или 7812, повысив также напряжение вторички трансформатора, чтобы обеспечить надежное отпирание полевика.

Настройка ограничителя сводится к установке порогового напряжения, при котором начинает срабатывать ограничение напряжения. Для этого в схеме предусмотрен подстроечник Р1. Вначале настройки выкручиваем его на максимум сопротивления, на вход ограничителя с помощью ЛАТРа подаем напряжение, которое еще согласны терпеть приборы, например 250 В. Плавно вращая подстроечник находим положение при котором напряжение на нагрузке начнет ограничиваться. Все. Можно пихать ограничитель в релейный стаб и пользоваться. 

В моем варианте исполнения устройство обеспечивает питанием LCD телевизор, спутниковый ресивер, DVD плеер и еще некоторую мелочь, общей мощностью не более 200 Вт. Для такого применения хватило очень небольшого теплоотвода на силовой транзистор.

Внешний вид

  

 

Файлы:
Печатная плата

Все вопросы в Форум.

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

www.radiokot.ru