Ограничитель пускового тока принцип работы

Ограничители тока: определение, описание и схема устройства

В любой электрической цепи, где отсутствуют стабилизирующие и защитные схемы, может возникнуть нежелательное увеличение тока. Это бывает следствием природных явлений (разряд молнии возле линии электропередач) или результатом короткого замыкания (КЗ) или пусковых токов. Во избежание всех этих случаев правильным решением будет установка в сеть или локальную цепь устройства ограничения.

Что такое токоограничитель?

Прибор, схема которого построена таким образом, что предотвращает возможность возрастания силы электричества выше заданных или допустимых пределов амплитуды, называется ограничителем тока. Наличие защиты сети при установленном в нем ограничителе тока дает возможность уменьшить требования к последней в плане динамической и термической устойчивости в случае закорачивания.

В высоковольтных линиях с величиной напряжения до 35 кВ ограничение КЗ добиваются путем применения электрических реакторов, в отдельных случаях – предохранителей плавких, созданных на основе мелкозернистых наполнителей. Также цепи, питаемые высоким и низким напряжением, защищают схемами, собранными на базе:

• выключателей тиристорных;
• реакторов нелинейного и линейного типа, с шунтированием переключателями полупроводниковыми оперативного срабатывания;
• реакторами нелинейными с подмагничиванием.

Принцип действия ограничителя

Основной принцип, заложенный в схемы ограничения тока, лежит в том, чтобы погасить лишний ток на таком элементе, который может преобразовать его энергию в другой вид, например, тепловой. Наглядно это видно на работе ограничителя силы тока, где применен терморезистор или тиристор в качестве рассеивающего элемента.

Другой способ защиты, который тоже часто используется, заключается в отсекании нагрузки от линии, в которой произошел бросок электричества. Такого рода выключатели могут быть автоматическими, с возможностью самовосстановления после исчезновения угрозы, или требующими замены реагирующего защитного элемента, как в случае с плавким предохранителем.

Наиболее совершенными считаются электронные схемы ограничителей, работающие по принципу закрытия канала прохождения электричества при его увеличении. Используют в этом случае специальные проходные элементы (например, транзисторы), управление которыми осуществляется за счет датчиков.

Современные комбинированные системы объединяют в себе функцию ограничителей тока при определенных перегрузках и защитную опцию с выключением нагрузки при токах короткого замыкания. Обычно такие системы работают в высоковольтных сетях.

Схема ограничителя тока

На примере простейшей схемы устройства для ограничения тока можно понять, как работает «электронный предохранитель». Схема собрана на двух биполярных транзисторах и позволяет регулировать силу электричества в низковольтных блоках питания.

Назначение компонентов схемы:

• VT1 – транзистор проходной;
• VT2 – усилитель сигнала управления проходного транзистора;
• Rs – датчик уровня тока (резистор низкоомный);
• R – резистор токоограничивающий.

Протекание в схеме тока допустимой величины сопровождается падением напряжения на Rs, значение которого после усиления на VT2 поддерживает проходной транзистор в полностью открытом состоянии. Как только сила электричества превысила пороговый предел, переход транзистора VT1 начинает прикрываться пропорционально увеличению электричества. Отличительной особенностью такого исполнения устройства являются большие потери (падение напряжения до 1,6 В) на датчике и проходном элементе, что нежелательно для питания низковольтных приборов.

Аналогом описанной выше схемы является более совершенная, где уменьшения падения напряжения на переходе добиваются путем замены проходного элемента с биполярного на полевой транзистор с малым сопротивлением перехода. На полевике потери составляют всего 0,1 В.

Ограничитель пускового тока

Оборудование такого типа предназначено для того, чтобы обеспечить защиту индуктивной и емкостной нагрузки (различной мощности) от скачков при запуске. Оно устанавливается в системах автоматизации. Больше всего таким токовым перегрузкам подвержены двигатели асинхронные, трансформаторы, светильники светодиодные. Следствием применения ограничителя тока нагрузки в этом случае является увеличение срока службы и надежности приборов, разгрузка электросетей.

Примером современной модели однофазного токоограничителя может служить прибор РОПТ-20-1. Он универсален и содержит в себе одновременно ограничитель пускового тока и реле для контроля напряжения. Схема управляется микропроцессором, который в автоматическом режиме гасит пусковой бросок и может отключать нагрузку, если в сети возросло напряжение свыше допустимого уровня.

Прибор включают в разрыв линии питания и нагрузки, он работает следующим образом:

1. При подаче напряжения включается микроконтроллер, который проверяет наличие фазного напряжения и его значение.
2. Если неполадки не выявляются за время одного периода – подключается нагрузка, о которой сигнализирует светодиод «Сеть» зеленого цвета.
3. Происходит отсчет 40 миллисекунд, и реле шунтирует гасящий резистор.
4. При отклонении напряжения от нормы или его пропадании реле отсекает нагрузку, что сигнализирует светодиод «Авария» красного цвета.
5. При восстановлении параметров сети (ток, напряжение) система возвращается в исходное состояние.

Ограничение тока генератора

В автомобильных генераторах важно контролировать не только величину выдаваемого напряжения, но и отдаваемый в нагрузку ток. Если превышение первого может привести к выходу из строя осветительного оборудования, тонких обмоток устройств, а также перезарядке аккумулятора, то второй – повредить обмотку самого генератора.

Отдаваемый ток увеличивается тем больше, чем больше нагрузки подключается на выходе генератора (за счет уменьшения общего сопротивления). Для предотвращения этого применяют ограничитель силы тока электромагнитного типа. Принцип действия его основан на включении в цепь возбуждающей обмотки генератора дополнительного сопротивления в случае возрастания электричества.

Ограничение тока КЗ

Для защиты электростанций и больших заводов от ударных токов иногда применяют ограничители тока коммутационного типа (взрывного действия). Они состоят из:

• разъединительного устройства;
• плавкого предохранителя;
• блока микросхем;
• трансформатора.

Посредством контроля за величиной электричества логическая схема выдает сигнал на детонатор (по истечении 80 микросекунд) при возникновении КЗ. Последний взрывает шину внутри патрона, и ток перенаправляется на плавкий предохранитель.

Особенности разных токоограничителей

Каждый вид устройства по ограничению разрабатывается под конкретные задачи и обладает определенными свойствами:

• плавкий предохранитель – обладает быстродействием, но требует замены;
• реакторы – эффективно противостоят токам КЗ, но имеют значительные потери и падение напряжения на них;
• электронные схемы и быстродействующие выключатели – имеют малые потери, но слабо защищают от ударных токов;
• электромагнитные реле – состоят из подвижных контактов, которые со временем изнашиваются.

Поэтому выбирая, какую схему применить у себя, необходимо изучить весь ряд факторов, характерных для конкретной электрической цепи.

Заключение

Необходимо помнить, что доступ к электрическим сетям требует определенных знаний в электрике и опыта работы. Поэтому, устанавливая такое оборудование, важно соблюдать технику безопасности. Но лучше всего, конечно, доверить такую работу квалифицированному специалисту.

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

• Вычислительная техника
  • Микроконтроллеры микропроцессоры
  • ПЛИС
  • Мини-ПК
• Силовая электроника
• Датчики
• Интерфейсы
• Теория
  • Программирование
  • ТАУ и ЦОС
• Перспективные технологии
  • 3D печать
  • Робототехника
  • Искусственный интеллект
  • Криптовалюты

Чтение RSS

Что такое пусковой ток и как его ограничить

Что такое пусковой ток

Пусковой ток – это максимальный ток, потребляемый электрической цепью во время ее включения. Значение пускового тока намного выше, чем установившийся ток цепи, и этот высокий ток может повредить устройство или привести в действие автоматический выключатель. Пусковой ток обычно появляется во всех устройствах, где присутствует магнитный сердечник, таких как трансформаторы, промышленные двигатели и т. д. Пусковой ток также известен как входной импульсный ток или импульсный ток включения.

Почему появляется пусковой ток

Есть причина появления пускового тока. Подобно некоторым устройствам или системам, которые имеют развязывающий конденсатор или сглаживающий конденсатор, при запуске потребляется большое количество тока для их зарядки. Ниже приведенная диаграмма даст вам представление о разнице между пусковым, пиковым и установившимся током цепи.

Пиковый ток: это максимальное значение тока, достигаемое сигналом в положительной или отрицательной области.

Ток установившегося состояния: он определяется как ток в каждом интервале времени, который остается постоянным в цепи. Ток установившегося состояния достигается, когда di/dt = 0, что означает, что ток остается неизменным во времени.

Особенности пускового тока: появляется мгновенно, когда устройство включается; появляется на короткий промежуток времени; выше номинального значения цепи или устройства.

Пусковой ток трансформатора

Пусковой ток трансформатора определяется как максимальный мгновенный ток, потребляемый трансформатором, когда вторичная сторона не нагружена или находится в состоянии разомкнутой цепи. Этот бросок тока вредит магнитным свойствам сердечника и вызывает нежелательное переключение автоматического выключателя трансформатора.

Величина пускового тока зависит от точки волны переменного тока, в которой запускается трансформатор. Если трансформатор (без нагрузки) включается, когда напряжение переменного тока достигает своего пика, тогда пусковой ток не возникает при запуске, и если трансформатор (без нагрузки) включается, когда напряжение переменного тока проходит через ноль, то значение броска ток будет очень высоким, и он также будет превышать ток насыщения, как вы можете видеть на изображении выше.

Пусковой ток двигателя

Как и трансформатор, асинхронный двигатель не имеет непрерывного магнитного пути. Сопротивление асинхронного двигателя высокое из-за воздушного зазора между ротором и статором. Следовательно, из-за такого характера индуктивного устройства с высоким сопротивлением требуется большой ток намагничивания для создания вращающегося магнитного поля при запуске. График ниже показывает пусковые характеристики двигателя при полном напряжении.

Как вы можете видеть на графике, пусковой ток и пусковой момент очень высоки в начале. Этот высокий пусковой ток может повредить электрическую систему, а начальный высокий крутящий момент может повлиять на механическую систему двигателя. Если уменьшить начальное значение напряжения на 50%, это может привести к снижению крутящего момента двигателя на 75%. Таким образом, для преодоления этих проблем используются схемы питания с плавным пуском.

Как ограничить пусковой ток

Всегда следует помнить о пусковом токе в асинхронных двигателях, трансформаторах и в электронных цепях, которые состоят из катушек индуктивности, конденсаторов или сердечников. Как упоминалось ранее, пусковой ток – это максимальный пиковый ток, наблюдаемый в системе, и он может быть в два-десять раз больше нормального номинального тока. Этот нежелательный всплеск тока может повредить устройство, пусковой ток может вызвать срабатывание выключателя при каждом включении. Регулировка допуска выключателя может помочь нам, но компоненты должны выдерживать пиковое значение.

Находясь в электронной схеме, некоторые компоненты должны выдерживать высокие значения пускового тока в течение короткого промежутка времени. Но некоторые компоненты сильно нагреваются или повреждаются, если значение при быстром запуске очень велико. Поэтому лучше использовать схему защиты от пускового тока при проектировании электронной схемы или печатной платы.

Для защиты от пускового тока вы можете использовать активное или пассивное устройство. Выбор типа защиты зависит от частоты пускового тока, производительности, стоимости и надежности.

Вы можете использовать NTC-термистор (с отрицательным температурным коэффициентом), который является пассивным устройством, работает как электрический резистор, сопротивление которого очень высоко при низкотемпературном значении. Термистор NTC соединяется последовательно с входной линией питания. Обладает высокой устойчивостью при температуре окружающей среды. Поэтому, когда мы включаем устройство, высокое сопротивление ограничивает пусковой ток, который протекает в систему. По мере непрерывного протекания тока температура термистора повышается, что значительно снижает сопротивление. Следовательно, термистор стабилизирует пусковой ток и позволяет постоянному току течь в цепь. Термистор NTC широко используется для ограничения тока из-за его простой конструкции и низкой стоимости. У него также есть некоторые недостатки, например, нельзя полагаться на термистор в экстремальных погодных условиях.

Активные устройства ограничения пускового тока стоят дороже, а также увеличивают размер системы или схемы. Они состоят из чувствительных компонентов, которые переключают высокий входящий ток. Некоторые из активных устройств – устройства плавного пуска, регуляторы напряжения и преобразователи постоянного тока.

Эти средства защиты используются для защиты как электрической, так и механической системы путем ограничения мгновенного пускового тока. На приведенном ниже графике показано значение пускового тока со схемой защиты и без схемы защиты. Мы ясно видим, насколько эффективна защита от пускового тока.

Как измерить пусковой ток

Сегодня на рынке представлено большое количество клещей (мультиметров), которые обеспечивают измерение пускового тока. Также вы можете использовать токовые клещи Fluke 376 FC True-RMS для измерения пускового тока. Иногда пусковой ток показывает значение, которое выше номинального значения автоматического выключателя, но, тем не менее, автоматический выключатель не отключается. Причина этого заключается в том, что автоматический выключатель работает по кривой зависимости тока от времени, например, если бы вы использовали автоматический выключатель на 10 А, поэтому пусковой ток, превышающий 10 А, должен протекать через автоматический выключатель больше, чем номинальное время.

Выполните следующие шаги для измерения пускового тока:

• Тестируемое устройство должно быть отключено изначально.
• Поверните циферблат и установите переключатель на Hz-A.
• Поместите провод под напряжением в клещи или используйте датчик, соединенный с измерителем.
• Нажмите кнопку измерения пускового тока, как показано на рисунке выше.
• Включив испытуемое устройство, вы получите значение пускового тока на дисплее прибора.

Источник

Реле ограничения пускового тока. Что это и зачем нужно?

Высокие пусковые токи светодиодных ламп. Почему это — проблема, и как эту проблему решить?

Светодиодные лампы и светильники сейчас используются повсеместно. В основе их конструкции, как не трудно догадаться – светодиоды. Обычную лампу накаливания можно подключать напрямую к электросети. Со светодиодами так не получится. Для питания светодиодов требуется постоянный ток. И более низкое напряжение. Потому, любая светодиодная лампа, лента, любой светодиодный светильник, требуют специального блока питания. Он преобразует сетевое напряжение, в напряжение, требуемое для конкретных светодиодов. Блоки питания для светодиодных ламп, лент и светильников называются драйверы. Драйверы бывают разных размеров и разного исполнения. Например, драйвер светодиодной лампы выглядит так:

А драйверы для светодиодной ленты так:

Не важно как выглядят используемые вами блоки питания. Важно, что все они – импульсные. От обычного, трансформаторного, импульсный блок питания отличается наличием выпрямителя и фильтрующего конденсатора. Мы не будем вдаваться в технические подробности. Запомните главное: стартовый ток импульсного блока питания, многократно превышает номинальный ток нагрузки. Несмотря на то, что этот всплеск кратковременный, он может привести к серьезным проблемам

Высокие пусковые токи, какие могут возникнуть проблемы?

• Срабатывание автоматического выключателя.
• Поломка светорегуляторов
• Спаивание контактов выключателей и реле

Также, стоит учитывать, что импульсные блоки питания — это не только светодиодные лампы и светильники. Большинство современных электроприборов, офисной и бытовой техники тоже имеют импульсные блоки питания. Даже зарядка вашего смартфона – это импульсный блок питания. Если вы хорошо разбираетесь в электронике, вы наверное сможете решить проблему высоких пусковых токов. Но, что делать, если у вас нет времени, или желания ее решать? Или, что вероятнее, вам просто не хватает знаний для этого?

Впрочем, если у вас в люстре пять-шесть светодиодных ламп – проблем не будет. А если больше? А если у вас несколько мощных светильников? А если несколько светодиодных панелей, или метров 30 светодиодной ленты? В этом случае проблемы неизбежны! Возможно, вы не сразу их заметите. Что же делать?

Использовать реле ограничения пусковых токов (РОПТ) МРП-101 (Меандр). Это самое простое решение проблемы высоких стартовых токов.

Реле ограничения пускового тока (РОПТ) Меандр МРП-101

Реле ограничения пускового тока МРП-101 предназначены для уменьшения пусковых токов при включении емкостных нагрузок (например, импульсных БП, драйверов LCD и т.д.). При включении напряжения контакты встроенного реле разомкнуты. Ток ограничивается встроенным резистором. Через заданное время задержки контакты реле замыкаются. В дальнейшем реле на работу нагрузки влияния не оказывает.

Почему РОПТ (реле ограничения пускового тока) МРП-101?

1. Его очень просто подключать.
2. Оно ставится между выключателем и нагрузкой.

Вы без проблем поставите МРП-101 в щите. Если в щите нет места, то не «вешайте» его на DIN-рейку, а просто поставьте (положите) в щит. Принципиально не хотите влезать в щит, но ваших знаний хватает для подключения люстры и установки выключателя? Нет проблем. Реле МРП-101 работает в любом положении. Его можно подсоединить к контактам светильника и оставить в запотолочном пространстве. Можно поставить рядом с блоком питания светодиодной ленты. Можно поместить в распаячную коробку. Как видите, все очень просто!

Источник

Структура и алгоритмы работы ограничителей пускового тока для бортовых систем электропитания

Ограничители пускового тока (ОПТ) широко применяются для построения систем электропитания бортовой РЭА, первичный источник электропитания которых ограничен по мощности и не допускает бросков потребляемого тока. К таковым относятся, например, системы вторичного электропитания (СВЭП) космических аппаратов, первичный источник питания которых (аккумуляторная батарея) имеет ограниченные энерго­ресурсы. Обычно ОПТ включается на входе СВЭП, ограничивая зарядный ток конденсаторов входных фильтров всей группы модулей электропитания и защищая заодно контакты электромеханического силового контактора, коммутационный ресурс которых невелик.

На рис. 1 приведена функциональная схема ОПТ с «минусовой» общей шиной, регулирующий элемент (РЭ) которого работает в режиме непрерывного регулирования [1]. Обозначим эту структуру как ОПТ1. Она содержит регулирующий элемент РЭ, резисторный датчик тока R_ДТ, источник опорного напряжения U_ОП и регулирующий усилитель У.

Рис. 1. Функциональная схема ОПТ1 с регулирующим элементом в режиме непрерывного регулирования

Максимальное значение тока ОПТ1 I_ОПТ.max устанавливается номиналом резистора — датчика тока R_ДТ: I_ОПТ.max = U_ОП/R_ДТ. Выходной конденсатор С имеет небольшую емкость и играет роль корректирующего во время работы ОПТ в режиме ограничения тока. При токе регулирующего элемента РЭ I_РЭ > R_ДТ, что легко выполняется во всех практических реализациях ОПТ. Ток в дросселе L начинает уменьшаться, протекая теперь через замыкающий диод VD, нагрузку и R_ДТ. При напряжении на R_ДТ U_ДТ.ВКЛ = U_ОП × (1+R2/R1)–U_У.ВЫХ × R2/R1 напряжение на выходе У вновь устанавливается на уровне 0, на выходе Др — напряжение U_РЭ.ВКЛ, РЭ вновь открывается и процесс повторяется. Таким образом, резисторами R1R2 реализован гистерезис напряжения на датчике тока R_ДТ:

От выражений напряжения переключения U_ДТ.ВКЛ, U_{ДТ.ВЫКЛ} через R_ДТ просто перейти к соответствующим значениям токов I_ДТ.ВКЛ, I_{ДТ.ВЫКЛ}:

С каждым периодом работы напряжение на выходе ОПТ увеличивается до тех пор, пока на очередном периоде работы ток I_ДТ уже не достигает значения I_{ДТ.ВЫКЛ}. РЭ остается открытым и переходный процесс включения заканчивается. ОПТ на этапе запуска работает как импульсный преобразователь релейного типа, у которого меняется как длительность открытого состояния РЭ, так и длительность его закрытого состояния. Такой алгоритм включения обеспечивает минимальное время переходного процесса нарастания выходного напряжения ОПТ при фиксированном потребляемом токе среди всех других импульсных способов управления РЭ (ШИМ, ЧИМ).

РЭ в режиме перегрузки или запуска ОПТ2 работает в импульсном режиме. Мощность, выделяющаяся на нем, многократно меньше аналогичного показателя структуры ОПТ1, поэтому длительность перегрузки значения не имеет. Он, фактически, теперь является не ограничителем пускового тока, а просто ограничителем тока (ОТ), защищая узлы СВЭП во всех режимах работы, а не только при запуске. Так, например, при выходе из строя одного из модулей питания СВЭП, ОПТ2 ограничивает потребляемый им ток и защищает его от полного разрушения. Кроме того, в установившемся режиме LC-элементы устройства работают как помехоподавляющий фильтр с эффективным диапазоном фильтрации до нескольких десятков мегагерц.

В установившемся режиме суммарное падение напряжения на открытом РЭ, L и ДТ практически не отличается от аналогичного параметра ОПТ1 и составляет для современных элементов доли вольт. Кроме того, необходимо учитывать, что нагрузка должна выбираться на максимальное значение среднего выходного тока I_ВЫХ.max = (I_ДТ.ВКЛ+I_{ДТ.ВЫКЛ})/2, хотя в импульсный режим ОПТ2 переходит при максимальном значении тока I_ВЫХ. = I_{ДТ.ВЫКЛ}.

Особенностью рассмотренного ОПТ является отсутствие общего для входа и выхода провода, что ограничивает его функциональные возможности и сужает область применения. Этот недостаток устранен в ОПТ, функциональная схема которого показана на рис. 4 [2]. Здесь, кроме перечисленных выше узлов, в состав ОПТ включен одновибратор Од. Назовем эту структуру ОПТ3.

Рис. 4. Функциональная схема ОПТ3 с общей шиной и импульсным режимом работы РЭ при перегрузках

Максимальное значение тока через регулирующий элемент РЭ и датчик тока R_ДТ устанавливается так же, как и в ОПТ2. В установившемся режиме работы при токе регулирующего элемента РЭ I_РЭ 02.05.2020 | Разработка, Источники питания
Оставить комментарий

Источник