Voolu piirajad elektri- ja elektroonikavõrkude kaitsmiseks pinge hävitava mõju eest

Voolupiiraja (OT) – seade, mida kasutatakse elektri- või elektroonikaahelates koormusele antava alalis- (DC) või vahelduvvoolu (AC) ülempiiri vähendamiseks. See tagab generatsiooniahelate või elektrooniliste süsteemide õigeaegse usaldusväärse kaitse kahjulike mõjude eest võrgu lühisest või muudest negatiivsetest protsessidest tingitud mõjud, mis põhjustavad järsu tõusu AC DC.

Piiramistehnikaid kasutatakse alalis- või vahelduvvooluahelas voolava voolu reguleerimiseks. Seade garanteerib, et selle piirsuuruse ületamise korral töötab kaitse usaldusväärselt ja õigeaegselt. Voolu piiravaid seadmeid saab kasutada erinevates modifikatsioonides sõltuvalt tundlikkus, nimivoolukoormus, reaktsiooniaeg ja lühise võimalikud põhjused lühised võrgus.

Sisemises vooluringis võib tekkida liigne vahelduv-/alalisvoolutugevus lühistatud komponentide, nagu dioodid, transistorid, kondensaatorid või trafod, samuti välisprobleemid võrguobjektide ülekoormuse, sulgemisahela või sisendklemmide ülepinge ajal toitumine.

Piiravate seadmete tüübid

Kaitseseadmete valik sõltub mitmest tegurist. Seadmed on passiivsed ja aktiivsed, neid saab kasutada üksikult või kombineeritult. Tavaliselt on piirik ühendatud koormusega järjestikku.

Piiravate seadmete tüübid:

1. Kaitsmed ja takistid. Neid kasutatakse lihtsaks voolu piiramiseks. Kaitsme põleb tavaliselt läbi, kui selle AC / DC ületab nimisuuruse. Takistid on integreeritud vooluahela konstruktsiooni. Õige takistuse väärtuse saab arvutada ka Ohmi seaduse I = V / R abil (kus I on vool, V on pinge ja R on takistus). Elektriturul on palju erinevaid kaitsmeid, mis vastavad mis tahes võimsuse hajumise nõuetele.
2. Automaatsed lülitid. Neid kasutatakse voolu katkestamiseks, nagu kaitsmegi, kuid nende reaktsioon on aeglasem ega pruugi kallites seadmetes eriti tundlikes vooluringides rakenduda.
3. Termistorid. Negatiivse temperatuurikoefitsiendi (NTC) termistoreid kasutatakse algimpulssvoolude piiramiseks, mis voolavad seadme vooluvõrku ühendamisel. Termistoritel on märkimisväärne külmakindlus ja madal takistus olulistel temperatuuridel. NTC piirab käivitusvoolu koheselt.
4. Transistorid ja dioodid. Reguleeritud toiteallikad kasutavad piiravaid vooluahelaid, nagu integraallülitused, transistorid ja dioodid. Aktiivahelad sobivad tundlikele võrkudele ja töötavad koormuse vähendamise või toite väljalülitamise, vigase lühise korral või kogu võrgus.
5. Voolu piiravaid dioode kasutatakse piiramiseks või reguleerimiseks laias pingevahemikus. Kahe kontaktiga OT-seade koosneb katikust, mis on allikaga lühistatud. See säilitab alalisvoolu sõltumata pingemuutustest.

Koormusvoolu piiraja elektrivõrkudes

Elektrijaotussüsteemidel on kaitselülitid, mis lülitavad rikke korral toite välja. Neil on vajaliku töökindluse tagamisel teatud puudused, kuna nad ei saa alati remondiks võrgu minimaalset vajalikku avariiosa lahti ühendada. Probleem tekib toiteallika rekonstrueerimisel uue võimsuse lisamise või ristühenduste abil, mille siinid ja kaitselülitid peavad olema suuremate lühisvoolupiirangute jaoks paigaldatud (TKZ).

Elektrienergia kvaliteedi parandamine võrkudes sõltub otseselt võrguseadmete töörežiimi töökindlusest. Erinevate häirete tüüpide hulgas, mis mõjutavad võrgupinge kvaliteeti (ülipinged, harmoonilised moonutused jne) ), on kõige tõsisem takistus pingelangus, kuna sellega seotud faasinurga hüpped võivad põhjustada rikke seadmed tootmis-, eluaseme- ja kommunaalteenuste täielikuks peatamiseks, mis ahelreaktsiooni kiirusega ohustab elu toetamist elanikkonnast.

Pingelanguse tavaline põhjus on lühisvool. Jaotusvõrgu rikke korral langeb pinge järsult kõigil kahjustatud rehvidel. Tase sõltub liitumispunktist ja bussi elektrilisest kaugusest õnnetuspaigani.

Negatiivsete protsesside vähendamiseks ja võrgu vigaste osade lahtiühendamisel rakendatakse järgmisi piirajaid:

• Jaotuse staatiline kompensaator;
• dünaamiline pingerekuperaator;
• türistoriga juhitav kondensaator;
• pooljuhtide staatiline ülekandelüliti;
• pooljuht rikkevoolu piiraja.

Sellised kaitseseadmed ei ole alati täiuslikud. Mõned neist on oma kõrge hinna tõttu ebasoodsad, samas kui teised võivad rikkevoolu piirata alla 5-kordse normaalvoolu, millest ülekoormuste korral ei piisa.

Voolupiirajate rakenduspunktid jõuseadmetes:

• Tarbijakoormuste hädasööturi pealüliti tööpunktini, kusjuures toiteallika katkestused on lubamatud;
• seadmetel, mille jõudlus lakkab vastamast piiravale lühisvoolule, mis on suurenenud toitesüsteemide avariiolukorra tõttu.

Lihtne OT lahendus elektrivõrgu seadmetes on vooluringile takistuse lisamine. See piirab kiirust, millega TCZ võib enne kaitselüliti avamist tõusta, kuid piirab ka võimalust ahelad vastavad kiiresti muutuvatele tarbijate nõudlusele, nii et suurte koormuste lisamine või eemaldamine põhjustab ebastabiilsust võimsus.

Voolukaitse rakendamine elektroonikaahelates

Sisendvool tekib siis, kui lüliti on pingestatud. Selle põhjuseks on asjaolu, et kondensaatori samaväärse jadatakistuse ja liinitakistuse vaheline erinevus on vaid mõni millimeeter ja tulemuseks on suur sisselülitusvool. Neli tegurit, mis võivad seda protsessi mõjutada:

1. Sisestage vahelduvvoolu väärtus.
2. NTC termistori nõutav minimaalne takistus (at = 0).
3. Pidev alalisvool.
4. Ümbritsev temperatuur.

Voolupiiraja on seade või seadmete rühm, mida kasutatakse vooluahela elementide kaitsmiseks sisselülituskoormuste eest. Termistorid ja takistid Negatiivne temperatuurikoefitsient (NTC) on kaks lihtsat kaitsevõimalust. Nende peamised puudused on pikk jahutusaeg ja suur võimsuse hajumine. Voolu piirav diood reguleerib või piirab voolu laias vahemikus. Need koosnevad JFET-ist, mille värav on allikaga lühistatud ja toimib kahepooluselise voolupiirajana.

Need võimaldavad neid läbival voolul tõusta teatud väärtuseni ja võrrelda antud väärtusega. Erinevalt Zeneri dioodidest, hoiavad nad pidevat voolupigem stress. Voolu piiravad dioodid hoiavad neid läbiva voolu konstantsena koormuse muutumisel.

Voolu piiravate dioodide tüübid

Seal on palju erinevaid tüüpe voolu piiravad dioodid, mis on klassifitseeritud:

• regulaatori nimivool;
• maksimaalne piirpinge;
• tööpinge;
• energiatarve.

Levinumad maksimaalsed kasutatavad pinged on 1,7 V, 2, 8 V, 3, 1 V, 3,5 V ning 3,7 V ja 4,5 V. Regulaatori nimivool võib olla vahemikus 0,31 mA kuni 10 mA, tavaliselt kasutatav regulaatori vool on 10 mA.

Püsivoolu piirav ahel

Enamikul toiteallikatel on eraldi alalis- ja pinge juhtimisaasad, et reguleerida nende väljundeid kas konstantse pinge (CV) režiimis või konstantse voolu režiimis (CC), mis sisalduvad juhtimissüsteemis sõltuvalt sellest, kuidas koormustakistus vastab väljundpingele ja voolu seadistustele.

Seega toimub kaitse peamiselt vooluväärtuse piiramisega. Sel juhul saate taotleda lihtne vooluahela allika piiraja kasutades kahte dioodi ja takistit. Iga toiteallika puhul on alati oht, et väljundis tekib lühis. Seetõttu on nendes tingimustes vaja seda kaitsta kahjustuste eest. Toiteallika kaitsmiseks saab kasutada mitmeid vooluahelaid.

Üks lihtsamaid ahelaid sisaldab ainult kahte dioodi ja täiendavat takistit. Ahel kasutab müra mõõtmise takistit jadamisi väljundtransistoriga. Kaks dioodi, mis asuvad ahela väljundi ja transistori aluse vahel, pakuvad kaitset. Kui vooluahel töötab normaalses tööpiirkonnas, on takistis väike pinge. See pinge pluss baaskiirguse transistor on palju väiksem kui kahe dioodi sisselülitamiseks vajalik dioodi ristmiku langus. Kuid alalisvoolu suurenedes suureneb takisti pinge. Kui see on võrdne tööks vajaliku pingega, lülituvad need sisse, transistori pinge langeb, piirates sellega voolu.

Selle toiteallika dioodivoolu piiraja skeem on lihtne. Jadatakisti väärtust saab arvutada nii, et pinge selle üle suurendati 0,6 voltini (sisselülituspinge ränidioodi jaoks), kui maksimaalne praegune. Siiski on alati kõige parem tagada teatud kaitsevaru olemasolu ja kõige parem on piirata seda vajaliku tasemeni.

Tagasiside piiraja

Sama lihtsat voolu piiramise dioodivormi saab lisada kasutatavatesse toiteahelatesse tagasiside tegeliku väljundpinge määramiseks ja täpsemini reguleeritava pinge tagamiseks väljund. Kui väljundpinge mõõtepunkt võetakse pärast seeria voolutakistisiis saab pingelangust väljundis korrigeerida.

See vooluahel tagab palju parema reguleerimise kui otsene emitteri regulaator ja võib arvestada ka langusega voolupiiranguga takisti pinge, kui allikaahelas on transistoril piisav pingelang toitumine. Väljundpinget saab reguleerida ka muutuva takisti abil vajaliku väärtuse saamiseks. Voolu piiramise dioodivormi saab hõlpsasti integreerida toiteahelasse. Lisaks on see odav ja mugav.

Voolu piiravate dioodide rakendused

Voolu piiravad dioodid pakuvad kaitsesüsteemide bipolaarsete transistoridega võrreldes paremat jõudlust ja kasutusmugavust. Need on mitmekülgsed ja neil on suurepärane jõudlus dünaamilise temperatuuri triivi osas. Dioode kasutavad seadmed:

• signaaligeneraatori ahelad;
• sünkroniseerimisskeemid;
• laadimisseade;
• LED juhtimine;
• hoidepoolide asendamine telefonisideseadmetes.

Voolukinnitusdioodid on saadaval paljudelt ülemaailmsetelt pooljuhtide tootjatelt, nagu Calogic, Central Semiconductor, Diodes Inc., O. N. Pooljuht või Zetex. Elektroonikaturul on väga lai valik dioode, kasutatavaid dioodskeeme või muid seadmeid, mis võivad vajada voolu piiramist.