מגבילי זרם להגנה על רשתות חשמל ואלקטרוניקה מההשפעות ההרסניות של מתח

מגביל זרם (OT) - מכשיר המשמש במעגלים חשמליים או אלקטרוניים כדי להפחית את הגבול העליון של זרם ישיר (DC) או חילופין (AC) המסופק לעומס. זה מבטיח הגנה אמינה בזמן של מעגלי ייצור או מערכות אלקטרוניות מפני מזיקות השפעות עקב קצר חשמלי ברשת או תהליכים שליליים אחרים המובילים לעלייה חדה AC / DC.

טכניקות הגבלה משמשות לשליטה בכמות הזרם הזורמת במעגל DC או AC. המכשיר מבטיח שבמקרה של חריגה מגודלו המוגבל, ההגנה תפעל באופן אמין ובזמן. ניתן להשתמש בהתקנים להגבלת זרם בשינויים שונים בהתאם רגישות, עומס זרם מדורג, זמן תגובה וגורמים אפשריים לקצר קצרים ברשת.

עודף AC/DC יכול להתרחש במעגל הפנימי עקב רכיבים קצרים כמו דיודות, טרנזיסטורים, קבלים או שנאים, כמו גם בעיות חיצוניות במהלך עומס יתר של חפצי רשת, במעגל הסגירה או מתח יתר במסופי הכניסה תְזוּנָה.

סוגי התקנים מגבילים

בחירת אמצעי ההגנה תלויה במספר גורמים. המכשירים הם פסיביים ואקטיביים, ניתן להשתמש בהם בנפרד או בשילוב. בדרך כלל המעצר מחובר בסדרה עם העומס.

סוגי התקנים מגבילים:

1. נתיכים ונגדים. הם משמשים להגבלת זרם פשוטה. הנתיך בדרך כלל יתפוצץ אם ה-AC/DC שלו חורג מהגודל הנומינלי. נגדים משולבים בתכנון המעגל. ניתן לחשב את ערך ההתנגדות הנכון גם באמצעות חוק אוהם I = V / R (כאשר I הוא זרם, V הוא מתח ו-R הוא התנגדות). ישנם נתיכים רבים ושונים בשוק החשמל שיכולים לעמוד בכל דרישה לפיזור הספק.
2. מתגים אוטומטיים. הם משמשים לניתוק חשמל, ממש כמו נתיך, אבל התגובה שלהם איטית יותר ועשויה לא להיתקל במעגלים רגישים במיוחד בציוד יקר.
3. תרמיסטורים. תרמיסטורים של מקדם טמפרטורה שלילי (NTC) משמשים להגבלת זרמי הדחף הראשוניים הזורמים כאשר המכשיר מחובר לרשת החשמל. לתרמיסטורים התנגדות קור משמעותית ועמידות נמוכה בטמפרטורות משמעותיות. ה-NTC מגביל את זרם ההתחלה באופן מיידי.
4. טרנזיסטורים ודיודות. ספקי כוח מוסדרים משתמשים במעגלים מגבילים כגון מעגלים משולבים, טרנזיסטורים ודיודות. מעגלים אקטיביים מתאימים לרשתות רגישות ופועלים על ידי הפחתת עומס או כיבוי חשמל, על קצר חשמלי פגום או על כל הרשת.
5. דיודות מגבילות זרם משמשות להגבלת או לווסת על פני טווח מתח רחב. התקן OT דו-מגע מורכב מתריס מקוצר למקור. הוא שומר על DC ללא קשר לשינויי מתח.

מגביל זרם עומס ברשתות חשמל

למערכות חלוקת החשמל יש מפסקים לכיבוי החשמל במקרה של תקלה. יש להם חסרונות מסוימים בהבטחת האמינות הדרושה, מכיוון שהם לא תמיד יכולים לנתק את קטע החירום המינימלי הדרוש של הרשת לתיקון. הבעיה מתעוררת בעת בנייה מחדש של ספק הכוח על ידי הוספת קיבולת חדשה או חיבורים צולבים, שחייבים להתאים את הפסים והמפסקים שלהם למגבלות זרם קצר חשמלי גבוהות יותר (TKZ).

שיפור איכות החשמל ברשתות תלוי ישירות באמינות מצב הפעולה של ציוד הרשת. בין סוגי ההפרעות השונים המשפיעים על איכות מתח הרשת (נחשולים, עיוות הרמוני וכו') ), המכשול החמור ביותר הוא נפילות מתח, שכן קפיצות זווית הפאזה הקשורות יכולות להוביל להתמוטטות ציוד, להפסקה מוחלטת של מתקני ייצור, מגורים ושירותים קהילתיים, אשר במהירות של תגובת שרשרת תיצור איום על תמיכת חיים אוּכְלוֹסִיָה.

סיבה שכיחה לירידת מתח היא זרם קצר חשמלי. במקרה של תקלה ברשת החלוקה, המתח יורד בחדות בכל הצמיגים הפגומים. הרמה תלויה בנקודת החיבור ובמרחק החשמלי של האוטובוס למקום התאונה.

לצמצום תהליכים שליליים וניתוק חלקים פגומים ברשת, המגבילים הבאים מיושמים:

• מפצה סטטי הפצה;
• מחזיר מתח דינמי;
• קבל מבוקר תיריסטור;
• מתג העברה סטטית מוליכים למחצה;
• מגביל זרם תקלות במצב מוצק.

התקני הגנה כאלה אינם תמיד מושלמים. לחלקם יש חיסרון בשל עלותם הגבוהה, בעוד שאחרים יכולים להגביל את זרם התקלה לפחות מפי 5 מהזרם הרגיל, שאינו מספיק לעומסי יתר.

נקודות יישום של מגבילי זרם בציוד כוח:

• עד לנקודת ההפעלה של המתג הראשי על מזין החירום של עומסי הצרכן, עם אי קבילות של הפרעות באספקת החשמל;
• על ציוד, שביצועיו מפסיקים להתאים לזרם הקצר המגביל, שגדל עקב מצב חירום במערכות אספקת החשמל.

פתרון OT פשוט בציוד רשת חשמל הוא להוסיף התנגדות למעגל. זה מגביל את הקצב שבו ה-TCZ יכול לעלות לפני פתיחת המפסק, אבל גם מגביל את היכולת מעגלים עומדים בביקוש הצרכני המשתנה במהירות, כך שהוספה או הסרה של עומסים גדולים גורמת לחוסר יציבות כּוֹחַ.

יישום הגנת זרם במעגלים אלקטרוניים

זרם הכניסה מתרחש כאשר המתג מופעל. הסיבה לכך היא שההבדל בין ההתנגדות הסדרתית המקבילה של הקבל לבין התנגדות הקו הוא מיליולים בודדים בלבד והתוצאה היא זרם פריצה גדול. ארבעה גורמים שיכולים להשפיע על תהליך זה:

1. ערך AC קלט.
2. התנגדות מינימלית הנדרשת על ידי תרמיסטור NTC (ב-t = 0).
3. DC קבוע.
4. טמפרטורת הסביבה.

מגביל זרם הוא מכשיר או קבוצת מכשירים המשמשים להגנה על רכיבי מעגל מעומסי פריצה. תרמיסטורים ונגדים מקדם טמפרטורה שלילי (NTC) הן 2 אפשרויות הגנה פשוטות. החסרונות העיקריים שלהם הם זמני קירור ארוכים ופיזור הספק גבוה. דיודה מגבילת הזרם מווסתת או מגבילה את הזרם בטווח רחב. הם מורכבים מ-JFET עם שער מקוצר למקור ומתפקד כמגביל זרם דו-קוטבי.

הם מאפשרים לזרם העובר דרכם לעלות לערך מסוים ולהשוות עם ערך נתון. בניגוד לדיודות זנר, הם שומרים על זרם קבועבמקום לחץ. דיודות מגבילות זרם שומרות על הזרם הזורם דרכן קבוע עם כל שינוי בעומס.

סוגי דיודות מגבילות זרם

ישנם סוגים רבים ושונים דיודות מגבילות זרם מסווגות לפי:

• זרם מדורג של הרגולטור;
• מתח גבול מקסימלי;
• מתח עבודה;
• צריכת חשמל.

המתחים המקסימליים השימושיים הנפוצים ביותר הם 1.7 וולט, 2, 8 וולט, 3, 1 וולט, 3.5 וולט ו-3.7 וולט ו-4.5 וולט. הזרם הנומינלי של הרגולטור יכול לנוע בין 0.31 mA ל-10 mA, עם זרם הרגולטור הנפוץ של 10 mA.

מעגל הגבלת זרם קבוע

לרוב ספקי הכוח יש לולאות בקרת DC ומתח נפרדות כדי לווסת את היציאות שלהם במצב מתח קבוע (CV) או במצב זרם קבוע (CC), הנכללים בבקרה בהתאם לאופן בו התנגדות העומס תואמת את מתח המוצא והגדרות הזרם.

לפיכך, ההגנה מתבצעת בעיקר על ידי הגבלת הערך הנוכחי. במקרה זה, אתה יכול להגיש בקשה מעגל פשוט עבור מגביל מקור באמצעות שתי דיודות ונגד. בכל ספק כוח, תמיד קיים סיכון שהפלט יקצר. בהתאם לכך, בתנאים אלו יש צורך להגן עליו מפני נזקים. ישנם מספר מעגלים שניתן ליישם כדי להגן על ספק הכוח.

אחד המעגלים הפשוטים ביותר כולל רק שתי דיודות ונגד נוסף. המעגל משתמש בנגד מדידת רעש בסדרה עם טרנזיסטור המוצא. שתי דיודות הממוקמות בין פלט המעגל לבסיס הטרנזיסטור מספקות הגנה. כאשר המעגל פועל בטווח הפעולה הרגיל שלו, יש מתח קטן על הנגד. המתח הזה בתוספת טרנזיסטור הקרינה הבסיסי הוא הרבה פחות מירידה בצומת הדיודה הנדרשת כדי להפעיל את שתי הדיודות. עם זאת, ככל שה-DC עולה, המתח על פני הנגד גדל. כאשר הוא שווה למתח הנדרש לפעולה, הם נדלקים, המתח של הטרנזיסטור יורד, ובכך מגביל את הזרם.

המעגל של מגביל זרם דיודה זה עבור ספק הכוח הוא פשוט. ניתן לחשב את הערך של הנגד הסדרתי כך שהמתח על פניו גדל ל-0.6 וולט (מתח הפעלה עבור דיודת סיליקון) כאשר המקסימום נוֹכְחִי. עם זאת, עדיף תמיד לוודא שיש מרווח הגנה כלשהו ועדיף להגביל אותה לרמה הנדרשת.

מגביל משוב

ניתן לשלב את אותה צורת דיודה פשוטה של ​​הגבלת זרם במעגלי חשמל המשתמשים משוב כדי לקבוע את מתח המוצא בפועל ולספק התאמה מדויקת יותר תְפוּקָה. אם נקודת המדידה של מתח המוצא נלקחת לאחר נגד זרם בסדרהאז ניתן לתקן את ירידת המתח במוצא.

מעגל זה מספק ויסות טוב בהרבה מהווסת הפולט הישיר, ויכול גם להסביר את הירידה מתח על פני נגד עם מגבלת זרם אם יש נפילת מתח מספקת על פני הטרנזיסטור במעגל המקור תְזוּנָה. ניתן גם לכוונן את מתח המוצא כדי לקבל את הערך הנדרש באמצעות נגד משתנה. ניתן לשלב בקלות את צורת הדיודה של הגבלת זרם במעגל אספקת החשמל. בנוסף, זה זול ונוח.

יישומים של דיודות מגבילות זרם

דיודות מגבילות זרם מציעות ביצועים מעולים וקלות שימוש בהשוואה לטרנזיסטורים דו-קוטביים במערכות הגנה. הם מגוונים ובעלי ביצועים מצוינים במונחים של סחיפה דינמית של טמפרטורה. מכשירים המשתמשים בדיודות:

• מעגלי מחולל אותות;
• תוכניות סנכרון;
• מכשיר טעינה;
• בקרת LED;
• החלפת סלילי אחיזה במכשירי תקשורת טלפוניים.

דיודות הידוק זרם זמינות מיצרני מוליכים למחצה גלובליים רבים כגון Calogic, Central Semiconductor, Diodes Inc., O. נ. מוליכים למחצה או Zetex. בשוק האלקטרוניקה יש מבחר רחב מאוד של דיודות, מעגלי דיודות בשימוש, או כל מכשיר אחר שעשוי לדרוש הגבלת זרם.