Падение напряжения на индуктивном сопротивлении — Студопедия
Построим векторную диаграмму тока и напряжения (рис. 56, б) для рассматриваемой цепи.
Отложим по горизонтали вектор тока I в выбранном масштабе. Известно, что ток и напряжение в цепи с активным сопротивлением совпадают по фазе, поэтому вектор падения напряжения на активном сопротивлении откладываем по вектору тока.
В цепи с индуктивностью ток отстает от напряжения на угол j=90°. Поэтому вектор падения напряжения на индуктивном сопротивлении откладываем на диаграмме вверх под углом 90° к вектору тока.
Для определения общего напряжения, приложенного к цепи, сложим векторы Ua. и UL Суммой этих векторов будет диагональ параллелограмма — вектор U. Треугольник АОБ, стороны которого выражают соответственно напряжения Uа, U
Пример. Падение напряжения на активном сопротивлении Ua=15в. Напряжение на индуктивном сопротивлении UL=26 в. Вычислить общее напряжение, приложенное к цепи.
Решение. Общее напряжение на зажимах цепи переменного тока с последовательно соединенными активным и индуктивным сопротивлениями.
Чтобы определить полное сопротивление цепи переменного тока с активным и индуктивным сопротивлениями, следует разделить векторы Ua=Ir и UL =IXL на число I, выражающее силу тока в цепи, и построить треугольник А’О’В’ (рис. 56, в), стороны которого меньше сторон треугольника напряжений в I раз. Образованный треугольник называется треугольником сопротивлений. Его сторонами являются сопротивления r и ХL и полное сопротивление цепи Z.
Переменный ток — Студопедия
Рассмотренные установившиеся вынужденные электромагнитные колебания можно рассматривать как протекание в цепи, содержащей резистор, катушку индуктивности и конденсатор, переменного тока.
Рассмотрим последовательно процессы, происходящие в цепи, содержащей резистор, катушку индуктивности и конденсатор, при приложении к ней переменного напряжения
(149.1)
где Um — амплитуда напряжения.
Рис. 213
1. Переменный ток, текущий через резистор сопротивлением R ( 
) (рис. 213, а). При выполнении условия квазистационарности ток через резистор определяется законом Ома:
где амплитуда силы тока
Для наглядного изображения соотношений между переменными токами и напряжениями воспользуемся методом векторных диаграмм. На рис. 213, б дана векторная диаграмма амплитудных значений тока Im и напряжения Um на резисторе (сдвиг фаз между Im и Um равен нулю).
2. Переменный ток, текущий через катушку индуктивностью L ( 
.
Рис. 214
Тогда закон Ома (см. (100.3)) для рассматриваемого участка цепи имеет вид
откуда
Так как внешнее напряжение приложено к катушке индуктивности, то
(149.3)
есть падение напряжения на катушке. Из уравнения (149.2) следует, что
или после интегрирования, учитывая, что постоянная интегрирования равна нулю (так как отсутствует постоянная составляющая тока), получим
(149.4)
где
Величина
(149.5)
называется реактивным индуктивным сопротивлением (или индуктивным сопротивлением). Из выражения (149.4) вытекает, что для постоянного тока ( 
= 0) катушка индуктивности не имеет сопротивления. Подстановка значения 
в выражение (149.2) с учетом (149.3) приводит к следующему значению падения напряжения на катушке индуктивности:
(149.6)
Сравнение выражений (149.4) и (149.6) приводит к выводу, что падение напряжения UL опережает по фазе ток I, текущий через катушку, на 
/2, что и показано на векторной диаграмме (рис. 214, б).
3. Переменный ток, текущий через конденсатор емкостью С ( 
)
Рис. 215
(рис. 215, а). Если переменное напряжение (149.1) приложено к конденсатору, то он все время перезаряжается, и в цепи потечет переменный ток. Так как все внешнее напряжение приложено к конденсатору, а сопротивлением подводящих проводов можно пренебречь, то
Сила тока
(149.7)
где
Величина
называется реактивным емкостным сопротивлением (или = 0) 
, т. е. постоянный ток через конденсатор течь не может. Падение напряжения на конденсаторе
(149.8)
Сравнение выражений (149.7) и (149.8) приводит к выводу, что падение напряжения UC отстает по фазе от текущего через конденсатор тока I на /2. Это показано на векторной диаграмме (рис. 215, б).
Рис. 216
4. Цепь переменного тока, содержащая последовательно включенные резистор, катушку индуктивности и конденсатор. На рис. 216, а представлена цепь, содержащая резистор сопротивлением R, катушку индуктивностью L и конденсатор емкостью С, на концы которой подается переменное напряжение (149.1). В цепи возникнет переменный ток, который вызовет на всех элементах цепи соответствующие падения напряжения UR, UL и UС. На рис. 216, б представлена векторная диаграмма амплитуд падений напряжений на резисторе (
определяет разность фаз между напряжением и силой тока. Из рисунка следует, что (см. также формулу (147.16))
(149.9)
Из прямоугольного треугольника получаем
откуда амплитуда силы тока имеет значение
(149.10)
совпадающее с (147.15).
Следовательно, если напряжение в цепи изменяется по закону
то в цепи течет ток
(149.11)
где и 
определяются соответственно формулами (149.9) и (149.10).
Величина
(149.12)
называется полным сопротивлением цепи, а величина
— реактивным сопротивлением.
Рассмотрим частный случай, когда в цепи отсутствует конденсатор. В данном случае падения напряжений UR и UL в сумме равны приложенному напряжению U. Векторная диаграмма для данного случая представлена на рис. 217, из которого следует, что
(149.13)
Выражения (149.9) и (149.10) совпадают с (149.13), если в них 1/( С) = 0, т. е. С = 
. Следовательно, отсутствие конденсатора в цепи означает С = , а не С = 0. Данный вывод можно трактовать следующим образом: сближая обкладки конденсатора до их полного соприкосновения, придем к цепи, в которой конденсатор отсутствует (расстояние между обкладками стремится к нулю, а емкость — к бесконечности; см. (94.3)).
Рис. 217
Расчет индуктивности для двунаправленного преобразователя постоянного напряжения в автономных подводных аппаратах
Введение
Подводный аппарат — небольшое судно или техническое устройство, используемое для выполнения разнообразных задач в толще воды и на морском дне. В отличие от подводной лодки, как правило, имеет ограниченные возможности по автономности и поэтому работает во взаимодействии с обеспечивающим судном-носителем. Подводные аппараты могут работать на глубине, недоступной для подводных лодок и водолазов. Данные аппараты предназначены для выполнения различных операций: визуального исследования линий подводных коммуникаций, патрулирования, исследования морского дна, контроля биоресурсной базы, разработки подводных месторождений полезных ископаемых, сейсморазведки, использования в качестве средств оповещения в чрезвычайных ситуациях и т. д.
Состояние проблемы и постановка задачи
В ведущих странах мира наблюдается тенденция к разработке автономных подводных аппаратов. Автономные подводные аппараты могут нести на борту акустические, оптические и электромагнитные сенсоры, которые необходимы для выполнения их работы. Теоретически использование подобных аппаратов позволяет существенно расширить радиус действия, снизить затраты на техническое обеспечение надводными судами, несущими специальное оборудование. В связи с этим возникает проблема питания данных аппаратов. Основным источником питания выступают аккумуляторные батареи.
С качественным изменением силовых электронных преобразователей и устройств хранения электроэнергии в последнее время в электроэнергетическом комплексе наблюдается повышенное внимание к использованию сетей постоянного тока [1] благодаря определённым преимуществам, по сравнению с классическими двигателями внутреннего сгорания или турбинными двигателями. Опыт электромобилей показывает, что интерес к данной теме не является беспочвенным [2]. Питание автономных устройств осуществляется с помощью аккумуляторов, имеющих относительно низкое напряжение, в то время как большинство потребителей должны питаться более высоким уровнем напряжения, что связано с обеспечением силовых узлов высокой энергоэффективностью [3].
Одним из основных вопросов, связанных с проектированием преобразователей постоянного напряжения, является расчёт и выбор катушки индуктивности. Значение индуктивности сильно влияет на характер работы преобразователя. Главной проблемой являются весогабаритные характеристики мощной катушки — самого тяжёлого и массивного компонента во всём преобразователе постоянного напряжения. Наиболее предпочтительным вариантом, с точки зрения проектировщика, является катушка малой индуктивности, обладающая небольшим весом и габаритами, которые позволяют создать более компактное устройство. С другой стороны, низкое значение индуктивности может не обеспечить непрерывность тока на нагрузки. Выбор значения индуктивности состоит в том, чтобы ток, сглаживаемый катушкой индуктивности, был бы непрерывным и при этом катушка имела минимальные массогабаритные показатели [4].
Теоретические исследования
На рис. 1 показан двунаправленный преобразователь постоянного напряжения со смешанным переключением, состоящий из двух коммутационных ячеек (ключей) S1 и S2 и индуктивности L. Ключи состоят из IGBT-транзистора и включённого антипараллельно ему диода. На стороне первичного напряжения размещается аккумуляторная батарея, а с другой стороны — нагрузка R, напряжение на которой можно регулировать путём открытия/закрытия IGBT-транзисторов. Преобразователь также содержит высокочастотный конденсатор в качестве энергетического буфера со стороны нагрузки C2 и сглаживающий конденсатор со стороны аккумуляторной батареи C1.
Рис. 1 Двунаправленный преобразователь постоянного напряженияДля преобразователя постоянного напряжения в повышающем режиме минимальное значение индуктивности, необходимое для обеспечения работы преобразователя в режиме непрерывного тока, зависит от рабочего цикла установившегося режима, периода переключения и сопротивления нагрузки [5].
Длительность включенного состояния рассчитывается как TO=DT,
где D — это рабочий цикл, заданный схемой управления, выраженный как отношение времени включения коммутатора к времени одного полного цикла переключения T.
Продолжительность выключения:
TЗ = (1 − D) T.
Во время включенного состояния S2, которое имеет низкое сопротивление, наблюдается небольшое падение напряжения UVT в IGBT-транзисторе. Существует также небольшое падение напряжения на индуктивности, равное IRL. Таким образом, на катушку индуктивности подаётся напряжение, равное UL = Uвх − (UVT = IRL).
Диод коммутационной ячейки S1 в это время не пропускает через себя ток. Напряжение, прикладываемое к правой стороне L, представляет собой напряжение на UVT коммутационной ячейки S2. Ток катушки индуктивности протекает из положительной клеммы аккумуляторной батареи Uвх через S2 и далее идёт на отрицательную клемму. Во время включенного состояния напряжение на индукторе постоянно и равно входному. Ток в катушке индуктивности увеличивается в результате приложенного напряжения, и поскольку приложенное напряжение является постоянным, ток через катушку индуктивности будет увеличивается линейно [6].
Увеличение тока индуктора может быть рассчитано с использованием известного соотношения:
Так как частота коммутации велика (порядка нескольких десятков кГц), то выражение можно переписать в виде:
Увеличение тока в катушке индуктивности во включенном состоянии определяется выражением:
где ∆I+ — пульсационный ток индуктора. В течение этого периода весь ток выходной нагрузки подаётся выходным конденсатором С2 [7].
Когда S2 выключен, он представляет собой разрыв цепи. Поэтому, поскольку ток, текущий в катушке индуктивности, не может мгновенно меняться, ток перенаправляется от S2 к S1. Из-за уменьшения тока в катушке индуктивности напряжение на ней поменяет полярность, пока диод ключа S1 не откроется. Напряжение, приложенное к левой стороне катушки, остаётся таким же, как и раньше (Uвх − UVT − ILRL). Напряжение, приложенное к правой стороне катушки индуктивности, теперь является выходным напряжением Uвых. Ток катушки индуктивности теперь течёт от аккумуляторной батареи через диод ключа S1 до выходного конденсатора C2 и нагрузки. В выключенном состоянии напряжение на индукторе постоянное и равно UL=(Uвых + UVD + IRL) − Uвх.
Следовательно, ток в катушке индуктивности уменьшается в выключенном состоянии S2:
Величина ∆I— также является пульсационным током катушки индуктивности.
В стационарных условиях увеличение тока ∆I+ во время включения и уменьшение тока ∆I— во время выключения равны. В противном случае ток катушки индуктивности будет иметь или увеличение, или уменьшение от цикла к циклу, которое не будет являться уравновешенной системой. Установка двух значений ∆I, равных друг другу, эквивалентна балансировке вольт-секунд на индуктивности. Вольт-секунда, подаваемая на индуктор, является произведением прилагаемого напряжения и временем его применения. Поэтому эти два уравнения могут быть приравнены:
Выразив Uвых через Uвх , можно записать:
С учётом того, что мощность на катушке может быть найдена:
а ток I может быть найден путём сложения тока при открытом и закрытом ключе S2, ток пульсации катушки индуктивности также можно выразить следующим уравнением:
Среднеквадратичный ток в катушке индуктивности превосходит ток нагрузки на 1/3 от выходного тока. Поэтому в двунаправленном преобразователе в повышающем режиме катушка индуктивности, силовые переключатели и конденсатор работают под более высокими токами по сравнению с каскадным преобразователем, что приводит к большей потери мощности, а также вызывает насыщение активной катушки [8]. Ток через катушку индуктивности можно представить в следующем виде:
Если номинальная мощность нагрузки определяется PH= UвыхIH , то
С учётом того, что
Imin=I − ∆I—; Imax= I + ∆I+,
можно записать максимальные и минимальные значения тока в катушке индуктивности. В силовых цепях потерями напряжения на полупроводниковой технике можно пренебречь, т. к.
Uвх >> UVT + UVD(1 − D),
поэтому можно записать:
Значение индуктивности, для которого ток индуктивности будет находиться только на краю режима прерывистого тока, будет определяться уравнением
Приняв UVT, UVT и RL равными нулю, можно записать:
Результаты моделирования
Графики зависимостей Imin = f (L) и Imax = f (L), полученные при Uвх = 10 В; U2 = 20 В; f = 10 кГц;
IН = 10 А, представлены на рис. 2.
Рис. 2. Графики зависимостей Imin = f (L) и Imax = f (L) для преобразователя постоянного напряженияИз графика видно, что при значении индуктивности L = 2,2·10—5 Гн ток катушки достигает отрицательного значения, поэтому следует выбрать значение индуктивности преобразователя равным L = 22 мкГн. Однако из-за небольшого падения напряжения на катушке индуктивности и полупроводниковых ключей полученные значения будут немного отличаться от реальных.
На рис. 3 представлена симуляция преобразователя постоянного тока, выполненная в пакете Simulink.
Рис. 3. Модель преобразователя постоянного тока 
Рис. 4. Осциллограммы тока и напряжения на выходе преобразователя постоянного напряженияКак можно заметить из графиков тока и напряжения на нагрузке, значение индуктивности полностью удовлетворяет минимальному уровню индуктивности для обеспечения режима непрерывного тока. В то же время симуляция показала, что D должно составлять не 0,5, а 0,35 из-за падения сопротивления в катушке индуктивности (0,1 Ом), IGBT-транзисторе и диоде (Uпр = 0,6 В; R = 0,001 Ом).
Для защиты IGBT-транзисторов можно использовать демпфирующие конденсаторы, ёмкость которых определяется по формуле [9]
Таким образом, рассмотренным выше методом можно найти значение индуктивности для преобразователя постоянного напряжения, необходимое для обеспечения режима непрерывного тока.
Заключение
Рассмотрено применение преобразователей постоянного тока для питания приёмников в автономных подводных аппаратах. Выведено выражение, описывающее колебания тока в режиме непрерывного тока с определёнными допущениями. Показано, что для обеспечения работы преобразователя постоянного тока в режиме непрерывного тока индуктивность должна быть больше определённого значения, при этом массогабаритные показатели катушки должны быть минимальными. Проведённая симуляция преобразователя постоянного тока, выполненная в пакете Simulink, подтверждает правильность методики определения минимального значения индуктивности для обеспечения работы преобразователя постоянного тока в режиме непрерывного тока.
Список литературы
- Chernyi S., Zhilenkov A. Modeling of complex structures for the ship’s power complex using xilinx system // Transport and telecommunication. 2015. V. 16 (1). P. 73–82. DOI: 10.1515/ttj-2015-0008.
- Avdeyev B. A., Vyngra A. V. Increase of operating efficiency of ship electrical generating plant with shaft generator // Интеллектуальные энергосистемы: тр. V Междунар. молодёж. форума (Томск, 9–13 октября 2017 г.): в 3 т. Томск: Изд-во ТПУ, 2017. Т. 1. C. 255–258.
- Nyrkov A., Sokolov S., Zhilenkov A., Chernyi S. Complex modeling of power fluctuations stabilization digital control system for parallel operation of gas-diesel generators // Proceedings of the 2016 IEEE north west Russia section young researchers in electrical and electronic engineering conference (Санкт-Петербург, 2–3 февраля 2016 г.): Eiconrusnw, 2016. P. 636–640. DOI: 10.1109/EIConRusNW.2016.7448264.
- Иванов А. В., Немировский А. Е. Силовая электроника. Выпрямители: учеб. пособие. Вологда: Изд-во ВоГУ, 2015. 119 с.
- Лукутин Б. В., Обухов С. Г. Силовые преобразователи в электроснабжении: учеб. пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 2007. 144 с.
- Lai J. S., Nelson D. J. Energy management power converters in hybrid electric and fuel cell vehicles // Proceedings of the IEEE. 2007. V. 95. P. 766–777.
- Токарев Л. Н. Судовая электротехника и электромеханика. СПб.: Береста, 2006. 320 с.
- Chung Y., Liu W., Schoder K., Cartes D. A. Integration of a bi-directional DC-DC converter model into a real-time system simulation of a shipboard medium voltage DC system // Electric Power Systems Research. 2011. V. 81. P. 1051–1059.
- Dijk E. PWM-Switch Modeling of DC–DC Converters // IEEE Transactions on Power Electronics. 1995. V. 10. N. 6. P. 659–665.
Информация об авторе
Борис Александрович Авдеев — доцент кафедры электрооборудования судов и автоматизации производства, Керченский государственный морской технологический университет.
Источник: ©Б. А. Авдеев, «Вестник АГТУ». Серия «Морская техника и технология», №4 2018
Методы защиты устройств (датчиков, приборов, контроллеров) с транзисторными выходами от токов самоиндукции
Введение
В данной статье будет рассмотрено явление самоиндукции, проявляющееся зачастую при коммутации индуктивных нагрузок. Также будут рассмотрены способы защиты и используемое для этого оборудование.
Техника безопасности
ВНИМАНИЕ! К работам по монтажу, наладке, ремонту и обслуживанию технологического оборудования допускаются лица, имеющие техническое образование и специальную подготовку (обучение и проверку знаний) по безопасному производству работ в электроустановках с группой не ниже 2 для ремонтного персонала, а также имеющие опыт работ по обслуживанию оборудования, в конструкцию которого вносятся изменения и дополнения, либо производится модернизация. За неисправность оборудования и безопасность работников при неквалифицированном монтаже и обслуживании ООО «КИП‑Сервис» ответственности не несет.
1. Электромагнитная индукция. Определение. Физический смысл
Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока, при изменении во времени магнитного поля. Изменение магнитного поля, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в контуре индуктивной электродвижущей силы (ЭДС). Процесс возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока называется самоиндукцией. Направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при возрастании тока в цепи ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию, а при убывании тока — препятствует убыванию. Величина ЭДС самоиндукции определяется уравнением:
E = − L × dI / dt E= -L times dI / dtгде:
E — ЭДС самоиндукции
L — индуктивность катушки
dI/dt — изменение тока во времени.
Знак «минус» означает, что ЭДС самоиндукции действует так, что индукционный ток препятствует изменению магнитного потока. Этот факт отражён в правиле Ленца:
Индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.
Явление самоиндукции можно наблюдать при включении и последующем выключении катушек соленоидов, промежуточных реле, электромагнитных пускателей. При подаче напряжения на катушку создается электромагнитное поле, в следствии чего образуется электродвижущая сила, которая препятствует мгновенному росту тока в катушке. Согласно принципу суперпозиции, основной ток в катушке можно представить в виде суммы токов, один из которых вызван внешним напряжением и сонаправлен с основным током, а второй вызван ЭДС самоиндукции и имеет противоположное направление основному току. Скорость изменения тока через катушку ограничена и определяется индуктивностью катушки. При протекании тока катушка «запасает» энергию в своём магнитном поле. При отключении внешнего источника тока катушка отдает запасенную энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи. Это, в свою очередь, вызывает всплеск напряжения обратной полярности на катушке. Данный всплеск может достигать значений во много раз превышающих номинальное напряжение источника питания, что может помешать нормальной работе электронных устройств, вплоть до их разрушения.
Разберем более подробно, почему скачок ЭДС самоиндукции будет иметь обратную полярность. На рисунке 1 изображены две схемы, на которых стрелками обозначено направление движения тока, а так же потенциалы на всех элементах схемы при закрытом и открытом ключе.
а — закрытый ключ 
б — открытый ключРисунок 1 — Направление тока при закрытом и открытом ключе
При закрытом ключе потенциалы на всех элементах совпадают с потенциалом источника питания (рисунок 1, а). Во время размыкания ключа, из схемы исключается источник питания, и ЭДС самоиндукции стремится поддержать ток в катушке. Для того, что бы сохранить направление тока в катушке, ЭДС меняет свой потенциал на противоположный по знаку источнику питания (рисунок 1, б). Именно поэтому всплеск ЭДС самоиндукции будет иметь обратную полярность.
Более наглядно этот всплеск показан на рисунке 2. На графике изображено напряжение источника питания Uпит, ток возникающий в катушке I, ЭДС самоиндукции.
Рисунок 2 — График изменения тока и напряжения при коммутации2. Теоретический расчет ЭДС самоиндукции
Рассмотрим явление самоиндукции на примере работы электромагнитной катушки при пропускании через нее постоянного тока. Включение катушки происходит при помощи бесконтактного датчика. Катушку можно заменить на последовательно соединенные активное Rk и индуктивное Lk сопротивления (рисунок 3).
Рисунок 3 — Эквивалентная схема электромагнитной катушкиТогда электрическая схема будет иметь вид, представленный на рисунке 4.
Рисунок 4 — Схема включения электромагнитной катушкиПри сработавшем датчики падение напряжения U на катушке составляет 24 В. При коммутации индуктивной нагрузки в первый момент времени ток остается равным току до коммутации, а после изменяется по экспоненциальному закону. Таким образом, при переходе управляющего транзистора в закрытое состояние катушка начинает генерировать ЭДС самоиндукции, предотвращающую падение тока. Попробуем рассчитать величину генерируемого катушкой напряжения.
На рисунке 5 показано направление тока при открытом транзисторе. Переход транзистора в закрытое состояние фактически означает что цепь катушки с генерируемым ЭДС самоиндукции замыкается через подтягивающий резистор. Обозначим его Ro. По документации датчика это сопротивление составляет 5,1 кОм.
Рисунок 5 — Направление тока при открытом транзисторе 
Рисунок 6 — Направление тока после перехода транзистора в закрытое состояниеНа рисунке 6 видно что ток на резисторе Ro поменял направление — это обусловлено возникновением ЭДС самоиндукции в катушке. Для полученного замкнутого контура выполняется следующее уравнение:
U R 0 + U Rk + U Lk = 0 U_R0+U_Rk+U_Lk=0Выражая напряжение через ток и сопротивление, получим:
I × R 0 + I × R k + U Lk = 0 I times R_0 + I times R_k +U_Lk=0 U Lk = − I × ( R k + R 0 ) U_Lk= -I times ( R_k + R_0 )При этом ток в цепи стремится к значению тока при открытом транзисторе:
I = U / R k I= U / R_kПодставим данное выражение в предыдущую формулу, получим величину генерируемого напряжения самоиндукции:
U Lk = − U × ( R k + R 0 ) / R k = − U × ( 1 + R 0 / R k ) U_Lk= -U times ( R_k + R_0 ) / R_k = -U times ( 1 + R_0 / R_k )Все переменные из этой формулы известны:
U = 24В — напряжение питания
Ro = 5,1кОм — сопротивление подтягивающего резистора датчика
Rk = 900 Ом — активное сопротивление катушки (данные из документации).
Подставив значения в формулу, рассчитаем примерное значение напряжения самоиндукции:
U Lk = − U × ( 1 + R 0 / R k ) = − 24 × ( 1 + 5100 / 900 ) = − 160 В U_Lk= -U times ( 1 + R_0/R_k ) = -24 times ( 1 + 5100 / 900 )=-160 ВДанный расчет упрощен и не учитывает индуктивность катушки, от которой так же зависит ЭДС самоиндукции. Но даже из упрощенного расчета видно, что величина генерируемого напряжения оказывается во много раз больше номинального напряжения 24В.
Воздействие ЭДС самоиндукции может повредить устройства, имеющие общие с индуктивной нагрузкой цепи питания. На рисунке 7 приведена некорректная схема, на которой от одного источника питания подключен бесконтактный датчик и катушка соленоидного клапана.
Рисунок 7 — Некорректная схема подключенияНа первый взгляд, данная схема может работать без каких-либо сбоев. Однако, при выключении катушки клапана возникает всплеск напряжения в результате самоиндукции. Всплеск распространяется по цепи питания на клемму «минус» датчика. В результате, разница потенциалов между коллектором и эмиттером закрытого транзистора превышает максимальное значение, что приводит к его пробою.
3. Практическое измерение ЭДС самоиндукции
Чтобы проверить правдивость приведенных выше теоретических расчетов, проведем измерение ЭДС самоиндукции. Для проведения измерений необходимо собрать схему, для которой мы проводили расчеты. При помощи осциллографа на клеммах катушки произведем измерение напряжения (рисунок 8).
Рисунок 8 — Измерение ЭДС самоиндукцииНа рисунке 9 изображена осциллограмма значений напряжения самоиндукции катушки с питанием 24 В. На графике видно, что реальный всплеск напряжения при отключении катушки в несколько раз больше напряжения питания и составляет 128 В. Как следствие, транзисторный ключ выйдет из строя. Возникающий скачок ЭДС приводит к пробою транзисторных ключей, бесконтактных датчиков, слаботочных коммутирующих элементов и другим нежелательным эффектам в схемах управления.
Рисунок 9 — ЭДС самоиндукции при выключении катушки с питанием 24 В4. Методы и средства защиты от ЭДС самоиндукции
Для подавления ЭДС самоиндукции и предотвращения выхода из строя оборудования необходимо принимать специальные меры. Для подавления пиков напряжения на катушке во время выключения, необходимо параллельно катушке включить в схему диод (для постоянного напряжения) или варистор (для переменного напряжения). ЭДС самоиндукции будет ограничиваться этими элементами, тем самым они будут обеспечивать защиту схемы.
Диод включается параллельно катушке против напряжения питания (рисунок 10). Таким образом, в установившемся режиме он не оказывает никакого воздействия на работу схемы. Однако при отключении питания на катушке возникает ЭДС самоиндукции, имеющая полярность, противоположную рабочему напряжению. Диод открывается и шунтирует катушку индуктивности.
а — включение диода в схему PNP 
б — включение диода в схему NPNРисунок 10 — Схема включения диода для защиты от самоиндукции
Варистор также включается параллельно катушке (рисунок 11).
Рисунок 11 — Схема включения варистора для защиты от самоиндукцииПри увеличении напряжения выше пороговой величины, сопротивление варистора резко уменьшается, шунтируя индуктивную нагрузку. Соответственно, при броске тока варистор быстро срабатывает и обеспечивает надежную защиту схемы.
На рисунке 12 изображен график напряжения во время включения и выключения индуктивной катушки с использованием защитного диода для напряжения 24 В.
Рисунок 12 — ЭДС самоиндукции с использованием диодаНа графике видно, что использование защитных диодов сглаживает переходную характеристику напряжения.
Для защиты от ЭДС самоиндукции существует целый ряд готовых устройств. Их выбор зависит от применяемой катушки и типа напряжения питания. Для гашения ЭДС самоиндукции на катушках промежуточных реле используют модули FINDER серии 99 (рисунок 13):
Рисунок 13 — Защитный модуль Finder/99.02.9.024.9999.02.0.230.98 Finder/ Модуль защитный(светодиод+варистор)~/=110…240
99.02.9.024.99 Finder/ Модуль защитный(светодиод+диод), =6…24В
Модули устанавливаются непосредственно на колодку реле, не требуют дополнительного изменения схемы управления.
В случае подключения катушек пускателей, либо катушек соленоидных клапанов, необходимо использовать защитные клеммники Klemsan серии WG-EKI (рисунок 14):
Рисунок 14 – Защитный клеммник WG-EKI110 220 Клеммник WG-EKI с варистором (0,5…2,5 мм2, рабочее напряжение до 30В, рабочий ток до 10А)
110 040 Клеммник WG-EKI с защитным диодом (0,5…2,5 мм2, рабочее напряжение до 1000В, рабочий ток до 10А, ток диода 1А)
Клеммники позволяют осуществить подключение индуктивной катушки без дополнительного изменения схемы. Клеммник имеет два яруса, соединенных между собой защитным диодом либо варистором. Для осуществления защиты необходимо провести провода питания катушки через этот клеммник. При использовании клеммника с защитным диодом необходимо соблюдать полярность при подключении (рисунок 15).
Рисунок 15 — Схема подключения клеммника WG-EKI с защитным диодомЗаключение
В рамках данной статьи было рассмотрено явление самоиндукции, приведен теоретический расчет ЭДС и практическое подтверждение этого расчета. Применяя модули Finder серии 99 и клеммники Klemsan серии WG-EKI, можно избавиться от пагубного воздействия самоиндукции и сохранить целостность коммутирующих элементов цепей управления.
Инженер ООО «КИП-Сервис»
Хоровец Г.Н.
Список использованной литературы:
- Сивухин, Д.В. Общий курс физики. Электричество. Том III / Сивухин Д.В — М.: Наука, 1977. — 724.с.
- Калашников, С.Г. Электричество / Калашников С.Г. — 6-е изд., стереот. — М.: Физматлит, 2003.-624.с.
- Алексеев Н.И., Кравцов А.В. Лабораторный практикум по общей физике (электричество и магнетизм). Самоиндукция / Лицей No1580 при МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. — 16 с.
Читайте также:
Падение напряжения индуктивности0.6мх через дроссельную катушку индуктора кольца тороидальную для установки
ПкбНазвание продукта: Индуктивность 0,6 мГн Падение напряжения через кольцевой индуктор Тороидальная дроссельная катушка для монтажа на печатной плате
Основная информация:
Размер индуктора / дросселя Tianjin GREWIN:
1.Вертикальный размер индуктора:
2. Размер тороида: Внешний диаметр: От 25 до 45,7 мм
Ширина: от 14 до 22 мм
Вывод: 26,5 мм при пайке 25 мм
Электрические характеристики:
Номинальный ток: от 2 до 30 А
Индуктивность при 1 кГц: от 4 до 200 мкГн
Сопротивление постоянному току: от 9 до 118 МОм
Ток : 3.От 5 до 20 А
Выдерживаемое сопротивление: 1 минута при 2 кВ переменного тока
Сопротивление изоляции: 100 МОм Минимум при 500 В постоянного тока
Диапазон рабочих температур: от -25 до 80 ° C
Максимальная температура: 120 ° C (класс E)
Материал бобины: Огнестойкость 94 В -0
Параметры:
| РАЗМЕРЫ КОИЛФОРМАТОРА (мм) | |||||
| ТИП | OD | ID | H | МАССА (G) | |
| T3.0 | 3,05 | 1,27 | 1,27 | 0,04 | |
| T3.9 | 3,94 | 2,24 | 1,3 | 0,05 | |
| 0,05 | |||||
| 2 | 3,94 | 2,24 | 2,0 | 0,07 | |
| T4,0 | 4,0 | 2,4 | 1,6 | 0.06 | |
| T5,8 | 5,84 | 3,05 | 1,52 | 0,1 | |
| T5,8 / 3 | 5,84 | 3,05 | 3,0 | 3,05 | 3,0 | 0,3
| T6,3 | 6,3 | 3,8 | 2,5 | 0,2 | |
| T9,5 | 9,53 | 4.75 | 3,17 | 0,8 | |
| T10 | 10,0 | 6,0 | 4,0 | 0,9 | |
| T12,5 | 12,5 | 7,50009 5,0 | 1,8 | ||
| T13,3 | 13,3 | 8,3 | 5,0 | 1,8 | |
| T14 | 14.0 | 9,0 | 5,0 | 2,0 | |
| T15 | 15,0 | 10,4 | 5,3 | 2,4 | |
| T16 | 16,00009 | 6,3 | 3,7 | ||
| T17 | 17,0 | 10,7 | 6,8 | 4,4 | |
| T20 / 7 | 20.0 | 10,0 | 7,0 | 7,6 | |
| T22 | 22,1 | 13,7 | 6,35 | 6,8 | |
| T23 / 8 | T23 / 8 | 14,7 | 7,6 | 8,1 | |
| T23 / 9 | 22,6 | 14,7 | 9,2 | 9,8 | |
| T25 / 10 | 25.3 | 14,8 | 10,0 | 16 | |
| T25 / 12 | 25,3 | 14,8 | 12,0 | 19 | |
| T25 / 15 | T25 / 15 | 14,8 | 15,0 | 24 | |
| T25 / 20 | 25,3 | 14,8 | 20,0 | 33 | |
| T29 | 29.5 | 19,0 | 14,9 | 27 | |
| T30 | 30,5 | 20,0 | 12,5 | 25 | |
| T34 / 10 | 09 20,5 | 10,0 | 27 | ||
| T34 / 12,5 | 34,0 | 20,5 | 12,5 | 33 | |
| T36 | 36.0 | 23,0 | 15,0 | 43 | |
| T40 | 40,0 | 24,0 | 16,0 | 61 | |
| T42 | | 12,5 | 48 | ||
| T50 | 50,0 | 30,0 | 20,0 | 118 | |
| T58 | 58.3 | 40,8 | 17,6 | 115 | |
| T100 | 102 | 65,8 | 15,0 | 330 | |
О нашей компании
Ceitificates
Наш завод
Условия поставки:
В течение 10 рабочих дней после получения соответствующей предоплаты или аккредитива.
Условия оплаты:
(1). T / T 100% или 50% депозит T / T заранее, сумма остатка должна быть оплачена за 7 дней до доставки
.
(2). Безотзывным аккредитивом в предъявлении, который будет выдан немедленно против подтвержденного заказа.
(3). Оплата T / T, если сумма заказа меньше 20 000 долларов США.
Bella
Tianjin Grewin Technology Co., Ltd.
Сайт: www.grewin-tech.com; transformer.en. made-in-china.com; https://chinatransformer.en.alibaba.com
Тел .: 86-22-84943756 E: sales2 (at) growin-tech.com .Падение напряжения индуктивности
0.6мх через индуктор
тороидальной дроссельной катушки вертикальныйНазвание продукта: Индуктивность 0,6 мГн Падение напряжения на тороидальной дроссельной катушке Вертикальный индуктор
Основная информация:
Размер индуктора / дросселя Tianjin GREWIN:
1. Размер вертикального индуктора:
2. Размер тороида: Внешний диаметр: от 25 до 45,7 мм
Ширина: от 14 до 22 мм
Вывод: 26,5 мм с пайкой 25 мм
Электрические характеристики:
Номинальный ток: от 2 до 30 А
Индуктивность при 1 кГц: от 4 до 200 мкГн
Сопротивление постоянному току: от 9 до 118 МОм
Ток: 3.От 5 до 20 А
Выдерживаемое сопротивление: 1 минута при 2 кВ переменного тока
Сопротивление изоляции: 100 МОм Минимум при 500 В постоянного тока
Диапазон рабочих температур: от -25 до 80 ° C
Максимальная температура: 120 ° C (класс E)
Материал бобины: Огнестойкость 94 В -0
Параметры:
| РАЗМЕРЫ КОИЛФОРМАТОРА (мм) | |||||
| ТИП | OD | ID | H | МАССА (G) | |
| T3.0 | 3,05 | 1,27 | 1,27 | 0,04 | |
| T3.9 | 3,94 | 2,24 | 1,3 | 0,05 | |
| 0,05 | |||||
| 2 | 3,94 | 2,24 | 2,0 | 0,07 | |
| T4,0 | 4,0 | 2,4 | 1,6 | 0.06 | |
| T5,8 | 5,84 | 3,05 | 1,52 | 0,1 | |
| T5,8 / 3 | 5,84 | 3,05 | 3,0 | 3,05 | 3,0 | 0,3
| T6,3 | 6,3 | 3,8 | 2,5 | 0,2 | |
| T9,5 | 9,53 | 4.75 | 3,17 | 0,8 | |
| T10 | 10,0 | 6,0 | 4,0 | 0,9 | |
| T12,5 | 12,5 | 7,50009 5,0 | 1,8 | ||
| T13,3 | 13,3 | 8,3 | 5,0 | 1,8 | |
| T14 | 14.0 | 9,0 | 5,0 | 2,0 | |
| T15 | 15,0 | 10,4 | 5,3 | 2,4 | |
| T16 | 16,00009 | 6,3 | 3,7 | ||
| T17 | 17,0 | 10,7 | 6,8 | 4,4 | |
| T20 / 7 | 20.0 | 10,0 | 7,0 | 7,6 | |
| T22 | 22,1 | 13,7 | 6,35 | 6,8 | |
| T23 / 8 | T23 / 8 | 14,7 | 7,6 | 8,1 | |
| T23 / 9 | 22,6 | 14,7 | 9,2 | 9,8 | |
| T25 / 10 | 25.3 | 14,8 | 10,0 | 16 | |
| T25 / 12 | 25,3 | 14,8 | 12,0 | 19 | |
| T25 / 15 | T25 / 15 | 14,8 | 15,0 | 24 | |
| T25 / 20 | 25,3 | 14,8 | 20,0 | 33 | |
| T29 | 29.5 | 19,0 | 14,9 | 27 | |
| T30 | 30,5 | 20,0 | 12,5 | 25 | |
| T34 / 10 | 09 20,5 | 10,0 | 27 | ||
| T34 / 12,5 | 34,0 | 20,5 | 12,5 | 33 | |
| T36 | 36.0 | 23,0 | 15,0 | 43 | |
| T40 | 40,0 | 24,0 | 16,0 | 61 | |
| T42 | | 12,5 | 48 | ||
| T50 | 50,0 | 30,0 | 20,0 | 118 | |
| T58 | 58.3 | 40,8 | 17,6 | 115 | |
| T100 | 102 | 65,8 | 15,0 | 330 | |
О нашей компании
Ceitificates
Наш завод
Условия поставки:
В течение 10 рабочих дней после получения соответствующей предоплаты или аккредитива.
Условия оплаты:
(1). T / T 100% или 50% депозит T / T заранее, сумма остатка должна быть оплачена за 7 дней до доставки
.
(2). Безотзывным аккредитивом в предъявлении, который будет выдан немедленно против подтвержденного заказа.
(3). Оплата T / T, если сумма заказа меньше 20 000 долларов США.
через вертикальный индуктор
катушки тороидального дроссельного кольцаJingzhou Bohan Electronics Co., Ltd — профессиональное предприятие, занимающееся исследованием, производством и продажей индукторов, катушек, трансформаторов, источников питания, зарядных устройств, стабилизаторов напряжения, интеллектуальных счетчиков воды и интеллектуальных розеток.
Описание продукта
| Режим | Индуктивность Падение напряжения на тороидальном дросселе, кольцевая катушка Вертикальный индуктор |
| Материал | Mn, Zn, железный порошок, нанокристаллический. |
| Применение | Медицинское оборудование, электронная техника, RFID, светодиоды, ETC …. |
| Индуктивность | 1uH-1H |
| Сертифицировано | ISO9001-2008, SGS-ROHS. |
| MOQ | Нет MOQ для пробного заказа. |
| Время выполнения образца | 4 ~ 7 рабочих дней |
| Диаметр индуктора. | Индивидуальный |
| Допуск: | +/- 0.05 ~ 0,1 мм |
Упаковка и доставка
1.О цене:
Все наши продукты изготавливаются на заказ. Таким образом, сетевые цены только для справки, окончательная цена определяется различными материалами, процессами и объемами заказа.
2.О образце и отгрузке:
Вы можете получить образцы перед заказом. Мы предоставляем бесплатные образцы в течение 3-7 дней. Но клиенты должны оплатить стоимость доставки DHL / FedEx / UPS.
3. О продукте:
Как правило, мы проектируем в соответствии с параметрами физических объектов, предоставленными заказчиком. Мы также оптимизировали дизайн для наших клиентов с профессиональной точки зрения. Пожалуйста, полностью свяжитесь с нашим отделом продаж.
4. Об условиях оплаты:
Для первых трех раз требуется 100% предоплата T / T, а затем может быть T / T 30 дней.Такая же плата может быть оплачена нам через Paypal или Western Union, если вы Работаем с нами более 3 лет, мы принимаем T / T 90 дней.
Наши услуги
1. Конкурентоспособная цена
2. Высокая стабильность и высокое качество
3. Оперативная доставка
4. Широкий ассортимент продукции
5. Профессиональная и опытная команда менеджеров
6. Быстро ответ на потребности наших клиентов
7. Допустимый небольшой заказ
8. Предлагаем услуги OEM
FAQ
1. Вопрос: Что мне нужно предоставить, когда у меня есть запрос?A: Сообщите нам диаметр индуктора / штырей / длину штыря.
2.Q: Что такое MOQ?
A: это 1000 ~ 3000 шт., Это зависит от реальной ситуации.
3. Вопрос: Могу ли я получить бесплатный образец?
A: Да, вам нужно только оплатить фрахт.
4. Q: Какой срок доставки? когда я могу получить номер для отслеживания?
A: Производство образцов займет 4-7 рабочих дней, 6-15 дней для массовых товаров.
Мы отправляем товар экспедитору, это займет 1-2 дня. А потом будет отправлен нашим экспедитором.
Мы получим номер для отслеживания через 2 дня после доставки.
5. В: Как долго я могу получить товар?
A: Это зависит от доставки, обычно от 4 до 9 дней. Но экспресс-доставка нами не контролируется.
6. В: Каковы условия оплаты?
A: Поддержка Western Union, T / T, MoneyGram и так далее.
0.6мх через дроссельную катушку индуктора кольца тороидальную для установки
Пкб0 долларов США.20–5 долларов США / Кусок | 2000.0 шт. / Шт. (Минимальный заказ)
- Время выполнения:
Количество (шт.) 1–50000 > 50000 Est.Срок (дни) 20 Торг
- Настройка:
Индивидуальный логотип (Мин.Заказ: 99999 Штука)
Индивидуальная упаковка (Мин. Заказ: 99999 шт.)Подробнее
Настройка графики (Мин.Заказ: 99999 Штука) Меньше
- Образцы:
