Site Loader

Содержание

Защита полевого транзистора от эдс самоиндукции

Как защитить силовой транзистор от пробоя броском высокого напряжения. Описание схемы активного ограничения (10+)

Защита силового ключа от перенапряжения

Суть проблемы

Перед разработчиками импульсных источников питания встает проблема защиты силового ключа от бросков высокого напряжения, вызванных самоиндукцией. Эта проблема характерна для ряда топологий источников питания, в которых силовые транзисторы нагружены на выходной трансформатор. Идеальный трансформатор не накапливает энергии. Но реальные трансформаторы накапливают энергию в магнитном поле от первичной обмотки. При прерывании тока через обмотку накопленная энергия должна куда-то быть отведена. Если этого не сделать, то произойдет пробой силового ключа. Дело в том, что обмотка трансформатора является катушкой индуктивности. А ток через катушку индуктивности не может прекратиться мгновенно (имеет определенную инерцию). Разрыв цепи, через которую идет этот ток, приводит к скачку напряжения в месте разрыва.

Если разрыв осуществляется путем закрытия транзистора, то этот транзистор выходит из строя.

Некоторые топологии импульсных источников питания и преобразователей напряжения, такие, как понижающая, повышающая, инвертирующая, полумостовая, мостовая содержат естественные цепи размагничивания (то есть отвода энергии, накопленной в магнитном поле), непосредственно защищающие силовые элементы. Для них описанная проблема не актуальна. А вот в прямоходовых, обратноходовых и пушпульных схемах цепи размагничивания подключены не непосредственно к силовым элементам, а через трансформатор. Как мы знаем, связь между обмотками трансформатора не идеальная. Имеет место некоторая индуктивность утечки (связи), которая препятствует моментальному блокированию скачка напряжения.

Вашему вниманию подборки материалов:

Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Простейший вариант защиты

В этих схемах, если мощность устройства достаточно велика, возникает необходимость в дополнительной защите силовых элементов. Простейшим вариантом такой защиты является установка стабилитрона между эмиттером и коллектором (стоком и истоком) силового ключа. Но такой вариант имеет два недостатка.

Во-первых, вся энергия, которую блокирует стабилитрон, теряется, что снижает КПД. Во-вторых, вся энергия, которую блокирует стабилитрон, превращается в тепло, которое нагревает стабилитрон. Появляется необходимость в охлаждении стабилитрона и риск выхода его из строя.

Защита высокой надежности и КПД, с отводом энергии в цепи питания

Более надежной и обладающей большим КПД является схема, приведенная ниже.

В этой схеме избыточная энергия сначала накапливается на конденсаторе C1. Потом энергия с этого конденсатора переходит в катушку L1. А потом энергия, накопленная в L1, передается в цепи питания. То есть потери и нагрев минимизируются.

На схеме изображен вариант защиты для пушпульной топологии, но совершенно аналогично схему можно применять для прямоходовых и обратноходовых преобразователей. Схема подходит как для биполярных, так и для полевых силовых ключей.

Принцип действия

Схема работает так. Броски напряжения на силовых ключах отводятся на накопительный конденсатор C1 через диоды VD1, VD2. Как только напряжение на конденсаторе становится больше напряжения стабилизации стабилитрона VD4 плюс напряжения насыщения перехода база – эмиттер транзистора VT1, транзистор открывается. На катушке L1, а значит, на катушке L2, появляется напряжение. Напряжение с катушки L2 через делитель R3, R2 подается на базу транзистора, что его еще больше открывает и вводит в насыщение. Теперь к катушке L1 приложено напряжение с C1 минус напряжение питания. Ток в катушке постепенно нарастает, катушка накапливает энергию. Как только напряжение на конденсаторе C1 становится меньше некоторой величины, транзистор начинает закрываться, на катушке L1 за счет накопленной энергии напряжение меняет полярность, энергия через диод VD3 отводится в цепи питания. При этом напряжение на L2 также меняет полярность, что способствует полному запиранию транзистора VT1. Таким образом транзистор VT1 работает в ключевом режиме с минимальными потерями и нагревом.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида.
Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при.

Как не перепутать плюс и минус? Защита от переполюсовки. Схема.
Схема защиты от неправильной полярности подключения (переполюсовки) зарядных уст.

Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус.

Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы за.

Плавная регулировка, изменение яркости свечения светодиодов. Регулятор.
Плавное управление яркостью свечения светодиодов. Схема устройства с питанием ка.

Расчет силового резонансного фильтра. Рассчитать онлайн, он-лайн, on-l.
Как получить синусоидальное напряжение на выходе при входном напряжении сложной .

Зарядное устройство. Импульсный автомобильный зарядник. Зарядка аккуму.
Схема импульсного зарядного устройства. Расчет на разные напряжения и токи.

При разрывании цепи индуктивной нагрузке, в нагрузке возникает обратный ток, немного ниже по величине тока катушки в работе и обратный по полярности .

ток этот порождает напряжение которое пропорционально зависит от сопротивления нагрузки подключенной параллельно индуктивности.

точнее при токе обмотке 1 ампер, при разрыве на сопротивлении 1 ком, создаться напряжение в 1000 вольт, на контактах же сопротивление увеличивается до проводимости воздуха и по этому напряжение может достигать десятков тысяч вольт, что и провоцирует появлении искровой дуги (по сути это и есть пробой воздуха)

грозит этот ток пробоем транзисторного ключа, подгоранием контактов ключа
Если например параллельно обмотке подключить светодиод, то он умрет через несколько десятков включений(в случае с автореле), а может и намного быстрее

защита от этого тока диодом подключенным параллельно обмотке катушки, так как диод имеет низкое сопротивление, скачек напряжения снижается до нескольких вольт

вот небольшой пример обратного тока с обычного автомобильного реле

в принципе таким устройством можно зарядить телефон

по этому принципу работают конверторы DC-DC, называются Step-down converter ( узнал тут гдето у CAMOKAT-BETEPAHA

Что произойдет, если разомкнуть переключатель, управляющий током через индуктивность? Индуктивность, как известно, характеризуется следующим свойством: U = L(dI/dt), а из этого следует, что ток нельзя выключить моментально, так как при этом на индуктивности появилось бы бесконечное напряжение. На самом деле напряжение на индуктивности резко возрастает и продолжает увеличиваться до тех пор, пока не появится ток. Электронные устройства, которые управляют индуктивными нагрузками, могут не выдержать такого роста напряжения, особенно это относится к компонентам, в которых при некоторых значениях напряжения наступает «пробой». Рассмотрим схему, представленную

Рис. 1.94. Индуктивный «бросок».

на рис. 1.94. В исходном состоянии переключатель замкнут и через индуктивность (в качестве которой может выступать, например, обмотка реле) протекает ток. Когда переключатель разомкнут, индуктивность «стремится» обеспечить ток между точками А и В, протекающий в том же направлении, что и при замкнутом переключателе. Это значит, что потенциал точки В становится более положительным, чем потенциал точки А. В нашем случае разница потенциалов может достичь 1000 В, прежде чем в переключателе возникнет электрическая дуга, которая и замкнет цепь. При этом укорачивается срок службы переключателя и возникают импульсные наводки, которые могут оказывать влияние на работу близлежащих схем. Если представить себе, что в качестве переключателя используется транзистор, то срок службы такого переключателя не укорачивается, а просто становится равным нулю!

Чтобы избежать подобных неприятностей лучше всего подключить к индуктивности диод, как показано на рис. 1.95. Когда переключатель замкнут, диод смещен в обратном направлении (за счет падения напряжения постоянного тока на обмотке катушки индуктивности). При размыкании переключателя диод открывается и потенциал контакта переключателя становится выше потенциала положительного питающего напряжения на величину падения напряжения на диоде. Диод нужно подобрать так, чтобы он выдерживал начальный ток, равный току, протекающему в установившемся режиме через индуктивность; подойдет, например диод типа 1N4004.

Рис. 1.95. Блокирование индуктивного броска.

Единственным недостатком описанной схемы является то, что она затягивает затухание тока, протекающего через катушку, так как скорость изменения этого тока пропорциональна напряжению на индуктивности. В тех случаях, когда ток должен затухать быстро (например, быстродействующие контактные печатающие устройства, быстродействующие реле и т.д.), лучший результат можно получить, если к катушке индуктивности подключить резистор, подобрав его так, чтобы величина U

и + IR не превышала максимального допустимого напряжения на переключателе. (Самое быстрое затухание для данного максимального напряжения можно получить, если подключить к индуктивности зенеровский диод, который обеспечивает затухание по линейному, а не по экспоненциальному закону.)

Рис 1.96. RС-«демпфер» для подавления индуктивного броска.

Диодную защиту нельзя использовать для схем переменного тока, содержащих индуктивности (трансформаторы, реле переменного тока), так как диод будет открыт на тех полупериодах сигнала, когда переключатель замкнут. В подобных случаях рекомендуется использовать так называемую RC-демпфирующую цепочку (рис. 1.96). Приведенные на схеме значения R и С являются типовыми для небольших индуктивных нагрузок, подключаемых к силовым линиям переменного тока. Демпфер такого типа следует предусматривать во всех приборах, работающих от напряжений силовых линий переменного тока, так как трансформатор представляет собой индуктивную нагрузку. Для защиты можно также использовать такой элемент, как металлоксидный варистор. Он представляет собой недорогой элемент, похожий по внешнему виду на керамический конденсатор, а по электрическим характеристикам – на двунаправленный зенеровский диод. Его можно использовать в диапазоне напряжений от 10 до 1000 В для значений токов, достигающих тысяч ампер (см. разд. 6.11). Подключение варистора к внешним выводам схемы позволяет не только предотвратить индуктивные наводки на близлежащие приборы, но также погасить большие всплески сигнала, возникающие иногда в силовой линии и представляющие серьезную угрозу для оборудования.

Защита выходных транзисторов от перенапряжений,вызываемых ЭДС самоиндукции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                         Защита коммутаторов ( если можно это так назвать )…

 

 

 

Защита выходных транзисторов от перенапряжений, вызываемых ЭДС самоиндукции

 

Ч0 защищать ? Ну в первую очередь выходной силовой транзистор,который дергает мандушку зажигания и испытывает нехилы нагрузки ( до 400 вольт,до 20 ампер,а то и больше). Второе по вылетанию звено – датчики,задающие момент зажигания.Третье – сами мелкосхемы,вылетающие при перенапряжениях и мильных импульсах «на входе».Плюс – соблюдение теплового режима .

 

Транзыстор в основном вылетает от перенапряжения — при колебательном процессе во вторичной обмотке мандушки зажигания (когда искра идет – для дибилов),в первичной обмотке индуцируется ЭДС самоиндукции до 400в,которая с радостью идет на транзистор,который – если не расчитан на такие напряжения участка К-Э (коллехтор-ебмиттер) – так же с радостью вылетает ( ясен болт,лежи себе спокойно в помойке и не грейся под током)

— и при превышении проходящего через него тока – когда переход КЭ открыт (идет накопление в первичной обмотке) ,по нему может жарить 20,а то и больше Ампер.Если транзюк на такой ток расчитан,и если превышение его максимального тока импульсное – то как правило ничего ему не делается,а вот если нет – опять же вылетает.

Защита от перенапряжений – самая простая – это мощный стабилитрон (или несколько последовательно включеных) парралельно участку К-Э

 

 

 

 

                                                                                           

 

 

Стабилитрон выбирается просто – смотрится какой транзюк (его марка),в справочнике ли в инете узнается его максимальное напряжение участка коллехтор-ебмиттер – и под это же (ну или чуть ниже,чтоб с запасом) напряжение выбирается стабилитрон,по параметру «напряжение пробоя»  (или стабилитронЫ,для включения последовательно,т.е. друг за другом),током от ампера и выше. K примеру – нужно ограничить до 400 вольт,тогда есть вариант – или два стабилитрона КС680 ( с напряжением пробоя 180 вольт каждый),включенные последом ( общее будет 180+180=360 воль) , или 4 стаба Д817Г по 100 в каждый ( соответственно в сумме будет 400в)… ну или искать буржуйский мощный под эти же параметры.

 

   Другой способ – стабилитрон в участок коллектор-база :

 

 

                                                           

 

Принцип – при увеличении напряга до уровня пробоя стабилитрона,тот пробивается и на базу транзюка прет ток,который его приоткрывает на период действия импулса перенапряжения.Проводящий участок колектор-эмиттер шунтирует источник напряжения,ограничивая импульс на приемлемом уровне. Обычно туда лепят КС518.

 

         Третий – наверное наиболее путний – за счет «внутренних средств» управляющей микросхемы  (L497, KC1055 )

В ентой микрухе реализована возможность защиты транзистора от перенапряжений – но вот не во всех моделях коммутаторов она включена  — заботой производятелов о своевременном «вылете» коммутатора и отдаванием наших денег за новый…

 

Сидит эта возможность на 15-м выводе (если микруха в 16-ти ножном корпусе.Если ног 20 – то на 18-м) , выглядит таким вот хреном

 

 

                                                                                    

Напряжение расчитывается по формуле (22,5/R3+ 0,005)*R2+22,5

По даташиту R2 5 килоом, R3  350 ом,напряжение около 350 в. Варьируя номиналы можно устанавливать требуемый порог ограничения напряжения.Один момент – прежде чем расчитывать – надо знать на какое напряжение расчитан транзистор,т.е. позырить его марку и порыться в справочнике.Хотя иногда их ставят не в корпусне а просто как пластинку,залитую компаундом,безо всяких маркировок ( встречались такие BU941)…

 

Ограничения по току тут не распейсываю,т.к. обычно оно уже задействовано производятелами штатными средствами мокросхемы.Единственный момнет,который указывался – менять токоограничивающий резистор,если он выполнен в виде припаяной полоски железа – на обычный резюк 0,1 Ом , 2 Ватта,марки С5-16МВ – дескать у пластинки края хреново пропаяны могут быть.

 

 

Следующий пункт по частоте вылетания – датчик Холла . Вылетать любит от бросков напряжения, и по непроверенной инфе – от изменения намагниченности меняются характеристики.Ну и заводской брак есть,как у мну было… Защита – опять же или стабилитроны по питанию ( по справочнику,напряжение питания от 6 до 16 вольт,допускаемые кратковременные броски напряга в бортсети ( до 10 микросекунд) – 42в у датчика ДМИ-01 и 34в у IAV2A,IAV10A, IAV50A ) или стабилизатор (извращенцы могут поставить внешний на КРЕН5 J  ), на заводах в некоторые моджели коммутаторов лепят такой параметрический стаб :

 

 

 

Менять вылетевший дрочевно,заделан он там так что надо будет сымать датчик-распределитель с двигла, вытаскивать вал…менее дрочевно ежели есть аварийный вибратор (в коммутаторе ли отдельно) – можно на ем доехать до гаража ли СТО,сношаться уже там.

 

 

Электромагнитный датчик – скажу честно,не общался.Единственный момент,какой про него знаю – что может Эдс на нем до сотни (или сотен) вольт достигать… ну и из его описания сделал домыслы – опять же намагниченность и провода в обмотке перегореть ли оборваться могут…

 

 

Еще пункт «вылетания» — сами микросхемы и входные части коммутаторов,те что сигнал с датчика принимают…

Микрухи L497 и аналоги летят опять же  «по питанию» , внутренний стаб микрухи ограничивает это дело от 7 до 8 вольт, дополнительный (7 вывод) – аж до 27,так что стабилитроны по питанию лишними не будут,ну и электрику развалюхи в порядке надо содержать,регулятор напряжения тот же…

Еще иногда на вывод «входа сигнала от датчика» тоже стаб вешают,типа КС456,или конденсатор 2,2 нФ – для ограничения импулься ежели таковой возникнет.

 

Вылетание входной части обычно бывает у коммутаторов,работающих с электро-магнитным датчиком,т.к. производители лепят (вернее лепили) туда обычно ту же L497 и ее аналоги,дорабатывая «вход»  транзисторным каскадом,дабы сигнал датчика был понятен микрухе. Для э/м датчика существует своя микруха,именуемая как L484, и ее Российский аналог К1055КП1 (видимо недавно появился,т.к. ранее об ем не слыхал ).Вот тот транзюковый каскад обычно и вылетает,вотправда от чего – не скажу т.к. не знаю,гы-гы-гы. Догадываюсь что опять же «по питанию» или от ЭДС-а выше сотни вольт (см.выше).

 

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/dtE= -L times dI / dt

где:
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 ключб — открытый ключ

Рисунок 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 коммутации

2. 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 катушки

Тогда электрическая схема будет иметь вид, представленный на рисунке 4.

Рисунок 4 — Схема включения электромагнитной катушки

При 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 транзистореРисунок 6 — Направление тока после перехода транзистора в закрытое состояние

На рисунке 6 видно что ток на резисторе Ro поменял направление — это обусловлено возникновением ЭДС самоиндукции в катушке. Для полученного замкнутого контура выполняется следующее уравнение:

UR0+URk+ULk=0U_R0+U_Rk+U_Lk=0

Выражая напряжение через ток и сопротивление, получим:

I×R0+I×Rk+ULk=0I times R_0 + I times R_k +U_Lk=0 ULk=−I×(Rk+R0)U_Lk= -I times ( R_k + R_0 )

При этом ток в цепи стремится к значению тока при открытом транзисторе:

Подставим данное выражение в предыдущую формулу, получим величину генерируемого напряжения самоиндукции:

ULk=−U×(Rk+R0)/Rk=−U×(1+R0/Rk)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:

ULk=−U×(1+R0/Rk)=−24×(1+5100/900)=−160ВU_Lk= -U times ( 1 + R_0/R_k ) = -24 times ( 1 + 5100 / 900 )=-160 В

Данный 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 подключения

На 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 самоиндукции

На 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 В

4. 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 PNPб — включение диода в схему NPN

Рисунок 10 — Схема включения диода для защиты от самоиндукции

Варистор также включается параллельно катушке (рисунок 11).

Рисунок 11 — Схема включения варистора для защиты от самоиндукции

При 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 диода

На 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/99.02.9.024.99

99.02.0.230.98 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-EKI

110 220 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 диодом

Заключение

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:

  1. Сивухин, Д.В. Общий курс физики. Электричество. Том III / Сивухин Д.В — М.: Наука, 1977. — 724.с.
  2. Калашников, С.Г. Электричество / Калашников С.Г. — 6-е изд., стереот. — М.: Физматлит, 2003.-624.с.
  3. 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:

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/dtE= -L times dI / dt

где:
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 ключб — открытый ключ

Рисунок 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 коммутации

2. 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 катушки

Тогда электрическая схема будет иметь вид, представленный на рисунке 4.

Рисунок 4 — Схема включения электромагнитной катушки

При 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 транзистореРисунок 6 — Направление тока после перехода транзистора в закрытое состояние

На рисунке 6 видно что ток на резисторе Ro поменял направление — это обусловлено возникновением ЭДС самоиндукции в катушке. Для полученного замкнутого контура выполняется следующее уравнение:

UR0+URk+ULk=0U_R0+U_Rk+U_Lk=0

Выражая напряжение через ток и сопротивление, получим:

I×R0+I×Rk+ULk=0I times R_0 + I times R_k +U_Lk=0 ULk=−I×(Rk+R0)U_Lk= -I times ( R_k + R_0 )

При этом ток в цепи стремится к значению тока при открытом транзисторе:

Подставим данное выражение в предыдущую формулу, получим величину генерируемого напряжения самоиндукции:

ULk=−U×(Rk+R0)/Rk=−U×(1+R0/Rk)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:

ULk=−U×(1+R0/Rk)=−24×(1+5100/900)=−160ВU_Lk= -U times ( 1 + R_0/R_k ) = -24 times ( 1 + 5100 / 900 )=-160 В

Данный 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 подключения

На 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 самоиндукции

На 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 В

4. 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 PNPб — включение диода в схему NPN

Рисунок 10 — Схема включения диода для защиты от самоиндукции

Варистор также включается параллельно катушке (рисунок 11).

Рисунок 11 — Схема включения варистора для защиты от самоиндукции

При 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 диода

На 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/99.02.9.024.99

99.02.0.230.98 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-EKI

110 220 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 диодом

Заключение

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:

  1. Сивухин, Д.В. Общий курс физики. Электричество. Том III / Сивухин Д.В — М.: Наука, 1977. — 724.с.
  2. Калашников, С.Г. Электричество / Калашников С.Г. — 6-е изд., стереот. — М.: Физматлит, 2003.-624.с.
  3. 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:

Зачем параллельно катушке реле ставят диод? Для чего он нужен | Электронные схемы

для чего ставят диод параллельно реле

для чего ставят диод параллельно реле

На схемах,в которых на коллекторе или стоке транзистора в нагрузке стоит катушка реле,можно заметить,что параллельно катушке установлен диод,причем катодом к плюсу питания.При таком соединении диода,ток через него не пойдет на транзистор.Тогда для чего он нужен?

диод как шунт катушки реле

диод как шунт катушки реле

Этот диод нужен для того,чтобы зашунтировать реле в момент отключения питания.В момент выключения,на выводах катушки образуется импульс ЭДС(электродвижущая сила самоиндукции катушки ),и этот импульс может достигать десятки Вольт,что может привести к выходу из строя транзистора,который не рассчитан на такое напряжение.Эти импульсы могут просто мешать работе схемы.Диод же,открываясь шунтирует реле,так как в момент импульса ЭДС,полярность на выводах катушек меняется и диод открывается,то есть на катоде будет минус ЭДС а на аноде плюс ЭДС.

ЭДС самоиндукции реле при выключении

ЭДС самоиндукции реле при выключении

Это напряжение самоиндукции катушки при выключении можно проверить с помощью неоновой лампы на 45В. При подаче питания 3.7В через кнопку на катушку реле и замыкая и размыкая кнопку,можно увидеть,как вспыхивает неоновая лампочка.

ЭДС самоиндукции катушки реле зачем диод реле

ЭДС самоиндукции катушки реле зачем диод реле

К катушке реле можно подключить щупы осциллографа и проверить напряжение этих импульсов.Оно составит пик-пик 30 В при выключении, питание на катушке 7.4В,а длительность импульса около 40мкС и меньше.Если напряжение коллектор-эмиттер выдерживает такое напряжение,то диод можно и не ставить.Диод должен быть рассчитан на напряжение не менее 100В.

Меры по защите сигнализаторов при возникновении ЭДС самоиндукции

В целях устранения пагубного влияния ЭДС самоиндукции применяются искрогасящие цепи, устанавливаемые параллельно контактам реле или параллельно нагрузке.

Не вдаваясь в физику переходных процессов рассмотрим наиболее действенные и широко применяемые искрогасящие цепи постоянного и переменного тока.


Цепи постоянного тока

Кремниевый диод включается параллельно индуктивной нагрузке, при замыкании контактов и в установившемся режиме не оказывает никакого воздействия на работу схемы. При отключении нагрузки возникает напряжение самоиндукции, обратное по полярности рабочему напряжению, диод открывается и шунтирует индуктивную нагрузку. Диоды наиболее эффективно предохраняют контакты реле от обгорания и являются лучшим решением, по сравнению с любыми другими схемами искрогашения. Такой способ применим и к сигнализаторам с транзисторным выходом.


Правила выбора обратного диода:

  • Рабочий ток и обратное напряжение диода должны быть сравнимы с номинальным напряжением и током нагрузки. Для нагрузок с рабочим напряжением до 250В DC и рабочим током до 5 А вполне подходит распространенный кремниевый диод 1N4007 с обратным напряжением 1000В DC и максимальным импульсным током до 20 А;
  • Выводы диода должны быть как можно короче;
  • Диод следует припаивать (привинчивать) непосредственно к индуктивной нагрузке, без длинных соединительных проводов – это улучшает ЭМС при процессах коммутации.


Цепи переменного и постоянного тока

RC-цепь является наиболее дешёвым и широко применяемым средством защиты цепей как переменного, так и постоянного тока.

В отличие от диодных схем, RC-цепи можно устанавливать как параллельно нагрузке, так и параллельно контактам реле. В некоторых случаях нагрузка физически недоступна для монтажа на ней искрогасящих элементов, и тогда единственным способом защиты контактов остается шунтирование контактов RC-цепями.


Расчет RC-цепи, подключаемой параллельно контактам реле:

Проще всего пользоваться универсальной номограммой. По известным значениям напряжения источника питания U и тока нагрузки I находят две точки на номограмме, после чего между точками проводится прямая линия, показывающая искомое значение сопротивления R. Значение емкости С отсчитывается по шкале рядом со шкалой тока I. Номограмма дает разработчику достаточно точные данные, при практической реализации схемы необходимо будет подобрать ближайшие стандартные значения для резистора и конденсатора RC-цепи.


RC-цепь, подключаемая параллельно нагрузке:

Применяется там, где нежелательна или невозможна установка RC-цепи параллельно контактам реле. Для расчета предлагаются следующие ориентировочные значения элементов:

  • С = 0,5 … 1 мкф на 1 А тока нагрузки;
  • R = 0,5 … 1 Ом на 1 В напряжения на нагрузке или
  • R = 50…100% от сопротивления нагрузки.

Приведенные значения R и С не являются оптимальными. Если требуется максимально полная защита контактов и реализация максимального ресурса реле, то необходимо провести эксперимент и опытным путем подобрать резистор и конденсатор, наблюдая переходные процессы с помощью осциллографа.

Для защиты выходных транзисторных каскадов сигнализаторов RC-цепь подключают параллельно нагрузке.

Диод на реле зачем нужен

Тема: простая защита электронной схемы с катушками реле от ЭДС индукции.

На электронных схемах, где стоит электромагнитное реле, можно заметить, что параллельно его катушке припаян диод. Этот диод подсоединяется к обмотке обратным подключением. То есть, плюс диода (он же анод) будет лежать на минусе источника питания схемы, а минус диода (он же катод), будет находится на плюсе питания. Как известно, при таком способе подключения диода к питанию полупроводник находится в закрытом состоянии, он через себя не проводит электрический ток. Тогда возникает вопрос, а зачем он тогда нужен, если он работает как обычный диэлектрик?

А дело всё в том, что любая катушка, намотанная обычный образом (провод мотается в одном направлении) имеет помимо электрического сопротивления и индуктивность. Вокруг катушки при прохождении постоянного тока образуется электромагнитное поле. А в момент снятия напряжения с катушки, та энергия, которая была аккумулирована в этом электромагнитном поле резко преобразуется опять в электрическую. При этом на концах катушки появляется высоких разностный потенциал. То есть, проще говоря, в момент отключения от катушки питания на ней образуется кратковременный электрический всплески напряжения. Причем, этот всплеск ЭДС (электродвижущей силы) может в несколько раз превышать напряжение питания, которое ранее было подано на обмотку.

Такие скачки увеличенного напряжения, которые образуются на различных катушках, в том числе и на обмотке реле, способны негативно влиять на чувствительные элементы электронной схемы. Например, этот скачок легко может создать электрический пробой различных маломощных транзисторов, микросхем и т.д. Либо же это кратковременное увеличение напряжения может в момент процессов переключения реле вводить в электронную схему различные искажения, погрешности, плохо влиять на измерительные узлы и т.д. Одним словом явление возникновения подобных импульсов увеличенного напряжения – это плохо для любой электронной схемы.

А как же обычный диод может защитить от таких вот ЭДС скачков? Дело в том, что генерация ЭДС индукции имеет противоположную полярность, относительно подаваемого напряжения питания на катушку. Вначале мы на один конец катушки реле подавали плюс, а на второй – минус. При снятии напряжения питания с катушки полюса изменятся. Где был плюс, появится минус, а где был минус, появится плюс. Если наш защитный диод при одной полярности, когда идет питание катушки, находится в закрытом состоянии, работая как диэлектрик, то при другой полярности он уже будет переходить в открытое состояние. Другими словами говоря, при нормальной работе реле диод не будет себя проявлять как функциональный элемент, а при возникновении ЭДС индукции на катушки реле он сразу же станет проводником и замкнет этот импульс увеличенного напряжения на себе.

Может возникнуть вопрос. Если диод берет (замыкает) всю энергию ЭДС индукции катушки реле на себя, то не выйдет ли он от этого из строя (не сгорит ли)? Дело в том что у обычных катушек реле не столь большая энергия, что аккумулируется на ней в виде электромагнитного поля. Эта энергия имеет импульсный, одноразовый характер. Причем, при ЭДС индукции опасно именно увеличенное напряжение (относительно напряжения питания), токи же в этом импульсе достаточно малы. Задача диода нейтрализовать именно импульс увеличенного напряжения. Да и самый обычный, распространенный диод, такой как 1N4007 способне выдерживать обратное напряжение аж до 1000 вольт и прямой ток до 1 ампера (ток импульса намного меньше).

А какие диоды нужно ставить параллельно катушке реле, чтобы защитить электронную схему от подобный скачков напряжения ЭДС индукции? Как я только что уже сказал, энергия обычного маломощного реле (да и средней мощности) не такая уж и большая. Опасен именно сам увеличенный по напряжению импульс. Если питание катушки было, например, 12 вольт постоянного тока, то этот импульс может быть в несколько раз больше (ну пусть до 150 вольт, не больше). Токи, которые могут быть при этом импульсе могут иметь величину единицы и десятки миллиампер. На ток влияет диаметр провода, и его длина в катушке. Чем тоньше диаметр, и чем больше намотка, тем меньше ток. С напряжением наоборот. Чем больше витков в катушке, тем выше напряжение будет при ЭДС индукции.

Если не вдаваться в расчеты, то поставив на катушку обычного маломощного реле кремниевые диоды типа 1N4007 вы не ошибетесь. Их вполне хватит, чтобы надежно защитить электронную схему от подобный ЭДС импульсов, возникающих из-за переключающихся процессов.

Видео по этой теме:

Зная, как работает реле, Вы сможете осуществить различные схемы подключения к электропроводке автомобиля.

Что такое реле, и как оно работает? 5-тиконтактное реле
Обычно реле имеет 5 контактов (бывают и 4-хконтактные и 7-ми и т.д.). Если Вы посмотрите на реле внимательно, то увидите, что все контакты подписаны. Каждый контакт имеет своё обозначение. 30, 85, 86, 87 и 87А. На рисунке видно где, какой контакт.
Контакты 85 и 86 — это катушка. Контакт 30 — общий контакт, контакт 87А — нормально-замкнутый контакт, контакт 87 — нормально-разомкнутый контакт.

Что такое реле, и как оно работает? 5-тиконтактное реле
В состоянии покоя, т.е., когда на катушке нет питания, контакт 30 замкнут с контактом 87А. При одновременной подаче питания на контакты 85 и 86 (на один контакт «плюс» на другой — «минус», без разницы куда что) катушка «возбуждается», то есть срабатывает. Тогда контакт 30 отмыкается от контакта 87А и соединяется с контактом 87. Вот и весь принцип действия. Вроде бы ничего сложного.
Реле часто приходит на выручку во время установки дополнительного оборудования. Давайте рассмотрим простейшие примеры применения реле.

Блокировка двигателя.
Что такое реле, и как оно работает? Реле блокировки двигателяВ качестве блокируемой цепи может быть что угодно, лишь бы машина не заводилась при разорванной цепи (стартер, зажигание, бензонасос, питание форсунок и т.д.). Один контакт питания катушки (пусть 85) соединяем с проводом сигнализации, на котором появляется «минус» при постановке в охрану. На другой контакт катушки (пусть 86) подаём +12 Вольт при включении зажигания. Контакты 30 и 87А подцепляем в разрыв блокируемой цепи. Теперь, если попытаться завести автомобиль при включенной охране, контакт 30 разомкнётся с контактом 87А и не даст завести двигатель.

Эта схема используется, если у вас «минус» с сигнализации на блокировку выходит при постановке в охрану. Если у вас «минус» с сигнализации на блокировку выходит при снятии с охраны, тогда вместо контакта 87А используем контакт 87, т.е. разрыв цепи теперь будет на контактах 87 и 30. При таком подключении реле будет всегда в рабочем состоянии (разомкнутом) при работающем двигателе.

Инвертируем полярность сигнала (с «минуса» делаем «плюс» и наоборот). Подключаемся к слаботочным транзисторным выходам сигнализации.
Что такое реле, и как оно работает? Инвертируем сигнал с помощью реле Допустим, нам надо получить «минус», но у нас есть только «плюсовой» сигнал (например, у автомобиля положительные концевики, а у сигнализации нет входа положительных концевиков, а есть только вход отрицательных). На помощь опять приходит реле.

Подаём на один из контактов катушки (86) наш «плюс» (с концевиков автомобиля). На другой контакт катушки (85) и на контакт 87 подаём «минус». В итоге на выходе (контакт 30) получаем нужный нам «минус».
Если нам надо, наоборот, из «минуса» получить «плюс», то маленько меняем подключение. На контакт 86 подаём исходный «минус», а на контакты 85 и 87 подаём «плюс». В итоге на выходе (контакт 30) получаем нужный нам «плюс».
Если нам надо из слаботочного отрицательного выхода сигнализации (в сигнализации такие выходы могут называться по-разному и их назначение тоже различное: выход на 3-е зажигание, выход на открытие багажника, выход на закрытие стёкол и т.д.) сделать хороший мощный «минус» или «плюс», то тоже используем эту схему.
На контакт 85 подаём выход с сигнализации. На контакт 86 подаём «плюс». На контакт 87 подаём сигнал той полярности, который нам надо получить на выходе. В итоге на контакте 30 мы имеем ту полярность, которая на контакте 87.

Открытие багажника с брелока сигнализации.
Что такое реле, и как оно работает? Открытие багажника с брелока сигнализации Если в автомобиле стоит электрический привод багажника, то можно подключиться к нему автосигнализацией для открытия его с брелока сигнализации.
Если с сигнализации выходит слаботочный сигнал на открытие багажника (а чаще всего так и есть), то используем эту схему.
Прежде всего, находим провод на привод багажник, где появляется +12 Вольт при открытии багажника. Разрезаем этот провод. Тот конец разрезанного провода, который идёт к приводу, подцепляем к контакту 30. Другой конец провода подцепляем к контакту 87А. Выход с сигнализации подцепляем к контакту 86. Контакты 87 и 85 подцепляем на +12 Вольт.

Теперь, при подаче сигнала с сигнализации на открытие багажника, реле сработает и на провод электропривода багажника пойдёт «плюс». Привод сработает, и багажник откроется.
Это лишь немногие схемы подключения с использованием реле.

Ещё один элемент, который так же, как и реле, часто используется в установке автосигнализаций — диод.

Диод (от ди- и -од из слова электрод) — двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть, имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом.

Диоды бывают электровакуумными (кенотроны), газонаполненными (газотроны, игнитроны, стабилитроны), полупроводниковыми и др. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев применяются полупроводниковые диоды.
У нас при установке автосигнализаций тоже применяются полупроводниковые диоды.

Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода — контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом.

Полупроводниковый диод. Катод и анод диода. Полупроводниковый диод. Течение тока в диоде.

Полупроводниковые диоды — очень простые устройства. Кроме оценки силы тока диода, есть три основных вещи, которые вы должны держать в уме:
1. Катод (сторона с полосой)
2. Анод (сторона без полосы)
3. Диод пропускает «-» от катода к аноду (не пропускает «+») и «+» от анода к катоду (не пропускает «-»).

Подключение концевиков дверей с помощью диодов.
Немного про использование диодов при подключении автосигнализации к электропроводке автомобиля написано в статье Поиск концевиков.
Встречаются автомобили, у которых нет общей точки концевиков дверей, т.е. все концевики развязаны. Для каждой двери свой концевик. Например, Honda некоторые, Ford, GM и т.д.
При подключении автосигнализации в таких автомобилях можно подцепиться к плафону в салоне и запрограммировать функцию вежливой подсветки, можно тупо все провода концевиков связать вместе.
Первый способ не всегда может пройти. Почему, написано в статье Поиск концевиков.
Второй способ может подойти, если при таком виде подключения не нарушится функциональность некоторых приборов автомобиля. Если у вас на автомобиле на приборной панели показывается открытие каждой двери отдельно — такой способ не подойдёт. Если после установки автосигнализации у вас при открытии любой двери, а не только водительской, начинает пищать зуммер, указывающий об оставленном ключе в замке зажигания, значит, был применён вышеприведенный способ подключения концевиков.
В таких автомобилях при подключении автосигнализации правильнее всего использовать диоды.
Ниже приведены примеры подключения автосигнализации с использованием диодов к отрицательным и положительным концевикам дверей.

Полупроводниковый диод. Подключение отрицательных концевиков к автосигнализации при помощи диодов.Полупроводниковый диод. Подключение положительных концевиков к автосигнализации при помощи диодов.
Эти же схемы используются при подключении двух датчиков к одному входу (например, удара и наклонного).

Для соединения в схемах электрооборудования применяют автотракторные провода, которые делятся на провода низкого (до 48 В) и высокого напряжения. В качестве изоляции автотракторных проводов применяют попивинипхпоридный пластикат, который удовлетворяет следующим требованиям: масло-, бензо- и киспотостойкости, не распространением горения, работоспособности при высоких и низких температурах. Провода марок ПВА, ПВАЭ и ПВАЛ используют для соединений при температурах от -40 до + 105 С, провода остальных марок от -40 до +70 С. Если при соединении приборов требуется экранирование
провода, то применяют провода марок ПВАЭ и ПГВАЭ, а вспучае необходимости защиты проводов от
механических повреждений — провода с бронированной изоляцией марки ПГВАБ.
Для удобства отыскания соединений и цепей провода изготавливают следующих цветов: белого,
желтого, оранжевого, красного (бордо), розового, синего (голубого), зеленого, коричневого, черного,
серого и фиолетового. Сверху сплошного цвета допускается нанесение дополнительного цвета эмалью
ХС5103 в виде копец или полос (белой, черной, красной и голубой).
Для соединения подвижной пластины прерывателя в распределителе зажигания используют провод
марки ПЩОО сечением 0.5мм2.
В переносных пампах автомобилей применяют двухжильный провод марок ШПВУ и ПЛКТ. Соединение
аккумуляторной батареи с массой и двигателя производят медным неизолированным плетеным
проводом АМГ.
Срок службы проводов не менее 8 пет.
В зависимости от марки провода его сечение может быть следующих размеров: 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5;
4,0; 6,0; 10; 16; 25; 35; 50; 70; и 95 мм2. Ниже приведена зависимость между сечением провода и его
сопротивлением.

Сечение провода. мм2 0.5 0.75 1.0 1.5 2.5 4.0 6.0
Электрическое сопротивление Ом’м х 10? 3.7 2.5 1.85 1.2 0.72 0.46 0.29

Допустимые значения сипы тока при длительных нагрузках роводов сечением 0.5-16 мм2 при одиночной прокладке должны быть не выше указанных в таблице

При прокладке проводов сечением 0.5 — 4.0 мм2 в жгутах, в поперечном сечении которых по трассе содержится от двух до семи проводов, сила допустимого тока в проводе 1=0,551 (где / — сила тока по таблице), а при наличии 8-19 проводов -1=0,381. Сечение проводов стартера подбирают так. чтобы падение напряжения в проводе не превышало 0.2 В на каждые ЮОА потребляемого стартером тока.
Провода высокого напряжения, применяемые для соединения в цепях зажигания, подразделяются на обычные ППВ с металлическим многожильным проводником и помехоподавительные провода марок ПВВО и ПВВП. При использовании проводов ПВВ необходимо устанавливать наконечники с подавительными резисторами. Резистивный провод ПВВО состоит из жилы-сердечника (изготовленной из хлопчатобумажной пряжи и пропитанной сажевым раствором) в хлопчатобумажной или капроновой оплетке и изоляции из поливинилхлоридного пластиката или одно- или двухслойной резины. Недостаток провода ПВВО — трудность обеспечения надежного контакта между проводом и наконечником. Реактивные провода марки ПВВП имеют в центре льняную нить, на которую нанесен слой ферропласта 7 (20% поливинилхлоридного пластиката ПДФ и 80% ферритового порошка). Поверх ферропластового слоя намотана проволока диаметром 0.12 мм2 из сплава 40Н. являющаяся токопроводящей жилой. На нее наложена изоляция ПВХ пластиката. Подавление помех в этом проводе осуществляется как слоем ферропласта. так и проводником-спиралью. Провода марки ПВВП соответствует требованиям ЕЭК ООН на допустимые пределы радиопомех.

Импульсные диоды (их ещё называют сигнальными) используются в электрических схемах для передачи информации (сигнала). Таким образом от них требуется проводить только небольшие токи (до 100 мА).

Импульсные диоды общего назначения, такие как диод 1N4148, сделаны из кремния и имеют падение напряжения около 0.7 В.

Германиевые диоды, такие как OA90, имеют более низкое падение напряжения — 0.2 В. Это делает их подходящими для использования в электронных схемах радиоприёмников в качестве детекторов (для преобразования слабых радиосигналов в звуковые сигналы, также называемое детектированием).

Для общего использования, когда падение напряжения на диоде не имеет большого значения, применение кремниевых диодов предпочтительнее, т.к. они менее подвержены выходу из строя при перегреве в момент пайки, они имеют более низкое сопротивление и у них очень низкий ток утечки при подаче обратного напряжения.

Защитный диод на реле

Диод на реле используется для защиты транзисторов и микросхем от короткого высокого обратного напряжения, появляющегося при снятии напряжения с катушки реле (так называемой обратки). На схеме показано, как включается диод для защиты транзистора.

Ток, текущий через катушку реле, создаёт магнитное поле, которое пропадает при пропадании тока. Внезапное пропадание тока вызывает в катушке короткое высокое обратное напряжение, так называемая «ЭДС самоиндукции». Это напряжение может пробить ключевой элемент, который питает реле. Для гашения этого напряжения и ставится диод. На защиту реле не стоит ставить слаботочные диоды. К примеру, диод 1N4001 будет хорошим выбором.
Если реле запитывать через какой-либо выключатель, а не транзистор или микросхему, то диод можно не ставить.

Индуктивные муфты и способы минимизировать их влияние в промышленных установках


Сезар Кассиолато

Директор по маркетингу, качеству, проектам и услугам
SMAR Industrial Automation

[email protected]

Введение

Сосуществование оборудования различных технологий и неадекватность установок способствует излучению электромагнитной энергии и часто вызывает проблемы с электромагнитной совместимостью.

EMI — это энергия, которая вызывает нежелательную реакцию на любое оборудование и может возникать в результате искрения на щетках двигателя, переключения цепей напряжения, активации индуктивных и резистивных нагрузок, активации переключателей, автоматических выключателей, люминесцентных ламп, нагревателей, автомобильных зажиганий, атмосферных разрядов. и даже электростатический разряд между людьми и оборудованием, микроволновыми приборами, оборудованием мобильной связи и т.д., что может сильно повлиять на сеть связи. Это очень распространено в отраслях и на заводах, где электромагнитные помехи довольно часты в связи с более широким использованием оборудования, такого как сварочные инструменты, двигатели (MCC), а также в цифровых сетях и компьютерах в непосредственной близости от этих областей.

Самая большая проблема, вызванная электромагнитными помехами, — это случайные ситуации, которые постепенно ухудшают качество оборудования и его компонентов. EMI на электронном оборудовании может вызвать множество различных проблем, таких как сбои связи между устройствами одной и той же сети оборудования и / или компьютерами, аварийные сигналы, генерируемые без объяснения причин, действия на реле, которые не следуют логике, без команды, в дополнение к сгоранию электронные компоненты и схемы и т. д.Очень часто возникают шумы в линиях источника питания из-за плохого заземления и экранирования или даже ошибки в проекте.

Топология и расположение проводки, типы кабелей, методы защиты — это факторы, которые необходимо учитывать, чтобы минимизировать влияние электромагнитных помех. Имейте в виду, что на высоких частотах кабели работают как система передачи с перекрещенными и запутанными линиями, отражают и рассеивают энергию от одной цепи к другой. Поддерживайте соединения в хорошем состоянии.Неактивные соединители могут иметь сопротивление или стать радиочастотными детекторами.

Типичным примером того, как электромагнитные помехи могут повлиять на работу электронного компонента, является конденсатор, подверженный пиковому напряжению, превышающему его заданное номинальное напряжение. Это может привести к ухудшению диэлектрика, ширина которого ограничена рабочим напряжением конденсатора, что может создавать градиент потенциала, меньший, чем диэлектрическая жесткость материала, вызывая неисправность и даже возгорание конденсатора. Или, тем не менее, токи поляризации транзистора могут изменяться и вызывать их насыщение или обрезание, или сжигать его компоненты за счет эффекта джоуля, в зависимости от интенсивности.

В измерениях:

  • Не проявляйте халатность, неосторожность, безответственность и некомпетентность в решении технических проблем.
  • Помните, что у каждой установки и системы есть свои особенности безопасности. Получите информацию о них, прежде чем начинать работу.
  • По возможности обращайтесь к физическим нормам и правилам техники безопасности для каждой области.
  • Действуйте осторожно при измерениях, избегая контакта между клеммами и проводкой, так как высокое напряжение может вызвать поражение электрическим током.
  • Чтобы свести к минимуму риск потенциальных проблем, связанных с безопасностью, соблюдайте стандарты безопасности и стандарты местных секретных областей, регулирующих установку и эксплуатацию оборудования. Эти стандарты различаются в зависимости от региона и постоянно обновляются. Пользователь несет ответственность за определение правил, которым следует следовать в своих приложениях, и гарантировать, что каждое устройство установлено в соответствии с ними.
  • Неправильная установка или использование оборудования в нерекомендуемых приложениях может повредить производительность системы и, следовательно, процесс, а также стать источником опасности и несчастных случаев.Поэтому для выполнения работ по установке, эксплуатации и техническому обслуживанию привлекайте только обученных и квалифицированных специалистов.


Довольно часто надежность системы управления ставится под угрозу из-за ее некачественной установки. Обычно пользователи терпят их, но при внимательном рассмотрении обнаруживаются проблемы, связанные с кабелями, их укладкой и упаковкой, экранированием и заземлением.

Чрезвычайно важно, чтобы все вовлеченные лица были осведомлены, сознательны и, более того, были привержены обеспечению эксплуатационной надежности и личной безопасности завода.В этой статье содержится информация и советы по заземлению, но в случае сомнений всегда преобладают местные правила.

Контроль шумов в системах автоматизации жизненно важен, так как это может стать серьезной проблемой даже с лучшими устройствами и оборудованием для сбора данных и работы.

В любой производственной среде есть источники электрического шума, включая линии электропередач переменного тока, радиосигналы, машины и станции и т. Д.

К счастью, простые устройства и методы, такие как использование соответствующих методов заземления, экранирования, скрученных проводов, метода среднего сигнала, фильтров и дифференциальных усилителей, могут контролировать шум при большинстве измерений.

У преобразователей частоты есть коммутирующие системы, которые могут создавать электромагнитные помехи (EMI). Их усилители могут излучать значительные электромагнитные помехи на частотах от 10 МГц до 300 Гц. Скорее всего, этот шум при поездках может вызвать перебои в работе ближайшего оборудования. Хотя большинство производителей принимают надлежащие меры предосторожности в своих проектах, чтобы свести к минимуму этот эффект, полный иммунитет недостижим. Таким образом, некоторые методы компоновки, подключения, заземления и экранирования вносят значительный вклад в эту оптимизацию.

Снижение EMI ​​минимизирует начальные и будущие эксплуатационные расходы и проблемы в любой системе.

В этой статье мы увидим индуктивную связь.

Индуктивная муфта

«Мешающий кабель» и «пострадавший кабель» сопровождаются магнитным полем. См. Рисунок 1. Уровень помех зависит от изменения тока (di / dt) и взаимной индуктивности.

Рисунок 1 — Индуктивная связь — Физическое представление и эквивалентная схема

Индуктивная связь увеличивается с:

  • Частота: индуктивное реактивное сопротивление прямо пропорционально частоте (XL = 2πfL)
  • Расстояние между мешающим кабелем и кабелем-жертвой, а также длина кабеля, параллельная
  • Высота кабеля относительно базовой плоскости (над землей)
  • Сопротивление нагрузки кабеля или цепи помех.

Рисунок 2 — Индуктивная связь между проводниками

Методы уменьшения эффекта индуктивной связи между кабелями

  1. Ограничьте длину кабелей, идущих параллельно
  2. Увеличьте расстояние между тревожным кабелем и кабелем жертвы

  3. Заземлите один конец экрана обоих кабелей

  4. Уменьшите du / dt мешающего кабеля, увеличивая время нарастания сигнала, когда это возможно (резисторы, подключенные последовательно, или резисторы PTC в мешающем кабеле, ферритовые прокладки в мешающем и / или пострадавшем кабеле).

Рисунок 3 — Индуктивная связь между кабелем и полем

Методы уменьшения влияния индуктивной связи между кабелем и полем

  1. Ограничьте высоту кабеля (h) до земли
  2. По возможности размещайте кабель возле металлической поверхности

  3. Используйте витые кабели

  4. Используйте ферритовые уплотнительные кольца и фильтры EMI 4

    .

Рисунок 4 — Индуктивная связь между кабелем и контуром заземления


Методы уменьшения влияния индуктивной связи между кабелем и контуром заземления

  1. Уменьшите высоту (h) и длину кабеля.
  2. По возможности размещайте кабель рядом с металлической поверхностью

  3. Используйте витые кабели

  4. На высоких частотах заземлите экран в двух точках (будьте осторожны), а на низких частотах в одной точке

Таблица 1 — Минимальное расстояние между кабелями

Рисунок 5 — Помехи между кабелями: магнитные поля через индуктивную связь между кабелями и наведение переходного тока (электромагнитные наводки)

Электромагнитные помехи можно уменьшить:

  1. Витой кабель

  2. Оптическая изоляция

  3. За счет использования швеллеров и заземленных металлических ящиков

Рисунок 6 — Взаимная индуктивность между двумя проводниками

Чтобы минимизировать эффект индукции, используйте кабель витой пары, который уменьшает площадь (S) и уменьшает эффект наведенного напряжения Vb в зависимости от поля B, уравновешивая эффекты (среднее значение эффектов в зависимости от расстояний):

Витая пара состоит из пар проводов.Провода намотаны по спирали, чтобы за счет эффекта компенсации уменьшить шум и поддерживать постоянные электрические свойства среды по всей ее длине.

Эффект уменьшения при использовании скручивания эффективен из-за подавления потока, называемого Rt (в дБ):

Rt = -20 log {(1 / (2nl +1)) * [1 + 2nlsen (/ nλ)]} дБ

Где n — количество витков / м, а l — общая длина кабеля.См. Рисунки 7 и 8.

Эффект отмены уменьшает перекрестные помехи между парой проводов и снижает уровень электромагнитных / радиочастотных помех. Количество витков проволоки может меняться, чтобы уменьшить электрическую связь. Его конструкция обеспечивает емкостную связь между парными проводниками. Более эффективно работает на низких частотах (<1 МГц). Когда он не экранирован, он имеет недостаток в виде синфазного шума. Для низких частот, то есть, когда длина кабеля меньше 1/20 длины волны шумовой частоты, экран (сетка или экран) будет иметь одинаковый потенциал на всем протяжении, когда экран должен быть подключен только к одному заземлению. точка.На высоких частотах, то есть когда длина кабеля превышает 1/20 длины волны шумовой частоты, экран будет иметь высокую восприимчивость к шуму и должен быть заземлен с обоих концов.

В случае индуктивной связи Vnoise = 2πBAcosα, где B — поле, а α — угол, под которым поток пересекает вектор площади (A), или, тем не менее, в зависимости от взаимной индуктивности M: Vnoise = 2πfMI, где l — силовой кабель ток.

Рисунок 7– Эффект индуктивной связи в параллельных кабелях

Рисунок 8 — Минимизация эффекта индуктивной связи в скрученных кабелях

Рисунок 9 — Пример шума на индукцию

Рисунок 10 — Примеры кабеля Profibus рядом с силовым кабелем

Использование кабеля витая пара очень эффективно при условии, что индукция в каждой области скрутки приблизительно равна индукции соседней.Он эффективен в дифференциальном режиме в симметричных цепях и имеет низкий КПД на низких частотах в несимметричных цепях. В высокочастотных цепях с многоточечным заземлением эффективность высока, поскольку обратный ток имеет тенденцию течь по соседнему обратному току. Однако на высоких частотах в синфазном режиме этот кабель имеет небольшую эффективность.

Использование экрана в индуктивной муфте

Магнитное экранирование может применяться в источниках шума или в сигнальных цепях для минимизации эффекта связи.

Экранировать низкочастотные магнитные поля не так просто, как экранировать электрические поля. Эффективность магнитной связи зависит от типа материала и его проницаемости, толщины и используемых частот.

Из-за своей высокой относительной проницаемости сталь более эффективна, чем алюминий и медь на низких частотах (менее 100 кГц).

Однако на более высоких частотах можно использовать алюминий и медь.

Потеря абсорбции при использовании меди и стали для двух разных толщин показана на рисунке 11.

Рисунок 11 — Потеря абсорбции при использовании меди и стали

Магнитное экранирование этих металлов неэффективно на низких частотах.

Защита с помощью металлических воздуховодов

Далее мы увидим использование металлических каналов для минимизации токов Фуко.

Пространство между каналами способствует возникновению возмущений, создаваемых магнитным полем.Более того, эта неоднородность может способствовать разнице потенциалов между каждым сегментом воздуховода, и если скачок тока генерируется, например, в результате удара молнии или короткого замыкания, отсутствие непрерывности не позволит току течь через алюминиевый воздуховод и поэтому не защитит кабель Profibus.

В идеале каждый сегмент должен быть прикреплен к максимально возможной площади контакта, чтобы обеспечить большую защиту от электромагнитной индукции, и иметь проводник между каждым сегментом воздуховода с минимально возможной длиной, чтобы обеспечить альтернативный путь для токов в случае повышенного сопротивления. в прокладках между сегментами.

В правильно собранных алюминиевых каналах, когда поле проникает в канал, алюминиевая пластина создает магнитный поток, который изменяется в зависимости от времени [f = a.sen (wt)], и создает наведенную электродвижущую силу [E = — df / dt = awcos (вес)].

На высоких частотах ЭДС, индуцированная в алюминиевой пластине, будет сильнее, что приведет к более сильному магнитному полю, которое почти полностью нейтрализует магнитное поле, создаваемое силовым кабелем. Этот эффект подавления меньше на низких частотах.На высоких частотах отмена более эффективна.

Это эффект пластины и металлического экрана, который противодействует падению электромагнитных волн. Они генерируют свои собственные поля, которые минимизируют или даже сводят на нет поле через них и действуют как настоящая защита от электромагнитных волн. Они работают как клетка Фарадея.

Убедитесь, что пластины и соединительные кольца изготовлены из того же материала, что и кабельный канал / коробки. После сборки защитите места соединения от коррозии, например, цинковой краской или лаком.

Хотя кабели экранированы, экранирование от магнитных полей не так эффективно, как от электрических полей. На низких частотах витая пара поглощает большую часть воздействия электромагнитных помех. С другой стороны, на высоких частотах эти эффекты поглощаются экраном кабеля. По возможности подключайте кабельные коробки к системе эквипотенциальных линий.

Рисунок 12 — Защита от перенапряжения с использованием металлических каналов

Вывод

Каждый проект автоматизации должен учитывать стандарты, обеспечивающие адекватные уровни знаков, например, безопасность, требуемую приложением.

Ежегодно проводите профилактические работы по техническому обслуживанию и проверяйте каждое соединение в системе заземления, которое должно гарантировать качество каждого соединения с точки зрения прочности, надежности и низкого импеданса, гарантируя при этом отсутствие загрязнения и коррозии.

Эта статья не заменяет NBR 5410, NBR 5418, IEC 61158 и IEC 61784, а также профили PROFIBUS и технические руководства. В случае расхождений преимущественную силу имеют нормы, стандарты, профили, технические руководства и руководства производителя.По возможности обращайтесь к стандарту EN50170 для получения информации о физических нормах и правилах техники безопасности в каждой области.

В этой статье мы видели несколько подробностей об эффектах индуктивной связи и о том, как их минимизировать

Библиографическая ссылка

Back Emf | Физика

Цель обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните, что такое обратная ЭДС и как она индуцируется.

Было отмечено, что двигатели и генераторы очень похожи. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую, а двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Кроме того, двигатели и генераторы имеют одинаковую конструкцию. Когда катушка двигателя поворачивается, магнитный поток изменяется, и индуцируется ЭДС (в соответствии с законом индукции Фарадея). Таким образом, двигатель действует как генератор всякий раз, когда его катушка вращается. Это произойдет независимо от того, поворачивается ли вал под действием внешнего источника, например ременной передачи, или под действием самого двигателя.То есть, когда двигатель выполняет работу и его вал вращается, возникает ЭДС. Закон Ленца говорит нам, что ЭДС противодействует любому изменению, так что входной ЭДС, приводящей в действие двигатель, будет противодействовать самогенерируемая ЭДС двигателя, называемая обратной ЭДС двигателя. (См. Рисунок 1.)

Рис. 1. Катушка двигателя постоянного тока представлена ​​на этой схеме в виде резистора. Обратная ЭДС представлена ​​как переменная ЭДС, противоположная той, которая приводит в движение двигатель. Обратная ЭДС равна нулю, когда двигатель не вращается, и увеличивается пропорционально угловой скорости двигателя.

Обратная ЭДС — это выходная мощность генератора двигателя, поэтому она пропорциональна угловой скорости двигателя ω . Он равен нулю при первом включении двигателя, что означает, что катушка получает полное управляющее напряжение, а двигатель потребляет максимальный ток, когда он включен, но не вращается. По мере того, как двигатель вращается все быстрее и быстрее, обратная ЭДС растет, всегда противодействуя управляющей ЭДС, и снижает напряжение на катушке и величину потребляемого тока. Этот эффект заметен в ряде ситуаций.При первом включении пылесоса, холодильника или стиральной машины свет в той же цепи на короткое время тускнеет из-за падения IR , возникающего в линиях подачи из-за большого тока, потребляемого двигателем. Когда двигатель запускается впервые, он потребляет больше тока, чем при нормальной рабочей скорости. Когда на двигатель оказывается механическая нагрузка, например, электрическая инвалидная коляска, поднимающаяся в гору, двигатель замедляется, обратная ЭДС падает, течет больше тока и можно выполнять больше работы. Если двигатель работает на слишком низкой скорости, больший ток может его перегреть (из-за резистивной мощности в катушке, P = I 2 R ), возможно, даже сгореть.С другой стороны, если на двигатель нет механической нагрузки, он будет увеличивать свою угловую скорость ω до тех пор, пока обратная ЭДС не станет почти равной управляющей ЭДС. Тогда двигатель использует достаточно энергии только для преодоления трения.

Рассмотрим, например, катушки двигателя, представленные на рисунке 1. Катушки имеют эквивалентное сопротивление 0,400 Ом и приводятся в действие ЭДС 48,0 В. Вскоре после включения они потребляют ток I = В / R = (48,0 В) / (0,400 Ом) = 120 А и, таким образом, рассеивают P = I 2 R = 5 .76 кВт энергии на передачу тепла. При нормальных условиях эксплуатации для этого двигателя предположим, что противо-ЭДС составляет 40,0 В. Тогда при рабочей скорости полное напряжение на катушках составляет 8,0 В (48,0 В минус противоэдс 40,0 В), а потребляемый ток равен I = В / R = (8,0 В) / (0,400 Ом) = 20 А. Тогда при нормальной нагрузке рассеиваемая мощность составляет P = IV = (20 А) / (8,0 В) = 160 Вт. Последнее не вызовет проблем для этого двигателя, тогда как прежнее 5,76 кВт сгорит катушки, если будет продолжаться.

Сводка раздела

  • Любая вращающаяся катушка будет иметь наведенную ЭДС — в двигателях это называется обратной ЭДС, поскольку она противодействует входной ЭДС в двигатель.

Концептуальные вопросы

1. Предположим, вы обнаружили, что ременная передача, соединяющая мощный двигатель с кондиционером, сломана и двигатель вращается свободно. Стоит ли беспокоиться о том, что двигатель потребляет много энергии бесполезно? Объясните, почему да или почему нет.

Задачи и упражнения

1.Предположим, двигатель, подключенный к источнику 120 В, при первом запуске потребляет 10,0 А. а) Каково его сопротивление? (b) Какой ток он потребляет при нормальной рабочей скорости, когда у него возникает обратная ЭДС 100 В?

2. Двигатель, работающий от электричества 240 В, имеет обратную ЭДС 180 В на рабочей скорости и потребляет ток 12,0 А. а) Каково его сопротивление? б) Какой ток он потребляет при первом запуске?

3. Какова обратная ЭДС у двигателя на 120 В, который потребляет 8,00 А при нормальной скорости и 20 А при нормальной скорости.0 А при первом запуске?

4. Двигатель игрушечной машинки работает от напряжения 6,00 В, развивая обратную ЭДС 4,50 В при нормальной скорости. Если он потребляет 3,00 А при нормальной скорости, какой ток он потребляет при запуске?

5. Integrated Concepts Двигатель игрушечной машины питается от четырех последовательно соединенных батарей, которые производят полную ЭДС 6,00 В. Двигатель потребляет 3,00 А и развивает обратную ЭДС 4,50 В при нормальной скорости. Каждая батарея имеет внутреннее сопротивление 0,100 Ом. Какое сопротивление мотора?

Глоссарий

задняя ЭДС:
ЭДС, генерируемая работающим двигателем, поскольку она состоит из катушки, вращающейся в магнитном поле; он противостоит напряжению, питающему двигатель

Упражнения

1.(а) 12,00 Ом (б) 1,67 А

3. 72.0 В

5. 0,100 Ом

Что такое индуктор | Типы индукторов | Что такое индуктивность, последовательное, параллельное соединение

Индуктор:

Катушка индуктивности накапливает энергию в виде магнитного поля. Это двухконтактное устройство, состоящее из катушки, намотанной на сердечник. На схеме индуктор имеет катушку с числом витков N. Идеальный индуктор, внутреннее сопротивление катушек равно нулю.Но все индукторы обладают своим собственным свойством противодействовать прохождению тока. которое называется реактивным сопротивлением индуктивности.

Подобно резистору и конденсатору, индуктор также является пассивным компонентом.

При круговой намотке металлической проволоки получаем индуктор. Обозначение индуктора показано на рисунке. Он обозначается буквой L, а его единица — Генри Х.

.

Практически Генри становится большим подразделением. Обычно мы используем меньшие единицы Миллигенри (mh) и микро Генри (μh).

Материал на катушке ранен, это называется сердечником индуктора. Когда катушка намотана из металла, мы получаем индуктор с железным сердечником, а материала нет, а с круглыми крыльями мы получаем индуктор с воздушным сердечником.

Индуктор работает только в цепи переменного тока. В цепях постоянного тока индуктор действует как путь короткого замыкания к току. Из-за этого свойства трансформатор не должен заряжаться от источника постоянного тока. Кроме того, еще одно важное свойство индуктора (ток через индуктор не может быть изменен мгновенно) используется в ЧРП, схеме фильтра, SMPS, ИБП, зарядках аккумуляторов, электродвигателях, индукторах повсюду в мире и т. Д.

Работа индуктора:

Согласно магнитному эффекту электрического тока, когда ток проходит через катушку или проводник, создает магнитное поле вокруг этого проводника. Это составляет основной принцип дирижера.

Магнитное поле создает магнитный поток вокруг проводника. Этот поток заряжается по мере прохождения тока через катушку индуктивности.

Согласно закону Фарадея ЭДС индуцируется в проводнике всякий раз, когда поток, связанный с этим проводником, заряжается.

Рассмотрим замкнутую цепь, в индукторе I — ток (поток электронов или зарядов), индуктор создает поток pi, индуктор намотан с числом витков N; Согласно закону Фарадея из-за скорости изменения потоковых связей в катушке индуцируется ЭДС. ЭДС индуцирует отсутствие физического движения катушки или потока, индуцированная ЭДС называется самоиндуцированной ЭДС. Если в катушке N витков, то общий поток, соединенный N витками, равен ..

Следовательно, общие потокосцепления в катушке индуктивности прямо пропорциональны току I, то есть

Здесь пропорциональная константа L — это индуктивность катушки. Единица измерения индуктивности в системе СИ — Генри.

Что такое собственная индуктивность:

Свойство катушки, которое противодействует любому изменению тока, проходящего через нее, называется самоиндукцией или только индуктивностью.

L = Nɸ / I единица Генри (H)

Взаимоиндуцированная ЭДС

Если поток, создаваемый одной катушкой, связан со второй катушкой, и если изменение потока, создаваемого первой катушкой, индуцирует ЭДС во второй катушке, то такая, как ЭДС, называется взаимно индуцированной ЭДС.

Рассмотрим две катушки: катушка A и катушка B с числом витков N1 и N2 соответственно. Ток I1, протекающий через катушку A, создает магнитный поток 1. Некоторые части потока связаны с катушкой B. Это называется взаимным потоком 2.

Когда мы изменяем величину тока, протекающего через катушку A, с помощью переменного сопротивления, связанный поток становится ɸ1, а 2 также заряжается. Согласно закону Фарадея заряд в потоке индуцирует ЭДС в катушке.

Любой заряд в токе I1 индуцирует ЭДС в катушке B.это явление называется взаимно индуцированной ЭДС.

Давайте посмотрим на понятие обратной ЭДС.

Индуктор — это компонент, который противодействует заряду в токе, протекающем через него, поэтому всякий раз, когда ток, протекающий через проводник, заряжает индуктор, развивает ЭДС. Амплитуда ЭДС точно равна противоположной VL.

Амплитуда ЭДС = -VL = -L * di / dt

Это известно как обратная ЭДС

Разница между индуктором и индуктивностью:

Индуктор — это материал, который используется для установления теоретически рассчитанного значения индуктивности катушек в практическом мире, где индуктивность — это значение индуктивности.

Просто,

Индуктор: Материал

Индуктивность: Свойство индуктора, значение, используемое для разработки конкретного индуктора.
[wp_ad_camp_1]

История:

Индуктивность была открыта американским физиком Джозефом Генри в 1830 году и Михалом Фарадеем на разных континентах. Фактически, первый индуктор был открыт Михалом Фарадеем. Символ L для обозначения индуктивности в честь физика Генриха Ленца. В системе СИ единицей измерения индуктивности является Генри с символом единицы H, названным в честь Джозефа Генри, который открыл индуктивность независимо от Фарадея, но не раньше.

См. Также : История электротехники

Квартир:

Единица индуктивности — Генри, единица измерения тока — Ампер, единица потока — Вебер.

Определение одного Генри:

Катушка индуктивности производит 1 Вебер на один ампер, что означает, что значение индуктивности равно одному Генри.

Предположим, что величина магнитного потока изменяется во времени, тогда величина магнитного потока также изменяется во времени. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменяющийся во времени магнитный поток создает наведенное напряжение на каждом витке, равное производной магнитного потока, следовательно, напряжение V на N витках равно

Следовательно, катушка имеет индуктивность 1 Генри, если в катушке индуцируется ЭДС I вольт, когда ток изменяется равномерно со скоростью 1 ампер / сек.

Напряжение V появляется на выводах катушки, и оно имеет тенденцию противодействовать току, входящему в катушку.

От двух напряжений…

Поток прямо пропорционален току, протекающему по проводнику.

Кроме того, энергия, запасенная в катушке индуктивности, равна ..

Серия

и параллельное соединение индуктора:

Индуктор Параллельное соединение:

Катушки индуктивности в параллельной конфигурации имеют одинаковую разность потенциалов (напряжение).Чтобы найти их общую эквивалентную индуктивность (Leq):

Последовательных индукторов:

Ток через катушки индуктивности, включенные последовательно, остается неизменным, но напряжение на каждой катушке индуктивности может быть разным. Сумма разностей потенциалов (напряжения) равна общему напряжению. Чтобы найти их общую индуктивность:

Типы индукторов:

Катушки индуктивности делятся на четыре типа

  • Связанные индукторы
  • Многослойный индуктор
  • Керамический индуктор
  • Литой индуктор

Спаренный индуктор

В связанных индукторах существует магнитный поток, который зависит от других проводников, с которыми они связаны.Когда необходима взаимная индуктивность, часто используются связанные индукторы. Трансформатор представляет собой спаренную катушку индуктивности.

Многослойный индуктор

Этот индуктор состоит из многослойной катушки, намотанной на сердечник несколько раз. В результате наличия нескольких слоев и изоляции между ними. Многослойные индукторы высокого уровня индуктивности.

Дроссели с керамическим сердечником

Существует множество видов сердечников, и индукторы с керамическим сердечником уникальны, поскольку имеют диэлектрический керамический сердечник i.е. он имеет очень низкие искажения и гистерезис.

Литые индукторы

Эти индукторы имеют пластиковую или керамическую изоляцию. Они используются в печатных платах.

См. Также:

Ключевые точки:

  • Значение индуктивности или скорость изменения тока удвоились, наведенная ЭДС также удвоилась
  • Индуктор
  • работает по закону электромагнитной индукции Фарадея.
  • Индуктор
  • не допускает мгновенных изменений тока.
  • Индуктивность — это свойство индуктора препятствовать прохождению тока.
  • Поток, создаваемый в индукторе, прямо пропорционален току, протекающему через него.
  • Индуктор
  • работает от источника переменного тока; он создает путь короткого замыкания к источнику питания постоянного тока. Следовательно, индуктор не может использоваться в цепи постоянного тока.

См. Также : Что означает обрыв цепи

Самоиндуктивность против взаимной индуктивности:

Самоиндуктивность определяется как свойство индуктора, которое индуцирует ЭДС в той же цепи из-за изменений тока.пример: горячая катушка

Где взаимная индуктивность определяется как ЭДС, индуцированная в другой цепи изменением тока в другой цепи. Пример: трансформатор

См. Также:

Взаимная индуктивность не может возникнуть без собственной индуктивности | Разница


Эй, сегодня мы узнаем интересный и сбивающий с толку факт о самоиндукции или самоиндукции, взаимной индуктивности или взаимной индукции. Это очень важные и базовые знания о магнитной цепи, которые вы должны иметь.Электротехника будет для вас очень легкой, если у вас будут четкие базовые знания, она поможет вам разобраться в любой сложной теме электротехники.

Прежде всего, давайте узнаем , что такое индуктивность?

Свойство катушки индуктивности или любой катушки, благодаря которому она противодействует изменениям тока, протекающего через нее, называется индуктивностью. Когда через катушку протекает переменный ток, происходит изменение магнитного потока. Когда эти магнитные потоки разрезают проводники этой катушки, возникает ЭДС, которая препятствует изменению тока.

Самоиндукция или самоиндукция


Когда через катушку протекает переменный ток, возникает изменяющийся магнитный поток, который перерезает проводники этой катушки, в результате чего возникает ЭДС. Эта индуцированная ЭДС будет противодействовать изменениям тока. ЭДС противодействует изменениям тока, для которых она индуцируется.

Итак, самоиндукция происходит в одной катушке индуктивности или индуктивности. Проще говоря, самоиндуктивность называется индуктивностью, которая возникает в катушке из-за тока, протекающего в той же катушке.

Взаимная индукция или взаимная индукция


Когда две катушки расположены параллельно друг другу и питание подается только на одну катушку, то поток, создаваемый в этой катушке, перережет проводники обеих катушек. В результате в обеих катушках будет наведена ЭДС. Таким образом, индукция ЭДС в катушке из-за потока другой катушки называется взаимной индукцией.

Здесь вы можете видеть на рисунке ниже, две катушки взяты и почти сохранены. Только катушка 1 запитана от источника питания.

Здесь вы можете видеть, что поток, создаваемый в катушке 1, разрезает проводники обеих катушек, поэтому ЭДС также индуцирует в обеих катушках.Здесь индукция ЭДС в катушке 1 называется самоиндукцией, а индукция ЭДС в катушке 2 называется взаимной индукцией.

Почему взаимная индуктивность не может возникнуть без самоиндуктивности?


Мы уже знаем, что взаимная индуктивность возникает, когда магнитный поток, создаваемый в катушке, вызывает наведенную ЭДС в другой катушке. Таким образом, ясно, что когда две катушки находятся рядом, сначала происходит самоиндукция в той катушке, которая возбуждается источником питания, а затем возникает взаимная индуктивность в другой соседней катушке.

Разница между самоиндуктивностью и взаимной индуктивностью


Самоиндуктивность возникает в катушке из-за тока, протекающего в такая же катушка. Взаимная индуктивность возникает в катушке из-за тока, протекающего в другом соседнем катушка.
Самоиндуктивность препятствует прохождению тока в катушке и ограничивает его. Взаимная индуктивность вызывает протекание тока в катушке.
Сначала возникает самоиндукция, затем возникает взаимная индуктивность. Взаимная индуктивность не может возникнуть без самоиндукции.
Самоиндуктивность зависит от тока, протекающего через него, а не от витки катушки. Взаимная индуктивность зависит от количества витков катушки и расстояние между двумя соседними катушками.
Самоиндуктивность возникает в катушках индуктивности, когда они поставляются с переменный ток. Взаимная индуктивность возникает в трансформаторах, асинхронных двигателях и т. Д.

Спасибо, что посетили сайт. продолжайте посещать для получения дополнительных обновлений.

Почему и как защитить свое снаряжение от ЭМИ

Некоторые ссылки в этом сообщении могут содержать партнерские ссылки для вашего удобства. Как сотрудник Amazon я зарабатываю на соответствующих покупках.

Одно из самых страшных событий выживания, о котором должны беспокоиться выживальщики, — это атака с использованием высокогорного электромагнитного импульса, также называемого HEMP.Все ядерное оружие создает ЭМИ, но при взрыве высоко в атмосфере генерируемое ЭМИ настолько велико, что может разрушить электронику и навсегда вывести из строя энергосистему по всей стране. Из-за этого многие выживальщики заинтересованы в мерах защиты своей электроники от ЭМИ.

Хотя в последнее время появилось несколько развлекательных площадок, посвященных этому типу событий, типичных для Голливуда, изменения в физике и реальности были внесены, чтобы лучше соответствовать сюжету.Давайте рассмотрим некоторые факты и то, как вы можете защитить свое чувствительное электронное оборудование от атаки ЭМИ.

Трудно найти фактическую информацию по

Первое, на что нам нужно обратить внимание, это явная нехватка информации об ЭМИ и ее эффектах. Большая часть того, что мы знаем, — это ядерные испытания, как американские, так и советские, в 1960-х годах. Данные и информация после этого периода все еще строго засекречены, поэтому все, что нам нужно, — это то, что было рассекречено из этой более ранней эпохи испытаний.Однако этой информации, наряду с некоторыми недавними данными, достаточно, чтобы сделать некоторые разумные прогнозы.

Второе, что нам нужно понять, — это то, что HEMP-атака на Соединенные Штаты почти ничем не примечательна. Эксперты прогнозируют, что 70–90% американцев будут мертвы в течение 12–18 месяцев после атаки ЭМИ. Причина этого — крайняя зависимость от электричества и делокализация ресурсов, таких как еда, вода и возможности санитарии.

EMP живучесть, но к ней нужно начинать готовиться.В отличие от других стихийных бедствий, здесь нет предупреждения или предвестника, а также нет возможности «завершить подготовку», как только оно произойдет. ЭМИ — мгновенное событие. Через секунду после атаки ЭМИ он гаснет навсегда.

Через секунду после атаки ЭМИ он погаснет навсегда. Нажмите, чтобы твитнуть

Не менее смертоносен корональный выброс массы

Корональный выброс массы, или CME, — еще одно событие, которое может вывести из строя всю энергосистему. Когда сильно заряженные частицы плазмы с поверхности Солнца врезаются в магнитосферу Земли, они индуцируют электрический ток в длинных металлических нитях, таких как провода и трубы.Эта индукция тока разрушит трансформаторы, необходимые для передачи электроэнергии по сети, по существу сводя на нет способность энергосистемы оставаться в рабочем состоянии.

Однако, в отличие от ЭМИ, событие CME не разрушает электронные устройства, если только они не подключены к электросети или длинным линиям, которые будут собирать наведенный ток. Подробнее о различиях между EMP и CME вы можете прочитать здесь.

Зачем защищать электронику?

В этой статье мы расскажем, как сделать простую клетку Фарадея для защиты ваших электронных устройств.Есть две основные причины, по которым вы хотите защитить свое оборудование от ЭМИ. Во-первых, способность общаться по радио и генерировать энергию могут дать вам огромное тактическое преимущество при попытке выжить в бессильном мире.

Второй — это огромный объем информации, который можно хранить в цифровом формате. Поскольку сегодня вряд ли кто-нибудь помнит, как вести себя в «старом мире», эта информация позволит вам начать заново свою жизнь на уровне середины 1800-х годов.

Что такое клетка Фарадея?

Клетка Фарадея названа в честь Майкла Фарадея, ученого, открывшего ее свойства защиты от электромагнитных волн, включая электричество.Вы можете построить дома простые клетки Фарадея по очень низкой цене, которые будут работать так же хорошо, как и дорогие, используемые государством. Все, что для этого нужно, — это обычные предметы домашнего обихода.

Клетка Фарадея защищает свое содержимое, предотвращая попадание внутрь электромагнитной энергии. В дорогих блоках Фарадея используется комбинация мелкой медной сетки и прочного алюминия. Вы можете построить свой собственный дом, используя алюминиевую фольгу и мусорное ведро из оцинкованной стали. Кстати, экранирование Фарадея на самом деле не обязательно должно быть клеткой, это просто все, что блокирует электромагнитное излучение.

В Интернете есть множество мест, где утверждается, что все, что вам нужно сделать, это положить свое оборудование в микроволновую печь или майларовый пакет, и оно будет защищено от ЭМИ. Было бы замечательно, если бы они сработали, но, к сожалению, я очень скептически к ним отношусь. Вы можете легко протестировать их и убедиться в этом сами.

Частоты для EMP варьируются от приблизительно AM-радио до приблизительно FM-радио (на самом деле частоты EMP имеют гораздо более широкий диапазон, но сравнение AM / FM-радио достаточно близко).Сигналы AM достигают 540 кГц, а диапазон FM-радио ограничивается 108 МГц. Не волнуйтесь, если эти частоты для вас ничего не значат. Важно знать, что вы можете проверить, насколько эффективно контейнер будет работать при экранировании электромагнитных частот, просто используя AM / FM-радио.

Сначала настройте радио на FM-станцию ​​с сильным сигналом и увеличьте громкость. Поместите его в клетку Фарадея, которую вы проверяете, и послушайте, чтобы убедиться, что радиостанция все еще принимается радио. Не волнуйтесь, если это не так, потому что FM-сигналы очень легко защитить.

Затем настройте радио на сильную AM-станцию ​​и повторите попытку. Низкочастотные сигналы AM очень хорошо проникают в объекты. Если вы больше не слышите AM-станцию, это хороший знак. Все, что может блокировать сильные радиосигналы AM и FM, вероятно, станет хорошей клеткой Фарадея. Однако имейте в виду, что мощность этих сигналов в вашем доме относительно мала (если только вы не живете под радиомачтой).

Это важно знать, потому что в Интернете вы увидите видеоролики, в которых люди кладут свои сотовые телефоны в микроволновую печь, майларовую сумку или какой-либо другой тип защиты «Фарадея» и демонстрируют эффективность, показывая, как сотовый телефон теряет сигналы Wi-Fi и вышек сотовой связи. .

Сотовые сигналы изначально очень слабые, и их очень легко заблокировать. Эти демонстрации не являются хорошими тестами для защиты от ЭМИ. Пищевой майларовый пакет не помешает даже 11-ваттному сигналу Wi-Fi (частота 2,4 ГГц) достичь моего iPhone, когда он находится рядом с беспроводным маршрутизатором. Это определенно не остановит разрушительный импульс ЭМИ.

Я сам проводил испытания средств защиты от ЭМИ

В поисках недорогого способа защиты моего электронного оборудования от ЭМИ автор лично протестировал несколько методов.Как я уже упоминал, тесты несовершенны, потому что мы тестируем только определенный диапазон частот, но мы можем получить действительно хорошую информацию из этих тестов.

Одно испытание заключалось в том, чтобы оказаться на вершине горы, заполненной радиоантеннами. Общая мощность всех этих радиовышек составляла 9 000 000 ватт радиочастотной энергии! Еще одно испытание проводилось на базе AM-станции мощностью 50 000 ватт.

Итак, что сработало?

Используя тест радио AM / FM, было обнаружено, что и майларовые пакеты, и микроволновые печи не подходили для клеток Фарадея.Оба они потерпели неудачу в моем доме. Они просто не работали. Когда я настроил AM-радио на станцию ​​с сильным сигналом и поставил его в микроволновую печь, я все еще мог слышать станцию. Экранирование микроволновой печи настроено так, чтобы блокировать сигналы в диапазоне 2,4 ГГц, который такой же, как у большинства маршрутизаторов WiFi (большинство сотовых телефонов также близки к этому диапазону). Таким образом, когда вы вставляете в них свой мобильный телефон, неудивительно, что они теряют сигнал. Они также могут блокировать большинство FM-радиостанций. Однако из-за природы более длинных радиоволн AM-сигналы проходят прямо через экранирование современных микроволновых печей.

Поскольку майларовые пакеты намного легче транспортировать, чем микроволновую печь, они были протестированы на местах установки радиоантенн. Даже плотно завернув радиоприемник в два майларовых мешка, сигналы все равно проходили. Фактически, майларовые мешки, похоже, вообще не уменьшали радиочастотное излучение.

Оказывается, что очень эффективная мера защиты от ЭМИ или экранирование может быть сделана из алюминиевой фольги. Обычная сверхпрочная алюминиевая фольга успешно блокировала все девять миллионов ватт радиочастотной энергии от попадания в радиоприемники.Радио нужно было заворачивать в три слоя, но все заработало! Однако для сигналов AM мне понадобилось пять слоев, чтобы успешно блокировать радиочастотную энергию.

Это означает, что вы сможете легко защитить свое электронное оборудование от ЭМИ, просто обернув его алюминиевой фольгой. Я также обнаружил, что размещение радио в фольге внутри мусора из оцинкованной стали может значительно повысить эффективность экранирования.

Вот как это сделать

Для начала следует помнить о нескольких вещах:

  • Устройство должно быть полностью покрыто как минимум 3 слоями алюминиевой фольги.
  • Используйте минимум 5 слоев, если вы не собираетесь использовать второй слой экранирования, например металлический мусорный бак.
  • Фольга не должна напрямую контактировать с устройством, поэтому сначала оберните ее бумагой или тканью. Я использую ткань.
  • Обернутое фольгой устройство не должно касаться внутренней части внешнего контейнера Фарадея.
  • Чтобы клетка Фарадея была эффективной, металл должен полностью окружать защищаемое устройство.
  • Используйте прочную алюминиевую фольгу, чем толще, тем лучше.

Когда вы заворачиваете электронное устройство, важно, чтобы оно не касалось фольги. В противном случае это все равно, что сделать антенну для ЭМИ, чтобы добраться прямо до объекта, который вы пытаетесь защитить. Вы можете защитить это, завернув устройство в бумагу, вощеную бумагу, конверт или картонную коробку. Что лучше всего подходит для того, что вы оборачиваете фольгой. Если устройство имеет выступы, лучше всего обернуть его чем-то более толстым, чем тонкая полиэтиленовая пленка или бумага. Используйте какую-нибудь коробку или конверт.Это предотвратит продвижение предмета сквозь фольгу.

Удалите батарейки из электроники.

Если в вашем устройстве есть антенна, которая не убирается и не складывается в устройство и может быть снята, снимите ее. То же самое для любых шнуров или проводов. Снимать их не обязательно, но это может затруднить заворачивание. Вы не должны рисковать выступающими частями и протыкать фольгу, так как это приведет к аннулированию любой защиты Фарадея. Просто убедитесь, что все провода, шнуры и антенны полностью находятся внутри фольги.

Если в устройстве есть съемный аккумулятор, извлеките его и храните отдельно. Последнее, что вам нужно, — это узнать, что батареи протекли и разрушили оборудование, которое вы приложили столько усилий, чтобы защитить.

Вы можете использовать что-нибудь непроводящее, чтобы обернуть устройства, здесь я использовал старый лист и полиэтиленовую пленку. Тканевый лист предотвращает протыкание «острых» частей устройства через фольгу, а пластиковая пленка удерживает ткань, удерживая ткань на месте. Я мог бы использовать ленту, но пластиковая пленка многоразовая, и я могу видеть сквозь нее, чтобы убедиться, что ткань на месте.Я не использую пластиковую пленку непосредственно на устройствах, так как не хочу, чтобы буквы или отпечатки на устройстве прилипали к пластику при длительном хранении и отслаивались, когда я снимаю пленку.

Все завернуто.

Оберните устройство фольгой, убедившись, что все области вокруг устройства имеют как минимум 3 слоя. Если вы не собираетесь хранить эти обернутые фольгой предметы в другом контейнере Фарадея, обязательно оберните устройство 5 слоями фольги. Проведенные мною тесты показали, что упаковка каждого слоя по отдельности работает лучше, чем складывание фольги в двойной слой с последующим обертыванием.

Вам не нужно упаковывать каждый товар отдельно. Вы можете сэкономить время и место и избежать необходимости использовать ткань и полиэтиленовую пленку, поместив несколько устройств в небольшую сумку, тканевый мешочек или коробку.

Сложите снаряжение в сумку.

Что делать, если вы хотите защитить устройства с внутренними батареями, которые нельзя извлечь? Многие из этих предметов были бы полезны в мире после ЭМИ, но вам нужно будет определить способ их хранения и периодически подзаряжать батареи.

После того, как вы обернули все свои устройства в несколько слоев алюминиевой фольги, вы сделали большой шаг в их защите от ЭМИ.Однако вам следует поместить все эти обернутые фольгой предметы в другой слой защиты Фарадея, ЭМИ — это чрезвычайно мощный импульс, и каждый слой между ним и устройством снижает его способность разрушать электронику.

Наденьте крышку!

Один из самых простых способов сделать этот второй слой — бросить их в мусорное ведро из оцинкованной стали. Удивительно, насколько хорошо это работает с плотно закрывающейся крышкой.

Поскольку вам нужно, чтобы предметы внутри банки не касались внутреннего металла банки, выстелите мусорное ведро картоном.Если обернутый фольгой предмет касается внутренней части банки, это похоже на то, что существует только один уровень защиты, и в конечном итоге ЭМИ может быть направлено прямо на устройство. Ничего хорошего.

После того, как вы обернули вещи и выстилаете банку, поместите их в банку и закройте крышку. Вы можете закрепить крышку изолентой, чтобы случайно не сорвать крышку. Любой зазор между крышкой и банкой теряет способность функционировать как клетка Фарадея. Если у вас есть место, оберните предметы побольше тканью, чтобы защитить их от случайного смещения и образования трещин или дыр в фольге при перемещении банки.

Как видно из рисунка выше, в мусорном ведре объемом 31 галлон много места. Упакуйте предметы, которые можно оставить запечатанными в фольге на неопределенное время, внизу и положите сверху предметы, которые необходимо проверить или зарядить батареи. Если вам случится наполнить банку оборудованием, убедитесь, что вы положили сверху ткань или другой непроводящий материал, чтобы ничто не могло касаться внутренней части крышки банки или верха по бокам. Кроме того, убедитесь, что между крышкой и банкой есть контакт металл-металл.Не кладите краску, скотч или что-либо, что могло бы попасть между банкой и крышкой, так как это, скорее всего, сделает банку неэффективной в качестве клетки Фарадея.

Одна заключительная записка

Если когда-нибудь случится атака ЭМИ, не спешите открывать клетку Фарадея и вытаскивать свое снаряжение. Враг может выстрелить первым ЭМИ, а затем подождать несколько дней или неделю, прежде чем выстрелить еще одним. Таким образом они могли гарантировать, что разрушают как можно больше.

Рассмотрите возможность размещения двух комплектов снаряжения в отдельных клетках Фарадея.Первый будет небольшим, и в нем будет всего несколько предметов, например, AM / FM / коротковолновое радио и несколько раций. Ваш второй будет больше и содержать все ваше основное снаряжение, которое вы откроете только через разумный промежуток времени или когда вам понадобится оборудование внутри.

Как видите, защитить электронное оборудование несложно. Хотя EMP уничтожит большую часть электронного оборудования и отключит электросеть, приняв простые меры предосторожности, вы можете убедиться, что у вас есть работающее оборудование, чтобы немного облегчить переход к совершенно новому образу жизни.

Подробнее о подготовке к EMP

Эти романы описывают выживание с помощью ЭМИ — развлечение И пищу для размышлений!

Следующие две вкладки изменяют содержимое ниже. Роб Ханус является автором нескольких книг, в том числе «Контрольный список возможностей для обеспечения готовности» и «Выживание при ЭМИ». Он также является основателем и ведущим сайта http://ThePreparednessPodcast.com/.

Новые вопросы «индукции? Tab = newest & page = 2» — Обмен электротехническими стеками

Новейшие «индукционные?» Tab = newest & page = 2
Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange
  1. 0
  2. +0
  3. Авторизоваться Подписаться
Электротехнический стек Exchange лучше всего работает с включенным JavaScript

Ваша конфиденциальность

Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в ​​отношении файлов cookie.

Принимать все файлы cookie Настроить параметры

Электрика и электроника JAA Atpl

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 11 по 34 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 40 по 43 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 50 по 57 не показаны при предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 69 по 70 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 75 по 77 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 82 по 102 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы со 107 по 125 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 130 по 132 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 149 по 204 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 214 по 215 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 225 по 234 не отображаются при предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 244 по 263 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Page 273 не отображается в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 285 по 293 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 298 по 304 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 311 по 314 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 319 по 347 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Страницы с 358 по 370 не показаны в этом предварительном просмотре.

Вы читаете бесплатный превью
Page 374 не отображается в этом предварительном просмотре.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.