Vrijeme kašnjenja faze u Rc krugu. Diferenciranje i integracija RC kola. Odabir parametara sigurnosnog lanca

Imamo puno pravo da pređemo na razmatranje kola koja se sastoje od ovih elemenata :) To ćemo danas uraditi.

I prvi krug čiji ćemo rad razmotriti je diferencirajuće RC kolo.

Diferencijalno RC kolo.

Iz naziva kruga, u principu, već je jasno kakvi su elementi uključeni u njegov sastav - kondenzator i otpornik :) A to izgleda ovako:

Rad ove šeme zasniva se na činjenici da struja koja teče kroz kondenzator, direktno je proporcionalna brzini promjene napona primijenjenog na njega:

Naponi u kolu su povezani na sljedeći način (prema Kirchhoffovom zakonu):

Istovremeno, prema Ohmovom zakonu možemo napisati:

Izrazimo ga iz prvog izraza i zamijenimo ga drugim:

Pod pretpostavkom da (tj. brzina promjene napona je niska) dobijamo približnu ovisnost za izlazni napon:

Dakle, kolo u potpunosti opravdava svoj naziv, jer je izlazni napon diferencijal ulazni signal.

Ali moguć je i drugi slučaj, kada je title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="22" width="134" style="vertical-align: -6px;"> (быстрое изменение напряжения). При выполнении этого равенства мы получаем такую ситуацию:!}

To je: .

Može se primijetiti da će uvjet biti bolje zadovoljen za male vrijednosti proizvoda, što je tzv vremenska konstanta kola:

Hajde da shvatimo značenje ove karakteristike kola :)

Punjenje i pražnjenje kondenzatora odvija se prema eksponencijalnom zakonu:

Ovdje je napon na napunjenom kondenzatoru u početno vrijeme. Pogledajmo kolika će biti vrijednost napona nakon vremena:

Napon na kondenzatoru će se smanjiti na 37% od originalnog.

Ispostavilo se da je to vrijeme tokom kojeg kondenzator:

• prilikom punjenja – puniće se do 63%
• kada se isprazni - ispražnjen za 63% (ispušten do 37%)

Sada kada smo shvatili vremensku konstantu kola, vratimo se na diferencirajuće RC kolo 🙂

Pokrili smo teorijske aspekte funkcionisanja kola, pa da vidimo kako to funkcionira u praksi. A da bismo to učinili, pokušajmo primijeniti neki signal na ulaz i vidjeti što se događa na izlazu. Kao primjer, primijenimo niz pravokutnih impulsa na ulaz:

A evo kako izgleda oscilogram izlaznog signala (drugi kanal je plave boje):

Šta vidimo ovdje?

Većinu vremena, ulazni napon je konstantan, što znači da je njegov diferencijal 0 (derivacija konstante = 0). To je upravo ono što vidimo na grafu, što znači da lanac obavlja svoju funkciju razlikovanja. Koji su razlozi za rafale na izlaznom oscilogramu? Jednostavno je - kada je ulazni signal "uključen", dolazi do procesa punjenja kondenzatora, odnosno struja punjenja prolazi kroz krug i izlazni napon je maksimalan. A zatim, kako se proces punjenja odvija, struja se smanjuje prema eksponencijalnom zakonu na nulu, a zajedno s njom opada i izlazni napon, jer je jednak . Uvećajmo valni oblik i tada ćemo dobiti jasnu ilustraciju procesa punjenja:

Kada se signal "isključi" na ulazu diferencirajućeg kruga, događa se sličan prolazni proces, ali nije uzrokovan punjenjem, već pražnjenjem kondenzatora:

U ovom slučaju, vremenska konstanta kola je mala, pa kolo dobro razlikuje ulazni signal. Prema našim teorijskim proračunima, što više povećavamo vremensku konstantu, to će izlazni signal biti sličniji ulaznom. Hajde da to proverimo u praksi :)

Povećat ćemo otpor otpornika, što će dovesti do povećanja:

Ovdje nema potrebe ništa komentirati - rezultat je očigledan :) Teorijske proračune smo potvrdili izvođenjem praktičnih eksperimenata, pa pređimo na sljedeće pitanje - na integrirajući RC kola.

Zapišimo izraze za izračunavanje struje i napona ovog kola:

U isto vrijeme, možemo odrediti struju iz Ohmovog zakona:

Izjednačavamo ove izraze i dobijamo:

Integrirajmo desnu i lijevu stranu jednakosti:

Kao što je slučaj sa diferencirajući RC lanac Ovdje postoje dva moguća slučaja:

Da bismo bili sigurni da kolo radi, na njegov ulaz primijenimo potpuno isti signal koji smo koristili prilikom analize rada diferencirajućeg kola, odnosno niza pravokutnih impulsa. Pri malim vrijednostima, izlazni signal će biti vrlo sličan ulaznom signalu, a pri velikim vrijednostima vremenske konstante kruga, na izlazu ćemo vidjeti signal približno jednak integralu ulaza. Kakav će to biti signal? Niz impulsa predstavlja odsječke jednakog napona, a integral konstante je linearna funkcija (). Dakle, na izlazu bismo trebali vidjeti pilasti napon. Provjerimo teorijske proračune u praksi:

Žuta boja ovdje prikazuje ulazni signal, a plava boja prikazuje izlazne signale na različitim vrijednostima vremenske konstante kruga. Kao što vidite, dobili smo upravo onakav rezultat koji smo očekivali :)

Ovdje završavamo današnji članak, ali ne završavamo proučavanje elektronike, pa se vidimo u novim člancima! 🙂

Vremenska konstanta je određena formulom

Gdje τ - vremenska konstanta u sekundama, R- otpor u omima i C- kapacitet u faradima. Vremenska konstanta RC kola je definirana kao vrijeme potrebno kondenzatoru da se napuni do 63,2% svog maksimalnog mogućeg naboja, pod pretpostavkom da je početno punjenje nula. Imajte na umu da će se kondenzator napuniti do 63,2% tokom τ i skoro u potpunosti (do 99,3%) će se napuniti za 5 minuta τ .

Energija E, koji se pohranjuje potpuno napunjen do napona V kondenzator, pod uslovom da je vreme punjenja T ≫ τ, određuje se formulom

Gdje C- kapacitet u faradima i V- napon u voltima.

Maksimalna struja I određeno Ohmovim zakonom:

Maksimalno punjenje Q određena formulom

Gdje C- kapacitet u faradima i V- napon u voltima.

Aplikacija

Kondenzatori se često koriste u raznim električnim i elektronskim uređajima i sistemima. Vjerovatno nećete naći nijedan elektronski uređaj koji ne sadrži barem jedan kondenzator. Kondenzatori se koriste za skladištenje energije, davanje energetskih impulsa, za filtriranje napona napajanja, za korekciju faktora snage, za odvajanje jednosmerne struje, u elektronskim frekventnim filterima, za filtriranje šuma, za pokretanje elektromotora, za skladištenje informacija, za podešavanje oscilirajućih kola, u raznim senzori, u kapacitivnim ekranima mobilnih telefona... Lista se nastavlja u nedogled.

Otporno-kapacitivni (RC) kola se obično koriste kao jednostavni niskopropusni i visokopropusni filteri, kao i jednostavna integrirajuća i diferencirajuća kola.

RC niskopropusni filteri

Niskopropusni filteri propuštaju samo niskofrekventne signale i odbijaju visokofrekventne signale. Granična frekvencija je određena komponentama filtera.

Takvi filteri se široko koriste u elektronici. Na primjer, koriste se u subwooferima kako bi spriječili da im se dopune zvukovi visoke frekvencije koje ne mogu reproducirati. Niskopropusni filteri se također koriste u radio predajnicima za blokiranje neželjenih visokofrekventnih komponenti u prenošenom signalu. Oni koji koriste ADSL internet vezu uvijek imaju instalirane razdjelnike frekvencije sa niskopropusnim filterima koji sprječavaju da DSL signali ometaju analogne uređaje (telefone) i sprječavaju da smetnje od analognih uređaja utiču na DSL opremu spojenu na redovnu telefonsku liniju.

Niskopropusni filteri se koriste za obradu signala prije analogno-digitalne konverzije. Takvi filteri poboljšavaju kvalitet analognih signala kada se uzorkuju i neophodni su za potiskivanje visokofrekventnih komponenti signala iznad Nyquistove frekvencije tako da zadovoljavaju zahtjeve Kotelnikove teoreme za datu frekvenciju uzorkovanja, odnosno maksimalnu frekvenciju treba ne smije biti veći od polovine frekvencije uzorkovanja.

Gornja slika prikazuje jednostavan niskopropusni filter. Koristi samo pasivne komponente, zbog čega se naziva pasivni niskopropusni filter (LPF). Složeniji pasivni niskopropusni filtri također koriste induktore.

Za razliku od pasivnih niskopropusnih filtera, aktivni filteri koriste uređaje za pojačavanje kao što su tranzistori ili operaciona pojačala. Pasivni filteri takođe često imaju operaciona pojačala koja se koriste za razdvajanje. U zavisnosti od broja kondenzatora i induktora koji utiču na nagib frekventnog odziva filtera, oni se obično nazivaju filteri „prvog reda”, filteri „drugog reda” itd. Filter koji se sastoji od samo jednog otpornika i jednog kondenzatora naziva se filter prvog reda.

RC visokopropusni filteri

Visokopropusni filteri prolaze samo visokofrekventne komponente signala i prigušuju niskofrekventne komponente. Visokopropusni filteri se koriste, na primjer, u audio skretnicama za potiskivanje niskofrekventnih komponenti u signalima koji se upućuju na visokofrekventne zvučnike („visokotonci“), koji ne mogu reproducirati takve signale i također imaju nisku snagu u poređenju sa snagom niskofrekventnih zvučnika. frekvencijski zvučnici, signali.

Visokopropusni filteri se često koriste za blokiranje DC komponente signala tamo gdje je to nepoželjno. Na primjer, profesionalni mikrofoni često koriste DC fantomsko napajanje, koje se napaja preko mikrofonskog kabla. U isto vrijeme, mikrofon snima promjenjive signale poput ljudskog glasa ili muzike. DC napon se ne bi trebao pojaviti na izlazu mikrofona i ne bi trebao ulaziti u ulaz mikrofonskog pojačala, pa se za blokiranje koristi visokopropusni filter.

Ako se niskopropusni filter i visokopropusni filter postave jedan pored drugog, oni se formiraju propusni filter, koji dozvoljava samo frekvencijama unutar određenog frekventnog opsega da prođu i ne dozvoljava da prođu frekvencije izvan tog opsega. Takvi filteri se široko koriste u radio prijemnicima i radio predajnicima. U prijemnicima, propusni filteri se koriste samo za selektivno propuštanje i pojačavanje signala radio stanica unutar potrebnog uskog frekvencijskog opsega. Istovremeno se potiskuju signali sa drugih radio stanica izvan ovog opsega. Odašiljači mogu prenositi radio signale samo unutar određenog frekvencijskog opsega koji je za njih ovlašten. Zbog toga koriste propusne filtere da ograniče propusni opseg prenošenog signala tako da se uklapa u prihvatljive granice.

RC kolo je uobičajena pojava u radio elektronici. Razumijevanje prirode utjecaja na oblik frekvencijskog odziva i njihove svrhe u velikoj mjeri određuje ispravno očitavanje elektronskog kola. Članak sadrži 5 glavnih RC filtera, dati su njihov frekventni odziv i pojednostavljene formule za proračun.

U prvim godinama razvoja radio elektronike, glavni tip uticaja na frekvencijski odziv signala imali su LC filteri, tj. filteri koji se sastoje od induktora i kondenzatora. Vremenom su zamijenjeni RC krugom, koji je zbog niže cijene i dimenzija bio blisko uzet u upotrebu od strane radio elektronike.

Naravno, RC kola ne mogu u potpunosti zamijeniti svoje LC kolege. Na primjer, u filterima za zvučnike, poželjno je koristiti LC filtere. Ali u gotovo svim ostalim elektronicima male snage, dotični RC krugovi dominiraju. Na primjer, dvostruko RC kolo u filteru.

Pojednostavljene formule

Zatim ćete vidjeti da formule sadrže koeficijent 160000 (sto šezdeset hiljada). Ovo je blago zaokružena vrijednost, koja proizlazi iz činjenice da se kapacitet za proračun uzima u mikrofaradima (10 -6 Farada), a također zbog prijelaza s kružne frekvencije na cikličnu frekvenciju, kao rezultat nastaje faktor 2π imamo

1 / (2⋅π⋅10 -6) = 159154 ≈ 160000

1. Niskopropusni filter (LPF) - poznat i kao integrator:

LPF- filter koji prolazi bez promjene frekvencije ispod granične frekvencije (f 0) i potiskuje frekvencije iznad f 0. Na graničnoj frekvenciji ima vrijednost amplitude -3dB. Ovo je filter prvog reda i granični nagib je 6dB/oktava. Najčešće se takvi filteri koriste za uklanjanje visokofrekventnih smetnji i šuma.

Oktava je frekvencijski interval u kojem je konačna vrijednost frekvencije dvostruko veća od početne frekvencije.

2. Visokopropusni filter (HPF) - poznat i kao diferencijator

Visokopropusni filter je filter koji prigušuje frekvencije ispod granične frekvencije (f0) i prenosi frekvencije iznad f0 bez promjene. Baš kao niskopropusni filter iznad, signal na graničnoj frekvenciji ima amplitudu od -3 dB i granični nagib od 6 dB po oktavi.

I niskopropusni i visokopropusni filter rade kao djelitelj napona, u kojem je jedna ruka predstavljena konstantnim otpornikom, a druga kondenzatorom, koji ima ovisnost o frekvenciji.

Takvi filteri se često koriste na izlazima audio pojačala za odsecanje infra-niskih frekvencija koje mogu oštetiti zvučnike.

3. Selektivni filter

Takav filter odabire određenu frekvenciju ili frekvencijski pojas potiskivanjem drugih frekvencija. U suštini, ovaj filter je sekvencijalno uključivanje niskopropusnog i visokopropusnog filtera. Shodno tome, ako su kapaciteti i otpori jednaki, dodijelit će se određena frekvencija iu oba smjera doći će do slabljenja sa nagibom od 6 dB/oct.

Ali niko vam ne smeta da proširite propusni opseg ako izračunate svaki RC krug R1S1 i R2C2 za različite f 0 .

4. Filteri u obliku slova T

Filteri u obliku slova T su isti niskopropusni i visokopropusni filteri u obliku slova L kojima se dodaje još jedan element. Ali posebnost filtera u obliku slova T je u tome što, u poređenju sa filterima u obliku slova L, imaju manji ranžirni efekat na krugove iza filtera.

5. Dvostruki filter u obliku slova T - utikač

Filter ima beskonačno slabljenje (oko 60 dB) koje nastaje dodavanjem dva signala sa faznom razlikom od 1800 na graničnoj frekvenciji. Upotreba takvog filtera je vrlo efikasna za eliminaciju signala smetnji, na primjer, mrežnog šuma. od 50 ili 60 Hz

Prebacivanje relejnih namotaja u DC krugovima relejne zaštite i automatike obično je praćeno značajnim prenaponima, koji mogu predstavljati opasnost za poluvodičke uređaje koji se koriste u tim kolima. Za zaštitu tranzistora koji rade u prekidačkom režimu počeli su se koristiti zaštitni lanci (slika 1), koji su povezani paralelno s namotajem komutiranog releja (slika 2 - ovdje je namotaj komutiranog releja predstavljen ekvivalentnim krugom - induktivitet L, aktivnu komponentu otpora R i rezultirajuću međunaponsku kapacitivnost C) i smanjiti prenapone koji nastaju između terminala namotaja 1 i 2.

Slika 1 - Zaštitni krugovi koji se koriste za smanjenje komutacijskih prenapona

Slika 2 - Zaštita VT tranzistora pomoću zaštitnog lanca

Međutim, trenutno se ne poklanja dovoljna pažnja određivanju parametara zaštitnih lanaca i procjeni njihovog uticaja na rad uređaja relejne zaštite. Osim toga, pri razvoju i projektovanju uređaja relejne zaštite koji koriste poluvodičke diode izložene komutacijskim prenaponima, u mnogim slučajevima nije predviđena zaštita dioda.

To dovodi do prilično čestog kvara dioda i kvara ili nepravilnog rada uređaja. Primjer kola u kojima dioda može biti pod utjecajem prenapona je kolo prikazano na slici 3. Ovdje je razdjelna dioda VD izložena komutacijskom prenaponu i može se oštetiti kada su kontakti KI otvoreni, a kontakti K2 zatvoreni.Da bi se ova dioda zaštitila, zaštitni krug mora biti spojen na stezaljke 1 i 2 namotaja releja K3. . Za zaštitu dioda može se koristiti ista zaštitna oprema koja se koristi za zaštitu tranzistora (slika 1).

Slika 3 - Krugovi u kojima dioda VD može biti izložena preklopnim prenaponima

2. Određivanje parametara zaštitnih lanaca

Vrijednosti parametara zaštitnih kola određuju se na osnovu uslova smanjenja utjecaja prenapona na zaštićeni poluvodički uređaj na prihvatljivu razinu. To se postiže stvaranjem dodatnog kruga za struju koja prolazi u namotaju releja.

Preklopni prenapon Up, koji utiče na poluprovodnički uređaj tokom prelaznog procesa, definisan je kao [L1]:

• E – napon pogonskog strujnog napajanja;
• Us – preklopni prenapon na namotaju releja.

Prenapon Up mora biti u skladu s uvjetom [L2]:

Gore< 0,7*Uдоп (2)

gdje je: Uadd maksimalna dozvoljena vrijednost napona poluvodičkog uređaja.

Na osnovu jednakosti (1), maksimalni dozvoljeni napon na namotu komutiranog releja u slučaju korištenja zaštitnih kola:

Um=0,7Uadd.-E (3)

Uslov (3) je polazna tačka za određivanje parametara zaštitnih lanaca:

2.1 Zener dioda

Kada se koristi zaštitno kolo Zener diode, napon stabilizacije je jednak Um, određen iz jednakosti (3).

2.2 Diodni otpornik

Vrijednosti otpora otpornika pri uključivanju većeg broja releja uobičajenih u tehnologiji relejne zaštite i automatizacije određuju se pomoću krivulja prikazanih na slici 4 i odgovaraju tački presjeka krive Um=f(Rp) sa pravom linijom ( 0,7*Uadd.-E) paralelno sa osom Rr. Krivulje su dobijene mjerenjem prenapona pomoću osciloskopa snopa pomoću visokootpornog omskog djelitelja napona. Snaga otpornika ne igra značajnu ulogu i može se uzeti 1-2 vata.

Sl.4 a) - Zavisnost Um=f(Rp) za releje: RP-23/220 (kriva 1), RP-252/220 (kriva 2), releje serije EV100 (bez kola za gašenje varnica, (kriva 3)

Slika 4 b) - Zavisnost Um=f(Rp) za relej RU21/220

Slika 4 c) - Zavisnost Um=f(Rp) za releje: RPU-2/220 (kriva 1), RP222-U4/220 (kriva 2), RP255/220 (kriva 3), RP251/220 (kriva 4) )

2.3 Zaštitna dioda

Kada se koristi zaštitna dioda Uc = 0 i napon na zaštićenom poluvodičkom uređaju prema (1) Up = E.

2.4 Izbor zaštitnog RC lanca

Vrijednost otpora R (otpor otpornika RC kola) određuje se iz uvjeta ograničavanja strujnog opterećenja na sklopnim kontaktima od struje punjenja kondenzatora C3 (kapacitivnost kondenzatora RC kola) dopuštenim opterećenjem, tj.

Ioz=E/Rz< Iдоп. (4)

Otpor RC lančanog otpornika, na temelju dopuštenog preklopnog kapaciteta kontakata najčešćih u zaštitnim i automatskim relejnim uređajima, može se uzeti s dovoljnom marginom od 2 kOhm, a snaga - 1-2 vata.

Vrijednost kapacitivnosti Cz je određena grafički i odgovara tački presjeka krive zavisnosti Um=f(Cz) sa pravom linijom (0,7*Uadd.-E) paralelnom sa Cz osom (vidi sliku 5).

Nazivni napon Unom. Kapacitet Sz mora biti u skladu sa uslovom E< 0,7*Uном.

Sl.5 a) - Zavisnost Um=f(Sz) za releje: RP-252/220 (kriva 1), RU21/220 (kriva 2)

Sl.5 b) - Zavisnost Um=f(Sz) za releje: RP-251/220 (kriva 1), RP222-U4/220 (kriva 2), RPU-2/220 (kriva 3)

Sl.5 c) - Zavisnost Um=f(Sz) za releje: RP-23/220 (kriva 1), relej serije EV100 (bez kola za gašenje varnica, (kriva 2), RP-255/220 (kriva 2) 3)

2.5 Izbor dioda zaštitnih kola

Izbor dioda za zaštitna kola vrši se prema maksimalno dozvoljenom naponu dioda, na osnovu uslova:

E< 0,7*Uдоп. (5)

3. Utjecaj zaštitnih kola na povećanje strujnog opterećenja na komutiranim kontaktima

Zaštitni krugovi koji se razmatraju praktički ne povećavaju trenutno opterećenje na sklopnim kontaktima: ako u zaštitnom krugu postoji poluvodička dioda, strujno opterećenje se povećava za iznos obrnute struje diode, koja ima vrijednost do do nekoliko desetina mikroampera, vrlo je mala u odnosu na struju u namotaju releja. Dodatno opterećenje na sklopnim kontaktima u slučaju korištenja zaštitnog RC kruga određeno je aktivnom strujom curenja kondenzatora, koja je također vrlo mala i ne može se uzeti u obzir. Treba napomenuti da zaštitni lanci, smanjujući veličinu uklopnih prenapona, olakšavaju radne uslove uklopnih kontakata.

Za zaštitu poluvodičkih uređaja koji se koriste u istosmjernim krugovima relejne zaštite i automatizacije, preporučuje se korištenje RC krugova i diodnog otpornika, jer oštećenje bilo kojeg od elemenata koji su u njima ne dovodi do kvara uređaja.

5. Metoda za smanjenje komutacijskih prenapona kada se koristi tranzistor kao sklopni element

Preklopni prenaponi koji nastaju kada se struja u namotu releja isključi pomoću tranzistora mogu se smanjiti na siguran nivo povećanjem vremena prebacivanja tranzistora iz otvorenog u zaključano stanje na 1 ms (L3). S obzirom na to da je intrinzično vrijeme prebacivanja tranzistora u rasponu od jedne do nekoliko mikrosekundi, ono se može povećati uključivanjem paralelnog RC kola u upravljački krug tranzistora (slika 6).

Slika 6 - Metoda za smanjenje komutacionih prenapona povećanjem vremena uključivanja tranzistora pomoću R2-C

Ova metoda može naći primjenu u slučajevima kada je, zbog prirode rada uređaja, prihvatljivo povećanje vremena uključivanja, a ugradnja dodatnih elemenata (zaštitnih krugova) u krug opterećenja tranzistora je nepoželjna. Što se tiče statičkih releja koji se koriste u praksi, ova metoda će po svemu sudeći biti najprihvatljivija, jer je u nekim slučajevima njihovo djelovanje posebno usporeno kako bi se ugasile smetnje.

6. Primjeri izbora diodne zaštite od sklopnih prenapona

Na slikama P-1a - P-5a prikazane su praktično korišćene šeme strujnih kola relejne zaštite sa razdelnim diodama. U nekim od ovih kola, diode za razdvajanje mogu biti podložne komutacijskim prenaponima.

1. Slika A-1a Kada su kontakti K1 zatvoreni, a kontakti K2 otvoreni, gotovo sva struja u namotaju releja K4 je isključena. U ovom slučaju dolazi do prekidačkog prenapona između terminala namotaja releja K4 (u namotu K4 nastavlja teći reverzna struja zasićenja diode VD, koja iznosi nekoliko mikroampera), i potencijala pozitivnog terminala namotaja. postaje mnogo niži od potencijala negativnog pola izvora napajanja. Dioda VD je izložena obrnutom naponu koji prelazi maksimalno dozvoljeni napon diode D229B.

Sl.P-1a - K3, K4 - namotaji releja, odnosno RP255/220, RP251/220; VD, VD1 - diode D229B; VD1,R - sigurnosni lanac

2. Slika P-2a. Diode VD1, VD2 su izložene preklopnom prenaponu kada su kontakti K1 zatvoreni, a kontakti K2 otvoreni, jer je gotovo sva struja u namotu releja K6 isključena, a potencijal njegovog pozitivnog terminala je mnogo manji od potencijala negativnog pole.

Sl.P-2 - K3, K4, K5 - namotaji releja RP252-U4/220; K6 - namotaj releja RPU-2/220; VD1-VD6 - diode D229B; VD5,R4 - krug za zaustavljanje iskri; VD6,R5 - zaštitni lanac

3. Slika P-3a. Kada je struja u namotaju releja K7 isključena kontaktima K2, kada su kontakti K1 u zatvorenom položaju, prelazni proces se dešava slično kao što je gore opisano. Preklopni prenapon utječe na diode VD1, VD2.

Sl.P-3 - K3 - indikativni namotaj releja; K4, K5, K6 namotaji releja RP252-U4/220, K7 - namotaj releja RPU-2/220; VD1-VD6 - diode D229B; R1, R2 - otpornici, 3000 i 2000 Ohma; VD5,R6 - krug za zaustavljanje iskri; VD6,R7 - zaštitni lanac; SX - preklapanje

4. Slika P-4. U ovom krugu, razdjelne diode nisu izložene komutacijskim prenaponima.

Sl.P-4 - K3, K4 - namotaji pokaznih releja; K5 - serijski namotaj međureleja; K6, K7 namotaji releja RP222-U4/220; VD1, VD2 - diode D229B; R - 1000 Ohm otpornik;

5. Slika P-5a. Lanci dioda-otpornika spojeni paralelno sa namotajima releja (vidi i sl. P-2a, P-3a) i dizajnirani da smanje varničenje na kontaktima, u određenoj mjeri ograničavaju preklopni prenapon na razdjelnim diodama. Upotreba u ovim lancima dvije, umjesto jedne, serijski spojene diode sa paralelno povezanim otpornicima (koji služe za ravnomjernu distribuciju obrnutog napona na diodama) je poduzeta kako bi se spriječio kvar dioda ovih lanaca iz efekti prenapona.

Međutim, isključena je mogućnost utjecaja komutacijskog prenapona na diode-otporničke lance u kolu sa slike P-5a (kao i u krugovima P-2a, P-3a) (Pretpostavlja se da prenaponi također ne mogu ući strujni krug na slici P-5a sa strane izvora hrane). Stoga je preporučljivo zamijeniti sve ove relativno složene lance lancima dioda-otpornik (sl. P-2b, P-3b, P-5b). Štoviše, ako je vjerojatnost prekida u krugu odvajajućih dioda beznačajna, moguće je umjesto tri koristiti jedno zajedničko kolo dioda-otpornik, povezujući ga paralelno s namotom releja K8 (Sl. P-5c).

Uobičajeni zaštitni krug dioda-otpornik, zajedno sa smanjenjem nivoa preklopnih prenapona koji utječu na diode VD1-VD4, pomaže u smanjenju varničenja na kontaktima.

Sl.P-5 - K4, K5 - namotaji releja RP223/220; K6, K7, K8 - namotaji releja RP23/220; VD1-VD14 - diode D229B; R1 - 1000 Ohm otpornik;

7. Odabir sigurnosnog lanca

Dioda-otpornik i RC kolo preporučeni u smjernicama za korištenje zaštitnog kola su ekvivalentni u pogledu svojih zaštitnih svojstava (RC kolo je manje učinkovito kada kondenzator nije prethodno napunjen). Lanac dioda-otpornik biramo kao manji.

8. Izbor parametara sigurnosnog lanca

8.1 Izbor diode

Diode zaštitnog kola biraju se na osnovu sljedećih uslova:

E< 0,7*Uдоп. (5)

S obzirom da je E = 220 V, biramo diodu tipa D229B, koja ima Uadd = 400 V.

8.2 Izbor otpornika

Vrijednosti otpornika određuju se pomoću krivulja na slici 4 i odgovaraju tački preseka krive Um=f(Rp) sa pravom linijom 0,7*Uadd.-E=0,7*400-220=60V, paralelno na osu Rr.

U krugovima prikazanim na sl. P-1b, P-2b, P-3b, otpor otpornika zaštitnog kola se određuje iz krivulja za releje RP-251, RPU-2 i jednaki su R = 2,4 kOhm, R5 = 4,2 kOhm, R7=4,2 kOhm.

Projektni slučaj za kolo na slici P-5c je slučaj isključenja kontaktima K3 tri paralelno spojena relejna namotaja K6, K7, K8 sa kontaktima K1 u zatvorenom položaju. Štaviše, ako nema zaštitnog kola u kolu na slici P-5c, tada su diode VD1, VD2 izložene komutacijskom prenaponu. Otpor otpornika zaštitnog kola definiran je kao ekvivalentan trima paralelno spojenim jednakim otporima, od kojih je jedan (Rr) određen iz krive na slici 4 za relej RP-23:

R2=Rr/3=2,2/3=0,773 kOhm

Na dijagramu prikazanom na slici P-5c, vredi obratiti pažnju na mogućnost rada releja K8 kada su kontakti K2 otvoreni. Odgovor na ovo pitanje u slučaju koji se razmatra može se dobiti poređenjem maksimalne vrijednosti struje koja prolazi kroz namotaj releja K8 u prolaznom režimu sa minimalnom radnom strujom ovog releja. Struja I koja prolazi u namotaju releja K8 kada su kontakti K2 otvoreni je zbir struje I1, koja predstavlja dio zbira struja u namotajima releja K4, K5 i struje I2 - dio zbira struje I1. struje u namotajima releja K6, K7. Maksimalne vrijednosti struja I1, I2, I određuju se na sljedeći način:

Ovdje: Ik4, Ik5, Ik6, Ik7 su struje koje prolaze redom u namotajima releja K4, K5, K6, K7.

• 220 – napon napajanja (V);
• 9300, 9250 – otpor jednosmernoj struji relejnog namotaja RP-23 i namotaja releja RP-223 povezanih serijski sa dodatnim otpornikom (Ohm).

Minimalna radna struja releja K8 (RP-23):

Dakle, količina struje koja prolazi u namotaju releja K8 kada se kontakti K2 otvore nije dovoljna za rad releja (ako je Im > Iav.k8, tada će relej K8 raditi ako je uslov ispunjen
tb > tav, gdje:

• tav – vrijeme tokom kojeg Im > Iav.k8;
• tb – vrijeme odziva releja K8.

9 Reference:

1. Fedorov Yu.K., Analiza efikasnosti sredstava zaštite poluprovodničkih uređaja od komutacionih prenapona u DC krugovima relejne zaštite i automatike, „Električne stanice“, br. 7, 1977.
2. Priručnik za poluvodičke diode, tranzistore i integrirana kola. Pod generalnim uredništvom. N.N. Gorjunova, 1972
3. Fedorov Yu.K., Prenapon prilikom isključenja induktivnih jednosmernih kola u sistemima relejne zaštite i automatizacije bez luka, „Električne stanice“, br. 2, 1973.
4. Alekseev V.S., Varganov G.P., Panfilov B.I., Rosenblum R.Z., Zaštitni releji, ur. "Energija", M., 1976

Ako spojite otpornik i kondenzator, dobivate možda jedan od najkorisnijih i najsvestranijih krugova.

Danas sam odlučio razgovarati o mnogim načinima korištenja. Ali prvo, o svakom elementu posebno:

Zadatak otpornika je da ograniči struju. Ovo je statički element čiji se otpor ne mijenja, ne govorimo sada o toplinskim greškama - one nisu prevelike. Struja kroz otpornik određena je Ohmovim zakonom - I=U/R, gdje je U napon na terminalima otpornika, R je njegov otpor.

Kondenzator je zanimljivija stvar. Ima zanimljivo svojstvo - kada se isprazni, ponaša se gotovo kao kratki spoj - struja teče kroz njega bez ograničenja, žureći u beskonačnost. I napon na njemu teži nuli. Kada se napuni, postaje poput prekida i struja prestaje da teče kroz njega, a napon na njemu postaje jednak izvoru punjenja. Ispada zanimljiv odnos - postoji struja, nema napona, postoji napon - nema struje.

Da biste vizualizirali ovaj proces, zamislite balon... hm... balon koji je napunjen vodom. Protok vode je struja. Pritisak vode na elastične zidove je ekvivalent naprezanju. E sad pogledajte, kada je lopta prazna - voda slobodno teče, postoji velika struja, ali pritiska još skoro da nema - napon je nizak. Zatim, kada se kuglica napuni i počne odolijevati pritisku, zbog elastičnosti zidova, brzina protoka će se usporiti, a zatim potpuno prestati - sile su jednake, kondenzator se puni. Na nategnutim zidovima ima napetosti, a struje nema!

Sada, ako uklonite ili smanjite vanjski pritisak, uklonite izvor napajanja, tada će voda teći natrag pod utjecajem elastičnosti. Također, struja iz kondenzatora će teći natrag ako je kolo zatvoreno i napon izvora je niži od napona u kondenzatoru.

Kapacitet kondenzatora. Šta je ovo?
Teoretski, naelektrisanje beskonačne veličine može se pumpati u bilo koji idealni kondenzator. Samo će se naša lopta više rastezati i zidovi će stvarati veći pritisak, beskonačno veći pritisak.
Šta je onda sa Faradima, šta piše na strani kondenzatora kao indikator kapaciteta? A ovo je samo ovisnost napona o naboju (q = CU). Za mali kondenzator, porast napona od punjenja bit će veći.

Zamislite dvije čaše s beskonačno visokim zidovima. Jedna je uska, kao epruveta, druga je široka, kao lavor. Nivo vode u njima je napetost. Donji dio je kontejner. Oba se mogu napuniti istim litrom vode - jednako punjenje. Ali u epruveti nivo će skočiti za nekoliko metara, au bazenu će prskati na samom dnu. Takođe u kondenzatorima sa malim i velikim kapacitetom.
Možete ga puniti koliko god želite, ali napon će biti drugačiji.

Osim toga, u stvarnom životu, kondenzatori imaju probojni napon, nakon čega prestaje biti kondenzator, već se pretvara u upotrebljiv provodnik :)

Koliko brzo se kondenzator puni?
U idealnim uslovima, kada imamo beskonačno moćan izvor napona sa nultim unutrašnjim otporom, idealne supravodljive žice i apsolutno besprekoran kondenzator, ovaj proces će se desiti trenutno, sa vremenom jednakim 0, kao i pražnjenjem.

Ali u stvarnosti, uvijek postoji otpor, eksplicitan - poput banalnog otpornika, ili implicitan, kao što je otpor žica ili unutrašnji otpor izvora napona.
U ovom slučaju, brzina punjenja kondenzatora ovisit će o otporu u krugu i kapacitetu kondenzatora, a sam naboj će teći prema eksponencijalni zakon.

I ovaj zakon ima nekoliko karakterističnih veličina:

• T - vremenska konstanta, ovo je vrijeme u kojem vrijednost dostiže 63% svog maksimuma. 63% nije uzeto slučajno, već je direktno povezano sa formulom VRIJEDNOST T =max—1/e*max.
• 3T - i pri trostrukoj konstanti vrijednost će dostići 95% svog maksimuma.

Vremenska konstanta za RC kolo T=R*C.

Što je manji otpor i niži kapacitet, kondenzator se brže puni. Ako je otpor nula, tada je vrijeme punjenja nula.

Izračunajmo koliko će vremena trebati da se kondenzator od 1uF napuni do 95% kroz otpornik od 1kOhm:
T= C*R = 10 -6 * 10 3 = 0,001c
3T = 0,003s Nakon ovog vremena, napon na kondenzatoru će dostići 95% napona izvora.

Otpuštanje će biti po istom zakonu, samo naopako. One. nakon T vremena, samo 100% - 63% = 37% originalnog napona ostaje na kondenzatoru, a nakon 3T još manje - mizernih 5%.

Pa sve je jasno sa dovodom i otpuštanjem napona. Šta ako se napon stavi, a zatim postepeno povećava, a zatim se isto tako isprazni u koracima? Situacija se ovdje praktički neće promijeniti - napon je porastao, kondenzator mu je napunjen po istom zakonu, s istom vremenskom konstantom - nakon vremena od 3T njegov napon će biti 95% novog maksimuma.
Malo je pao - napunio se i nakon 3T će napon na njemu biti 5% veći od novog minimuma.
Šta ti kažem, bolje je da to pokažeš. Ovdje u multisim-u sam napravio pametan generator koraka signala i ubacio ga u integrirajući RC lanac:

Pogledajte kako se klati :) Imajte na umu da su i punjenje i pražnjenje, bez obzira na visinu stepenika, uvijek istog trajanja!!!

Do koje vrijednosti se kondenzator može napuniti?
U teoriji, ad infinitum, neka vrsta lopte sa beskonačno rastegnutim zidovima. U stvarnosti, lopta će prije ili kasnije puknuti, a kondenzator će se probiti i doći do kratkog spoja. Zato svi kondenzatori imaju važan parametar - krajnji napon. Na elektrolitima često piše sa strane, ali na keramičkim se mora potražiti u priručniku. Ali tamo je obično od 50 volti. Općenito, pri odabiru kondenzatora, morate osigurati da njegov maksimalni napon nije niži od onog u krugu. Dodaću da prilikom izračunavanja kondenzatora za izmjenični napon treba odabrati maksimalni napon 1,4 puta veći. Jer na naizmeničnom naponu je prikazana efektivna vrednost, a trenutna vrednost na svom maksimumu je 1,4 puta veća od nje.

Šta slijedi iz navedenog? A činjenica je da ako se na kondenzator dovede konstantan napon, on će se jednostavno napuniti i to je to. Ovdje zabava završava.

Šta ako pošaljete varijablu? Očigledno je da će se ili puniti ili prazniti, a struja će teći naprijed-nazad u kolu. Kretanje! Postoji struja!

Ispostavilo se da, unatoč fizičkom prekidu u krugu između ploča, naizmjenična struja lako teče kroz kondenzator, ali istosmjerna struja teče slabo.

Šta nam ovo daje? I činjenica da kondenzator može poslužiti kao neka vrsta separatora za razdvajanje naizmjenične i istosmjerne struje u odgovarajuće komponente.

Svaki vremenski promjenjiv signal može se predstaviti kao zbir dvije komponente - promjenljive i konstantne.

Na primjer, klasična sinusoida ima samo promjenjivi dio, a konstanta je nula. Kod jednosmjerne struje je suprotno. Šta ako imamo pomaknutu sinusoidu? Ili konstantno sa smetnjama?

AC i DC komponente signala se lako odvajaju!
Malo više, pokazao sam vam kako se kondenzator puni i prazni kada se napon promijeni. Tako će varijabilna komponenta proći kroz konder sa praskom, jer samo to prisiljava kondenzator da aktivno mijenja svoj naboj. Konstanta će ostati onakva kakva je bila i zaglaviće se na kondenzatoru.

Ali da bi kondenzator efikasno odvojio promenljivu komponentu od konstante, frekvencija promenljive komponente ne sme biti niža od 1/T

Moguća su dva tipa aktiviranja RC lanca:
Integriranje i razlikovanje. Takođe su niskopropusni i visokopropusni filteri.

Niskopropusni filter propušta konstantnu komponentu bez promjena (pošto mu je frekvencija nula, nigdje nema niže) i potiskuje sve veće od 1/T. Direktna komponenta prolazi direktno, a naizmjenična komponenta se gasi na masu kroz kondenzator.
Takav filter se naziva i integrirajući lanac jer je izlazni signal takoreći integriran. Sjećate li se šta je integral? Područje ispod krivine! Ovdje izlazi.

I zove se diferencirajući krug jer na izlazu dobijamo diferencijal ulazne funkcije, što nije ništa drugo do brzina promjene ove funkcije.

• U sekciji 1 kondenzator je napunjen, što znači da struja teče kroz njega i da će doći do pada napona na otporniku.
• U odjeljku 2 dolazi do naglog povećanja brzine punjenja, što znači da će struja naglo porasti, praćeno padom napona na otporniku.
• U sekciji 3, kondenzator jednostavno drži postojeći potencijal. Kroz njega ne teče struja, što znači da je napon na otporniku također nula.
• Pa, u 4. sekciji kondenzator je počeo da se prazni, jer... ulazni signal je postao niži od njegovog napona. Struja je otišla u suprotnom smjeru i već postoji negativan pad napona na otporniku.

A ako primenimo pravougaoni impuls na ulaz, sa veoma strmim ivicama, i smanjimo kapacitet kondenzatora, videćemo igle poput ove:

pravougaonik. Pa, šta? Tako je - derivacija linearne funkcije je konstanta, nagib ove funkcije određuje predznak konstante.

Ukratko, ako trenutno pohađate kurs matematike, onda možete zaboraviti na bezbožni Mathcad, odvratni Maple, izbaciti iz glave matričnu herezu Matlaba i, izvadivši šaku analognih labavih stvari iz svog zaliha, zalemiti se istinski PRAVI analogni kompjuter :) Nastavnik ce biti šokiran :)

Istina, integratori i diferencijatori se obično ne prave samo pomoću otpornika; ovdje se koriste operaciona pojačala. Za sada mozes proguglati ove stvari, zanimljiva stvar :)

I ovdje sam doveo običan pravougaoni signal na dva visoko- i niskopropusna filtera. I izlazi iz njih na osciloskop:

Evo malo većeg dijela:

Prilikom pokretanja kondenzator se isprazni, struja kroz njega je puna, a napon na njemu je zanemariv - na RESET ulazu je signal za resetovanje. Ali uskoro će se kondenzator napuniti i nakon vremena T njegov napon će već biti na razini logičke jedinice i signal za resetovanje se više neće slati na RESET - MK će se pokrenuti.
I za AT89C51 potrebno je organizirati upravo suprotno od RESET-a - prvo dostaviti jedinicu, a zatim nulu. Ovdje je situacija suprotna - dok kondenzator nije napunjen, tada kroz njega teče velika struja, Uc - pad napona na njemu je mali Uc = 0. To znači da se RESET napaja naponom nešto manjim od napona napajanja Usupply-Uc=Upsupply.
Ali kada se kondenzator napuni i napon na njemu dostigne napon napajanja (Upit = Uc), tada će na RESET pinu već biti Upit-Uc = 0

Analogna mjerenja
Ali nema veze s lancima resetiranja, gdje je zabavnije koristiti sposobnost RC kola za mjerenje analognih vrijednosti s mikrokontrolerima koji nemaju ADC.
Ovo koristi činjenicu da napon na kondenzatoru raste striktno prema istom zakonu - eksponencijalno. Ovisno o provodniku, otporniku i naponu napajanja. To znači da se može koristiti kao referentni napon sa prethodno poznatim parametrima.

Radi jednostavno, napon iz kondenzatora dovedemo do analognog komparatora, a izmjereni napon povežemo na drugi ulaz komparatora. A kada želimo izmjeriti napon, jednostavno prvo povučemo pin prema dolje da ispraznimo kondenzator. Zatim ga vraćamo u Hi-Z mod, resetujemo ga i pokrećemo tajmer. I tada se kondenzator počinje puniti kroz otpornik, a čim komparator javi da je napon iz RC-a sustigao izmjereni, zaustavljamo tajmer.

Znajući po kojem zakonu se referentni napon RC kola povećava tokom vremena, a također i znajući koliko dugo je tajmer otkucavao, možemo sasvim precizno saznati kojem je izmjereni napon bio jednak u trenutku kada je komparator bio aktiviran. Štaviše, ovdje nije potrebno brojati eksponente. U početnoj fazi punjenja kondenzatora možemo pretpostaviti da je zavisnost linearna. Ili, ako želite veću tačnost, aproksimirajte eksponent s komadno linearnim funkcijama, a na ruskom, nacrtajte njegov približni oblik s nekoliko ravnih linija ili napravite tablicu ovisnosti vrijednosti o vremenu, ukratko, metode su jednostavne.

Ako trebate imati analogni prekidač, ali nemate ADC, onda ne trebate ni koristiti komparator. Protresite nogu na kojoj visi kondenzator i pustite da se puni kroz promjenjivi otpornik.

Promjenom T, što je, da podsjetim, T = R * C i znajući da imamo C = const, možemo izračunati vrijednost R. Štaviše, opet, ovdje nije potrebno povezivati ​​matematički aparat, u većini slučajevima dovoljno je izvršiti mjerenja kod nekih uslovnih papagaja, poput tajmera. Ili možete ići drugim putem, ne mijenjajući otpornik, već mijenjajući kapacitivnost, na primjer, spajanjem kapacitivnosti vašeg tijela na njega... šta će se dogoditi? Tako je - dodirna dugmad!

Ako nešto nije jasno, ne brinite, uskoro ću napisati članak o tome kako spojiti analogni dio opreme na mikrokontroler bez korištenja ADC-a. Tamo ću sve detaljno objasniti.