Простые электронные ограничители тока. Патенты с меткой «ограничитель Принцип действия ограничителя

В любой электрической цепи, где отсутствуют стабилизирующие и защитные схемы, может возникнуть нежелательное увеличение тока. Это бывает следствием природных явлений (разряд молнии возле линии электропередач) или результатом короткого замыкания (КЗ) или пусковых токов. Во избежание всех этих случаев правильным решением будет установка в сеть или локальную цепь устройства ограничения.

Что такое токоограничитель?

Прибор, схема которого построена таким образом, что предотвращает возможность возрастания силы электричества выше заданных или допустимых пределов амплитуды, называется ограничителем тока. Наличие при установленном в нем ограничителе тока дает возможность уменьшить требования к последней в плане динамической и термической устойчивости в случае закорачивания.

В высоковольтных линиях с величиной напряжения до 35 кВ ограничение КЗ добиваются путем применения электрических реакторов, в отдельных случаях - предохранителей плавких, созданных на основе мелкозернистых наполнителей. Также цепи, питаемые высоким и низким напряжением, защищают схемами, собранными на базе:

• выключателей тиристорных;
• реакторов нелинейного и линейного типа, с шунтированием переключателями полупроводниковыми оперативного срабатывания;
• реакторами нелинейными с подмагничиванием.

Принцип действия ограничителя

Основной принцип, заложенный в схемы ограничения тока, лежит в том, чтобы погасить лишний ток на таком элементе, который может преобразовать его энергию в другой вид, например, тепловой. Наглядно это видно на работе ограничителя силы тока, где применен терморезистор или тиристор в качестве рассеивающего элемента.

Другой способ защиты, который тоже часто используется, заключается в отсекании нагрузки от линии, в которой произошел бросок электричества. Такого рода выключатели могут быть автоматическими, с возможностью самовосстановления после исчезновения угрозы, или требующими замены реагирующего защитного элемента, как в случае с плавким предохранителем.

Наиболее совершенными считаются электронные схемы ограничителей, работающие по принципу закрытия канала прохождения электричества при его увеличении. Используют в этом случае специальные проходные элементы (например, транзисторы), управление которыми осуществляется за счет датчиков.

Современные комбинированные системы объединяют в себе функцию ограничителей тока при определенных перегрузках и защитную опцию с выключением нагрузки при токах короткого замыкания. Обычно такие системы работают в высоковольтных сетях.

Схема ограничителя тока

На примере простейшей схемы устройства для ограничения тока можно понять, как работает «электронный предохранитель». Схема собрана на двух биполярных транзисторах и позволяет регулировать силу электричества в низковольтных блоках питания.

Назначение компонентов схемы:

• VT1 - транзистор проходной;
• VT2 - усилитель сигнала управления проходного транзистора;
• Rs - датчик уровня тока (резистор низкоомный);
• R - резистор токоограничивающий.

Протекание в схеме тока допустимой величины сопровождается падением напряжения на Rs, значение которого после усиления на VT2 поддерживает проходной транзистор в полностью открытом состоянии. Как только сила электричества превысила пороговый предел, переход транзистора VT1 начинает прикрываться пропорционально увеличению электричества. Отличительной особенностью такого исполнения устройства являются большие потери (падение напряжения до 1,6 В) на датчике и проходном элементе, что нежелательно для питания низковольтных приборов.

Аналогом описанной выше схемы является более совершенная, где уменьшения падения напряжения на переходе добиваются путем замены проходного элемента с биполярного на полевой транзистор с малым сопротивлением перехода. На полевике потери составляют всего 0,1 В.

Ограничитель пускового тока

Оборудование такого типа предназначено для того, чтобы обеспечить защиту индуктивной и емкостной нагрузки (различной мощности) от скачков при запуске. Оно устанавливается в системах автоматизации. Больше всего таким токовым перегрузкам подвержены двигатели асинхронные, трансформаторы, светильники светодиодные. Следствием применения ограничителя тока нагрузки в этом случае является увеличение срока службы и надежности приборов, разгрузка электросетей.

Примером современной модели однофазного токоограничителя может служить прибор РОПТ-20-1. Он универсален и содержит в себе одновременно ограничитель пускового тока и реле для контроля напряжения. Схема управляется микропроцессором, который в автоматическом режиме гасит пусковой бросок и может отключать нагрузку, если в сети возросло напряжение свыше допустимого уровня.

Прибор включают в разрыв линии питания и нагрузки, он работает следующим образом:

1. При подаче напряжения включается микроконтроллер, который проверяет наличие фазного напряжения и его значение.
2. Если неполадки не выявляются за время одного периода - подключается нагрузка, о которой сигнализирует светодиод «Сеть» зеленого цвета.
3. Происходит отсчет 40 миллисекунд, и реле шунтирует гасящий резистор.
4. При отклонении напряжения от нормы или его пропадании реле отсекает нагрузку, что сигнализирует светодиод «Авария» красного цвета.
5. При восстановлении параметров сети (ток, напряжение) система возвращается в исходное состояние.

Ограничение тока генератора

В автомобильных генераторах важно контролировать не только величину выдаваемого напряжения, но и отдаваемый в нагрузку ток. Если превышение первого может привести к выходу из строя осветительного оборудования, тонких обмоток устройств, а также перезарядке аккумулятора, то второй - повредить обмотку самого генератора.

Отдаваемый ток увеличивается тем больше, чем больше нагрузки подключается на выходе генератора (за счет уменьшения общего сопротивления). Для предотвращения этого применяют ограничитель силы тока электромагнитного типа. Принцип действия его основан на включении в цепь возбуждающей обмотки генератора дополнительного сопротивления в случае возрастания электричества.

Ограничение тока КЗ

Для защиты электростанций и больших заводов от ударных токов иногда применяют ограничители тока коммутационного типа (взрывного действия). Они состоят из:

• разъединительного устройства;
• плавкого предохранителя;
• блока микросхем;
• трансформатора.

Посредством контроля за величиной электричества логическая схема выдает сигнал на детонатор (по истечении 80 микросекунд) при возникновении КЗ. Последний взрывает шину внутри патрона, и ток перенаправляется на плавкий предохранитель.

Особенности разных токоограничителей

Каждый вид устройства по ограничению разрабатывается под конкретные задачи и обладает определенными свойствами:

• плавкий предохранитель - обладает быстродействием, но требует замены;
• реакторы - эффективно противостоят токам КЗ, но имеют значительные потери и падение напряжения на них;
• электронные схемы и быстродействующие выключатели - имеют малые потери, но слабо защищают от ударных токов;
• электромагнитные реле - состоят из подвижных контактов, которые со временем изнашиваются.

Поэтому выбирая, какую схему применить у себя, необходимо изучить весь ряд факторов, характерных для конкретной электрической цепи.

Заключение

Необходимо помнить, что доступ к электрическим сетям требует определенных знаний в электрике и опыта работы. Поэтому, устанавливая такое оборудование, важно соблюдать технику безопасности. Но лучше всего, конечно, доверить такую работу квалифицированному специалисту.

Ограничитель тока

короткого замыкания, устройство, препятствующее возрастанию выше допустимых или заданных амплитуды или действующего значения силы тока короткого замыкания в электрической сети. Ограничение токов короткого замыкания позволяет снизить требования к термической и динамической устойчивости электропередачи. В сетях с напряжением до 35 кв для ограничения тока короткого замыкания применяют реакторы электрические (См. Реактор электрический), реже - плавкие предохранители (См. Плавкий предохранитель) с мелкозернистым наполнителем или взрывного типа.

В начале 70-х гг. 20 в. в сетях низкого и высокого напряжения начали использовать О. т. с тиристорными выключателями, линейные и нелинейные реакторы, шунтируемые быстродействующими полупроводниковыми переключателями, нелинейные реакторы с подмагничиванием и др.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Ограничитель тока" в других словарях:

ограничитель тока - максимальный токовый автомат — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы максимальный токовый автомат EN… …

ограничитель тока - srovės ribotuvas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. current limiter vok. Strombegrenzer, m rus. ограничитель тока, m pranc. limiteur de courant, m … Automatikos terminų žodynas

ограничитель тока - srovės ribotuvas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. current limiter vok. Strombegrenzer, m rus. ограничитель тока, m pranc. limiteur de courant, m … Fizikos terminų žodynas

ограничитель тока (реле-регулятора) - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN current regulator … Справочник технического переводчика

ограничитель тока короткого замыкания - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN fault current limiter … Справочник технического переводчика

ограничитель тока повреждения - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN fault current limiterFCL … Справочник технического переводчика

быстродействующий ограничитель тока - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN rapid cycling limiter … Справочник технического переводчика

ограничитель перенапряжений - нелинейный ОПН Аппарат, предназначенный для защиты изоляции электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений, представляющий собой последовательно и/или параллельно соединенные металлооксидные варисторы без каких либо… … Справочник технического переводчика

Ограничитель перенапряжений (ОПН) Разрядник электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях. Содержание 1 Применение … Википедия

ОГРАНИЧИТЕЛЬ, я, муж. Устройство, ограничивающее действие чего н. (спец.). О. тока. О. скорости. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Ограничитель силы тока – устройство, предназначенное для исключения возможного повышения силы тока в схеме выше заданного значения. Самым простым ограничителем является обыкновенный плавкий предохранитель. Конструктивно предохранитель представляет собой плавкую вставку, заключенную в изолятор — корпус. Если в схеме по тем или иным причинам повышается сила тока, потребляемая нагрузкой, плавкая вставка перегорает, и питание нагрузки прекращается.

Виды ограничителей

При всех преимуществах использования предохранителя он обладает одним серьезным недостатком – низким быстродействием , что делает невозможным его применение в некоторых случаях. К недостаткам можно отнести и одноразовость предохранителя – при его перегорании придется искать и устанавливать предохранитель точно такой же, как и перегоревший.

Электронные ограничители

Гораздо более совершенными по сравнению с упомянутыми выше предохранителями являются электронные ограничители. Условно такие устройства можно разделить на два типа:

• восстанавливающиеся автоматически после устранения возникшей неисправности;
• восстанавливающиеся вручную. Например: в схеме ограничителя предусмотрена кнопка, нажатие которой приводи к ее перезапуску.

Отдельно стоит сказать о так называемых пассивных устройствах защиты. Такие устройства предназначены для световой и/или звуковой сигнализации о ситуациях превышения допустимого тока в нагрузке. В большинстве своем такие схемы сигнализации применяются совместно с электронными ограничителями.

Простейшая схема на полевом транзисторе

Самым простым решением при необходимости ограничения постоянного тока в нагрузке является использование схемы на полевом транзисторе. Принципиальная схема этого устройства показана на рис.1:

Рис. 1 — Схема на полевом транзисторе

Ток нагрузки при использовании схемы представленной на рис.1 не может быть больше начального тока стока примененного транзистора. Следовательно, диапазон ограничения напрямую зависит от типа транзистора. Например, при использовании отечественного транзистора КП302 ограничение составит 30-50 мА.

Основным недостатком схемы, описанной выше, является сложность изменения пределов ограничения. В более совершенных устройствах для исключения этого недостатка применяют дополнительный элемент, выполняющий функции датчика. Как правило, такой датчик представляет собой мощный резистор, который включается последовательно с нагрузкой. В момент, когда на резисторе падение напряжения достигнет определенной величины, автоматически произойдет ограничение силы тока. Схема такого устройства показана на рисунке 2.

Рис. 2 — Схема на биполярных транзисторах

Как можно заметить, основой схемы являются два биполярных транзистора структуры n — p — n . В качестве датчика используется резистор R 3 с сопротивлением 3,6 Ом.

Принцип действия устройства следующий: напряжение от источника поступает на резистор R 1, а через него и на базу транзистора VT 1. Транзистор открывается, и большая часть напряжения от источника поступает на выход устройства. При этом транзистор VT 2 находится в закрытом состоянии. В момент, когда на датчике (резистор R 3) падение напряжение достигнет порога открытия транзистора VT 2, он откроется, а транзистор VT 1 наоборот — начнет закрываться, ограничивая тем самым ток на выходе устройства. Светодиод HL 1 является индикатором срабатывания ограничителя.

Порог срабатывания зависит от сопротивления резистора R 3 и напряжения открытия транзистора VT 2. Для описанной схемы порог ограничения составляет: 0,7 В/ 3,6 Ом = 0,19 А.

Схема с ручной регулировкой

В некоторых случаях требуется устройство с возможностью ручного изменения величины ограничения тока в нагрузке, например, если речь идет о необходимости заряда автомобильных аккумуляторных батарей. Схема регулируемого устройства показана на рисунке 3 .

Рис. 3 — Схема с регулировкой ограничения тока

Технические характеристики устройства:

• напряжение на входе – до 40 В;
• напряжение на выходе – до 32 В;
• диапазон ограничения тока – 0,01…3 А.

Основной особенностью схемы является возможность как изменения величины ограничения тока в нагрузке, так и возможность регулировки напряжения на выходе. Ограничение тока устанавливается переменным резистором R 5, а напряжение на выходе – переменным резистором R 6. Диапазон ограничения тока определяется сопротивлением датчика тока – резистором R2 .

При конструировании такого устройства стоит помнить, что на VT 4 выделяется достаточно большая мощность, поэтому для исключения вероятности перегрева элемента и выхода из строя он должен быть установлен на радиатор. Также отметим, что переменные резисторы R 5 и R 6 должны обладать линейной зависимостью регулировки для более удобного использования устройства. Возможные аналоги используемых деталей:

• Транзисторы КТ815 — ВD139;
• Транзистор КТ814 — ВD140;
• Транзистор КТ803 — 2N5067.

Вместо заключения

Нельзя утверждать, что тот или иной способ ограничения тока лучше или хуже. Каждый имеет свои достоинства и недостатки. Более того, применение каждого целесообразно или вовсе недопустимо в определенном конкретном случае. Например, применение плавкого предохранителя в выходной цепи импульсного блока питания в большинстве своем нецелесообразно, поскольку предохранитель как элемент защиты обладает недостаточным быстродействием. Говоря более простым языком – предохранитель может сгореть после того, как вследствие перегрузки придут в негодность силовые элементы блока питания.

В общем, выбор в пользу того или иного ограничителя должен производиться с учетом схемотехнических, а порой и конструктивных особенностей источника входного напряжения и особенностей нагрузки.

Слово из 13 букв, первая буква - «С», вторая буква - «О», третья буква - «П», четвертая буква - «Р», пятая буква - «О», шестая буква - «Т», седьмая буква - «И», восьмая буква - «В», девятая буква - «Л», десятая буква - «Е», 10 буква - «Н», 11 буква - «И», 12 буква - «Е», слово на букву «С», последняя «Е». Если Вы не знаете слово из кроссворда или сканворда, то наш сайт поможет Вам найти самые сложные и незнакомые слова.

Отгадайте загадку:

Маленька, светленька, Больно кусаюсь. Показать ответ>>

Маленькая головка На пальце сидит, Сотнями глаз Во все стороны глядит. Показать ответ>>

Маленькая печка с красными угольками. Показать ответ>>

Другие значения этого слова:

Знаете ли Вы?

Личное телесное пространство делится на несколько зон:- Интимная зона (в пределах вытянутой руки - около 50 см) - контакты с очень близкими людьми. Когда в нее попадает посторонний человек, может возникнуть ощущение тревоги, дискомфорта.- Персональная зона (в пределах 50 см - 1,5 метра, в форме овала - спереди и сзади вытянутая) - дистанция при личной доверительной беседе.- Социальная зона (в пределах от 1,5 до 4 метров) - контакты с посторонними и чужими людьми.- Публичная зона (до 7 метров) - происходящее в этих пределах человек может соотносить лично с собой (например, лекция в аудитории).Эти цифры приблизительные, т.к. могут зависеть от конкретного человека, специфики окружающей его культурной среды.