Защита от перегрузки по току: Реализация аппаратной защиты по току / Хабр

Содержание

Реализация аппаратной защиты по току / Хабр

Сегодня моя статья будет носить исключительно теоретический характер, вернее в ней не будет «железа» как в предыдущих статьях, но не расстраивайтесь — менее полезной она не стала. Дело в том, что проблема защиты электронных узлов напрямую влияет на надежность устройств, их ресурс, а значит и на ваше важное конкурентное преимущество — возможность давать длительную гарантию на продукцию. Реализация защиты касается не только моей излюбленной силовой электроники, но и любого устройства в принципе, поэтому даже если вы проектируете IoT-поделки и у вас скромные 100 мА — вам все равно нужно понимать как обеспечить безотказную работу своего устройства.

Защита по току или защита от короткого замыкания (КЗ) — наверное самый распространенный вид защиты потому, что пренебрежение в данном вопросе вызывает разрушительные последствия в прямом смысле. Для примера предлагаю посмотреть на стабилизатор напряжения, которому стало грустно от возникшего КЗ:

Диагноз тут простой — в стабилизаторе возникла ошибка и в цепи начали протекать сверхвысокие токи, по хорошему защита должна была отключить устройство, но что-то пошло не так. После ознакомления со статьей мне кажется вы и сами сможете предположить в чем могла быть проблема.

Что касается самой нагрузки… Если у вас электронное устройство размером со спичечный коробок, нет таких токов, то не думайте, что вам не может стать так же грустно, как стабилизатору. Наверняка вам не хочется сжигать пачками микросхемы по 10-1000$? Если так, то приглашаю к ознакомлению с принципами и методами борьбы с короткими замыканиями!

Цель статьи

Свою статью я ориентирую на людей для которых электроника это хобби и начинающих разработчиков, поэтому все будет рассказываться «на пальцах» для более осмысленного понимания происходящего. Для тех, кому хочется академичности — идем и читаем любой ВУЗовский учебники по электротехники + «классику» Хоровица, Хилла «Искусство схемотехники».

Отдельно хотелось сказать о том, что все решения будут аппаратными, то есть без микроконтроллеров и прочих извращений. В последние годы стало совсем модно программировать там где надо и не надо. Часто наблюдаю «защиту» по току, которая реализуется банальным измерением напряжения АЦП какой-нибудь arduino или микроконтроллером, а потом устройства все равно выходят из строя. Я настоятельно не советую вам делать так же! Про эту проблему я еще дальше расскажу более подробно.

Немного о токах короткого замыкания

Для того, чтобы начать придумывать методы защиты, нужно сначала понять с чем мы вообще боремся. Что же такое «короткое замыкание»? Тут нам поможет любимый закон Ома, рассмотрим идеальный случай:

Просто? Собственно данная схема является эквивалентной схемой практически любого электронного устройства, то есть есть источник энергии, который отдает ее в нагрузку, а та греется и что-то еще делает или не делает.

Условимся, что мощность источника позволяет напряжению быть постоянным, то есть «не проседать» под любой нагрузкой. При нормальной работе ток, действующий в цепи, будет равен:

Теперь представим, что дядя Вася уронил гаечный ключ на провода идущие к лампочке и наша нагрузка уменьшилась в 100 раз, то есть вместо R она стала 0,01*R и с помощью нехитрых вычислений мы получаем ток в 100 раз больше.

Если лампочка потребляла 5А, то теперь ток от нагрузки будет отбираться около 500А, чего вполне хватит чтобы расплавить ключ дяди Васи. Теперь небольшой вывод…

Короткое замыкание — значительное уменьшение сопротивления нагрузки, которое ведет к значительному увеличению тока в цепи.

Стоит понимать, что токи КЗ обычно в сотни и тысячи раз больше, чем ток номинальный и даже короткого промежутка времени хватает, чтобы устройство вышло из строя. Тут наверняка многие вспомнят о электромеханических устройствах защиты («автоматы» и прочие), но тут все весьма прозаично… Обычно розетка бытовая защищена автоматом с номинальным током 16А, то есть отключение произойдет при 6-7 кратном токе, что уже около 100А. Блок питания ноутбука имеет мощность около 100 Вт, то есть ток нем менее 1А. Даже если произойдет КЗ, то автомат долго будет этого не замечать и отключит нагрузку, только когда все уже сгорит. Это скорее защита от пожара, а не защита техники.

Теперь давайте рассмотрим еще один, часто встречающийся случай — сквозной ток.

Покажу я его на примере dc/dc преобразователя с топологией синхронный buck, все MPPT контроллеры, многие LED-драйвера и мощные DC/DC преобразователи на платах построены именно по ней. Смотрим на схему преобразователя:

На схеме обозначены два варианта превышения тока: зеленый путь для «классического» КЗ, когда произошло уменьшение сопротивления нагрузки («сопля» между дорог после пайки, например) и оранжевый путь. Когда ток может протекать по оранжевому пути? Я думаю многие знают, что сопротивление открытого канала полевого транзистора очень небольшое, у современных низковольтных транзисторов оно составляет 1-10 мОм. Теперь представим, что на ключи одновременно пришел ШИМ с высоким уровнем, то есть оба ключа открылись, для источника «VCCIN — GND» это равносильно подключению нагрузки сопротивлением около 2-20 мОм! Применим великий и могучий закон Ома и получим даже при питании 5В значение тока более 250А! Хотя не переживайте, такого тока не будет — компоненты и проводники на печатной плате сгорят раньше и разорвут цепь.

Данная ошибка очень часто возникает в системе питания и особенно в силовой электронике. Она может возникать по разным причинам, например, из-за ошибки управления или длительных переходных процессах. В последнем случае не спасет даже «мертвое время» (deadtime) в вашем преобразователе.

Думаю проблема понятна и многим из вас знакома, теперь понятно с чем нужно бороться и осталось лишь придумать КАК. Об этом и пойдет дальнейший рассказ.

Принцип работы защиты по току

Тут необходимо применить обычную логику и увидеть причинно-следственную связь:
1) Основная проблема — большое значения тока в цепи;
2) Как понять какое значение тока? -> Измерить его;
3) Измерили и получили значение -> Сравниваем его с заданным допустимым значением;
4) Если превысили значение -> Отключаем нагрузку от источника тока.

Измерить ток -> Узнать превысили ли допустимый ток -> Отключить нагрузку

Абсолютно любая защита, не только по току, строится именно так.

В зависимости от физической величины по которой строится защита, будут возникать на пути реализации разные технические проблемы и методы их решения, но суть неизменна.

Теперь предлагаю по порядку пройти по всей цепочки построения защиты и решить все возникающие технические проблемы. Хорошая защита — это защита, которую предусмотрели заранее и она работает. Значит без моделирования нам не обойтись, я буду использовать популярный и бесплатный MultiSIM Blue, который активно продвигается Mouser-ом. Скачать его можно там же — ссылка. Также заранее скажу, что в рамках данной статьи я не буду углубляться в схемотехнические изыски и забивать вам голову лишними на данном этапе вещами, просто знайте, что все немного сложнее в реальном железе будет.

Измерение тока

Это первый пункт в нашей цепочке и наверное самый простой для понимания. Измерить ток в цепи можно несколькими способами и у каждого есть свои достоинства и недостатки, какой из них применить конкретно в вашей задаче — решать только вам.

Я же расскажу, опираясь на свой опыт, о этих самых достоинствах и недостатках. Часть из них «общепринятые», а часть мои мироощущения, прошу заметить, что как какую-то истину даже не пытаюсь претендовать.

1) Токовый шунт. Основа основ, «работает» все на том же великом и могучем законе Ома. Самый простой, самый дешевый, самый быстрый и вообще самый самый способ, но с рядом недостатков:

а) Отсутствие гальванической развязки. Ее вам придется реализовывать отдельно, например, с помощью быстродействующего оптрона. Реализовать это не сложно, но требует дополнительного места на плате, развязанного dc/dc и прочие компоненты, которые стоят денег и добавляют габаритных размеров. Хотя гальваническая развязка нужна далеко не всегда, разумеется.

б) На больших токах ускоряет глобальное потепление. Как я ранее писал, «работает» это все на законе Ома, а значит греется и греет атмосферу. Это приводит к уменьшению КПД и необходимости охлаждать шунт. Есть способ минимизировать этот недостаток — уменьшить сопротивления шунта. К сожалению бесконечно уменьшать его нельзя и вообще

я бы не рекомендовал уменьшать его менее 1 мОм, если у вас пока еще мало опыта, ибо возникает необходимость борьбы с помехами и повышаются требования к этапу конструирования печатной платы.

В своих устройствах я люблю использовать вот такие шунты PA2512FKF7W0R002E:

Измерение тока происходит путем измерения падения напряжения на шунте, например, при протекании тока 30А на шунте будет падение:

То есть, когда мы получим на шунте падение 60 мВ — это будет означать, что мы достигли предела и если падение увеличится еще, то нужно будет отключать наше устройство или нагрузку. Теперь давайте посчитаем сколько тепла выделится на нашем шунте:

Не мало, правда? Этот момент надо учитывать, т.к. предельная мощность моего шунта составляет 2 Вт и превышать ее нельзя, так же не стоит припаивать шунты легкоплавким припоем — отпаяться может, видел и такое.

Рекомендации по использованию:

Используйте шунты, когда у вас большое напряжение и не сильно большие токи
Следите за количеством выделяемого на шунте тепла
Используйте шунты там, где нужно максимальное быстродействие
Используйте шунты только из специальным материалов: константана, манганина и подобных

2) Датчики тока на эффекте Холла. Тут я допущу себе собственную классификацию, которая вполне себе отражает суть различных решений на данном эффекте, а именно: дешевые и дорогие.

а) Дешевые, например, ACS712 и подобные. Из плюсов могу отметить простоту использования и наличия гальванической развязки, на этом плюсы кончаются. Основным недостатком является крайне нестабильное поведение под воздействием ВЧ помех. Любой dc/dc или мощная реактивная нагрузка — это помехи, то есть в 90% случаев данные датчики бесполезны, ибо «сходят с ума» и показывают скорее погоду на Марсе. Но не зря же их делают?

Они имеют гальваническую развязку и могут измерять большие токи? Да. Не любят помехи? Тоже да. Куда же их поставить? Правильно, в систему мониторинга с низкой ответственностью и для измерения тока потребления с аккумуляторов. У меня они стоят в инверторах для СЭС и ВЭС для качественной оценки тока потребления с АКБ, что позволяет продлить жизненный цикл аккумуляторов. Выглядят данные датчики вот так:

б) Дорогие. Имеют все плюсы дешевых, но не имеют их минусов. Пример такого датчика LEM LTS 15-NP:

Что мы имеем в итоге:
1) Высокое быстродействие;
2) Гальваническую развязку;
3) Удобство использования;
4) Большие измеряемые токи независимо от напряжения;
5) Высокая точность измерения;
6) Даже «злые» ЭМИ не мешают работе и не; влияют на точность.

Но в чем тогда минус? Те, кто открывали ссылку выше однозначно его увидели — это цена. 18$, Карл! И даже на серии 1000+ штук цена не упадет ниже 10$, а реальная закупка будет по 12-13$. В БП за пару баксов такое не поставить, а как хотелось бы… Подведем итог:

а) Это лучшее решение в принципе для измерения тока, но дорогое;
б) Применяйте данные датчики в тяжелых условиях эксплуатации;
в) Применяете эти датчики в ответственных узлах;
г) Применяйте их если ваше устройство стоит очень много денег, например, ИБП на 5-10 кВт, там он себя однозначно оправдает, ведь цена устройства будет несколько тысяч $.

3) Трансформатор тока. Стандартное решение во многих устройствах. Минуса два — не работают с постоянным током и имеют нелинейные характеристики. Плюсы — дешево, надежно и можно измерять просто огромнейшие токи. Именно на трансформаторах тока построены системы автоматики и защиты в РУ-0.4, 6, 10, 35 кВ на предприятиях, а там тысячи ампер вполне себе нормальное явление.

Честно говоря, я стараюсь их не использовать, ибо не люблю, но в различных шкафах управления и прочих системах на переменном токе все таки ставлю, т.к. стоят они пару $ и дают гальваническую развязку, а не 15-20$ как LEM-ы и свою задачу в сети 50 Гц отлично выполняют. Выглядят обычно вот так, но бывают и на всяких EFD сердечниках:

Пожалуй с методами измерения тока можно закончить. Я рассказал об основных, но разумеется не обо всех. Для расширения собственного кругозора и знаний, советую дополнительно хотя бы погуглить да посмотреть различные датчики на том же digikey.

Усиление измеренного падения напряжения

Дальнейшее построение системы защиты пойдет на базе шунта в роли датчика тока. Давайте строить систему с ранее озвученным значением тока в 30А. На шунте мы получаем падение 60 мВ и тут возникают 2 технические проблемы:

а) Измерять и сравнивать сигнал с амплитудой 60 мВ неудобно. АЦП имеют обычно диапазон измерений 3.3В, то есть при 12 битах разрядности мы получаем шаг квантования:

Это означает, что на диапазон 0-60 мВ, который соответствует 0-30А мы получим небольшое количество шагов:

Получаем, что разрядность измерения будет всего лишь:

Стоит понимать, что это идеализированная цифра и в реальности они будет в разы хуже, т.к. АЦП сам по себе имеет погрешность, особенно в районе нуля. Конечно АЦП для защиты мы использовать не будем, но измерять ток с этого же шунта для построения системы управления придется. Тут задача была наглядно объяснить, но это так же актуально и для компараторов, которые в районе потенциала земли (0В обычно) работают весьма нестабильно, даже rail-to-rail.

б) Если мы захотим протащить по плате сигнал с амплитудой 60 мВ, то через 5-10 см от него ничего не останется из-за помех, а в момент КЗ рассчитывать на него точно не придется, т.к. ЭМИ дополнительно возрастут. Конечно можно схему защиты повесить прямо на ногу шунта, но от первой проблемы мы не избавимся.

Для решения данных проблем нам понадобится операционный усилитель (ОУ). Рассказывать о том, как он работает не буду — тема отлично гуглится, а вот о критичных параметрах и выборе ОУ мы поговорим. Для начала давайте определимся со схемой. Я говорил, что особых изяществ тут не будет, поэтому охватим ОУ отрицательной обратной связью (ООС) и получим усилитель с известным коэффициентов усиления. Данное действия я смоделирую в MultiSIM (картинка кликабельна):

Скачать файл для симуляции у себя можно — тут.

Источник напряжения V2 выполняет роль нашего шунта, вернее он симулирует падение напряжения на нем. Для наглядности я выбрал значение падения равное 100 мВ, теперь нам нужно усилить сигнал так, чтобы перенести его в более удобное напряжение, обычно между 1/2 и 2/3 V_ref. Это позволит получить большое количество шагов квантования в диапазон токов + оставить запас на измерения, чтобы оценить насколько все плохо и посчитать время нарастания тока, это важно в сложных системах управления реактивной нагрузкой. Коэффициент усиления в данном случае равен:

Таким образом мы имеем возможность усилить сигнал наш сигнал до требуемого уровня. Теперь рассмотрим на какие параметры стоит обратить внимание:

ОУ должен быть rail-to-rail, чтобы адекватно работать с сигналами около потенциала земли (GND)
Стоит выбирать ОУ с высокой скоростью нарастания выходного сигнала. У моего любимого OPA376 этот параметр равен 2В/мкс, что позволяет достигать максимальное выходное значение ОУ равное VCC 3.3В всего за 2 мкс. Этого быстродействия вполне достаточно, чтобы спасти любой преобразователь или нагрузку с частотами до 200 кГц. Данные параметры стоит понимать и включать голову при выборе ОУ, иначе есть шанс поставить ОУ за 10$ там, где хватило бы и усилителя за 1$
Полоса пропускания, выбираемого ОУ, должна быть как минимум в 10 раз больше, чем максимальная частота коммутации нагрузки. Опять же ищите «золотую середину» в соотношение «цена/ТТХ», все хорошо в меру

В большинстве своих проектов я использую ОУ от Texas Instruments — OPA376, его ТТХ хватает для реализации защиты в большинстве задач и ценник в 1$ вполне себе хорош. Если вам необходимо дешевле, то смотрите на решения от ST, а если еще дешевле, то на Microchip и Micrel. Я по религиозным соображениям использую только TI и Linear, ибо оно мне нравится и сплю так спокойнее.

Добавляем реализм в систему защиты

Давайте теперь в симуляторе добавим шунт, нагрузку, источник питания и прочие атрибуты, которые приблизят нашу модель к реальности. Полученный результат выглядит следующим образом (картинка кликабельная):

Скачать файл симуляции для MultiSIM можно — тут.

Тут уже мы видим наш шунт R1 с сопротивлением все те же 2 мОм, источник питания я выбрал 310В (выпрямленная сеть) и нагрузкой для него является резистор 10.2 Ом, что опять по закону Ома дает нам ток:

На шунте как видите падают, ранее посчитанные, 60 мВ и их мы усиливаем с коэффициентом усиления:

На выходе мы получаем усиленный сигнал с амплитудой 3.1В. Согласитесь, его уже и на АЦП можно подать, и на компаратор и протащить по плате 20-40 мм без каких либо опасений и ухудшения стабильности работы. С этим сигналом мы и будем далее работать.

Сравнение сигналов с помощью компаратора

Компаратор — это схема, которая принимает на вход 2 сигнала и в случае если амплитуда сигнала на прямом входе (+) больше, чем на инверсном (-), то на выходе появляется лог. 1 (VCC). В противном случае лог. 0 (GND).

Формально любой ОУ можно включить как компаратор, но такое решение по ТТХ будет уступать компаратору по быстродействию и соотношению «цена/результат». В нашем случае, чем выше быстродействие, тем выше вероятность, что защита успеет отработать и спасти устройство. Я люблю применять компаратор, опять же от Texas Instrumets — LMV7271. На что стоит обратить внимание:

Задержка срабатывания, по факту это основной ограничитель быстродействия. У указанного выше компаратора это время около 880 нс, что достаточно быстро и во многих задачах несколько избыточно по цене в 2$ и вы можете подобрать более оптимальный компаратор
Опять же — советую использовать rail-to-rail компаратор, иначе на выходе у вас будет не 5В, а меньше. Убедиться в этом вам поможет симулятор, выберите что-то не rail-to-rail и поэкспериментируйте. Сигнал с компаратора обычно подается на вход аварии драйверов (SD) и хорошо бы иметь там устойчивый TTL сигнал
Выбирайте компаратор с выходом push-pull, а не open-drain и другие. Это удобно и имеем прогнозируемые ТТХ по выходу

Теперь давайте добавим компаратор в наш проект в симуляторе и посмотрим на его работу в режиме, когда защита не сработала и ток не превышает аварийный (кликабельная картинка):

Скачать файл для симуляции в MultiSIM можно — тут.

Что нам нужно… Нужно в случае превышения тока более 30А, чтобы на выходе компаратора был лог. 0 (GND), этот сигнал будет подавать на вход SD или EN драйвера и выключать его. В нормальном состоянии на выходе должна быть лог. 1 (5В TTL) и включать работу драйвера силового ключа (например, «народный» IR2110 и менее древние).

Возвращаемся к нашей логике:
1) Измерили ток на шунте и получили 56.4 мВ;
2) Усилили наш сигнал с коэффициентом 50.78 и получили на выходе ОУ 2.88В;
3) На прямой вход компаратора подаем опорный сигнал с которым будем сравнивать. Его задаем с помощью делителя на R2 и выставляет 3.1В — это соответствует току примерно в 30А. Данным резистором регулируется порог срабатывания защиты!
4) Теперь сигнал с выхода ОУ подаем на инверсный и сравниваем два сигнала: 3.1В > 2.88В. На прямом входу (+) напряжение выше, чем на инверсном входе (-), значит ток не превышен и на выходе лог. 1 — драйвера работают, а наш светодиод LED1 не горит.

Теперь увеличиваем ток до значения >30А (крутим R8 и уменьшаем сопротивление) и смотрим на результат (кликабельная картинка):

Давайте пересмотри пункты из нашей «логики»:
1) Измерили ток на шунте и получили 68.9 мВ;
2) Усилили наш сигнал с коэффициентом 50.78 и получили на выходе ОУ 3.4В;
4) Теперь сигнал с выхода ОУ подаем на инверсный и сравниваем два сигнала: 3.1В < 3.4В. На прямом входу (+) напряжение НИЖЕ, чем на инверсном входе (-), значит ток превышен и на выходе лог. 0 — драйвера НЕ работают, а наш светодиод LED1 горит.

Почему аппаратная?

Ответ на этот вопрос простой — любое программируемое решение на МК, с внешним АЦП и прочее, могут попросту «зависнуть» и даже если вы достаточно грамотный софтописатель и включили сторожевой таймер и прочие защиты от зависания — пока оно все обработается ваше устройство сгорит.

Аппаратная защита позволяет реализовать систему с быстродействием в пределах нескольких микросекунд, а если бюджет позволяет, то в пределах 100-200 нс, чего достаточно вообще для любой задачи. Также аппаратная защита не сможет «зависнуть» и спасет устройство, даже если по каким-то причинам ваш управляющий микроконтроллер или DSP «зависли». Защита отключит драйвер, ваша управляющая схема спокойно перезапустится, протестирует аппаратную часть и либо подаст ошибку, например, в Modbus или запустится если все хорошо.

Тут стоит отметить, что в специализированных контроллерах для построения силовых преобразователей есть специальные входы, которые позволяют аппаратно отключить генерацию ШИМ сигнала. Например, у всеми любимого STM32 для этого есть вход BKIN.

Отдельно стоит сказать еще про такую вещь как CPLD. По сути это набор высокоскоростной логики и по надежности оно сопоставимо с аппаратным решением. Вполне здравым смыслом будет поставить на плату мелкую CPLD и реализовать в ней и аппаратные защиты, и deadtime и прочие прелести, если мы говорим о dc/dc или каких-то шкафах управления. CPLD позволяет сделать такое решение очень гибким и удобным.

Эпилог

На этом пожалуй и все. Надеюсь вам было интересно читать данную статью и она даст вам какие-то новые знания или освежит старые. Всегда старайтесь заранее думать какие модули в вашем устройстве стоит реализовать аппаратно, а какие программно. Часто реализация аппаратная на порядки проще реализации программной, а это ведет с экономии времени на разработке и соответственно ее стоимости.

Формат статьи без «железа» для меня новый и попрошу высказать ваше мнение в опросе.

Схемы электронных предохранителей для защиты от КЗ и перегрузки по току

Эффективные средства защиты источников питания от КЗ и перегрузки по току на
мощных полевых переключающих МОП-транзисторах.
Плавный пуск (Soft Start) — нужен ли он блоку питания с быстродействующей защитой.

На странице (ссылка на страницу) мы познакомились с несколькими простыми схемами электронных предохранителей, предназначенных для работы в составе блоков питания. Главное назначение этих устройств — защита как самих БП, так и подключаемых к ним узлов от короткого замыкания (КЗ) или превышения тока, которое может возникнуть в них в силу той или иной причины.

Основными преимуществами таких устройств защиты (по сравнению с плавкими предохранителями) являются возможность введения регулировки тока срабатывания и высокое быстродействие, позволяющее в большинстве случаев предотвратить выход из строя электронного оборудования.
Основной недостаток, как не странно, тот же самый — высокое быстродействие, приводящее к ложным срабатываниям в начальный момент включения источника питания при наличии в нагрузке значительной ёмкостной составляющей (например, могучих электролитов, часто являющихся обязательным атрибутом многих усилителей мощности).
Перемещение этих электролитов с выхода на вход электронного предохранителя во многих случаях приводит к положительному результату, однако, если мы хотим поиметь универсальный блок питания с возможностью работы с различными устройствами, в том числе и с электролитами на борту, приходится озадачиваться и таким прибамбасом, как плавный пуск (или Soft Start по буржуйски).

Давайте более подробно рассмотрим две, на мой взгляд, наиболее удачные схемы электронных предохранителей, бегло описанных на странице по ссылке.
Схема, приведённая на Рис.1, относится к устройствам с резистивным датчиком тока, позволяющим заранее произвести точный расчёт номиналов элементов, а также ввести плавную (посредством переменного резистора) или ступенчатую (посредством переключателя) регулировку тока срабатывания.

Рис.1 Схема электронного предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки по току

На элементах Т1 и Т2 выполнен транзисторный аналог тиристора со стабильным напряжением срабатывания ~ 0,6В. Ток срабатывания этого тиристора, а соответственно и всего предохранителя зависит от номинала резистора R4, который рассчитывается по формуле: R4 (Ом) ≈ 0,6/Iср (А).
При желании ввести в электронный предохранитель плавную регулировку тока срабатывания, R4 следует заменить на цепочку из последовательно соединённых: постоянного резистора, рассчитанного на максимальный ток, и проволочного переменного номиналом, рассчитанным под минимальный ток срабатывания.
Суммарная мощность, рассеиваемая на этих резисторах при максимальном токе, равна Р(Вт) ≈ 0,6 * Iср (А).

При включении блока питания и условии отсутствия в нагрузке недопустимых токов предохранитель автоматически устанавливается в рабочее (открытое) состояние. При превышении тока напряжение на R4 достигает уровня открывания Т1 и транзисторный эквивалент тиристора (Т1, Т2) срабатывает и притягивает уровень напряжения на затворе Т3 к напряжению на его истоке, что приводит к закрыванию полевика.
Для возврата электронного предохранителя в рабочее (открытое) состояние необходимо: либо выключить и снова включить источник питания, дождавшись, когда напряжение на его выходе упадёт до нуля, либо нажать кнопку сброса S1.

Если входное напряжение, подаваемое на предохранитель, не превышает 20В, то цепочку R1 D1 допустимо исключить, а нижний вывод R3 подключить к минусу.

Применение источника тока на полевом транзисторе Т4 обусловлено желанием обеспечить ток через светодиод Led1 (индикатор наличия выходного напряжения) на постоянном уровне, независимо от приложенного к предохранителю напряжения. Если электронный предохранитель предполагается использовать при фиксированном напряжении питания, то для простоты этот транзистор можно заменить резистором.

Посредством несложных манипуляций в приведённое выше устройство можно добавить функцию плавный пуск (Soft Start), позволяющую электронному предохранителю избегать ложных срабатываний в начальный момент включения источника питания при наличии в нагрузке электролитических конденсаторов значительной ёмкости. Рассмотрим получившуюся схему на Рис.2.

Рис.2 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки (положительная полярность)

В начальный момент включения источника питания конденсатор С3 замыкает цепь затвора полевого транзистора Т3 на его исток, заставляя его находиться в закрытом состоянии. По мере заряда конденсатора напряжение на нём (а соответственно и разница потенциалов между истоком и затвором) плавно растёт, что приводит к постепенному открыванию полевика. Длительность данного переходного процесса (от полного закрытия до полного открывания) составляет 15…20 миллисекунд, чего вполне достаточно для значительного снижения стартовых токов заряда даже очень ёмких электролитов, расположенных в нагрузке.

Для того чтобы после срабатывания защиты вернуть предохранитель в рабочее состояние и сохранить функцию плавного пуска, необходимо не только сбросить транзисторный аналог тиристора, но и дождаться полного разряда конденсатора С3. В связи с этим кнопка сброса перенесена в цепь питания и выполняет функцию обесточивания всего устройства, а дополнительный резистор R7 ускоряет разряд С3 до комфортных 0,3…0,4 секунд.

Диод D3 выполняет функцию устранения выбросов отрицательной полярности, возникающих на конденсаторе С3 при размыкании S1, а D2 — функцию отсечения этого конденсатора от цепи затвора при срабатывании защиты, что позволяет обойтись без потери быстродействия предохранителя. Диоды могут быть любыми с допустимыми напряжениями, превышающими величину напряжения питания.

Включение датчика тока и коммутирующего транзистора в цепь питания (в нашем случае — в положительную цепь), а не земляную шину позволяет с лёгкостью осуществить релизацию защитного устройства для двуполярных источников. Приведём схему предохранителя и для отрицательной шины двуполяного блока питания.

Рис.3 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки (отрицательная полярность)

Всем хороши эти устройства защиты с резистивными датчиками, особенно для цепей с умеренными токами (до 10А). Однако если возникает необходимость предохранять устройства, для которых рабочими являются токи в несколько десятков, а то и сотен ампер, то мощность, рассеиваемая на резистивном датчике, может оказаться чрезмерно высокой. Так, при максимальном токе в нагрузке равном 20А, на резисторе рассеется около 12Вт, а при токе 100А — 60Вт.
Уменьшать уровень срабатывания электронного предохранителя (скажем до 100мВ) посредством введения в схему чувствительного элемента ОУ или компаратора — не самая хорошая затея, ввиду того, что помехи, гуляющие по шинам земли и питания, в сильноточных цепях могут превышать эти пресловутые 100мВ. В таких ситуациях приходится искать другие решения.
Датчик магнитного поля — геркон и несколько сантиметров толстого провода могут стать выходом из положения в источниках питания с максимальными токами вплоть до десятков и сотен ампер.

Рис.4 Датчик тока на герконе

При прохождении тока через обмотку, намотанную поверх датчика (Рис.4), внутри неё возникает магнитное поле, которое приводит к замыканию контактов геркона.
Намотав обмотку из десяти (или любого другого количества) витков и измерив ток срабатывания геркона, можно масштабировать это значение на любой интересующий нас ток.
Так например, если геркон КЭМ-1 при десяти витках замыкается при токе через обмотку около 15А, то, намотав 2 витка, мы увеличим ток срабатывания в 5 раз, т. е. до 75 А, а перемещая геркон внутри катушки, сможем регулировать это ток в некоторых пределах вплоть до 85…90 А.
К достоинствам герконов также можно отнести и относительно высокое быстродействие. Время срабатывания у них, как правило, не превышает 1…2 миллисекунд.
Всё, что теперь остаётся — это нарисовать триггерную схему мощного транзисторного ключа, управляемого герконовым токовым датчиком.

Рис.5 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки с датчиком тока на герконе

Схема, приведённая на Рис.4, довольно универсальна и позволяет осуществлять защиту устройств от перегрузки в широком диапазоне входных напряжений (9…80 вольт) без изменения номиналов элементов.
Устройство состоит из транзисторной защёлки, выполненной на элементах Т1 и Т2, и находится в устойчивом состоянии до момента подачи на базу транзистора Т2 короткого положительного или отрицательного импульса.
Для того, чтобы включить электронный предохранитель необходимо нажать на нефиксируемый включатель S1, подав на базу Т2 импульс положительной полярности.
Срабатывает защита от импульса отрицательной полярности, который формируют контакты геркона SF1.
Мощный P-канальный полевой транзистор Т1 следует выбирать с некоторым запасом, исходя из тока срабатывания электронного предохранителя. Если транзистор не удовлетворяет токовым и мощностным характеристикам — допустимо использовать параллельное включение нескольких полупроводников.
Цепочка D1 R6 защищает полевик от недопустимых уровней Uзи при входных напряжениях свыше 20В. Если предохранитель предполагается использовать с меньшими подаваемыми напряжениями, то эту цепочку вполне допустимо исключить.

Надёжная токовая защита для БП и ЗУ на IR2153 и электронном трансформаторе.

РадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >

Надёжная токовая защита для БП и ЗУ на IR2153 и электронном трансформаторе.

На создание данной статьи меня спровоцировал опыт создания блоков питания и зарядных устройств на основе простых импульсных блоков питания, которыми являются как иип на IR2153, так и переделанный различными способами под блок питания электронный трансформатор. Данные источники питания являются простыми, нестабилизированными импульсными блоками питания без каких-либо защит. Не смотря на данные недостатки, такие источники питания довольно просты в изготовлении,не требуют сложной настройки, времени на создание такого блока питания требуется меньше чем на полный ШИМ БП с узлами стабилизации и защиты.

Обьединив такой блок питания и простейший ШИМ- регулятор на NE555, получам регулируемый блок питания как для экспирементов, так и для зарядки АКБ. Радости нашей нет предела до того момента, пока данный девайс не попробовать на искру, или по ошибке, размышляя над созданием очередного аппарата перепутать полярность заряжаемого АКБ. Окрикивая громким хлопком и орошая едким дымом помещение,в котором произошол данный конфуз, изобретение сообщает нам, что простой импульсный блок питания, который собран по упрощённо-ознакомительной схеме не может быть надёжным.

Тут пришла мысль о том, чтобы найти не просто ввести тот или инной узел защиты в конкретный экземпляр блока питания, а найти или создать универсальную быстродействующую схему, которую можно внедрять в любой вторичный источник питания.

Требования к узлу защиты:

-минмиум деталей

-плата защиты должна занимать мало места

-работоспособной при больших токах нагрузки

-отсутствие реле

-высокая скорость срабатывания

Одним из заинтересовавших вариантов была такая схема, найденная в интерете:

При замыкании выхода данной схемы, разряжается ёмкость затвора VT1 через диод VD1, что приводит к закрытию VT1 и ток через транзистор не протекает, блок питания остаётся целым и невредимым. Но что же произойдёт если на выход данной схемы подключить нагрузку, в 300вт, когда наш иип может выдать всего 200вт? Не смотря на то что у нас присутствует схема защиты, замученный блок питания снова взрывается.

Недостатки данной схемы:

1. Необходимо точно подбирать сопротивление шунта, чтобы максимально допустимый ток блока питания создал такое падение напряжения на выбранном шунте, при котором VT2, открываясь полностью закроет VT1.

2. В данной схеме может наступить момент, когда ток проходящий через шунт, приоткроет VT2, вследствии чего VT1 начнёт закрываться и останется в таком состоянии, что будет недозакрыт, а учитывая что через VT1 протекает немалый ток, то данный линейный режим вызовет его сильный перегрев, врезультате которого VT1 будет пробит.

В блоке питания на IR2153 однажды применял триггерную защиту, остался доволен её работой. Прицепим к схеме триггерной защёлки на комплиментарной паре транзисторов шунт в качестве датчика тока и n-канальный транзистор в роли ключевого элемента получаем такую схему:

После подачи питания на схему, транзистор Q3, через светодиод и R4 открывается, стабилитрон D3 ограничивает напряжение на затворе полевого транзистора. D4 защищает Q3 от выбросов высокого напряжения, при подключении индуктивной нагрузки (электродвигатель). На паре транзисторов Q1, Q2 собран аналог тиристора. Ток, протекающий через шунт R1, вызывает падение напряжения, которое с движка переменного резистора R10, и цепочку R2, С2, поступает на базу транзистора Q2. Величину напряжения с шунта, которое пропорционально току, протекающему через этот шунт можно регулировать прерменным резистором R10. В момент, когда напряжение на базе Q2 станет больше 0.5-0.7в транзистор Q2 начнёт открываться, тем самым открывая Q1, в свою очередь транзистор Q1открываясь, будет открывать Q2. Данный процесс происходит очень быстро, за доли секунды транзисторы откроют друг друга и останутся в таком устойчивом состоянии. Через открытый аналог тиристора затвро Q3, а также резистор R4 окажутся подключены к общему проводнику схемы, что приведёт к закрытию Q3 и свечение светодиода D1 сообщит о том что сработала защита. Снять защиту можно как отключив кратковременно питание, так и кратковременным нажатием на кнопку S1.

Универсальная схема защиты была создана и проверена в работе, шунт R1 был составлен из двух резисторов 0.22 Ом 5Вт. Остался последний шаг — вводим в нвшу схему защиту от переполюсовки клемм АКБ.

Схема с защитой от переполюсовки :

Наша схема дополнилась диодом D2, резисторами R6, R5. Кнопка S1 была убрана из схемы по причине того, что при срабатывании защиты она не выводила схему из защиты, после доработки.

Токовая защита осталась без изменений, снять защиту можно отключив питание на 2-3 секунды. При подключении к выходу схемы АКБ, перепутав полярность, напряжение с АКБ через диод D2, резистор R6 поступает на базу Q2, срабатывает защита Q3 закрывается, светодиод D1 сигнализирует о срабатывании защиты.

На этой волне я заканчиваю поиски защиты для своих простых иип. Работой своих схем доволен, надеюсь они пригодятся и вам.

Приятных вам экспирементов!

Файлы:
плата вид со стороны шунта
плата готовая
плата вид снизу
фото защита 1 вариант

Все вопросы в Форум.

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Мощный блок питания с защитой по току

Каждому человеку, собирающему электронные схемы, необходим универсальный источник питания, позволяющий в широких пределах изменять напряжение на выходе, контролировать ток и при необходимости отключать питаемое устройство. В магазинах подобные лабораторные блоки питания стоят весьма недёшево, но зато собрать такой можно самостоятельно из распространённых радиодеталей. Представленный блок питания включает в себя:

Регулировку напряжения до 24 вольт;
Максимальный ток, отдаваемый в нагрузку, до 5 ампер;
Защиту по току с выбором нескольких фиксированных значений;
Активное охлаждение для работы при больших токах;
Стрелочные индикаторы тока и напряжения;

Схема регулятора напряжения

Самый простой и доступный вариант регулятора напряжения – схема на специальной микросхеме, называемой стабилизатором напряжения. Наиболее подходящим вариантом является LM338, она обеспечивает максимальный ток в 5 А и минимум пульсаций на выходе. Также сюда подойдут LM350 и LM317, но максимальный ток в этом случае составит 3 А и 1,5 А соответственно. Переменный резистор служит для регулировки напряжения, его номинал зависит от того, какое максимальное напряжение необходимо получить на выходе. Если максимальное выходное требуется 24 вольта – необходим переменный резистор сопротивлением 4,3 кОм. В этом случае нужно взять стандартный потенциометр на 4.7 кОм и соединить параллельно с ним постоянный на 47 кОм, общее сопротивление получится примерно 4.3 кОм. Для питания всей схемы необходим источник постоянного тока с напряжением 24-35 вольт, в моём случае это обычный трансформатор со встроенным выпрямителем. Также можно применять зарядные устройства ноутбуков или другие различные импульсные источники, подходящие по току.
Данный регулятор напряжения является линейным, а значит, вся разница между входным и выходным напряжением приходится на одну микросхему и рассеивается на ней в виде тепла. При больших токах это весьма критично, поэтому микросхема должна быть установлена на большом радиаторе, лучше всего для этого подойдёт радиатор от процессора компьютера, работающий в паре с вентилятором. Для того, чтобы вентилятор не вращался всё время зря, а включался только при нагреве радиатора, необходимо собрать небольшой датчик температуры.

Схема управления вентилятором

В его основе лежит NTC термистор, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры — при увеличении температуры сопротивление значительно уменьшается, и наоборот. Операционный усилитель выполняет роль компаратора, регистрируя изменение сопротивление термистора. При достижении порога срабатывания на выходе ОУ появляется напряжение, транзистор отпирается и запускает вентилятор, вместе с которым загорается светодиод. Подстроечный резистор служит для настройки порога срабатывания, его номинал стоит выбирать исходя из сопротивления термистора при комнатной температуре. Допустим, термистор имеет сопротивление 100 кОм, подстроечный резистор в этом случае должен иметь номинал примерно 150-200 кОм. Главное преимущество этой схемы – наличие гистерезиса, т.е. разницы между порогами включения и выключения вентилятора. Благодаря гистерезису не происходит частого включения-выключения вентилятора при температуре, близкой к пороговой. Термистор выводится на проводках непосредственно на радиатор и устанавливается в любое удобное место.

Схема защиты по току

Пожалуй, самая важная часть всего блока питания – защита по току. Работает она следующим образом: падение напряжение на шунте (резистор сопротивлением 0.1 Ом) усиливается до уровня 7-9 вольт и с помощью компаратора сравнивается с эталонным. Эталонное напряжение для сравнения задаётся четырьмя подстроечными резисторами в диапазоне от нуля до 12 вольт, вход операционного усилителя подключается к резисторам через галетный переключатель на 4 положения. Таким образом, меняя положение галетного переключателя мы можем выбирать из 4-х заранее установленных вариантов токов защиты. Например, можно установить следующие значения: 100 мА, 500 мА, 1,5 А, 3 А. При превышении тока, заданного галетным переключателем, сработает защита, напряжение перестанет поступать на выход и загорится светодиод. Для сброса защиты достаточно кратковременно нажать на кнопку, напряжение на выходе появится вновь. Пятый подстроечный резистор необходим для установки коэффициента усиления (чувствительности), его нужно установить так, чтобы при токе через шунт 1 Ампер напряжение на выходе ОУ было примерно 1-2 вольта. Резистор настройки гистерезиса срабатывания защиты отвечает за «чёткость» защёлкивания схемы, его нужно настраивать в том случае, если напряжение на выходе не пропадает полностью.Данная схема хороша тем, что имеет высокую скорость срабатывания, моментально включая защиту при превышении тока.

Блок индикации тока и напряжения

Большинство лабораторных блоков питания оснащено цифровыми вольтметрами и амперметрами, показывающими величины в виде цифр на табло. Такой вариант компактен и обеспечивает неплохую точность показаний, однако совершенно неудобен для восприятия. Именно поэтому для индикации решено использовать стрелочные головки, показания которых легко и приятно воспринимаются. В случае с вольтметром всё просто – он подключается к выходным клеммам блок питания через подстроечный резистор с сопротивлением примерно 1-2 МОм. Для правильной работы амперметра необходим усилитель шунта, схема которого показана ниже.

Подстроечный резистор необходим для настройки коэффициента усиления, в большинстве случаев его достаточно оставить в среднем положении (примерно 20-25 кОм). Стрелочная головка подключается через галетный переключатель, с помощью которого можно выбирать один из трёх подстроечных резисторов, с помощью которых задаётся ток максимального отклонения амперметра. Таким образом, амперметр может работать в трёх диапазонах – до 50 мА, до 500 мА, до 5А, это обеспечивает максимальную точность показаний при любом токе нагрузки.

Сборка платы блока питания

Плата печатная:

Теперь, когда все теоретические аспекты учтены, можно приступать к сборке электронной части конструкции. Все элементы блока питания – регулятор напряжения, датчик температуры радиатора, блок защиты, усилитель шунта для амперметра собираются на одной плате, размеры которой 100х70 мм. Плата выполняется методом ЛУТ, ниже представлены несколько фотографий процесса изготовления.

Силовые дорожки, по которым течёт ток нагрузки, желательно залудить толстым слоем припоя для уменьшения сопротивления. Сперва на плату устанавливаются мелкие детали.

После этого все остальные компоненты. Микросхему 78L12, питающую датчик температуры и кулер, необходимо установить на небольшой радиатор, место для которого предусмотрено на печатной плате. В последнюю очередь на плату запаиваются провода, на которых выводятся вентилятор, термистор, кнопка сброса защиты, галетные переключатели, светодиоды, микросхема LM338, вход и выход напряжения. Вход напряжения удобнее всего подключить через DC разъём, при этом необходимо учитывать, что он должен обеспечивать большой ток. Все силовые провода необходимо использовать соответствующего току сечения, желательно медные. Плюс выхода с печатной платы идёт к выходным клеммам не напрямую, а через тумблер с двумя группами контактов. Вторая группа при этом включает и выключает светодиод, показывающий, подаётся ли на клеммы напряжение.

Сборка корпуса

Корпус можно как найти готовый, так и собрать самостоятельно. Изготовить его можно, например, из фанеры и ДВП, как я и сделал. В первую очередь вырезается прямоугольная передняя панель, на которой будут установлены все органы управления.

Затем изготавливаются стенки и днище ящика, конструкция скрепляется воедино саморезами. Когда готов каркас, можно устанавливать внутрь всю электронику.

Органы управления, стрелочные головки, светодиоды устанавливаются на свои места в передней панели, плата укладывается внутри корпуса, радиатор с вентилятором крепятся на заднюю панель. Для крепления светодиодов используются специальные держатели. Выходные клеммы желательно продублировать, тем более что место позволяет. Размеры корпуса получились 290х200х120 мм, внутри корпуса остаётся ещё много свободного пространства, и туда может уместиться, например, трансформатор для питания всего аппарата.

Настройка

Несмотря на множество подстроечных резисторов, настройка блока питания довольно проста. Первых делом калибруем вольтметр, подключив к выходным клеммам внешний. Вращая подстроечный резистор, включенный последовательно со стрелочной головкой вольтметра добиваемся равенства показаний. Затем подключаем на выход какую-либо нагрузку с амперметром и калибруем усилитель шунта. Вращая каждый и трёх подстрочных резисторов добиваемся совпадений показаний на каждом из трёх диапазонов измерений амперметра – в моём случае это 50 мА, 500 мА и 5А. Далее устанавливаем необходимые токи защиты с помощью четырёх подстроечных резисторов. Сделать это несложно, учитывая, что штатный амперметр уже откалиброван и показывает точный ток. Плавно повышаем напряжение (при этом повышается и ток) и смотрим, при каком токе срабатывает защита. Затем вращаем каждый из резисторов, устанавливая четыре нужных тока защиты, между которыми можно переключаться с помощью галетного переключателя. Теперь осталось лишь установить нужный порог срабатывания датчика температуры радиатора – настройка закончена.

Смотрите видео

Защита электродвигателя — обзор самых эффективных методов. Схемы и принцип действия + инструкция с фото

Наверно все знают, что различные устройства работают на основе электрических двигателей. Но для чего нужна защита электродвигателей осознает лишь малая часть пользователей. Оказывается они могут сломаться в результате различных непредвиденных ситуаций.

Чтобы избежать проблем с высокими затратами на ремонт, неприятных простоев и дополнительных материальных потерь используются качественные защитные устройства. Далее разберемся в их устройстве и возможностях.

Краткое содержимое статьи:

Как создается защита для электродвигателя?

Постепенно рассмотрим основные устройства защиты электродвигателей и особенности их эксплуатации. Но сейчас расскажем об трех уровнях защиты:
Внешняя версия защиты для предохранения от короткого замыкания. Обычно относится к разным видам либо представлена в виде реле. Они обладают официальным статусом и обязательны к установке согласно нормам безопасности на территории РФ.

Внешняя версия защиты электродвигателей от перегрузки помогает предотвратить опасные повреждения либо критические сбои в процессе работы.

Встроенный тип защиты спасет в случае заметного перегрева. И это защитит от критических повреждений либо сбоев в процессе эксплуатации. В этом случае обязательны выключатели внешнего типа иногда применяется реле для перезагрузки.

Из-за чего отказывает электродвигатель?

В процессе эксплуатации иногда появляются непредвиденные ситуации, останавливающие работу двигателя. Из-за этого рекомендуется заранее обеспечить надежную защиту электродвигателя.

Можете ознакомиться с фото защиты электродвигателя различного типа чтобы иметь представление о том, как она выглядит.
Рассмотрим случаи отказа электродвигателей в которых с помощью защиты можно избежать серьезных повреждений:
Недостаточный уровень электрического снабжения;

Высокий уровень подачи напряжения;

Быстрое изменение частоты подачи тока;

Неправильный монтаж электродвигателя либо хранения его основных элементов;

Увеличение температуры и превышение допустимого значения;

Недостаточная подача охлаждения;

Повышенный уровень температуры окружающей среды;

Пониженный уровень атмосферного давления, если эксплуатация двигателя происходит на увеличенной высоте на основе уровня моря;

Увеличенная температура рабочей жидкости;

Недопустимая вязкость рабочей жидкости;

Двигатель часто выключается и включается;

Блокирование работы ротора;

Неожиданный обрыв фазы.

Чтобы защита электродвигателей от перегрузки справилась с перечисленными проблемами и смогла защитить основные элементы устройства необходимо использовать вариант на основе автоматического отключения.

Часто для этого используется плавкая версия предохранителя, поскольку она отличается простотой и способна выполнить много функций:
Версия на основе плавкого предохранительного выключателя представлена аварийным выключателем и плавким предохранителем, соединенных на основе общего корпуса. Выключатель позволяет размыкать либо замыкать сеть с помощью механического способа, а плавкий предохранитель создает качественную защиту электродвигателя на основе воздействия электрического тока. Однако выключателем пользуются в основном для процесса сервисного обслуживания, когда необходимо остановить передачу тока.

Плавкие версии предохранителей на основе быстрого срабатывания считаются отличными защитниками от коротких замыканий. Но непродолжительные перегрузки могут привести к поломке предохранителей этого вида. Из-за этого рекомендуется использовать их на основе воздействия незначительного переходного напряжения.

Плавкие предохранители на основе задержки срабатывания способны защитить от перегрузки либо различных коротких замыканий. Обычно они способны выдержать 5-краткое увеличение напряжения в течение 10-15 секунд.

Важно: Автоматические версии выключателей отличаются по уровню тока для срабатывания. Из-за этого лучше использовать выключатель способный выдержать максимальный ток в процессе короткого замыкания, появляющегося на основе данной системы.

Тепловое реле

В различных устройствах используется тепловое реле для защиты двигателя от перегрузок под воздействием тока либо перегрева рабочих элементов. Оно создается с помощью металлических пластин, обладающих различным коэффициентом расширения под воздействием тепла. Обычно его предлагают в связке с магнитными пускателями и автоматической защитой.

Автоматическая защита двигателя

Автоматы для защиты электродвигателей помогают обезопасить обмотку от появления короткого замыкания, защищают от нагрузки либо обрыва любой из фаз. Их всегда используют в качестве первого звена защиты в сети питания мотора. Потом используется магнитный пускатель, если необходимо он дополняется тепловым реле.

Каковы критерии выбора, подходящего автомата:
Необходимо учитывать величину рабочего тока электродвигателя;

Количество, использующихся обмоток;

Возможность автомата справляться с током в результате короткого замыкания. Обычные версии работают на уровне до 6 кА, а лучшие до 50 кА. Стоит учитывать и скорость срабатывания у селективных менее 1 секунды, нормальных меньше 0,1 секунды, быстродействующих около 0,005 секунды;

Размеры, поскольку большая часть автоматов можно подключать с помощью шины на основе фиксированного типа;

Вид расцепления цепи – обычно применяется тепловой либо электромагнитный способ.

Универсальные блоки защиты

Различные универсальные блоки защиты электродвигателей помогают уберечь двигатель с помощью отключения от напряжения либо блокированием возможности запуска.

Они срабатывают в таких случаях:
Проблемы с напряжением, характеризующиеся скачками в сети, обрывами фаз, нарушением чередования либо слипания фаз, перекосом фазного или линейного напряжения;

Механической перегруженности;

Отсутствие крутящего момента для вала ЭД;

Опасных эксплуатационной характеристике изоляции корпуса;

Если произошло замыкание на землю.

Хотя защита от понижения напряжения, может быть, организована и другими способами мы рассмотрели основные из них. Теперь у вас есть представление о том зачем необходимо защищать электродвигатель, и как это осуществляется с помощью различных способов.

Фото защиты электродвигателя

Способы защиты электродвигателей | Техпривод

Верный признак того, что с двигателем происходит что-то неладное — значительное повышение температуры корпуса. Причины перегрева могут быть разные:

выход за пределы параметров питающего напряжения

неправильное подключение схемы питания

электрическая неисправность двигателя

механическая неисправность двигателя

перегрузка электродвигателя со стороны нагрузки

несоответствие условий окружающей среды

Рассмотрим различные способы защиты электродвигателя от перегрева и связанного с ним понижения механической мощности.

Защита от перегрузки

Перегрузка приводит к повышению тока обмоток. Если ток превысит номинальное значение для данного двигателя и условий работы, привод начнет перегреваться.

Для защиты от перегрузки по току используют тепловые реле и автоматы защиты. Настройка защитного устройства должна проводиться в соответствии с номинальным током двигателя. Если в нормальном режиме двигатель работает на мощности ниже номинальной, уставку теплового реле или автомата защиты целесообразно понизить, измерив рабочий ток привода.

Защита от короткого замыкания

Короткое замыкание (КЗ) может произойти не только в обмотке двигателя, но также в коробке с клеммами, в питающем кабеле или пусковой схеме. По этой причине целесообразно устанавливать защиту от КЗ на вводе питания пускателя. Обычно применяют предохранители и защитные автоматы, причем трехполюсные автоматы предпочтительнее, поскольку в случае аварии они полностью отключают питание от электродвигателя — при коротком замыкании срабатывает электромагнитный расцепитель.

Выход за пределы параметров питающего напряжения

Согласно ГОСТ 28173, электродвигатели могут эксплуатироваться при отклонении напряжения ±5% или отклонении частоты ±2%. При выходе за эти диапазоны мощность двигателя окажется ниже номинальной, поскольку температура обмоток статора может быть слишком высока.

Уровень напряжения контролируется с помощью реле контроля фаз, которые могут отключать двигатель в случае выхода напряжения по любой из фаз за установленные пределы. Дополнительные функции реле – контроль обрыва, чередования и асимметрии фаз.

Существуют также специализированные реле защиты двигателя, которые могут контролировать множество других параметров – перегруз или недогруз двигателя, асимметрию токов, перегрев и др.

Особенности защиты при питании двигателя через преобразователь частоты, где напряжение и частота значительно отклоняются от номинала, будут рассмотрены ниже.

Защита от перегрева

Источник перегрева может находиться в обмотке статора, в роторе, подшипниках, в месте электрического подключения. Во всех перечисленных случаях тепловая энергия выделяется на корпусе электродвигателя. Как правило, источником нагрева является обмотка, поэтому температурные датчики обычно устанавливают около нее, в лобовой части двигателя, которая меньше всего охлаждается вентилятором обдува.

В качестве датчиков используют полупроводниковые PTC терморезисторы (термисторы или позисторы). Термисторная защита наиболее эффективна, поскольку реагирует на все возможные причины возникновения перегрева — заклинивание подшипников или нагрузки (быстрое нагревание), перегрузка, обрыв фазы или плохое охлаждение (медленное нагревание).

Стандартное сопротивление позистора при температуре +25°С должно быть не более 300 Ом. При повышении температуры до пороговой сопротивление резко возрастает до значений более 2 кОм.

Если электродвигатель расположен в ответственном месте, целесообразно установить несколько датчиков внутри него и на корпусе с целью постоянного мониторинга и быстрого реагирования на внештатные ситуации.

Для защиты от перегрева корпуса очень важно обеспечить правильную работу воздушного охлаждения. В системе охлаждения используется вентилятор обдува, крыльчатка которого насажена на вал электродвигателя. Эффективность обдува снижается с повышением температуры окружающей среды. Рабочая мощность двигателя может быть равна номинальной при температуре среды не выше 40°С.

При повышении температуры воздуха мощность на валу должна быть снижена, иначе двигатель начнет перегреваться. Так, при температуре окружающей среды +60°С мощность не должна превышать 82% от номинала.

На перегрев двигателя также влияет высота его установки над уровнем моря. Это связано с меньшей эффективностью отбора тепла воздушным потоком на больших высотах. Например, если на высотах до 1000 м рабочая мощность может быть равна номинальной, то на высоте 4000 м мощность необходимо снизить до 80%.

На большой высоте и при высокой температуре окружающей среды можно не понижать механическую мощность , если обеспечить принудительное интенсивное охлаждение. Более того, при интенсивном охлаждении и нормальных условиях работы можно добиться мощности выше номинала. В таких случаях нужно уделить особое внимание мониторингу температуры двигателя.

Защита двигателя при использовании частотного преобразователя

Преобразователь частоты – это электронное устройство, способное реализовать программно или аппаратно различные виды защиты.

Частотный преобразователь позволяет изменять скорость вращения вала. При этом изменяется не только частота питающего напряжения, но и величина напряжения. Важно правильно устанавливать рабочие точки на вольт-частотной характеристике двигателя.

В частном случае отношение напряжения к частоте является константой. Однако, исходя из принципов и задач регулирования, можно менять это отношение, изменяя форму кривой регулирования. Например, из-за понижения момента на низких частотах прибегают к увеличению минимального выходного напряжения, что, при злоупотреблении, может привести к перегреву.

При работе двигателя от частотного преобразователя, когда скорость вращения может быть гораздо меньше номинала, необходимо устанавливать принудительное независимое воздушное охлаждение.

Другие полезные материалы:
Электротехнический дайджест. Выпуск №1
Работа частотника с однофазным двигателем
Техническое обслуживание преобразователя частоты
Почему греется электродвигатель

Что такое OCP? Объяснение защиты источника питания от сверхтока — Tom’s Hardware

(Изображение предоставлено Shutterstock)
Блок питания (PSU) — это как бьющееся сердце вашего настольного ПК, выкачивая энергию, необходимую для работы каждого из ваших компонентов. Вот почему лучшие блоки питания поставляются с функциями для защиты блока питания и компонентов вашей системы от повреждений, например с защитой от перегрузки по току (OCP).

OCP — это функция, которая использует одну или несколько цепей для предотвращения подачи от источника питания большего тока, чем могут выдержать его цепи и кабели.OCP важен, потому что высокие токи могут расплавить кабели и разъемы блока питания и повредить соответствующие цепи регулятора. При покупке блока питания убедитесь, что OCP входит в его список функций защиты и работает хорошо (мы оцениваем все функции защиты в наших обзорах блоков питания).

Как работает OCP? Многорельсовые и одинарные шины

Подумайте о домашнем автоматическом выключателе. На главной панели есть предохранители, которые обеспечивают защиту, не позволяя кабелям, идущим к каждой настенной розетке, выдерживать больше ампер, чем то, для чего они были предназначены.То же самое и с OCP. OCP защищает регулирующие цепи вашего блока питания (+12 В, 5 В, 3,3 В и 5 В, SB) и следит за тем, чтобы разъемы и кабели не плавились при экстремальных нагрузках.

Для блоков питания с одной шиной +12 В особенно важно, чтобы другие функции защиты блока питания, а именно защита от перегрузки (OPP), защита от пониженного напряжения (UVP) и защита от короткого замыкания (SCP), работали хорошо в дополнение к OCP. Например, если к одному разъему приложена очень высокая нагрузка, SCP или UVP отключат блок питания.

Часто в многорельсовых блоках питания +12 В используется одна шина для подачи питания на такие устройства, как материнская плата , ЦП, порты SATA и разъем Molex (который передает питание постоянного тока на диски ПК), в то время как питание для подключается к PCIe . оборудование использует другие рельсы. Обычно считается, что блоки питания с несколькими шинами +12 В более безопасны. Но пока не считайте одиночные блоки питания на + 12В. Для оптимальной производительности поставщики блоков питания с несколькими шинами +12 В должны правильно установить пределы OCP на шинах +12 В. Вдобавок ко всему, процесс установки может быть сложным для новичков, поскольку эти блоки питания требуют пристального внимания к тому, как провода / разъемы подключаются к энергоемким компонентам.

Еще одно преимущество одиночных шин + 12В — это при рассмотрении высоких разгонов, когда некоторые графические процессоры могут создавать скачки мощности, которые могут вызвать OCP на некоторых линиях + 12В.

OCP против OPP / OLP

OCP не следует путать с защитой от избыточной мощности (OPP) , также известной как защита от перегрузки (OLP). OPP — это еще одна функция защиты, которую используют блоки питания, которая в основном отключает блок питания, если он потребляет больше мощности, чем его максимальная номинальная мощность.

Блок питания может иметь как OCP, так и OPP и использовать обе функции одновременно.

Эта статья является частью глоссария Tom’s Hardware Glossary.

Дополнительная литература:
Обзоры защиты от сверхтоков постоянного тока
— интернет-магазины и отзывы на защита от сверхтока постоянного тока на AliExpress

Отличные новости !!! Вы находитесь в нужном месте для защиты от сверхтоков постоянного тока. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress.У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, так как эта лучшая защита от перегрузки по постоянному току в кратчайшие сроки станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что получили защиту от перегрузки по постоянному току на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в защите от сверхтоков постоянного тока и думаете о выборе аналогичного продукта, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести dc overcurrent protection по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.
Отзывы о защите от перегрузки по току
— интернет-магазины и отзывы о защите от перегрузки по току на AliExpress

Отличные новости !!! Вы находитесь в правильном месте для защиты от сверхтоков.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, так как эта максимальная защита от перегрузки по току вскоре станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что получили защиту от перегрузки по току на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в защите от сверхтока и думаете о выборе аналогичного продукта, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести overcurrent protection по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Консультации — Инженер по подбору | Понимание максимальной токовой защиты

Стивен Эйч, PE, CDT, REP, LEED AP; Дизайн экологических систем, Чикаго 17 августа 2017 г.

Цели обучения

Поймите три типа условий перегрузки по току, которые следует учитывать в типичных приложениях NFPA 70: National Electrical Code.

Узнайте, как защитить цепь от опасных перегрузок и коротких замыканий.

Проверить защиту от сверхтока для определенных типов строительного оборудования.

Защита от перегрузки по току кажется простой концепцией: ограничьте ток в цепи до безопасного значения. Электротехники сталкиваются с этой задачей ежедневно.

Но это еще не все. Как ограничить текущий поток? Что такое безопасная ценность? Ответы зависят от приложения, защищаемого оборудования и мощности источника.

К счастью, NFPA 70: National Electric Code (NEC) устанавливает требования для большинства приложений, с которыми инженеры-электрики и проектировщики сталкиваются в своей работе. Хотя на первый взгляд требования NEC могут показаться непростыми, за правилами кодекса защиты от перегрузки по току есть веские доводы. Защита от перегрузки по току (OCP) защищает цепь от повреждения из-за перегрузки по току. В типичных приложениях NEC следует учитывать три типа условий перегрузки по току:

Перегрузка: NEC 2017 определяет перегрузку как работу оборудования с превышением номинальной полной нагрузки или превышением номинальной допустимой токовой нагрузки, которая, если она сохраняется в течение достаточного времени, может вызвать повреждение или опасный перегрев.Неисправность, такая как короткое замыкание или замыкание на землю, не является перегрузкой.

Условия перегрузки обычно не так критичны по времени, как короткие замыкания и замыкания на землю. Электрооборудование обычно может выдерживать некоторый уровень тока нагрузки, превышающий его номинальный, в течение длительного времени. Информация о перегрузочной способности оборудования часто исходит от производителя. Однако для некоторого оборудования — например, двигателей, трансформаторов и проводов — требования к защите от перегрузки установлены NEC.

Короткое замыкание: Короткое замыкание определяется как протекание тока вне предполагаемого пути тока.В трехфазной цепи возможны два типа коротких замыканий: симметричные трехфазные замыкания и несимметричные однофазные замыкания (рисунок 1). Симметричные повреждения приводят к одинаковому протеканию тока в каждой фазе во время состояния повреждения. Несимметричные КЗ имеют разные токи КЗ в каждой фазе. Симметричные трехфазные неисправности возникают редко, но их анализ полезен для понимания реакции системы на неисправность и обычно приводит к наихудшим уровням неисправности. Несимметричные повреждения встречаются чаще и обычно приводят к меньшему току повреждения, чем симметричное трехфазное замыкание.

Замыкание на землю: Замыкание на землю — это особый тип короткого замыкания, в котором по крайней мере один из фазных проводов встречается с заземленным проводником или поверхностью. Замыкания на землю включают в себя одиночное замыкание линии на землю и множественные замыкания линии на землю (рисунок 1). Одиночное замыкание линии на землю является наиболее распространенным типом неисправности.

Различные типы неисправностей показаны на рисунке 1, чтобы проиллюстрировать концепцию максимальной токовой защиты.

Что происходит при перегрузке или неисправности? На рисунке 2 изображена простая однофазная схема, работающая в нормальной конфигурации.В этом случае ток нагрузки составляет 10 ампер. Схема защищена автоматическим выключателем на 15 А. Автоматический выключатель не открывается; ток нагрузки протекает, и проводники не перегреваются.

Рисунок 3 иллюстрирует результат состояния перегрузки. В перегруженной цепи ток нагрузки составляет около 20 ампер. Автоматический выключатель позволит перегрузке сохраняться в течение примерно 2,5 минут перед размыканием цепи. Проводники начнут нагреваться, но не будут повреждены.

На рис. 4 показан результат короткого замыкания. Ток повреждения составляет приблизительно 10 000 ампер. Автоматический выключатель пропускает ток короткого замыкания только на короткое время. Если ток короткого замыкания не исчезнет, изоляция расплавится и сами провода будут повреждены.

На рисунке 5 показано состояние замыкания на землю. В этом примере путь замыкания на землю добавляет сопротивление примерно 0,012 Ом параллельно сопротивлению нагрузки, что приводит к гораздо более низкому сопротивлению цепи.Ток повреждения составляет приблизительно 5000 ампер. Как и в случае с коротким замыканием, автоматический выключатель пропускает ток короткого замыкания только на короткое время. Опять же, если ток короткого замыкания сохраняется, изоляция расплавляется, и проводники в конечном итоге будут повреждены.

Как защитить цепь от опасных перегрузок и коротких замыканий

Требования к максимальной токовой защите оборудования можно найти в статье NEC, которая касается этого конкретного оборудования.Таблица 240.3 NEC содержит список применимых разделов. Разделы для статей, относящихся к оборудованию, обычно используемому в коммерческих зданиях, включают:

230 Услуги

368 Автобусных маршрутов

406 Емкости

410 Светильники

422 Приборы

427 Стационарный электрообогрев трубопроводов и сосудов

430 Двигатели, электрические цепи и контроллеры

440 Кондиционирование и холодильное оборудование

445 Генераторы

450 Трансформаторы и трансформаторные ячейки

460 Конденсаторы

517 ЛПУ

620 Лифты

660 Рентгеновское оборудование

695 Насосы пожарные

700 Аварийные системы.

Общие требования к максимальной токовой защите проводников приведены в Разделе 240.4 «Защита проводников». Основным правилом защиты проводников от сверхтоков — кроме использования гибких шнуров, гибких кабелей и крепежных проводов — является защита проводника в соответствии с допустимыми значениями тока, указанными в Разделе 310.15. Статья 310 содержит общие требования к проводам, изоляции, маркировке, механической прочности и допустимой нагрузке.

Несколько статей, применимых к коммерческим зданиям, изменяют общее правило NEC для защиты от сверхтоков, как указано ниже:

240.4 (A) Опасность потери мощности. Если прерывание цепи из-за состояния перегрузки может создать опасность — например, отключение защиты пожарного насоса от перегрузки не требуется. Требуется защита от короткого замыкания.

240,4 (B) Устройства максимального тока номиналом 800 ампер или меньше. Этот раздел позволяет использовать следующий более высокий стандартный номинал устройства максимальной токовой защиты (при условии, что номинал не превышает 800 ампер), пока проводники, которые оно защищает, не используются для питания ответвленной цепи с более чем одной розеткой для штепсельного подключения нагрузки и допустимая нагрузка на проводник не соответствуют стандартному номинальному току.Если устройство защиты от сверхтоков регулируется, оно должно быть отрегулировано на значение, равное или меньшее допустимой токовой нагрузки проводника.

240,4 (E) Отводы. Общее правило NEC требует, чтобы OCP располагался перед защищаемым проводником. Однако существуют специальные правила, позволяющие размещать OCP в других местах цепи при соблюдении всех условий NEC. Например, для бытовых плит и кухонных приборов, электропроводки, шинопровода и двигателей действуют особые правила, разрешающие использование кранов.

240,4 (F) Вторичные проводники трансформатора. NEC, за исключением двух особых условий, включающих двухпроводную, однофазную и трехпроводную схему «треугольник-треугольник», требует, чтобы вторичные проводники трансформатора были защищены вторичной OCP.

240,4 (G) Максимальная токовая защита для специальных проводников. Требования NEC к защите от перегрузки по току для конкретных приложений можно найти в разделах, кроме 240. Например, требования к оборудованию для кондиционирования воздуха и холодильному оборудованию можно найти в статье 440, части III и VI.Требования OCP к проводнику цепи конденсатора приведены в Разделе 460. Требования к максимальной токовой защите двигателей и проводов управления двигателями содержатся в частях II, III, IV, V, VI и VII статьи 430.

Выбор рейтингов OCP.

В следующих примерах рейтинг значения отключения OCP будет определяться вместе с допустимой токовой нагрузкой проводников, используемых в цепи. Номинальный ток короткого замыкания и отключающая способность также должны определяться на основе имеющегося тока короткого замыкания в цепи.Расчет имеющегося тока короткого замыкания выходит за рамки этого обсуждения.

Ответвительные цепи. Требования к максимальной токовой защите параллельной цепи приведены в Разделе 210.20. Общее требование состоит в том, чтобы рассчитать ОСР не менее чем на 125% непрерывной нагрузки и 100% периодической нагрузки. Согласно определению NEC, непрерывная нагрузка — это нагрузка, при которой ожидается, что максимальный ток будет продолжаться в течение 3 часов или более.

Например, рассмотрим однофазную цепь 120 В, питающую осветительную нагрузку открытого офиса (постоянную) 1000 ВА и нагрузку конденсатного насоса небольшого холодильного агрегата (непостоянную) 100 ВА.Нагрузка схемы для определения размеров OCP составляет:

Расчетная нагрузка OCP = 1,25 x 1000 ВА + 1,00 x 100 ВА

Расчетный ток OCP = 1350 ВА / 120 В

Следующий по величине стандартный OCP (см. Таблицу 240,6 (A)) составляет 15 А.

Теперь выберите провод в соответствии с разделами 210.19 (A) и 310.15. Раздел 210.19 (A) требует, чтобы размер проводника был таким же, как у OCP — не менее 125% от продолжительной нагрузки и 100% от непостоянной нагрузки.В приведенном выше примере проводники схемы (медный термостойкий термопласт (THHN [A1] [A2])) проложены через офисную среду в кабелепроводе, содержащем шесть токопроводящих проводов. Ссылаясь на Таблицу 310.15 (B) (16), минимальный допустимый размер проводника составляет # 14. Несмотря на то, что в этом примере используется медный провод THHN, рассчитанный на 90 ° C, столбик 60 ° C должен использоваться в соответствии с требованиями Раздела 110.14 (C) (1) (a). В этом разделе требуется использовать столбец 60 ° C в таблице 310.15 (B) (16), поскольку предполагается, что заделки для оборудования с номинальным током 100 А или меньше рассчитаны на 60 ° C, если не указано и не указано иное.Кроме того, в разделе 240.4 (D) «Малые проводники» требуется, чтобы OCP для провода №14 был рассчитан на 15 ампер.

Общее правило выбора допустимой нагрузки NEC можно найти в Разделе 310.15, который ссылается на таблицы в Разделе 310.15 (B). Раздел 310.15 содержит ограничивающие факторы, которые должны применяться к значениям таблицы допустимой нагрузки при определении допустимой нагрузки для ваших конкретных проектных условий. Среди факторов, которые следует учитывать, два часто встречающихся фактора или отклонения от номинальных характеристик — это температура окружающей среды и количество проводников в кабелепроводе.Просматривая таблицы в 310.15 (B), обратите внимание, что некоторые таблицы основаны на температуре окружающей среды 30 ° C, а другие основаны на температуре 40 ° C.

Поправочные коэффициенты температуры окружающей среды для таблиц 30 ° C приведены в таблице 310.15 (B) (2) (a). Поправочные коэффициенты температуры окружающей среды для таблиц 40 ° C приведены в таблице 310.15 (B) (2) (b). Поправки на количество токоведущих проводов в кабельной дорожке приведены в таблице 310.15 (B) (3) (a). Есть некоторые условия, при которых коэффициенты снижения не применяются, как показано в 310.С 15 (B) (3) (a) (2) по (4). Например, коэффициенты снижения номинальных характеристик не применяются к типам бронированных кабелей (AC) и кабелей с металлической оболочкой (MC) при условии, что кабели не имеют общей оболочки, каждый кабель имеет не более трех токоведущих проводников, проводников # 2 AWG и не более 20 токоведущих проводов устанавливают без соблюдения зазора.

В этом примере провода проложены через офисную среду, где ожидается, что максимальная температура составит 85 ° F в периоды, когда системы охлаждения отключены.В таблице 310.15 (B) (2) (a) приведены поправочные коэффициенты температуры окружающей среды, которые должны применяться к значениям силы тока, указанным в таблице 310.15 (B) (16). Для температуры окружающей среды 85 ° F поправочный коэффициент для медного провода THHN 90 ° C равен 1,0, поэтому регулировка допустимой нагрузки не требуется.

Затем необходимо учесть снижение номинальных характеристик количества проводников в кабелепроводе. В нашем примере в кабелепроводе проложено шесть токоведущих проводов. Таблица 310.15 (B) (3) (a) используется для определения соответствующего коэффициента снижения мощности.Для четырех-шести проводников в дорожке качения коэффициент снижения номинальных характеристик составляет 80%. Количество жил

# 14, медь THHN допустимая нагрузка = 25 ампер x 0,8

Как обсуждалось выше, в этом примере для провода №14 должна использоваться допустимая токовая нагрузка при 60 ° C, равная 15 амперам, несмотря на более высокую рассчитанную токовую нагрузку.

Фидерные цепи. Требования к максимальной токовой защите фидера приведены в разделе 215.3 и аналогичны требованиям для ответвленных цепей. Как и в случае параллельных цепей, общее требование состоит в том, чтобы размер OCP составлял не менее 125% от продолжительной нагрузки и 100% от непостоянной нагрузки.

Рассмотрим трехфазный фидер на 208 В, питающий щитовой щит с прерывистой нагрузкой 10 кВА и продолжительной нагрузкой 30 кВА. Нагрузка схемы для определения размеров OCP составляет:

Размерная нагрузка OCP

= 1,25 x 30 000 ВА + 1,00 x 10 000 ВА

= 47 500 ВА

Расчетный ток OCP

= 47 500 ВА / (1,73 x 208 В)

= 132 ампер

Следующий по величине стандарт OCP (см. Таблицу 240,6 (A)) составляет 150 ампер.

Затем выберите проводник в соответствии с разделами 215.2 и 310.15. Раздел 215.2 требует, чтобы размер проводника был таким же, как у OCP — не менее 125% от продолжительной нагрузки и 100% от непостоянной нагрузки. В этом примере проводники цепи (медь THHN) проложены через котельную, где температура не превышает 120 ° F. В трубопроводе будут три токопроводящих жилы.

Ссылаясь на таблицу 310.15 (B) (16), минимальный размер проводника, разрешенный для номинального тока OCP 150 ампер, составляет # 1/0.Как и в предыдущем примере, выбранный тип провода — медный THHN, рассчитанный на 90 ° C. В этом случае необходимо использовать колонку 75 ° C в соответствии с требованиями Раздела 110.14 (C) (1) (a). В этом разделе требуется использовать столбец 75 ° C в таблице 310.15 (B) (16), поскольку оконечные устройства для оборудования с номинальным током 100 ампер или выше должны быть рассчитаны на 75 ° C, если не указано и не указано иное.

В этом примере провода проложены через котельную, где ожидается, что максимальная температура будет не выше 120 ° F.В таблице 310.15 (B) (2) (a) приведены поправочные коэффициенты температуры окружающей среды, которые должны применяться к значениям силы тока, указанным в таблице 310.15 (B) (16). Для температуры окружающей среды 120 ° F поправочный коэффициент для медного провода THHN 90 ° C составляет 0,82. Таким образом, расчетная допустимая токовая нагрузка для медного провода THHN №1 / 0, используемого в этом примере, составляет:

Температура окружающей среды

# 1/0 медь THHN допустимая нагрузка = 170 ампер x 0,82 = 139,4 ампер

Обратите внимание, что есть исключение из таблицы 310.15 (A) (2), который позволяет использовать более высокую допустимую нагрузку для кабелей с разной емкостью, где более низкая допустимая нагрузка не превышает 10 футов или 10% от общей длины цепи.

Затем необходимо учесть снижение номинальных характеристик количества проводников в кабелепроводе. В приведенном выше примере в кабелепроводе проложены три токоведущих проводника. Поскольку значения амплитуды в таблице 310.15 (B) (3) (a) уже учитывают до трех токоведущих проводников, дальнейшего снижения номинальных характеристик не требуется.

После определения допустимой нагрузки следует также учитывать падение напряжения.Для длинных цепей может потребоваться увеличить размер проводника, чтобы обеспечить минимальные требования к падению напряжения. У NEC есть информационные примечания относительно падения напряжения в ответвленных цепях и фидерах, но это не является правилом кодекса. Однако многие компетентные органы сделали падение напряжения обязательным требованием. Кроме того, энергетические нормы требуют учета падения напряжения.

После применения соответствующих отклонений расчетная допустимая токовая нагрузка провода №1 / 0 будет адекватно защищена выбранным выше OCP на 150 А.Следует учитывать рост нагрузки. Расчетные значения нагрузки и кабеля являются минимальными. Обычной практикой является добавление 20% минимального номинала кабеля для использования в будущем для увеличения нагрузки.

Требования к защите цепей двигателя

Требования к максимальной токовой защите в цепи двигателя начинаются с Таблицы 240.4 (G) «Особые применения проводников». Таблица 240.4 (G) требует, чтобы статья 430 использовалась для выбора максимальной токовой защиты цепи двигателя.Требования к максимальной токовой защите в цепи двигателя отличаются от требований к ответвлению и фидеру, что часто приводит к путанице. Для цепей двигателя защита от перегрузки обеспечивается устройством защиты двигателя от перегрузки (см. Статью 430, часть III).

Устройство защиты двигателя от перегрузки обычно представляет собой устройство, расположенное в пускателе двигателя, которое реагирует на ток двигателя и настроено на отключение контроллера двигателя, когда ток двигателя превышает 125% тока, указанного на паспортной табличке, для двигателей с коэффициентом обслуживания 1,15 или 115%. номинального тока для двигателей без эксплуатационного фактора.OCP, используемый для подачи питания на контроллер двигателя и двигатель, должен обеспечивать защиту цепи двигателя от короткого замыкания и замыкания на землю. Требования по определению максимального номинального значения или уставки для защиты от короткого замыкания в параллельной цепи двигателя и замыкания на землю можно найти в таблице 430.52. Чтобы использовать эту таблицу, вы должны знать тип двигателя, используемого в цепи, и тип OCP, используемый для защиты цепи.

Рассмотрим 3-фазную параллельную цепь двигателя 460 В, подающую питание на двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 100 л.с., защищенный автоматическим выключателем в литом корпусе с обратнозависимой выдержкой времени.Медные проводники цепи THHN прокладываются в зоне с температурой окружающей среды не выше 104 ° F, а количество проводников с током в кабельной канавке равно трем. Для этого примера в Таблице 430.52 разрешен автоматический выключатель с максимальным номиналом в 2,5 раза превышающим ток полной нагрузки двигателя. Ток полной нагрузки двигателя, используемый в этом расчете, — это не ток, указанный на паспортной табличке, а значение тока, указанное в таблице 430.250.

Ток двигателя

= 124 ампер

Макс.рейтинг OCP

= 2.5 x 124 ампер

= 310 ампер

Раздел 430.52 (C) (1) содержит исключение, которое позволяет использовать следующий более высокий стандартный рейтинг. В этом случае максимальный рейтинг OCP составляет 350 ампер. Если пусковой момент двигателя и время достижения рабочей скорости таковы, что двигатель не запускается, Раздел 430.52 (C) (1), исключение 2 позволяет поднять рейтинг OCP еще выше. В случае автоматического выключателя с обратнозависимой выдержкой времени для двигателя в этом примере Исключение (c) позволяет увеличить номинал OCP с 250% до 300%.Однако следующий более высокий рейтинг не применяется к Исключению (c). Рейтинг OCP на 300% выше, чем ток полной нагрузки, составляет 3 x 124 ампера = 372 ампера. Этот рейтинг находится между стандартными значениями от 350 до 400 ампер. В этом примере рейтинг OCP не может быть увеличен выше 350 ампер. Типичная практика — использовать рейтинг OCP ниже максимального, рассчитанного выше. Некоторые производители распределительных устройств предоставляют направляющие в виде логарифмической линейки для помощи в выборе номинальных характеристик цепи двигателя. Также доступны телефонные приложения, которые выполняют ту же функцию, что и линейка.Были проверены направляющие линейки трех разных производителей; все они рекомендуют автоматический выключатель с номиналом OCP на 200 ампер для следующего примера.

Сила тока в проводе цепи двигателя может быть определена с помощью Статьи 430, Часть II. Раздел 430.22 применим к этому примеру, поскольку это цепь с одним двигателем. Требование к подбору сечения проводов составляет просто 125% от тока полной нагрузки, указанного в таблице 430.50.

Максимальный ток проводов цепи двигателя

= 1.25 x 124 ампер

= 155 ампер

Ссылаясь на таблицу 310.15 (B) (16), используя столбец 75 ° C, минимальный допустимый размер провода — # 2/0 с номиналом 175 ампер. Обратите внимание, что максимальный рейтинг OCP составляет 350 ампер, что значительно превышает допустимую нагрузку на колонку при 90 ° C, равную 195 ампер. Это условие разрешено NEC, поскольку защита от перегрузки обеспечивается устройством защиты от перегрузки в пускателе двигателя, которое установлено на 125% от номинального тока полной нагрузки для эксплуатационного фактора двигателя, равного 1.15. OCP цепи двигателя обеспечивает только защиту от короткого замыкания и замыкания на землю.

В этом примере провода проложены в среде, где максимальная температура ожидается не выше 104 ° F. В таблице 310.15 (B) (2) (a) приведены поправочные коэффициенты температуры окружающей среды, которые должны применяться к значениям силы тока, указанным в таблице 310.15 (B) (16). Для температуры окружающей среды 104 ° F поправочный коэффициент для медного провода THHN 90 ° C составляет 0,91. Расчетная допустимая нагрузка для медного провода THHN №2 / 0, используемого в этом примере, составляет:

Температура окружающей среды

# 2/0 медь THHN допустимая нагрузка

= 195 ампер x 0.91

= 177,5 ампер

Допустимая допустимая токовая нагрузка проводника, сниженная для температуры окружающей среды, выше, чем указанная в столбце 75 ° C, поэтому она приемлема для использования в данном примере.

Контуры кондиционирования и холодильного оборудования. Как и в случае с двигателями, требования к максимальной токовой защите в цепи двигателя начинаются с Таблицы 240.4 (G) «Особые области применения проводов». Таблица 240.4 (G) требует, чтобы Статья 440 использовалась для выбора максимальной токовой защиты цепи двигателя для оборудования кондиционирования воздуха и холодильного оборудования.

При определении номинальных значений OCP для двигателей используются значения в амперах полной нагрузки (FLA), указанные в статье 430. Эти значения, как правило, выше, чем значения FLA, указанные на фактической паспортной табличке двигателя, что приводит к консервативному выбору номинальных значений OCP и проводов. В случае герметичных двигателей-компрессоров значения FLA двигателя, указанные в статье 430, не будут выше фактических значений двигателя из-за охлаждающего эффекта, который хладагент оказывает на обмотки двигателя. Например, 1.Двигатель мощностью 5 л.с., используемый в герметичном компрессоре, может иметь мощность 2 л.с., потому что тепло отводится от обмоток двигателя, позволяя протекать более высоким токам без превышения номинальной температуры проводника обмотки.

По этой причине производитель должен предоставить данные, относящиеся к используемому оборудованию для кондиционирования воздуха и холодильному оборудованию. В частности, максимальное значение защиты от перегрузки по току (MOP) должно использоваться для определения номинальных характеристик контура кондиционирования воздуха или хладагента.Кроме того, для определения минимального номинала проводника необходимо использовать минимальный ток цепи (MCA). Эти данные находятся на паспортной табличке оборудования, а также могут быть получены от производителя в виде спецификации. Производитель оборудования для кондиционирования воздуха и холодильного оборудования также должен указать, можно ли использовать предохранитель или автоматический выключатель для питания оборудования.

Рассмотрим пример кондиционера с MOP (автоматический выключатель или предохранитель) на 50 ампер и MCA на 31,0 ампер.В этом примере кондиционер питается с помощью медного провода THHN в трубопроводе, содержащем три токоведущих проводника. Блок кондиционирования воздуха расположен на открытом воздухе с максимальной температурой окружающей среды 120 ° F.

В этом примере OCP просто равно предоставленному производителем значению MOP в 50 ампер, поскольку 50 ампер является стандартным номиналом OCP согласно таблице 240.6 (A). Можно использовать либо автоматический выключатель, либо предохранитель, поскольку производитель указал оборудование с обоими типами устройств OCP.

Размер провода будет основываться на значении MCA, предоставленном производителем, которое в данном случае составляет 31,0 ампер. Используя таблицу 310.15 (B) (16), столбец 75 ° C, минимальный размер провода составляет # 8. Провод №10 имеет достаточную допустимую нагрузку, но согласно разделу 240.4 (D) он должен быть защищен OCP с номиналом 30 ампер или меньше. В этом примере требуется OCP на 50 ампер, поэтому необходимо использовать провод №8. Так как в этом примере в кабелепроводе всего три токоведущих проводника, снижение номинальных характеристик количества проводников не требуется.Максимальную допустимую нагрузку кабеля необходимо скорректировать для температуры окружающей среды 120 ° F. Ссылаясь на таблицу 310.15 (B) (2) (a), поправочный коэффициент для медного провода THHN с номинальной температурой 90 ° C и максимальной температурой окружающей среды 120 ° F равен 0,82.

Температурное снижение допустимой нагрузки = 0,82 x 55 А

= 45,1 ампер

Пониженная номинальная температура выше, чем значение MCA в 31,0 ампер для проводника №8, что является приемлемым для этого примера.

Существует несколько применимых разделов NEC, которые устанавливают требования к выбору OCP и проводников для коммерческих зданий.Некоторые секции NEC модифицированы для всех конкретных установок и оборудования в коммерческих зданиях. Обращая внимание на детали, можно выбрать рейтинг OCP, чтобы обеспечить безопасную и надежную работу в течение всего срока службы оборудования. [HEAD]

Непрерывные и прерывистые нагрузки

NFPA 70: Национальный электротехнический кодекс (NEC) дает мало указаний относительно постоянных и прерывистых нагрузок и почему это важно. Важно различать постоянные и прерывистые нагрузки из-за нагрева.Рассмотрим 25-амперную нагрузку в цепи. В прерывистом случае (например, при большом отстойнике) нагрузка может быть активна меньше минуты. В случае непрерывной работы (например, чиллер) нагрузка может быть активной в течение 8 часов или дольше. Сравнивая эти два случая, проводники контура чиллера во время работы будут иметь более высокую температуру, чем проводники контура отстойника.

NEC требует более консервативного выбора (125%) в случае непрерывных нагрузок из-за увеличения тепла, рассеиваемого проводниками схемы, по сравнению с непостоянными нагрузками.Некоторые примеры непрерывных нагрузок включают офисное освещение, внешнее освещение, оборудование центра обработки данных, стационарные водонагреватели емкостью менее 120 галлонов (450 л; согласно NEC 422.13) и циркуляционные насосы охлажденной / горячей воды. Некоторые примеры непостоянных нагрузок включают устройства для удаления пищевых отходов, насосы для отстойников / сточных вод, приводы гаражных ворот и электрические точилки для карандашей. Не всегда ясно, является ли нагрузка непрерывной или прерывистой. Рассмотрим схему освещения офисной кладовой.Если он спроектирован в соответствии с текущими требованиями энергетического кодекса, он должен иметь датчик незанятости, чтобы автоматически отключать свет, когда нет обнаруженных людей. Это похоже на пример прерывистой цепи. Что делать, если датчик вышел из строя или помещение было временно переоборудовано под офис? Некоторые специалисты по проверке разрешений могут потребовать, чтобы это считалось постоянной нагрузкой. В случаях, когда нагрузка определенно непостоянна, установите схему на 100% нагрузки. Если нагрузка спорна, будьте консервативны и рассчитывайте на длительную нагрузку.

Стивен Эйх — вице-президент и технический директор по электротехнике в компании Environmental Systems Design в Чикаго.

No related posts.

Реализация аппаратной защиты по току / Хабр

Цель статьи

Немного о токах короткого замыкания

Принцип работы защиты по току

Измерение тока

Усиление измеренного падения напряжения

Добавляем реализм в систему защиты

Сравнение сигналов с помощью компаратора

Почему аппаратная?

Эпилог

Схемы электронных предохранителей для защиты от КЗ и перегрузки по току

Надёжная токовая защита для БП и ЗУ на IR2153 и электронном трансформаторе.

Мощный блок питания с защитой по току

Схема регулятора напряжения

Схема управления вентилятором

Блок индикации тока и напряжения

Сборка платы блока питания

Сборка корпуса

Настройка

Смотрите видео

Защита электродвигателя — обзор самых эффективных методов. Схемы и принцип действия + инструкция с фото

Как создается защита для электродвигателя?

Из-за чего отказывает электродвигатель?

Тепловое реле

Автоматическая защита двигателя

Универсальные блоки защиты

Фото защиты электродвигателя

Способы защиты электродвигателей | Техпривод

Защита от перегрузки

Защита от короткого замыкания

Выход за пределы параметров питающего напряжения

Защита от перегрева

Защита двигателя при использовании частотного преобразователя

Что такое OCP? Объяснение защиты источника питания от сверхтока — Tom’s Hardware

Как работает OCP? Многорельсовые и одинарные шины

OCP против OPP / OLP

— интернет-магазины и отзывы на защита от сверхтока постоянного тока на AliExpress

— интернет-магазины и отзывы о защите от перегрузки по току на AliExpress

Консультации — Инженер по подбору | Понимание максимальной токовой защиты

Оставить комментарийОтменить комментарий