" title="Написать письмо">Написать письмо
Много статей не имеет срока устаревания. Есть смысл смотреть и 2011, и даже 2008 год.
Политика сайта: написать статью, а потом обновлять ее много лет.
Теперь сайт отображается корректно и на мобильных аппаратах.

Рекламодателям! Перестаньте спамить мне на почту с предложениями о размещении рекламы на этом сайте. Я никогда спамером/рекламщиком не был и не буду!
Ваш IP: 54.162.126.136

Статьи по дате (многие всегда актуальны)

Часто ли вы даете деньги на развитие бесплатных проектов?
 

Статистика

Пользователи : 1
Статьи : 948
Просмотры материалов : 2785399
 
Защита элементов РЭА методом шунтирования (24.06.2017). Печать E-mail
2017 - Июнь
24.06.2017 10:46
Save & Share
Основная тема: защита дорогостоящих, или опасных, или нестандартно установленных элементов РЭА - от саморазрушения. В реальном мире нет двух идеально одинаковых элементов, даже если они из одной партии, - порой нужно защищать и их при совместном использовании. Субъективно сложилось впечатление, что вероятность срабатывания защиты в момент включения/выключения РЭА выше, чем во время ее непосредственной работы. К примеру, видел много взрывающихся конденсаторов именно в момент подачи напряжения; и только 1 раз - взрыв внутри системного блока спустя часы работы.

Ввиду того, что программы моделирования электрических схем не являются идеально правильными, - с их помощью невозможно смоделировать описанные здесь ситуации. Мало того, нужно фиксировать величины, длительность существования которых измеряется микросекундами, что невозможно. Даже такая среда как Multisim навредила уже несколько раз, например:
- в самодельном диодом мосте еще со времен СССР в одном плече могло находиться хоть 27 последовательно включенных диодов (с целью распределения напряжения на них). Однако программа искажает форму сигнала после второго же диода, добавляя нижний полупериод, который должен быть отрезан (при этом диодный мост становится неработоспособным). И искажает падение напряжения на диодах. Вот личное видео с другой проблемой, где замыкание на диоды порождает пульсации много выше пика амплитуды источника. Вольтметры в режиме DC вообще отрицательное показывают;
- моделирование не может имитировать взрывы конденсаторов, расплавление от температуры проводников, падение напряжения на проводниках;
- предохранитель вообще не настраиваемый и разрывается через лишь несколько секунд (при номинале 0.5А и токе 10А это смотрится особенно эпично);
- в разных программах моделирования номиналы напряжения и токов разные при одних и тех же компонентах и их номиналах!

Однако даже с такими глюками данные программы нужны. Они способны показать грубые ошибки именно в стабилизированном после включения режиме работы: перегорание тех же предохранителей, номиналы токов и напряжений, закономерности и т.д. Теперь о частных случаях защиты компонентов шунтами, некоторые лично разработаны.

0. Любой шунт является паразитным (исключение, разве что, предохранитель). Например, установленный последовательно нагрузке резистор 0.1Ом отбирает от нагрузки то напряжение, которое на нем и измеряется для расчета силы тока цепи. Поэтому работает правило: при последовательном подключении номинал сопротивления шунта, как правило, мал; при параллельном - как правило, велик.

1. Шунтирование диода резистором - параллельно. Смысл: предотвращение высокого обратного тока в случае включения нескольких диодов последовательно.

Например, если требуется диодный мост на 2200В, а под рукой только диоды 2Д202В на 100В (на работе их около 1000шт - выбросить хотели, ага, щазз). Итак, в одно плечо диодного моста ставится N диодов. Ввиду физического износа и неточностей изготовления есть разброс по параметрам. Один из диодов имеет более высокое внутреннее сопротивление относительно других - его обратный ток и обратное напряжение будут самыми высокими, а также падение прямого напряжения.

Если обратный ток превышает предельный - диод пробивает, даже если предел прямого напряжения не превышен. Без резистора обратные токи перераспределятся на оставшихся диодах - умрут все. С резистором обратный ток перераспределяется между резистором и диодом. Как следствие, падает обратное напряжение на диоде.

Формула расчета сопротивления резистора: чтобы протекал 5-кратный максимальный обратный ток диода. Например, для 2Д202В при 1мА - 5мА, при напряжении 10В DC составит 0.5кОм, при напряжении 220В AC - 15.55кОм за счет пика амплитуды 311В. Рекомендуют 10-кратный максимальный обратный ток, никаких обоснований для данных коэффициентов нет. Здесь чем больше сопротивление, тем лучше для схемы.

Моделирование с переменным напряжением показало: если забыть к одному диоду припаять резистор - на этом диоде упадет почти все прямое напряжение, а на шунтированных упадет в районе 0.6В.

2. Шунтирование конденсатора резистором - последовательно. Смысл:
- уменьшение последствий взрыва конденсатора в случае превышения предельного напряжения;
- берет совсем немного напряжения на себя при заряженном конденсаторе, что позволит отдалиться от предельного напряжения.

Когда конденсатору приспичит взорваться, будет резкий бросок по амперам: сопротивление конденсатора падает, ток выше, рассеиваемая энергия больше - сопротивление падает еще ниже. Электролит мгновенно вскипает и вызывает химический взрыв.

Взрывал на практике конденсатор 1мкФ/6.3В - эта малюсенькая шмакодявка сработала как средняя петарда и заставила убирать полкомнаты. А теперь представим, что взрывается конденсатор 1500мкФ/500В, который устанавливается в адаптеры питания до 500В, - это уже аналог взрывчатки; а если советский - то направленного действия за счет алюминиевого корпуса. Мало того, он стоит 2500руб (а 2500мкФ - вообще 7000руб). Речь уже идет не столько о защите конденсатора, сколько о сохранении здоровья, денег, спокойствия соседей всего дома и ментов всего района.

Ну и не дадим ему взорваться, установив токоограничивающий резистор. Конденсатор будет заряжаться длительное время, возможно даже секунды (сколько требуется, чтоб конденсатор выполнял свою прямую функцию в схеме), - это нужно учитывать; данный метод не является универсальным.

Так как невозможно узнать номинал тока, который будет у конденсатора в момент взрыва, расчет резистора приходится делать на этапе моделирования. Например, если в диодный мост установлен сглаживающий конденсатор, его номинал уже рассчитан по формуле - значит, максимальный ток источника постоянного тока уже известен. Подключить максимально допустимую по амперам нагрузку, последить за пульсациями напряжения на нагрузке, установить приемлемые пульсации и списать номинал резистора.

Итог: вместо оглушительного взрыва конденсатор издаст негромкий "пук", от превышения напряжения не спасает.

3. Шунтирование конденсатора предохранителем (быстрого срабатывания) - последовательно (не работает!). Смысл: предотвращение взрыва конденсатора в случае превышения предельного напряжения.

Эксперименты:
- при попытке зарядить конденсатор 1000мкФ/35В от источника 5В/2.5А, с использованием предохранителя 0.5А, - предохранитель не сгорел;
- от источника 22В/10А - та же ситуация;
- от источника 5В/2.5А на связку последовательных конденсаторов конденсаторов 470мкФ/10В, 100мкФ/10В, 47мкФ/16В, 22мкФ/25В (далее - связка, в бутылке) - не сгорел;
- от источника 22В/10А на связку - не сгорел;
- при попытке взорвать связку импульсным положительным напряжением 40В/100Гц, перепутав полярности, - предохранитель не сгорел, но конденсатор с меньшей емкостью взорвался. Напряжение на связке увеличилось до 60В (при поданных 40!), разъединения цепи не произошло, внутри бутылки - брызги именно жидкого электролита! Бутылка - мутная вся от паров электролита, при открытии - воняет. Конденсаторная бумага стала кашей, а не бумагой;
- увеличил напряжение до 110В, поставил предохранитель 0.25А, разрядил связку. При включении предохранитель сгорел сразу. Поставил 0.5А - тоже сгорел сразу. Зарядил связку без предохранителя меньшим напряжением, поставил предохранитель, увеличил напряжение до номинального - предохранитель сгорел, конденсатор не взорвался. Убрал предохранитель - взорвался. Цепь так же не разомкнулась.

Итоги:
- предохранитель спасает конденсатор от взрыва;
- но ток взрыва примерно равен току заряда конденсатора с нуля - у предохранителя сразу наступит ложное срабатывание;
- макетированием возможно получать номиналы предохранителей, при которых они не будут перегорать при заряде конденсатора с нуля - чтобы использовать их для пункта 3.

3. Шунтирование конденсатора варистором - параллельно, предохранителем (быстрого срабатывания) - последовательно. Смысл: предотвращение взрыва и разрушения конденсатора в случае приближения к предельному напряжению.

Он просто не захочет взрываться. Напряжение срабатывания варистора должно быть чуть ниже предельного напряжения конденсатора. Варистор резко уменьшает свое сопротивление при достижении своего предельного напряжения и устраивает практически КЗ. За то время, пока он будет сам себя выжигать и не отсоединился от схемы, сработает последовательно установленный предохранитель такого номинала, при котором конденсатор успешно заряжается.

Итог: взрыва нет, конденсатор целый, уничтожены предохранитель и (с некоторой вероятностью) варистор - копеечная цена за безопасность.

4. Шунтирование конденсатора резистором - параллельно. Смысл: разряд конденсатора, чтобы после отключения устройства не получить удар током при работе с платой устройства.

Особенно это касается конденсаторов с напряжением выше 42В (выше безопасного напряжения по ППБ-С для сухой кожи). Расчет номинала резистора, даже при малом напряжении, идет на сотни килоом. Вспоминая прошлый опыт: при 3.91В и сопротивлении 250кОм конденсатор разряжался примерно с примерной скоростью 0.01В/сек. Лучше сами зарядите конденсатор и приложите резистор в несколько сотен килоом. Номинал велик, поэтому на работоспособность схемы вообще никак не влияет, особенно если мегаомы ставить.

5. Шунтирование транзистора диодом - параллельно, диод направлен против тока. Смысл:
- принятие на себя обратного напряжения, возникающего при закрытии транзистора (нет возможности воспроизведения, все об этом говорят - но никто не может доказать);
- уменьшение индуктивных выбросов (напряжения самоиндукции) в случае, если нагрузка индуктивная, например, двигатель (доказано опытами в интернете).

6. Шунтирование реле диодом - параллельно, диод направлен против тока. Смысл:
- гашение самоиндукции при отключении реле (не текут обратные токи через катушку реле);
- предотвращения перенапряжения на ключевом элементе, управляющем обмоткой реле.

В итоге увеличивается время отпускания реле, что решается установкой последовательно диоду резистора. Но, как правило, эта задержка настолько мала, что обращать внимание на нее не стоит. Методика расчета резистора неизвестна.

7. Шунтирование транзистора резистором - последовательно, ко входу. Смысл: выравнивание напряжений на параллельно соединенных транзисторах на момент подачи питания. Крайне сложная в понимании вещь, удалось понять только следующее:
- так как транзисторы не идеально одинаковые, в момент подачи управляющего напряжения они начинают открываться с разной скоростью (разным периодом полного открытия);
- один транзистор открывается полностью, в это время остальные еще полузакрыты (сопротивление - десятки килоом, считай - закрыт). Вместо 10А на 4 транзистора становится 40А на 1. Внутри кристалла транзистора наступает критическая температура, и за те микросекунды открытия других транзисторов он может выйти из строя. Утверждается, что структура биполярных транзисторов разрушается при 200 градусах, полевых - при 150; данные непроверенные.

Как именно происходит выравнивание напряжений при открытии транзисторов с резисторами - не может объяснить абсолютно никто. Все строят умные лица, говорят "делай так-то", а по сути - данный способ остается котом в мешке, который моделированием сложно или невозможно проверить. Остается макетирование.

Также неясен вопрос, нужны ли такие резисторы для полевых транзисторов, ввиду их крайне быстрого открытия (наносекунды против микросекунд и десятых миллисекунд).

(добавлено 24.07.2017) 8. Шунтирование транзистора варистором - параллельно. Смысл: двунаправленная защита транзистора от перенапряжения непосредственно во время его работы. Варистор необязательно сгорает сразу: он может без ущерба для себя поглощать кратковременные всплески напряжения со скоростью реагирования 25нс.
Обновлено ( 24.07.2017 21:10 )
 
 

Последние новости

©2008-2017. All Rights Reserved. Разработчик - " title="Сергей Белов">Сергей Белов. Материалы сайта предоставляются по принципу "как есть". Автор не несет никакой ответственности и не гарантирует отсутствие неправильных сведений и ошибок. Вся ответственность за использование материалов лежит полностью на читателях. Размещение материалов данного сайта на иных сайтах запрещено без указания активной ссылки на данный сайт-первоисточник (ГК РФ: ст.1259 п.1 + ст.1274 п.1-3).