Ограничения коммутационных электромагнитных помех в цепях управления с индуктивными элементами

В индуктивных цепях электрического оборудования, включаю­щих, например, обмотки возбуждения двигателей или устройства с электромагнитным приводом, такие, как реле, а также соедини­тельные силовые и управляющие провода возникают при отклю­чениях и включениях перенапряжения, которые с высокими кру­тизной и частотой колебания попадают в сеть питания.

Индуктивные элементы в цепи тока принадлежат, таким обра­зом, к источникам интенсивных помех. Если они эксплуатируют­ся в тесном пространственном расположении с электронными уз­лами, например, внутри одного прибора, одного управляющего шкафа или установки необходимо снизить до уровня, допустимо­го для электронных приборов и систем, ожидаемые перенапряже­ния путем соответствующих мер.

Ниже будут рассмотрены физические причины, порядки вели­чин, и принципиальные временные диаграммы этих переходных перенапряжений и также описаны выбор, измерение и располо­жение соответствующих средств для их ограничения.

4.1 Физические процессы при коммутациях в индуктивных цепях

Рис. 4.1 показывает в упрощенном виде модель взаимодействия между цепью тока возбуждения электромагнитного устройства и цепью тока систем РЗА и автоматизированного и автоматического управления технологическим процессом. Обе цепи гальванически разделены из соображений помехозащищенности, однако связаны через практически всегда имеющиеся паразитные емкости С13, С14, C23, С24- Кроме того, через сцепление магнитных потоков обоих контуров возникает индуктивная связь, характеризуемая взаимоиндукцией М. Вследствие возникающего при разрядных явлениях между контактами выключателя СВЧ - излучения, кроме того, возможно неблагоприятное влияние дальнего поля на логические цепи систем РЗА и автоматизированного и автоматическо­го управления технологическими процессами.

При включении прибора Y емкость Cs заряжается через сопро­тивление R (внутреннее сопротивление источника напряжения и сопротивление линии), индуктивность L. При идеально быстро включающемся выключателе в контуре развивается электри­ческий колебательный затухающий процесс, который в основном определяется параметрами и . Он протекает с частотой е (рисунок 4.2) и максимальным напряжением на катушке индуктивности.

Напряжение может лежать между 300 В и несколькими киловольтами, скорости изменения напряжения - от 1 до 1000 В/ с, общая длительность процесса лежит в микросекундной области, а частота - в границах от 106 до 108 Гц.

Образование помех затрудняется тем, что для срабатывания ре­ального выключателя требуется конечное время.

Оно образуется, например для тиристора, из времени, которое необходимо, чтобы заполнить достаточно большие зоны полупро­водникового материала носителями заряда, а для выключателей с подвижными контактами, включающими напряжения > 300 В, из времени, за которое образуется проводимость искрового разряда. Типичные времена срабатывания мощных тиристоров (0,2 - 4 кВ) от 5 до 200 мкс, реле и герконов — ~3 нс.

Рисунок - 4.1 – Модель взаимодействия цепи, содержащей индуктивный элемент, с логической цепью системы автоматизированного и автоматического управления технологическим устройством

При контактных устройствах включения, как правило, нужно рассчитывать на то, что процесс включения вследствие явлений вибрации и других физических процессов состоит из ряда следующих друг за другом циклов замыкания и размыкания. Поэтому всегда нужно рассчитывать на то, что в тече­ние включения возникают несколько изоб­раженных на рисунке 4.2 затухающих процессов, типичных для процессов отключения (смотри ниже). Таким образом, в целом каждый про­цесс включения электромагнитного устрой­ства необходимо оценивать как потенциаль­ную причину помехи.

При отключении электромагнитного уст­ройства, то есть при внезапном прерывании стационарного тока возбуждения i в колеба­тельном контуре, образованном Rs, Ls и Cs, также происходит электрический колебательный затухающий процесс, при котором запасенная к моменту отключения в Is и Cs энергия в Rs превращается в тепло. Если опять предположить наличие в цепи тока быстрого, почти идеального выключателя, то этот затухающий процесс протекает либо колебательно с частотой fc ~ 1/2п (рисунок 4.3,a) или апериодически затухая (рисунок 4.3, б). Вид импульса напряжения на катушке , по рисунку 4.3, а) типичен для уст­ройств с магнитопроводом, набранным из отдельных пластин, а вид по рисунку 4.3, б) - для устройств с массивным магнитопроводом. Сильно затухающий процесс на рисунке 4.3, б можно объяснить влиянием R_Fe, которое представляет сопротивление потерь в стали массивного магнитопровода.

Рисунок 4.3 – Типичные импульсы напряжения на катушке us при отключении тока идеальным выключателем а) — наборный магнитопровод, б) - массивный магнитопровод

Без специальных мер, затухающие процессы в обоих случаях со­провождаются высокими перенапряжениями и большими скоростями изменения напряжения . Максимальное, теоре­тически возможное, перенапряжение на катушке может быть оце­нено, исходя из баланса энергии

, (4.1)

а максимально возможное значение производной по времени - исходя из описывающего затухающий процесс диф­ференциального уравнения. Если положить в основу практически всегда выполняющееся условие CSRs; « Ls/Rs и пренебречь влия­нием Rs, можно получить в итоге для обоих величин простые соот­ношения:

Теоретическое значение usmax однако, не достигается, по­скольку:

· часть запасенной к моменту отключения в энергии при перезарядке превращается в тепло в сопротивлении обмотки ;

· вихревые токи и потери на гистерезис также поглощают
часть энергии Ws особенно при массивном магнитопроводе;

· при отключении контактным отключающим устройством между контактами, как правило, начинается разрядный процесс, который также поглощает часть энергии .

Рисунок 4.4 – Процесс отключения с щеточным

Параметры , имеют следующие воздействия:

· изоляция обмоток электромагнитного устройства подверга­ется перенапряжением, так как ;

· в выключателях в зависимости от возможной величины тока возникают тлеющие, искровые или дуговые разряды между кон­тактами вследствие того, что |uKmax| >> u. Из-за этого, в частности, контактный промежуток в течение времени отключения много­кратно размыкается и из-за начавшегося под воздействием uкmах снова замыкается. Это ведет к известным щеточным явлениям на графике напряжения катушки (рисунок 4.4). Частота, сопровож­дающая щеточные явления, лежит в области 104...107 Гц. Таким образом, явления разря­да с одной стороны являются источником интенсивных ВЧ - помех, а с другой, особенно в цепях постоянного тока с большими индуктивностями, причиной для сильного изно­са контактов;

· в расположенных рядом цепях AСТУ возникают кратко­временные помехи, либо нару­шается работа логических элементов, если наведенное через С13, С14, С24, С24 и М напряжение помехи ust (рисунке 4.1, б) либо энергия помехи через излучение превышают порог помехоустойчивости.

В цепях электромагнитных устройств, содержащих индуктив­ный элемент, всегда требуются меры для подавления ожидаемых перенапряжений при отключениях. Это удается осуществить схемными комбинациями из пассивных или активных элементов. Их структурирование, величина и расположение зависят от того, с какой целью должны быть реализованы схемные мероприятия.

Таблица 4.1 дает обзор по этому вопросу. В дальнейшем будут рас­сматриваться исключительно схемы защиты от помех.

Таблица 4.1 – Схемные мероприятия в цепях электромагнитных приборов, содержащих индуктивные элементы

Схемные мероприятия	Цели	Расположение элементов защиты
Схемы защиты обмоток возбудителей	Защита изоляции от перенапряжений	Параллельно катушке индуктивности
Схемы защиты от радиопомех и защиты контактов	Подавление тлеющих, дуговых, искровых разрядов между контактными элементами во избежание ВЧ колебаний и для уменьшения обгорания контактов	Устройства защиты от радиопомех параллельно контактам, чтобы исключить влияние индуктивности проводов.
Устройства защиты контактов (преимущественно RC - звенья) параллельно катушке индуктивности
Схемы защиты полупроводниковых участков включения	Защита полупроводниковых элементов от перенапряжений	Параллельно участку включения тиристоров. Параллельно нагрузке, если между катушкой и транзистором не длинных соединительных проводов
Схемы защиты от помех	Возможное снижение и , чтобы избежать функциональных помех в соседних электронных системах, или предотвратить разрушение логических элементов	По возможности непосредственно на катушке индуктивности

4.2 Критерии оценки схем защиты от помех

Для устройств на постоянном и переменном токе существует большое число возможных вариантов схем защиты (смотри таблицы 4.2 и 4.4, рисунок 4.9 и 4.10).

Рис. 4.5 – Вольтамперные характеристики варистора из карбида
кремния (а = 5) и из оксида цинка металлоксидный варистор, а = 30)

Рисунок 4.6 – Вольт – амперная характеристика в логарифмическом масштабе

Вопрос о возможности их применения в конкретных случаях решают с учетом следующих факторов (пере­числение без учета важности):

· время срабатывания;

· нагрузочная способность по импульсному току и способность к поглощению энергии;

· эффективность ограничения usmах и (dus /dt)max;

· вид напряжения на катушке us и тока возбуждения i после отключения (колебательный или апериодический);

· нагрузка выключателя по току при включении;

· стационарный ток потерь;

· влияние времени задержки защищаемого прибора;

· влияние надежности системы в целом;

· характеристика старения (дрейф параметров);

· характеристика поведения при аварии (КЗ или обрыв с вытекающими отсюда последствиями);

· степень сложности правильного определения параметров.

Подходящей должна считаться схема защиты, которая:

· имеет приемлемые экономические показатели;

· при экономном исполнении позволяет производить достаточное подавление перенапряжений по возможности непосредственно на катушке индуктивности;

· характеризуется очень малым временем срабатывания;

· по возможности не вызывает стационарных потерь энергии;

· не ухудшает общей надежности системы;

· по минимуму изменяет время срабатывания устройства, может рассчитываться по простым правилам.

4.3 Схемы защиты от помех для устройств постоянного тока

Таблица 4.2 дает обзор важнейших свойств схем защиты, которые могут применяться в приборах постоянного тока.

Таблица 4.2. Обзор свойств важнейших схем защиты приборов постоянного тока (читай далее табл. 6.2 как 4.2)

Далее остановимся на характеристиках некоторых защитных элементов.

Диоды. Самое радикальное подавление перенапряжений при отключении осуществляется чисто диодной схемой (таблица 4.2, столбец 2). Поскольку скорость включения диода существенно выше, чем у коммутационного устройства, на катушке при отклю­чении не возникает перенапряжений.

Напряжение запирания диода выбирается и ток IF > 1,5 In. Время восстановления запирания tn должно быть меньше 100 нc, чтобы вибрационные процессы на контактах выключателя не разрушили диод. При подключении нужно обращать внимание на правильную полярность. В приборах с якорем время срабатывания за счет схемы защиты не изменяется, тогда как время возврата по сравнению с прибором без такой схемы увеличивается в 10 - раз. Это свойство может успешно использоваться, когда, например, нужно перекрыть перерывы напряжения в течение нескольких миллисекунд. В целом диодные схемы при малых размерах и пренебрежимом токе потерь имеют очень хорошее помехозащитное действие. Они используются, когда удлинение времени возврата прибора со схемой защиты не имеет негативных последствий для функционирования устройства в целом.

Резисторы. Параллельное с индуктивной обмоткой включение резистора сопротивлением RP (таблица 4.2, столбец 3) является лишь условно возможной схемой защиты. Для снижения перенапряже­ния при отключении оно должно быть не слишком большим, с другой стороны, для ограничения длительности процесса отклю­чения и сохранения тока потерь Iv = Un/Rp в приемлемых грани­цах, не слишком малым. Оно выбирается в пределах Rр=(2...3) Rs и рассчитывается по току потерь. Параллельные сопротивления используются в схемах обмоток двигателей. Для схем защиты от помех их нельзя рекомендовать к применению.

Резисторы с диодами. Можно получить улучшенные свойства, если последовательно с Rp включить диод (таблица 4.2, столбец 4). При включенной катушке в этом случае без учета обратного тока диода, который пренебрежимо мал, через Rp не протекает никако­го тока. Следовательно, источник напряжения дополнительно не нагружается, исключается дополнительное выделение тепла и Rp термически нагружается меньше. Выбор диода производится, как в столбце 2 таблица 4.2. Здесь также необходимо следить за правиль­ной полярностью.

Варисторы. Варисторы (таблица 4.2, столбец 5) являются сопро­тивлениями, зависящими от напряжения с симметричной, сильно нелинейной вольтамперной характеристикой (рисунок 4.5). Она опи­сывается уравнением

(4.2)

где - константа, а - показатель степени, характеризующий нелинейность вольтамперной характеристики. Значения лежат при обычных варисторах из карбида кремния в области от 3 до 5, а при металлоксидных варисторах на базе оксида цинка - в области от 20 до 30. Последние, вследствие того, что они имеют очень короткое время срабатывания (20—50 нc), очень хорошо подходят в качестве элементов ограничения перенапряжений. При отключении катушки они обеспе­чивают при сравнимых перенапряжениях меньшее время t0, чем описанные до этого варианты схем.

Выбор подходящего металлоксидного варистора осуществляет­ся с учетом следующих обстоятельств.

Во-первых, с учетом наибольшего рабочего напряжения варис­тора (рис. 4.5). Оно выбирается с учетом допуска ΔU_n положи­тельного отклонения рабочего напряжения прибора :

, (4.3)

где - наибольшее рабочее напряжение (наивысшее длительно допустимое по­стоянное напряжению, которое может быть приложено к варистору);

- наи­большее переменное рабочее напряжение (эффективное значение наибольшего синусоидального напряжения 50 или 60 Гц, которое может быть длительно прило­жено к варистору).

Во-вторых, необходимо учитывать максимально допустимую мощность потерь варистора . Она определяется согласно со­отношению

, (4.4)

где z - число отключений в единицу времени.

По согласно (4.3) и соответственно (4.4) первона­чально устанавливается тип варистора. Возникающее при отклю­чении перенапряжение можно простым способом получить из вольтамперной характеристики (рис. 4.5).

В- третьих, нужно убедиться, что максимально допустимый отводимый импульсный ток выбранного варистора не превышается, то есть обеспечивается выполнение условия

,

где — максимально допустимая амплитуда стандартного импульса 8/20 мкс.

Номинальные отводимые металлоксидными варисторами токи (импульс 8/20 мкс) в зависимости от диаметра варистора и числа коммутаций приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 – Номинальный отводимый импульсный ток iin металлоксидных варисторов для различного числа m коммуникаций

Диаметр			Номинальный отводимый импульсный ток iin для различного числа коммутаций m
варис-		Uhd, В
			10°, А	102, А	104, А	106, А

Таким образом, варистор диаметром 5 мм переносит в целом 10⁶ стандартных импульсов амплитудой 10 А. Для случая, когда длительность импульса > 20 мкс, допустимая амплитуда импульса уменьшается. Это предусматривается понижающим коэффициен­том RF, который может быть получен в зависимости от длитель­ности импульса т, рисунок 4.7. Например, для т = 5 мс при m = 10^б срабатываний получаем коэффициенты RF = 0,06. Для упомяну­того 5-мм варистора выполняется соотношение

. (4.5)

Это означает, что выбранный варистор применим, когда номи­нальный ток I_n, протекающий через варистор, < 0,6 А. Если это не так, то должен быть выбран варистор с большей нагрузочной спо­собностью и диаметром.

Величина т может быть оценена при помощи соотношения

, (4.6)

где - перенапряжение при отключении катушки, полученное с помощью рисунок 4.6. Уравнение (4.6) получается путем упрощения данного в таблице 4.2, столбец 4, соотношения для .

Z-диоды. Z-диоды (диоды Зенера) имеют асимметричную вольтамперную характеристику (рисунок 4.8, а)). Чтобы при включен­ном приборе через помехозащищающую цепь не протекал ток, включается встречно диод D (таблица 4.2, столбец 6). Величина требуемого Uz Z-диода (рисунок 4.8, а)) определяется по одной из пар величин: uSmax /Un; to/3Ts. Обычно она выбирается в показанных на рисунок 4.8, б) границах Uz = (1,5...2,5) Un. Как правило, Z-диод должен быть способен кратковременно проводить ток IП защища­емого прибора, т.е. выбран по

(4.7)

и должен быть выбран по рассеиваемой энергии.

. (4.8)

Определение параметров диода производится, как указано в столбце 1 таблицы 4.2.

Z-диоды, хотя и имеют малое время срабатывания и обеспечи­вают эффективное ограничение перенапряжений при отключе­нии, являются сравнительно дорогими. Их нагрузочная способ­ность по импульсному току и возможность поглощения энергии, так же как и величина Uz, ограничены, так что речь о них может быть только в небольших, управляемых полупроводниковыми схе­мами приборах, с низкими номинальными напряжениями, Un < (0,4...0,8) Uz. Лучшими свойствами в этом отношении обладают специально разработанные для отвода переходных перенапряже­ний ТAZ - диоды (переходные поглощающие стабилитроны).

RC - цепочки. Очень хорошими свойствами по ограничению пе­ренапряжений при отключении, снижению производных напря­жения, так же как для обеспечения малого времени срабатывания обладают соответствующим образом подобранные RС - цепочки. В простейшем случае они состоят из резистора и конденсатора , расположенные параллельно катушке индуктивности (таблица 4.2, столбец 6). При включении быстро (постоянная вре­мени заряда ) заряжается до номинального напряжения . После этого через цепь помехоподавления течет лишь ток утечки конденсатора, которым можно пренебречь.

RC - цепочка рассчитывается так, что в ней после отключения происходит затухающий колебательный разряд. Существуют сле­дующие правила расчета:

, (4.9)

причем, однако, нельзя переходить за нижнее граничное сопро­тивление Rp = Us/Ie.rul , чтобы при включении не произошло сва­ривания контактов выключателя и

. (4.10)

Цепь помехозащиты должна кратковременно проводить ток I_n, а конденсатор должен быть рассчитан на 2-3 - кратное номиналь­ное напряжение. Поскольку в процессе разряда меняется направ­ление тока, то используются, как правило, только металлобумажные конденсаторы.

RCD - цепочки. Еще одна помехозащитная комбинация, состоящая из последовательности диод - конденсатор - резистор, представлена в столбце 7 таблицы 4.2. Конденсатор после отключения обмотки возбуждения заряжается до момента . Смена направления тока через диод невозможна. разряжается через RЕ. Поскольку не возникает низкочастотных колебаний, этот вариант схемы специально подходит для выключателей. Устраняется повторное втягивание якоря. Основы расчета RСD-цепочки состоят в следующем.

Диод выбирается согласно таблице 4.2, столбец 2, емкость конденсатора рассчитывается по формуле

(4.11)

Напряжение на конденсаторе

; (4.12)

Сопротивление

, (4.13)

где - время паузы между двумя отключениями.

Рекомендации по применению. Если сравнить отдельные защит­ные схемы согласно данным в разделе 4.3 критериям оценки, можно дать следующие рекомендации:

· если замедление времени возврата не играет роли, удобна диодная схема (таблица 4.2, столбец 2);

· если время реакции защищаемого прибора должно по возможности не изменяться, преимущество имеют комбинации с металлоксидными варисторами (таблица 4.2, столбец 5) или RC-цепочки (таблица 4.2, столбцы 7 и 8);

· для небольших приборов пригодны Z-диоды или TAZ-диодные схемы (таблица 4.2, столбец 6);

· резисторы (таблица 4.2, столбец 3) не годятся в качестве защиты от помех.

4.4 Схемы защиты от помех для устройств переменного тока

При отключении обмотки переменного тока нужно различать два граничных случая: разрыв цепи тока в момент перехода тока через нуль и в момент достижения максимального значения 21/2 IH (IH - действующее значение установившегося тока). Второй случай представляет наихудшие соотношения при отключении для цепи переменного тока. При этом, как и в цепях постоянного тока, могут возникнуть высокие перенапряжения при отключе­нии. В дальнейшем будет рассматриваться исключительно этот случай и он будет положен в основу определения параметров защитных схем. Возможные схемы помехозащитны в однофазных приборах переменного тока показаны в таблица 4.4.

Резисторы. Простейший, однако, для эффективной защиты от помех не слишком подходящий вариант схемы – это активное сопротивление параллельно индуктивности (табл. 6.4, столбец 2). Он используется только в отдельных случаях, в качестве временной меры. Сопротивление выбирается в границах

(4.14)

и рассчитывается по длительному току .

Вариcторы. Более подходящими, чем резисторы, являются варисторы (таблица 4.4, столбец 3), особенно металлоксидные. Пере­напряжение при отключении удается при этом ограничить на за­щитном уровне - примерно 2-3 номинальных напряжения при­бора. Выбор подходящего металлоксидного варистора осуществ­ляется аналогично разделу 4.3, при этом определяется наибольшее рабочее переменное напряжение варистора (рисунок 4.5) при учете возможного положительного отклонения дельтаUn от номинального напряжения

(4.15)

и рассчитывается максимально допустимая мощность потерь

. (4.16)

По (4.15) и (4.16) предварительно выбирается соот­ветствующий тип варистора. Ожидаемое при отключении пере­напряжение может быть получено из вольтамперной харак­теристики для (рисунок 4.6).

Таким же образом, как и в разделе 4.3, нужно проверить, не превышается ли максимально допустимый импульсный ток выб­ранного варистора, то есть, насколько обеспечивается условие:

, (4.17)

Значения и могут быть взяты из таблицы 4.3 и рисунка 4.7. Необходимая для определения длительность импульса может быть оценена по соотношению

. (4.18)

Уравнение (4.18) соответствует упрощенному, данному в таблице 4.2, столбец 3, выражению для .

Z-диоды и супрессор - диоды. Очень хорошими свойствами обла­дают схемы защиты от помех из двух включенных встречно Z - диодов или двустороннего TAZ-диода (таблица 4.4, столбец 4). TAZ - диоды выполнены специально для ограничения переходных перенапряжений и по сравнению с нормальными Z - диодами обладают повышенной стойкостью к импульсному току. Преимущество схемы с Z-диодами состоит в том, что они при сильном ограничении перенапряжений практически не влияют на время возврата защищаемого прибора. Однако их цена высока. Кроме того, они не применимы для больших токов и напряжений, и поэтому используются в маленьких приборах.

Определение параметров Z-диодов и cynpecc-диодов. Напряжение (рисунок 4.8,а) выбирается согласно соотношению

. (4.19)

Требуемая нагрузочная способность определяется с помощью уравнения

, (4.20)

(обозначения смотри в таблице 4.4).

В заключение, как и при металлоксидных варисторах, проверя­ется, не превышается ли нагрузочная способность выбранных по (4.19) и (4.20) диодов соотношение

, (4.21)

где - максимально допустимая амплитуда тока при определенном импульс­ном токе; - понижающий коэффициент, предусматривающий другую дли­тельность импульса.

Таблица 4.4 – Обзор свойства важнейших схем помехозащиты для приборов

переменного тока (внутри табл. 6 означает 4)

Селеновые ограничители перенапряжений. Селеновые ограничи­тели перенапряжений — это селеновые выпрямители с особо кру­той характеристикой запирания, которые могут кратковременно нагружаться в прямом и обратном направлениях очень высокими плотностями тока (до 5 А/см2). При встречном включении двух пластин они имеют такие же свойства, как и варисторы или TAZ-диоды. Они, однако, занимают больше места и поэтому преиму­щественно применяются в больших установках.

Требуемое для каждого направления число n пластин получается из номинального напряжения прибора

, (4.22)

где ~ (25...50) В - действующее значение напряжения одной пластины.

Требуемая площадь пластины вычисляется, как

, (4.23)

где - импульсный ток через ограничитель и А/см2 - допустимая плотность импульсного тока.

Рисунок 4.7 – Коэффициент уменьшения для длительности
импульса mc

Рисунок 4.8 – Характеристики Z – диодов:

а) – Вольтамперная характеристика;

б) – согласно таблице 4.2, столбец 6

Рисунок 4.9 – RC - схемы со вспомогательным выпрямителем:

а) – с разрядным резистором;

б) – с варистором в качестве разрядного сопротивления.

RС-цепочки. При переменном токе простые RC - цепочки (таблица 4.4, столбец 6) обладают хорошими свойствами ограничи­вать перенапряжения при отключении и обеспечивать короткое временя возврата, связанное с уменьшением производной напряжения. Расчет их параметров производится так, чтобы при отключении возникало затухающее колебание. Это обеспечивается при

; однако , (4.24)

чтобы избежать сваривания контактов выключателя, и

. (4.25)

Сопротивление должно выдерживать длительный ток по­терь

, (4.26)

а емкость выдерживать напряжение, в 2 – 3 раза превышающее номинальное напряжение .

Длительный ток через RС - цепочку будет предотвращен, если дополнительно используется вспомогательный выпрямитель (рисунок 4.9).

Рекомендации по применению. Для практического применения средств защиты от помех для приборов переменного тока на осно­ве введенных в разделе 4.2 критериев можно дать следующие реко­мендации.

RС - цепочки (таблица 4.4, столбец 6) являются очень выигрыш­ными, особенно для приборов 220 и 380 В. Они приемлемы по цене, занимают не слишком много места, одновременно компен­сируют реактивный ток и гарантируют время возврата прибора такое же, как при отсутствии схемы защиты, даже в наиболее не­благоприятный момент включения при хорошем ограничении перенапряжения.

Металлоксидные варисторы имеют такие же хорошие свойства (таблица 4.4, столбец 3). Для защиты выключателей существуют осо­бо компактные варисторы. Селеновые ограничители перенапряжений (таблица 4.4, столбец 5) пригодны для больших приборов. Двусторонние Z-диодные схемы (таблица 4.4, столбец 4), разработаны специально для малых и очень малых устройств.

Резисторы (таблица 4.4, столбец 2) не пригодны в качестве защиты от помех приборов переменного тока.

4.5 Схемы защиты от помех для трехфазных установок

Для трехфазных магнитов и других установок, таких, как за­жимные приспособления, тормоза, трехфазные асинхронные дви­гатели и т.д. могут быть использованы похожие схемы ограниче­ния перенапряжений, как и в однофазных устройствах; их расчет ведется аналогично описанному в разделе 4.4.

Очень выгодными также являются элементы, имеющие сильно нелинейные вольтамперные характеристики, то есть схемы с металлоксидными варисторами (рисунок 4.10, а) или с Z-диодами, а также TAZ - диодами и с селеновыми ОП (рисунок 4.10, в). Ток утечки во всех трех случаях пренебрежимо мал.

Рисунок 4.10 – Схемы защиты от помех трехфазных приборов:

а) - варисторы;

б) - Z-диоды или селеновые диоды;

в) - двусторонние TAZ-диоды или селеновые ограничители,

г) - RC-звенья;

д) - RC-звенья со вспомогательным выпрямителем так­же и RС-цепочки, соединенные в треугольник (рисунок 4.10, (3) или звезду, присоединяемые к выводам трехфазного прибора. Особое преимущество RС-схем состоит в том, что они снижают как амп­литуду, так и производную перенапряжения при отключении.

Схожие подобно симметричным RС - схемам свойства имеют за­щитные схемы, состоящие из RC-звена и вспомогательного вып­рямительного моста (рисунок 4.10, д). Стационарные потери мощнос­ти здесь устраняются практически полностью. Схемы защиты от помех такого рода предпочтительны для устройств большой мощ­ности. Как правило, конденсатор дополняется резистором или варистором Re, и включенным параллельно для подавления очень высокочастотных составляющих перенапряжения небольшим, имеющим крайне малую индуктивность конденсатором С.

4.6 Схемы защиты от помех для люминесцентных ламп

Люминесцентные лампы низкого давления (рисунок 4.11), очень часто устанавливаемые в качестве рабочего освещения в непосредственной близости от электронных установок, часто выступают в качестве неприятных источников помех как при включении, так и при их отключении. В особенности следует ожидать интенсивные помехи при отключении в неудачный момент (прерывание в мо­мент максимума тока, рисунок 4.12, а и таблица 4.5).

Рисунок 4.11 – Цепь тока люминесцентной лампы

- емкость помехоподавляющего звена Е (МБ-конденсатор 0,47 мкФ, 630 В; — емкость помехоподавления на стартере; D - дроссель предварительного включения, Е - помехоподавляющее устройство; L - люминесцентная лампа; L0 - индуктивность дросселя D, - активное сопротивление устройства Е; (проволочный резистор 470 Ом, 250 I), 4 Вт, 5%); - выключатель; - стартер

Рисунок 4.12 – Процесс отключения люминесцентной лампы мощностью 40 Вт:

а) - некомпенсированный, помехи не подавляются;

б) - помехи подавлены согласно рисунок 4.11

При этом может быть полезной, как и при электромагнитных приборах, защитная RС - комбинация, установленная в непосредственной близости от лампы. Помехи в этом случае могут быть снижены до приемле­мого уровня (рисунок 4.12,б и таблица 6.5). Возможно также примене­ние варисторов из металлоксида (таблица 6.2, столбец 5).

Таблица 4.5 – Параметры процесса отключения люминесцентной лампы мощностью 40 Вт

Люминесцентная лампа низкого давления LS 40	, В		, кГц В/мкс
Некомпенсированная, помехи не подавляются				100…500 кГц с наложением частот до 10 МГц
Со схемой защиты по рисунку 4.11		0,77	0,2	- -

Подавление помех