Содержание
Гашение магнитного поля | это… Что такое Гашение магнитного поля?
процесс быстрого размагничивания, сведения до нуля магнитного поля возбуждения в электрических машинах. Необходимость Г. м. п. часто встречается в условиях нормальной эксплуатации, однако этот процесс имеет особое значение при аварийных режимах, вызванных повреждениями изоляции внутри электрической машины или на её выводных зажимах. Простейшим способом Г. м. п. является отключение обмотки возбуждения. Но быстрое размыкание электрической цепи с большой индуктивностью сопровождается возникновением на её зажимах высокого напряжения, способного пробить изоляцию. Поэтому при Г. м. п. обмотку возбуждения замыкают либо на разрядное сопротивление, либо на встречно действующую эдс.
Оптимальными являются такие условия гашения магнитного поля, при которых продолжительность процесса гашения наименьшая, а напряжение на обмотке возбуждения не превышает допустимое по условиям электрической прочности изоляции.
Сокращение времени процесса Г. м. п. уменьшает размеры возможного ущерба вследствие аварии. Г. м. п. осуществляется: 1) при ионном независимом возбуждении электрических машин — переключением возбудителя в инверторный режим с одновременным повышением его напряжения; в этом случае энергия, запасённая в обмотке возбуждения машины, отдаётся в сеть; 2) при ионном самовозбуждении, коротком замыкании и электромашинном возбуждении — размыканием обмотки возбуждения или переключением её на разрядные сопротивления, а также противовключением возбудителя. Управляемые вентили в системе возбуждения позволяют переключать обмотку возбуждения без разрыва цепи.
В СССР для Г. м. п. в турбогенераторах, гидрогенераторах, синхронных компенсаторах и крупных машинах постоянного тока применяют автоматы гашения поля — АГП, основным элементом которых является дугогасительная решётка (см. Дугогасительное устройство). При коротком замыкании в обмотке статора 7 (рис.) сигнал о замыкании поступает на расцепитель 8, который размыкает главные контакты 3, а затем дугогасительные 4.
Возникшая дуга магнитным полем втягивается в решетку 5, где она разбивается на несколько коротких дуг постоянной длины между пластинами решётки, которые служат своеобразным нелинейным разрядным сопротивлением. По мере уменьшения силы тока в обмотке возбуждения машины сопротивление дуги, шунтирующей обмотку, увеличивается, что обеспечивает оптимальные условия Г. м. п. АГП применяют как при ионном и электромашинном возбуждении, так и при ионном самовозбуждении.
Лит.: Брон О. Б., Автоматы гашения магнитного поля, М. — Л., 1961.
В. Т. Нежданов.
Принципиальная схема гашения поля синхронных машин автоматом гашения поля (АГП) с дугогасительной решёткой: 1 — обмотка возбуждения; 2 — якорь возбудителя; 3 — главные контакты АГП; 4 — дугогасительные контакты; 5 — дугогасительная решётка; 6 — шунтирующее сопротивление; 7 — обмотка статора; 8 — электромагнитный расцепитель; 9 — соленоидный привод.
Выключатели гашения магнитного поля. Устройство, работа, расчет выключателей гашения магнитного поля. — Сайт про сборку электрощитов
При дефектах (пробой изоляции, внутреннее замыкание и т. п.) в обмотках электронных машин нужно как можно резвее погасить магнитное поле возбуждения машины. Чем резвее пропадет магнитное поле, тем наименьшими будут повреждения. Эту задачку производят выключатели гашения магнитного поля, отключая обмотку возбуждения от источника питания. Но конкретное ее отключение неприемлимо. Вследствие большой индуктивности обмотки при обрыве тока на ее зажимах появляется очень огромное напряжение, способное вызвать нарушение (пробой) изоляции самой обмотки.
Рис. 4-7. Процессы гашения поля и схемы выключателей.
Она движется с большой скоростью и не плавит пластинок решетки. Вся энергия, выделяющаяся в дуге, распределяется по поверхности пластинок и поглощается ими.При выключении цепи неизменного тока вся энергия, запасенная в отключаемой цепи, выделяется в дуге.
Размеры пластинок (объем металла) приняты такими, что решетка поглощает всю энергию, выделяющуюся при гашении поля, не перегреваясь выше двести °С. При включении замыкающими контактами подключаются к источнику питания (возбудителю 2) обмотка возбуждения один и разрядный резистор Rp, а размыкающими контактами через очень маленькое время (сотые толики секунды) отключается цепь разрядного резистора. Питание получает только обмотка возбуждения L. При выключении (аварийном либо оперативном) работа контактов осуществляется в оборотном порядке. Сначала подключается к обмотке возбуждения разрядный резистор, а потом обмотка возбуждения, шунтированная разрядным резистором, отключается от источника питания. Происходит разряд обмотки возбуждения на присоединенный к ней резистор. Процесс гашения поля (тока) при неизменном значении сопротивления резистора показан кривыми одиннадцать и U1 на рис. Четыре -7.
При рассмотренном методе время гашения поля оказывается относительно огромным. Сокращение продолжительности гашения может быть достигнуто за счет роста сопротивления разрядного резистора.
Но тут стремительно достигается предел. Наибольшее напряжение Umах на обмотке возбуждения в 1-ый момент равно IoRp, где Iо -ток в обмотке возбуждения в момент начала гашения, а Rр — сопротивление резистора. Нужно, чтоб это напряжение не превосходило допустимого по условиям прочности изоляции значения Uиз, откуда сопротивление разрядного резистора не может превосходить величины
как следует, время гашения поля не может быть уменьшено ниже определенного значения.
Применение метода гашения поля при помощи резисторов с нелинейным сопротивлением, также других методов (относительно сложных) не дает рационального решения.
Хорошим является таковой процесс гашения поля, при котором ток в обмотке возбуждения падает прямолинейно от Iо до нуля, а напряжение на обмотке поддерживается неизменным в течение всего времени гашения поля. Выполнить таковой процесс удалось, использовав электронную дугу в качестве нелинейного сопротивления [б]. Тут ток и йапряжение при гашении поля меняются по прямым I2 и U2 (рис.
4-7), время гашения равно 0,17T заместо 0,77Т при гашении на разрядный резистор.
Предложенный метод гашения поля [6] основан на том, что падение напряжения на недлинной дуге (длина 2—3 мм) меж 2-мя металлическими пластинами остается фактически неизменным при изменении тока в широких границах. Так, при токе выше 50 А напряжение на каждой недлинной дуге при медных пластинках составляет 28-32 В.
На рис. Четыре -7,б приведена схема выключателя, в каком разрядный резистор заменен дугогасительной решеткой 5, присоединенной параллельно контактам 4. Во включенном положении выключателя, как и ранее, контакты три замкнуты, а контакты четыре разомкнуты. При выключении контакты четыре замыкаются, контакты три размыкаются (как и ранее), а потом контакты четыре вновь размыкаются. Возникающая на их электронная дуга загоняется магнитным полем в дугогасительную решетку, где она пылает во время всего процесса гашения поля. Напряжение на решетке остается неизменным и равно
где Uд — напряжение на недлинной дуге меж 2-мя пластинами решетки;
п — число поочередно включенных дуг.
Резистор 6 пришлось ввести для исключения недлинного замыкания на время, когда сразу замкнуты контакты три и четыре в процессе отключения выключателя. Сопротивление ограничивающего резистора б много меньше сопротивления разрядного резистора, но при всем этом наличие резистора б несколько понижает эффективность рассмотренного метода гашения поля.
При одновременном погасании дуги во всех промежутках дугогасительной решетки как раз когда ток стремится к нулю (погасание дуги на одном промежутке ведет к погасанию всей дуги), на решетке появляется высочайшее напряжение, способное привести к пробою изоляции обмотки. Для исключения этого явления параллельно решетке включен резистор семь с относительно огромным сопротивлением. Резистор разбит на части, любая из которых имеет различное сопротивление и шунтирует определенную группу (секцию) пластинок решетки. Одна группа пластинок не шунтирована. Такая схема обеспечивает разновременное погасание дуги в секциях (в нешунтированной — в последнюю очередь), что позволяет ограничить перенапряжения допустимым значением.
Выключатель по схеме рис. 4-7,б имел сложную кинематику и добивался дополнительного ограничивающего резистора б, который, как указывалось, несколько снижал эффективность гашения. Та же мысль осуществлена в выключателе гашения поля (рис. 4-7,б) с обыкновенной для автоматических выключателей кинематикой. Выключатель имеет главные три и дугогасительные восемь контакты, шунтированные дугогасительной решеткой. Первыми размыкаются главные контакты, а потом дугогасительные, на которых появляется электронная дуга. Наружным магнитным полем дуга загоняется в решетку 5, где она и угасает. Гашение поля идет по прямым I2 и U2, Резистор семь служит для той же цели, что и в выключателе по схеме на рис. 4—7,б. Резистор 6 отсутствует.
Рис. 4-8. Вид выключателя серии АГП.
В этом выключателе дугогасительная решетка при гашении поля включена поочередно с обмоткой возбуждения в отличие от предшествующего, где она была включена параллельно. При параллельном включении решетки напряжение на обмотке
(4.
1)
и число пластинок решетки
(4.2)
где RВ — сопротивление обмотки возбуждения.
При поочередном включении решетки соответственно
(4.3)
(4.4)
где UВ — напряжение на возбудителе (источнике питания). Как следует, при схожих напряжениях на обмотке возбуждения в процессе гашения поля генератора последовательное включение просит большего числа пластинок дугогасительной решетки, чем параллельное. Это, но, с лихвой окупается увеличением эффективности гашения, отсутствием резистора 6 и поболее обычной, а как следует, и надежной кинематикой выключателя.
Вид 1-го из выключателей серии АГП, выполненного с поочередным включением дугогасительной решетки, приведен на рис. 4-8. Токопровод пятнадцать и главные контакты — недвижные два и подвижные один — размещены открыто, дугогасительные контакты 9, 10 расположены в камере дугогашения. Возникающая при выключении дуга под действием поперечного магнитного поля, создаваемого поочередной катушкой 5, стремительно перемещается по рогам восемь и просачивается в дуго-гасительную решетку 7.
Решетка состоит из ряда медных пластинок, изолированных друг от друга кольцами из фибры 14. Они намотаны так, что их магнитные поля ориентированы навстречу друг дружке. В итоге меж стержнем и кожухом появляется круговое магнитное поле. Дуга, попав в такое поле, приходит во вращательное движение вокруг оси решетки. Пластинки надеты на металлической изолированный стержень 6. Снаружи решетка окутана изолированным железным кожухом 4. С боков решетки расположены катушки 5. Катушки врубаются самой дугой в момент вхождения ее в решетку.Обширное распространение получил метод гашения поля методом разряда обмотки возбуждения на неизменный либо переменный резистор. Используемые в данном случае выключатели (рис. 4-7, а) имеют две пары контактов — замыкающие три и размыкающие 4. Контакты коммутируют с перекрытием.
При всем этом выключатель допускает при номинальном токе 5 гашении поля попорядку. Шунтирующий резистор расположен вне дугогасительной камеры.
Электромагнит одиннадцать с электрической защелкой двенадцать служит только для включения.
Во включенном положении выключатель удерживается защелкой. При освобождении защелки выключатель отключается. Выключатель снабжается подходящим числом вспомогательных контактов тринадцать для цепей управления и сигнализации. Устанавливается выключатель на металлической плите 3.
Выключатели серии АГП производятся на номинальные токи 1200, 1600, 3200, четыре тыщи и 6 тыщ А.
Понравилось это:
Нравится Загрузка…
Подавление обратного ЭМП – контроль доступа потомства
Введение
Физический электронный контроль доступа почти всегда включает в себя управление каким-либо электромагнитным блокирующим устройством. Это может быть мощный магнит или меньший соленоид внутри защелки или болта. Все эти устройства подчиняются одним и тем же основным законам физики. Электромагнит будет накапливать энергию при подаче питания и будет генерировать «обратную ЭДС» или противоЭДС (CEMF), когда питание отключено.
При подключении питания через обмотки катушки электромагнита протекает ток.
Конечный ток покоя определяется сопротивлением постоянному току обмотки катушки и соединительных проводов. Этот ток создает намагничивающее поле, которое выравнивает магнитные домены в металлическом сердечнике электромагнита. Это выравнивание усиливает поле, увеличивая магнитную силу, но при этом сохраняя намного больше энергии.
Когда питание отключено, магнитное поле будет стремиться к разрушению и при этом будет генерировать ЭДС или (CEMF) в обмотках катушки электромагнита.
Если эта обратная ЭДС не контролируется или не подавляется, она будет генерировать очень большие напряжения, которые, в свою очередь, могут:
- Вызывать искрение на контактах, сокращая срок службы переключателя
- Генерировать помехи
- Повреждение электроники
- Причина потери данных
EMF — это аббревиатура от Electro-Motive Force. Этот термин немного вводит в заблуждение, поскольку ЭДС на самом деле не является силой. Это напряжение, создаваемое взаимодействием тока в катушке электромагнита с его магнитным полем, когда одно или оба изменяются.
Отключенный электромагнит действует как источник тока; создание любого напряжения, необходимого для поддержания исходного тока.
Подавление противо-ЭДС
Противо-ЭДС нельзя предотвратить, но ею можно управлять. При подавлении обратной ЭДС цель состоит в том, чтобы предотвратить очень высокие напряжения и рассеивать накопленную энергию контролируемым образом. Есть несколько способов сделать это, и мы рассмотрим два наиболее распространенных метода, используемых в управлении доступом.
Диод маховика
Термин «маховик» очень уместен. Ток, протекающий в электромагните, очень похож на свободно вращающееся велосипедное колесо. При остановке педали (отключении напряжения питания) колесо продолжает вращаться.
Диод маховика служит средством для торможения маховика. При подаче напряжения питания диод смещается в обратном направлении и эффективно размыкается. Когда переключатель размыкается, ток маховика создает обратную ЭДС противоположной полярности, поэтому диод будет проводить.
Диод очень хорошо подавляет обратную ЭДС и ограничивает напряжение примерно до одного вольта или около того. Это вполне подходит для небольших соленоидов, таких как те, что используются в забастовках. Однако они не подходят для дверных магнитов.
Почему диоды не подходят для магнитов
Мощность, рассеиваемая диодом, мала, поскольку прямое падение напряжения меньше вольта. Таким образом, скорость отвода энергии от электромагнита мала (Энергия ≈ Мощность x Время). Таким образом:
Таким образом, чем меньше потери мощности через диод, тем больше время рассеяния энергии. Конечным результатом является то, что ток продолжает течь, и магнит дольше держится на якоре. Это может длиться от одной до двух секунд, что приводит к неприятной задержке открывания двери.
Почему MOV подходят для магнитов и защелок
MOV (VDR) имеет номинальное напряжение. Ниже этого напряжения он имеет очень высокое сопротивление. Таким образом, выбрав MOV с номинальным напряжением, немного превышающим нормальное напряжение питания, его можно безопасно подключить через катушку магнита, и, как и диод, он не будет влиять, пока питание подключено.
Металлооксидный варистор (MOV)
При отключении питания противо-ЭДС повышается до номинального напряжения MOV. В этот момент MOV начнет проводить и зафиксирует напряжение чуть выше этого значения.
При ограничении обратной ЭДС падение напряжения обычно составляет порядка 30 В или около того. Используя то же уравнение:
Потери мощности будут в 30 раз больше, чем у диода. В результате энергия теряется примерно в 30 раз быстрее, а магнит освобождает якорь за гораздо меньшее время.
VDR, подходящие для замков на 12 или 24 В, можно приобрести у дистрибьютора, укажите код продукта 0043 (упаковка из 20 шт.).
См. также: Противоэлектродвижущая сила
Сохр.
Сохр.
Сохр.
Сохр.
Руководство для неспециалистов по подавлению катушек
Обычно рекомендуется устанавливать диод параллельно катушке реле (рис. 1). Но понимаем ли мы, почему и, главное, как это влияет на работу реле? Есть ли другие альтернативы, которые могут быть подходящими?
Все электромеханические реле и контакторы имеют катушку с сердечником. Это электромагниты. Подача питания на катушку вызывает формирование магнитного поля, которое, в свою очередь, приводит в действие подвижный якорь. Якорь открывается и закрывается в зависимости от влияния магнитного поля, создаваемого током, протекающим в катушке. Магнитный поток прямо пропорционален току и числу витков в катушке.
Когда на катушку постоянного тока впервые подается напряжение, возникает бросок тока, ограниченный только сопротивлением провода катушки, но по мере увеличения магнитного поля и перемещения якоря для замыкания магнитной цепи магнитное поле стабилизируется и ток течет в катушке удерживает реле в рабочем положении. Если катушка обесточена, разрушающееся магнитное поле в катушке по мере того, как якорь удаляется от катушки, создает всплеск обратного напряжения на клеммах катушки — это называется «противоЭДС (электродвижущая сила)». (Дальнейшее чтение – закон Ленца).
Результирующая обратная ЭДС, если она возникает в электронной цепи, управляющей катушкой реле, может быть достаточной, чтобы повредить компоненты цепи возбуждения катушки реле.
Именно по этой причине часто предлагается и используется некоторая форма подавления катушки. Наиболее часто применяемый метод заключается в размещении в цепи диода параллельно катушке. (Рис. 1)
Это работает хорошо, диод блокирует протекание тока, когда катушка находится под напряжением, но когда напряжение с катушки снимается, обратная ЭДС рассеивается через диод, а не в схему возбуждения. Ток течет по кругу, что приводит к другому часто используемому названию диода с обратной ЭДС — «Диод-маховик».
Для большинства реле и контакторов обычно используется диод хорошо зарекомендовавшего себя типа 1N4007 или аналогичный. В идеале этот диод должен быть физически расположен как можно ближе к катушке реле. Durakool имеет несколько реле со встроенным диодом внутри самой крышки реле. Это очень распространенный метод в автомобильных штекерных реле, таких как Durakool DG56, DG82 и DG85, а также в некоторых промышленных реле, предназначенных для монтажа в гнездо, где было бы неудобно устанавливать внешний диод, такой как Durakool DX4.
Несмотря на то, что он хорошо защищает цепь привода реле, у использования диода для подавления противо-ЭДС есть обратная сторона. Индуктивность катушки удерживает ток после того, как катушка обесточена. Этого индуцированного тока катушки достаточно, чтобы удерживать реле в сработавшем состоянии, замедлять время размыкания контактов или вызывать дребезг якоря. Для типичного автомобильного реле, такого как Durakool DG85A, время размыкания составляет менее 2 мс, с диодом на катушке это может замедлиться примерно до 9 мс.или даже 10 мс. Это может быть источником проблем при переключении нагрузки двигателя постоянного тока. Когда питание двигателя постоянного тока отключено, если двигатель продолжает вращаться, он действует как генератор и вместе с индуктивностью двигателя вызывает появление высокого напряжения на контактах реле при их размыкании. Это, в свою очередь, приводит к большой дуге, которая гаснет только после того, как контакты разомкнутся достаточно далеко, чтобы разорвать дугу, или двигатель остановится.
Конечным результатом является повреждение контактов и, в конечном итоге, их сварка. Эта временная задержка часто является причиной необъяснимого пригорания контактов в реле, переключающем нагрузки двигателя постоянного тока. Следует отметить, что некоторые драйверы реле на интегральных схемах имеют встроенные диоды на клеммах привода реле, поэтому можно непреднамеренно создать проблему задержки размыкания. Другим недостатком является то, что диод поляризует соединения катушки реле, они должны быть подключены правильно, иначе реле не будет работать, так как диод будет шунтировать реле.
Однако автомобильная промышленность хорошо разбирается в коммутации двигателей постоянного тока; в среднем автомобиле довольно много электродвигателей. Одно решение, распространенное в автомобильной промышленности, но часто встречающееся в других местах, заключается в использовании резистора параллельно с катушкой. (Рис. 2)
Резистор работает, рассеивая противо-ЭДС в виде тепла, но не задерживает размыкание контактов так сильно, как диод.
Типичное время открытия для Durakool DG85A с резистором составляет около 2,5 мс, в худшем случае не более чем на 1 мс дольше, чем без резистора. Недостатком является то, что резистор + катушка реле потребляет больше тока для работы, но клеммы катушки реле не поляризованы и могут быть подключены любым способом. Другим недостатком является то, что резистор и катушка реле должны быть рассчитаны для совместной работы для достижения наилучшего эффекта, поэтому резистор встроен в реле. Например, в реле Durakool DG56A используется резистор 680 Ом для катушки с номинальным напряжением 12 В постоянного тока и резистор 2700 Ом для катушки с номинальным напряжением 24 В постоянного тока.
Еще одним преимуществом резистора является то, что он обычно является экономичным решением по сравнению с альтернативами. Durakool предлагает несколько серий реле со встроенным резистором, напр. DG56, DG82 и DG85, которые используются в основном в автомобильной промышленности. Резистор, включенный параллельно катушке, обычно не используется в промышленных приложениях.
Хотя диод и резистор являются двумя наиболее часто используемыми методами подавления обратной ЭДС, особенно среди автомобильных реле, существуют и другие методы, некоторые из которых, возможно, лучше, хотя и дороже. С технической точки зрения лучшим решением является диод последовательно со стабилитроном и параллельно катушке реле. (Рис. 3) Такая компоновка обеспечивает оптимальную защиту цепи привода, гарантируя минимальное влияние на время размыкания реле (обычно около +0,5 мс для стандартного автомобильного реле). Основным недостатком этого метода является стоимость, плюс его трудно включить в стандартное съемное автомобильное реле.
Другими вариантами с разной степенью эффективности являются двунаправленные кремниевые подавители переходных процессов и металлооксидные варисторы. MOV может быть дешевле, чем двунаправленный диод-ограничитель переходных процессов, но обычно имеет более высокое напряжение фиксации, поэтому может не подходить, если схема управления катушкой реле не выдерживает его.