Почему лампочки считаются резистивными нагрузками?

Принцип работы и функционал

Принцип работы прибора, известного большинству любМногофункциональное реле DigiTOP VA-32A

Принцип работы прибора, известного большинству любителей под названием ограничитель напряжения 220V, можно понять после ознакомления с его устройством. В состав входят следующие узлы:

  • электронный модуль контроля, настраиваемый по нижнему и верхнему пределам;
  • формирователь управляющего сигнала;
  • электромагнитное реле, отключающее прибор при превышении уставки.

Когда напряжение в сети достигает одного из предельных уровней, электроника вырабатывает управляющий сигнал, подающий питание на реле контроля. Оно срабатывает и обесточивает линию, защищая подключенные к розеткам бытовые приборы.

Функционал таких изделий в сравнении с тем же стабПринцип действия реле

Функционал таких изделий в сравнении с тем же стабилизатором существенно расширен:

  • Можно установить два порога срабатывания (верхний и нижний).
  • Приборы имеют светодиодные индикаторы, встроенные в лицевую панель и обеспечивающие контроль наличия напряжения на входе и выходе.
  • Предусмотрен жидкокристаллический дисплей, на котором фиксируются значения основных параметров сетевого питания.

Видео

Принцип работы защитных устройств

Для защиты от электроимпульсов, возникающих под действием молнии, устанавливается грозозащитный разрядник вместе с УЗИП. А обезопасить линию от потока электронов, параметры которого не соответствуют рабочим характеристикам сети, можно с помощью специальных датчиков, а также реле перенапряжения.

Следует сказать, что как ДПН, так и реле по принципу действия и назначению отличаются от стабилизатора.

Задача этих элементов состоит в том, чтобы прекрат

Задача этих элементов состоит в том, чтобы прекратить подачу электроэнергии в случае превышения величиной перепада максимального порога, указанного в техническом паспорте средства защиты или выставленного регулятором.

После нормализации параметров электрической линии происходит самостоятельное включение реле. ДПН для защиты линии следует устанавливать только в паре с устройством защитного отключения. Его задача заключается в том, чтобы при обнаружении неполадок вызвать утечку тока, под воздействием которой сработает УЗО.

Наглядно про реле напряжения на видео:

Недостаток такой схемы заключается в необходимости ее ручного включения после того, как напряжение придет в норму. В этом плане выгодно отличается стабилизатор напряжения. Это устройство предусматривает регулируемую временную задержку токоподачи, если происходит его срабатывание под воздействием чрезмерного напряжения. Стабилизатор часто используют для подключения кондиционеров и холодильных аппаратов.

Физика процесса

Когда мы имеем дело с цепями постоянного тока, то говорить о реактивной мощности не приходится. В таких цепях значения мгновенной и полной мощности совпадают. Исключением являются моменты включения и отключения ёмкостных и индуктивных нагрузок.

Похожая ситуация происходит при наличии чисто активных сопротивлений в синусоидальных цепях. Однако если в такую электрическую цепь включены устройства с индуктивными или ёмкостными сопротивлениями, происходит сдвиг фаз по току и напряжению (см. рис.1).

При этом на индуктивностях наблюдается отставание тока по фазе, а на ёмкостных элементах фаза тока сдвигается так, что ток опережает напряжение. В связи с нарушением гармоники тока, полная мощность разлагается на две составляющие. Ёмкостные и индуктивные составляющие называют реактивными, бесполезными. Вторая составляющая состоит из активных мощностей.

Рис. 1. Сдвиг фаз индуктивной нагрузкой
Рис. 1. Сдвиг фаз индуктивной нагрузкой

Угол сдвига фаз используется при вычислениях значений активных и реактивных ёмкостных либо индуктивных мощностей. Если угол φ = 0, что имеет место при резистивных нагрузках, то реактивная составляющая отсутствует.

Важно запомнить:

  • резистор потребляет исключительно активную мощность, которая выделяется в виде тепла и света;
  • катушки индуктивности провоцируют образование реактивной составляющей и возвращают её в виде магнитных полей;
  • Ёмкостные элементы (конденсаторы) являются причиной появления реактивных сопротивлений.

Классификация твердотельных реле (ТТР) KIPPRIBOR по диапазону коммутируемого напряжения

Стандартный диапазон коммутации для ТТР Kippribor: 40…440 VAC — этот широкий диапазон коммутируемого напряжения (в сети переменного тока) позволяет использовать твердотельные реле KIPPRIBOR для управления нагрузками в различных областях промышленности;

Диапазон коммутации постоянной нагрузки: в твердотельных реле серии HD-xx.25DD3 используется диапазон коммутируемого напряжения 20…250 VDC для коммутации нагрузки постоянного тока;

Диапазоны регулирования напряжения при управлении нагрузкой: в твердотельных реле серии HD-xx.44VA используется диапазон регулирования нагрузки 10…440 VAC для регулирования напряжения с помощью внешнего переменного резистора;

в твердотельных реле серии HD-xx.2210U используется диапазон регулирования переменного напряжения 10…220 VAC.

Класс по напряжению – применительно к полупроводниковым приборам (тиристорам) обозначает максимально допустимое значение повторяющегося импульсного напряжения в закрытом состоянии и максимально допустимое значение обратного напряжения, приложенного к полупроводниковому элементу.

Класс по напряжению обычно маркируется цифрами в виде количества сотен вольт, например, 9-й класс по напряжению будет означать, что данный полупроводниковый элемент выдерживает максимальное пиковое напряжение 900 Вольт. Для сети питания с номинальным напряжением 220 Вольт рекомендуется использовать полупроводниковые элементы не ниже 9-го класса по напряжения, т.е. они должны обладать способностью выдерживать максимальное пиковое напряжение в 900 Вольт.

Выбор системы охлаждения

Как уже говорилось выше, твердотельное реле нагревается во время работы, что обусловлено электрическими потерями на силовых полупроводниковых элементах. При этом эффективность прибора падает с возрастанием температуры. Отсюда следует простой вывод о том, что необходимо использовать дополнительные способы охлаждения при длительной работе реле с токами нагрузки свыше 5А для удержания минимальной приемлимой температуры и увеличению эффективности ТТР. Самый очевидный способ улучшить теплоотвод реле – увеличить площадь рассеивания тепла от металлического основания реле. Добиться этого можно установкой твердотельного реле на радиатор охлаждения.

Значение тока нагрузки, обозначенное на шильдике твердотельного реле, указывается из условия нагрева основания реле не выше 40°C.Чем выше температура разогрева реле, тем меньший ток оно способно коммутировать. При нагреве реле свыше 40°С допустимая величина коммутируемого тока снижается и будет меньше заявленного на шильдике реле значения. При 70°С коммутационная способность реле падает вдвое. А при нагреве до 80°С уже возникает тепловой перегрев коммутационного ключа с переходом реле в неуправляемый режим, когда нагрузка включается с помощью ТТР, но отключиться уже не может. В итоге это приводит к тепловому пробою коммутационного элемента и, соответственно, выходу реле из строя. Очевидно, что для нормальной эксплуатации твердотельного реле необходимо обеспечивать отвод тепла от коммутационного элемента, чтобы избежать перегрева и поломки реле.


Зависимость тока реле от температуры окружающей среды (основания ТТР).

Следует отметить, что работа реле при повышенных температурах (свыше 60 градусов) сокращает ресурс эксплуатации и повышает вероятность выхода реле по другим причинам.

В случае повышенной температуры окружающей среды (свыше 40°С) ТТР не сможет нормально охлаждаться, даже при использовании радиатора с принудительным обдувом. В такой ситуации ТТР будет перегреваться и может выйти из строя. В этом случае возможны два варианта решения:

  • предусматривать силовые шкафы с внешним охлаждением (кондиционеры);
  • использовать ТТР с водяным охлаждением серии GwDH.

Использование стандартной серии ТТР при повышенных температурах и без внешнего кондиционирования воздуха возможно, при условии выбора номинального тока реле с учетом его повышенной температуры эксплуатации.

Основное правило выбора радиатора

При выборе радиатора для охлаждения твердотельного реле следует руководствоваться:

  • в первую очередь, способностью радиатора рассеивать тепло (!);
  • и только потом уделять внимание габаритным характеристикам.

Основное правило монтажа радиатора

Установку радиатора охлаждения по месту применения необходимо проводить таким образом, чтобы его ребра охлаждения были параллельны потокам воздуха: при отсутствии принудительной вентиляции – вертикально, по потоку естественной циркуляции воздуха (снизу-вверх), либо в любом положении при наличии принудительного обдува с помощью вентилятора охлаждения. Монтаж всех моделей радиаторов РТР осуществляется на плоскость винтами.

Особое внимание следует уделить установке твердотельного реле на радиатор и проводить её с использованием теплопроводной пасты.

Конструктивные особенности твердотельных реле KIPPRIBOR

Основание твердотельного реле — это теплопроводящая металлическая основа твердотельного реле, необходимая для отвода тепла от коммутационного элемента ТТР к радиатору охлаждения. Может быть изготавлено из алюминиевого или из медного сплава.

Материал основания твердотельного реле можно отличить визуально: основание изготовленное из алюминиевого сплава, имеет матовый бледно-серый цвет, а основание из медного сплава напоминает вид матовой стали, а иногда может иметь практически зеркальную шлифованную поверхность. Медное основание имеет несвойственный ему зеркально-стальной вид, вследствие покрытия его дополнительным слоем никеля, что исключает окисление меди при длительном либо неверном хранении.

Основание ТТР из медного сплава — наиболее эффективное для твердотельного реле с точки зрения теплоотдачи. Поскольку теплопроводность меди значительно выше чем у алюминия, процесс отвода тепла от коммутационного элемента ТТР происходит значительно быстрее и эффективнее. Следовательно ТТР с медным основанием (в отличии от реле с алюминиевым основанием), более эффективно выдерживает «пиковые» нагрузки и эффективнее работает в сложных условиях эксплуатации, однако медь имеет чуть более высокую стоимость, относительно алюминия.

Основание из аллюминиевого сплава — более дешевое. Поскольку алюминиевое основание твердотельного реле менее эффективно по сравнению с медным, его применяют в бюджетных сериях продукции и исключительно для коммутации малых нагрузок.

Теплопроводящая паста – это паста на силиконовой основе, обладающая хорошей теплопроводностью. Используется в электронных устройствах для отвода тепла от компонентов, смонтированных на радиаторе. Применение теплопроводящей пасты при монтаже твердотельного реле на радиатор охлаждения, значительно улучшает теплопередачу от реле к радиатору. Повышение эффективности теплоотдачи происходит за счет заполнения мелких пустот между поверхностями реле и радиатора, поскольку идеально ровных поверхностей не бывает. Наиболее распространенной маркой теплопроводной пасты является паста КПТ-8 в тюбиках, с рабочей температурой от минус 60° до +180° С.

Нужны ли устройства компенсации в быту?

На первый взгляд в домашней сети не должно быть больших реактивных токов. В стандартном наборе бытовых потребителей преобладают электрическая техника с резистивными нагрузками:

  • электрочайник (Pf = 1);
  • лампы накаливания (Pf = 1);
  • электроплита (Pf = 1) и другие нагревательные приборы;

Коэффициенты мощности современной бытовой техники, такой как телевизор, компьютер и т.п. близки к 1. Ими можно пренебречь.

Но если речь идёт о холодильнике (Pf = 0,65), стиральной машине и микроволновой печи, то уже стоит задуматься об установке синхронных компенсаторов. Если вы часто пользуетесь электроинструментом, сварочным аппаратом или у вас дома работает электронасос, тогда установка устройства компенсации более чем желательна.

Экономический эффект от установки таких устройств ощутимо скажется на вашем семейном бюджете. Вы сможете экономить около 15% средств ежемесячно. Согласитесь, это не так уж мало, учитывая тарифы не электроэнергию.

Попутно вы решите следующие вопросы:

  • уменьшение нагрузок на индуктивные элементы и на проводку;
  • улучшение качества тока, способствующего стабильной работе электронных устройств;
  • понижение уровня высших гармоник в бытовой сети.

Для того чтобы ток и напряжение работали синфазно, устройства компенсации следует размещать как можно ближе к потребителям тока. Тогда реальная отдача индуктивных электроприёмников будет принимать максимальные значения.

Теги