Berezka7km.ru

Березка 7км
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Время-токовые характеристики (ВТХ) автоматических выключателей

Время-токовые характеристики (ВТХ) автоматических выключателей.

Время-токовые характеристики автоматических выключателей

Как известно автоматические выключатели могут иметь следующие виды расцепителей обеспечивающих защиту электрической цепи от сверхтоков: электромагнитный — защищающий сеть от коротких замыканий, тепловой — обеспечивающий защиту от токов перегрузки и комбинированный представляющий собой совокупность электромагнитного и теплового расцепителя (подробнее читайте статью «автоматические выключатели«).

Примечание: Современные автоматические выключатели предназначенные для защиты электрических сетей до 1000 Вольт имеют, как правило, комбинированные расцепители.

Расцепители автоматических выключателей — это исполнительные механизмы которые обеспечивают отключение (расцепление) электрической цепи при возникновении в ней тока выше допустимого, причем чем больше это превышение тем быстрее должно произойти расцепление.

Зависимость времени расцепления автоматического выключателя от величины проходящего через него тока и называется время-токовой характеристикой или сокращенно — ВТХ.

Условия и значения ВТХ

ВТХ автоматов определяются следующими значениями:

1) Ток мгновенного расцепления — минимальное значение тока, вызывающее автоматическое срабатывание выключателя без преднамеренной выдержки времени. (ГОСТ Р 50345-2010, п. 3.5.17)

Примечание: срабатывание без преднамеренной выдержки времени обеспечивается электромагнитным расцепителем автомата.

Ток мгновенного расцепления определяется так называемой «характеристикой расцепления» или как ее еще называют — характеристика срабатывания.

Согласно ГОСТ Р 50345-2010 существуют следующие типы характеристик срабатывания автоматических выключателей:

характеристики срабатывания автоматических выключателей

Примечание: существуют так же и другие, нестандартные типы характеристик, о них мы говорили в статье «автоматические выключатели«.

характеристики срабатывания автоматического выключателя

Как видно из таблицы выше ток мгновенного расцепления указывается в виде диапазона значений, например характеристика «B» предполагает, что автомат обеспечит мгновенное расцепление при протекании через него тока в 3 — 5 раз превышающего его номинальный ток, т.е. если автоматический выключатель с данной характеристикой имеет номинальный ток 16 Ампер, то он обеспечит мгновенное расцепление при токе от 48 до 80 Ампер.

Определить характеристику срабатывания автоматического выключателя, как правило, можно по маркировке нанесенной на его корпусе.

2) Условный ток нерасцепления — установленное значение тока, который автоматический выключатель способен проводить, не срабатывая, в течение заданного (условного) времени*. (ГОСТ Р 50345-2010, п. 3.5.15) Согласно пункту 8.6.2.2 ГОСТ Р 50345-2010 условный ток нерасцепления равен 1,13 номинального тока автомата.

3) Условный ток расцепления — установленное значение тока, которое вызывает срабатывание автоматического выключателя в течение заданного (условного) времени*. (ГОСТ Р 50345-2010, п. 3.5.16) Согласно пункту 8.6.2.3 ГОСТ Р 50345-2010 условный ток расцепления равен 1,45 номинального тока автомата.

* Условное время равно 1 ч для выключателей с номинальным током до 63 А включительно и 2 ч с номинальным током свыше 63 А. (ГОСТ Р 50345-2010, п.8.6.2.1)

Время-токовая характеристика автоматического выключателя определяется условиями и значениями приведенными в таблице 7 ГОСТ Р 50345-2010:

таблица 7 ГОСТ Р 50345-2010

In — номинальный ток автоматического выключателя

Графики ВТХ

Для удобства производителями в паспортах на автоматические выключатели время-токовые характеристики указываются в виде графика где по оси X откладывается кратность тока электрической цепи к номинальному току автомата (I/In), а по оси Y время срабатывания расцепителя.

Для подробного рассмотрения в качестве примера возьмем график ВТХ для автоматического выключателя с характеристикой «B»

ПРИМЕЧАНИЕ: Все приведенные ниже графики предоставлены в качестве примера. У различных производителей графики ВТХ могут отличаться (смотрите в паспорте автомата), однако они в любом случае должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 50345-2010 и в частности значениям указанным в таблице 7 приведенной выше.

rashifrovkavtxb

Как видно график ВТХ представлен двумя кривыми: первая кривая (красная) — это характеристика автомата в так называемом «горячем» состоянии, т.е. автомата находящегося в работе, вторая (синяя) — характеристика автомата в «холодном» состоянии, т.е. автомата через который только начал протекать электрический ток.

При этом синяя кривая имеет дополнительно штриховую линию, эта линия показывает характеристику автомата (его теплового расцепителя) с номинальным током до 32 Ампер, это различие в характеристиках автоматов с номиналами до и выше 32 Ампер обусловлено тем, что в автоматах с большим номинальным током биметаллическая пластина теплового расцепителя имеет большее сечение и соответственно ей необходимо больше времени что бы разогреться.

Кроме того каждая кривая имеет два участка: первый — показывающий плавное изменение времени срабатывания в зависимости от тока электрической цепи является характеристикой теплового расцепителя, второй — показывающий резкое снижение времени срабатывания (при токе от 3 In в горячем состоянии и от 5 In в холодном состоянии ), является характеристикой электромагнитного расцепителя автоматического выключателя.

chtenievtxb

Как видно, на графике ВТХ отмечены основные значения характеристик автомата согласно ГОСТ Р 50345-2010 при 1.13In (Условный ток нерасцепления) автомат не сработает в течении 1-2 часов, а при токе в 1,45 In (Условный ток расцепления) автомат отключит цепь за время менее 50 секунд (из горячего состояния).

Как уже было сказано выше ток мгновенного расцепления определяется характеристикой срабатывания автомата, у автоматических выключателей с характеристикой «B» он составляет от 3In до 5In, при этом согласно вышеуказанному ГОСТу (таблице 7) при 3In автомат не должен сработать за время менее 0,1 секунды из холодного состояния, но должен отключиться за время менее 0,1 секунды из холодного состояния при токе в цепи 5In и как мы можем увидеть из графика выше данное условие выполняется.

Так же по время-токовой характеристике можно определить время срабатывания автомата при любых других значениях тока, например: в цепи установлен автомат с характеристикой «B» и номинальным током 16 Ампер, при работе в данной цепи произошла перегрузка и ток вырос до 32 ампер, определяем время срабатывания автомата следующим образом:

Делим ток протекающий в цепи на номинальный ток автомата 32А/16А=2

Определив что ток в цепи в два раза больше номинала автомата, т.е. составляет 2In откладываем данное значение по оси X графика и поднимая от нее условную линию вверх смотрим где она пересекается с кривыми графика:

vtxbsp2in

Как мы видим из графика при токе 32 Ампера автомат с номинальным током 16 Ампер разомкнет цепь за время менее 10 секунд — из горячего состояния и за время менее 5 минут — из холодного состояния.

Приведем примеры ВТХ автоматических выключателей всех стандартных характеристик срабатывания (B, C, D):

vtxb

vtxc

vtxd

ПРИМЕЧАНИЕ: Время-токовые характеристики согласно ГОСТ Р 50345-2010 указываются для автоматов работающих при температуре +30 +5 о C смонтированных в соответствии с определенными условиями.

Условия испытания. Поправочные коэффициенты

Согласно ГОСТ Р 50345-2010 При испытаниях выключатели устанавливают отдельно, вертикально, на открытом воздухе в месте, защищенном от чрезмерного внешнего нагрева или охлаждения.

Читайте так же:
Сечение провода для инфракрасного теплого пола под ламинат

испытания автоматических выключателей проводят при любой температуре воздуха, а результаты корректируют по температуре +30 °С на основании поправочных коэффициентов, предоставленных изготовителем.

При этом в любом случае отклонение испытательного тока от указанного в таблице 7 не должно превышать 1,2% на 1 °С изменения температуры калибровки.

Изготовитель должен подготовить данные по изменению характеристики расцепления для температур калибровки, отличных от контрольного значения.

Таким образом, что бы точно узнать время отключения автоматических выключателей, эксплуатируемых при условиях отличающихся от условий испытания необходимо воспользоваться поправочными коэффициентами которые должен предоставить изготовитель данных выключателей.

Приведем пример таких поправочных коэффициентов (обычно их всего 2):

  • Температурный коэффициент (Кt)

Температурный коэффициент учитывает отличие температуры окружающей среды при которой автоматический выключатель испытывался от фактической температуры окружающей среды при которой он эксплуатируется:

VTH-30

Как видно из графика, чем ниже температура окружающей среды тем выше данный коэффициент. Объясняется это просто — чем ниже температура окружающей среды, тем больший ток должен протекать через автоматический выключатель что бы нагреть расцепитель до температуры необходимой для его срабатывания.

  • Коэффициент, учитывающий количество установленных рядом автоматов (Кn)

Как было сказано выше, автоматические выключатели при их испытании устанавливаются отдельно, однако на практике они устанавливаются в электрических щитах в один ряд с другими автоматами, что соответственно ухудшает их охлаждение за счет ухудшения циркуляции воздуха и тепла от установленных рядом выключателей:

VTH-31

Соответственно, как и можно увидеть из графика, чем больше рядом установлено автоматов, тем меньше данный коэффициент.

Зная поправочные коэффициенты можно скорректировать номинальный ток автомата в зависимости от условий его эксплуатации.

Например: имеется автоматический выключатель с номинальным током 16 Ампер установленный в щитке с 5 другими автоматами при температуре окружающего воздуха +10 о C.

  1. По графикам выше найдем поправочные коэффициенты:
  • Кt=1,05
  • Кn=0,8
  1. Зная поправочные коэффициенты скорректируем номинальный ток автомата:

In / = In* Кt* Кn=16*1.05*0.8=13.44 Ампер

Соответственно при эксплуатации автоматического выключателя в вышеуказанных условиях для определения времени его срабатывания необходимо принимать ток не 16 Ампер, а 13,44 Ампера.

Время-токовые характеристики (ВТХ) автоматических выключателей

Как известно автоматические выключатели могут иметь следующие виды расцепителей обеспечивающих защиту электрической цепи от сверхтоков: электромагнитный — защищающий сеть от коротких замыканий, тепловой — обеспечивающий защиту от токов перегрузки и комбинированный представляющий собой совокупность электромагнитного и теплового расцепителя (подробнее читайте статью «автоматические выключатели«).

Примечание: Современные автоматические выключатели предназначенные для защиты электрических сетей до 1000 Вольт имеют, как правило, комбинированные расцепители.

Расцепители автоматических выключателей — это исполнительные механизмы которые обеспечивают отключение (расцепление) электрической цепи при возникновении в ней тока выше допустимого, причем чем больше это превышение тем быстрее должно произойти расцепление.

Зависимость времени расцепления автоматического выключателя от величины проходящего через него тока и называется время-токовой характеристикой или сокращенно — ВТХ.

Условия и значения ВТХ

ВТХ автоматов определяются следующими значениями:

1) Ток мгновенного расцепления — минимальное значение тока, вызывающее автоматическое срабатывание выключателя без преднамеренной выдержки времени. (ГОСТ Р 50345-2010, п. 3.5.17)

Примечание: срабатывание без преднамеренной выдержки времени обеспечивается электромагнитным расцепителем автомата.

Ток мгновенного расцепления определяется так называемой «характеристикой расцепления» или как ее еще называют — характеристика срабатывания.

Согласно ГОСТ Р 50345-2010 существуют следующие типы характеристик срабатывания автоматических выключателей:

стандартные характеристики срабатывания (расцепления) автоматов

Примечание: существуют так же и другие, нестандартные типы характеристик, о них мы говорили в статье «автоматические выключатели«.

Как видно из таблицы выше ток мгновенного расцепления указывается в виде диапазона значений, например характеристика «B» предполагает, что автомат обеспечит мгновенное расцепление при протекании через него тока в 3 — 5 раз превышающего его номинальный ток, т.е. если автоматический выключатель с данной характеристикой имеет номинальный ток 16 Ампер, то он обеспечит мгновенное расцепление при токе от 48 до 80 Ампер.

Определить характеристику срабатывания автоматического выключателя, как правило, можно по маркировке нанесенной на его корпусе:

маркировка характеристики срабатывания на автоматическом выключателе

2) Условный ток нерасцепления — установленное значение тока, который автоматический выключатель способен проводить, не срабатывая, в течение заданного (условного) времени*. (ГОСТ Р 50345-2010, п. 3.5.15) Согласно пункту 8.6.2.2 ГОСТ Р 50345-2010 условный ток нерасцепления равен 1,13 номинального тока автомата.
3) Условный ток расцепления — установленное значение тока, которое вызывает срабатывание автоматического выключателя в течение заданного (условного) времени*. (ГОСТ Р 50345-2010, п. 3.5.16) Согласно пункту 8.6.2.3 ГОСТ Р 50345-2010 условный ток расцепления равен 1,45 номинального тока автомата.

* Условное время равно 1 ч для выключателей с номинальным током до 63 А включительно и 2 ч с номинальным током свыше 63 А. (ГОСТ Р 50345-2010, п.8.6.2.1)

Время-токовая характеристика автоматического выключателя определяется условиями и значениями приведенными в таблице 7 ГОСТ Р 50345-2010:

значения ВТХ автоматов таблица 7 ГОСТ Р 50345-2010

Примечание: Таблица действительна для автоматов, смонтированных в соответствии с условиями испытаний приведенными ниже работающих при температуре 30 +5 °С

Графики ВТХ

Для удобства производителями в паспортах на автоматические выключатели время-токовые характеристики указываются в виде графика где по оси X откладывается кратность тока электрической цепи к номинальному току автомата (I/In), а по оси Y время срабатывания расцепителя.

Для подробного рассмотрения в качестве примера возьмем график ВТХ для автоматического выключателя с характеристикой «B»

ПРИМЕЧАНИЕ: Все приведенные ниже графики предоставлены в качестве примера. У различных производителей графики ВТХ могут отличаться (смотрите в паспорте автомата), однако они в любом случае должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 50345-2010 и в частности значениям указанным в таблице 7 приведенной выше.

расшифровка графика ВТХ автомата

Как видно график ВТХ представлен двумя кривыми: первая кривая (красная) — это характеристика автомата в так называемом «горячем» состоянии, т.е. автомата находящегося в работе, вторая (синяя) — характеристика автомата в «холодном» состоянии, т.е. автомата через который только начал протекать электрический ток.

При этом синяя кривая имеет дополнительно штриховую линию, эта линия показывает характеристику автомата (его теплового расцепителя) с номинальным током до 32 Ампер, это различие в характеристиках автоматов с номиналами до и выше 32 Ампер обусловлено тем, что в автоматах с большим номинальным током биметаллическая пластина теплового расцепителя имеет большее сечение и соответственно ей необходимо больше времени что бы разогреться.

Читайте так же:
Рельсовая цепь постоянного тока при тепловозной тяге

Кроме того каждая кривая имеет два участка: первый — показывающий плавное изменение времени срабатывания в зависимости от тока электрической цепи является характеристикой теплового расцепителя, второй — показывающий резкое снижение времени срабатывания (при токе от 3 In в горячем состоянии и от 5 In в холодном состоянии ), является характеристикой электромагнитного расцепителя автоматического выключателя.

чтение графика ВТХ автомата

Как видно, на графике ВТХ отмечены основные значения характеристик автомата согласно ГОСТ Р 50345-2010 при 1.13In (Условный ток нерасцепления) автомат не сработает в течении 1-2 часов, а при токе в 1,45 In (Условный ток расцепления) автомат отключит цепь за время менее 50 секунд (из горячего состояния).

Как уже было сказано выше ток мгновенного расцепления определяется характеристикой срабатывания автомата, у автоматических выключателей с характеристикой «B» он составляет от 3In до 5In, при этом согласно вышеуказанному ГОСТу (таблице 7) при 3In автомат не должен сработать за время менее 0,1 секунды из холодного состояния, но должен отключиться за время менее 0,1 секунды из холодного состояния при токе в цепи 5In и как мы можем увидеть из графика выше данное условие выполняется.

Так же по время-токовой характеристике можно определить время срабатывания автомата при любых других значениях тока, например: в цепи установлен автомат с характеристикой «B» и номинальным током 16 Ампер, при работе в данной цепи произошла перегрузка и ток вырос до 32 ампер, определяем время срабатывания автомата следующим образом:

  1. Делим ток протекающий в цепи на номинальный ток автомата

32А/16А=2

Определив что ток в цепи в два раза больше номинала автомата, т.е. составляет 2In откладываем данное значение по оси X графика и поднимая от нее условную линию вверх смотрим где она пересекается с кривыми графика:

срабатывание автомата при двукратном токе в цепи

Как мы видим из графика при токе 32 Ампера автомат с номинальным током 16 Ампер разомкнет цепь за время менее 10 секунд — из горячего состояния и за время менее 5 минут — из холодного состояния.

Приведем примеры ВТХ автоматических выключателей всех стандартных характеристик срабатывания (B, C, D):

время-токовая характеристика автомата типа B

время-токовая характеристика автомата типа C

время-токовая характеристика автомата типа D

ПРИМЕЧАНИЕ: Время-токовые характеристики согласно ГОСТ Р 50345-2010 указываются для автоматов работающих при температуре +30 +5 о C смонтированных в соответствии с определенными условиями:

Условия испытания. Поправочные коэффициенты.

Согласно ГОСТ Р 50345-2010 При испытаниях выключатели устанавливают отдельно, вертикально, на открытом воздухе в месте, защищенном от чрезмерного внешнего нагрева или охлаждения.

испытания автоматических выключателей проводят при любой температуре воздуха, а результаты корректируют по температуре +30 °С на основании поправочных коэффициентов, предоставленных изготовителем.

При этом в любом случае отклонение испытательного тока от указанного в таблице 7 не должно превышать 1,2% на 1 °С изменения температуры калибровки.

Изготовитель должен подготовить данные по изменению характеристики расцепления для температур калибровки, отличных от контрольного значения.

Таким образом, что бы точно узнать время отключения автоматических выключателей, эксплуатируемых при условиях отличающихся от условий испытания необходимо воспользоваться поправочными коэффициентами которые должен предоставить изготовитель данных выключателей.

Приведем пример таких поправочных коэффициентов (обычно их всего 2):

  • Температурный коэффициент (Кt)

Температурный коэффициент учитывает отличие температуры окружающей среды при которой автоматический выключатель испытывался от фактической температуры окружающей среды при которой он эксплуатируется:

поправочный температурный коэффициент автоматического выключателя

Как видно из графика, чем ниже температура окружающей среды тем выше данный коэффициент. Объясняется это просто — чем ниже температура окружающей среды, тем больший ток должен протекать через автоматический выключатель что бы нагреть расцепитель до температуры необходимой для его срабатывания.

  • Коэффициент, учитывающий количество установленных рядом автоматов (Кn)

Как было сказано выше, автоматические выключатели при их испытании устанавливаются отдельно, однако на практике они устанавливаются в электрических щитах в один ряд с другими автоматами, что соответственно ухудшает их охлаждение за счет ухудшения циркуляции воздуха и тепла от установленных рядом выключателей:

поправочный коэффициент учитывающий количество автоматических выключателей

Соответственно, как и можно увидеть из графика, чем больше рядом установлено автоматов, тем меньше данный коэффициент.

Зная поправочные коэффициенты можно скорректировать номинальный ток автомата в зависимости от условий его эксплуатации.

Например: имеется автоматический выключатель с номинальным током 16 Ампер установленный в щитке с 5 другими автоматами при температуре окружающего воздуха +10 о C.

  1. По графикам выше найдем поправочные коэффициенты:
  • Кt=1,05
  • Кn=0,8
  1. Зная поправочные коэффициенты скорректируем номинальный ток автомата:

In / = In* Кt* Кn=16*1.05*0.8=13.44 Ампер

Соответственно при эксплуатации автоматического выключателя в вышеуказанных условиях для определения времени его срабатывания необходимо принимать ток не 16 Ампер, а 13,44 Ампера.

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Биполярные транзисторы. For dummies

Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах.

Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода. Желающие могут освежить в памяти физику протекающих в нем процессов здесь или здесь.

Необходимые пояснения даны, переходим к сути.

Транзисторы. Определение и история

Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.

Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.

Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.

В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) — или электроны, или дырки.

Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.

Читайте так же:
Физика 8 класс тепловые явления тока

И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики

Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.

Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу.

Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (ток базы). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?
Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».

Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но большая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу. Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы.

Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился.

Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.

Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.

Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h21. Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.

Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора. Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.

Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению. Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению.

Также транзисторы имеют частотную характеристику, которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется граничной.

  • обратный ток коллектор-эмиттер
  • время включения
  • обратный ток колектора
  • максимально допустимый ток

Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.

Режимы работы биполярного транзистора

  1. Инверсный активный режим. Здесь открыт переход БК, а ЭБ наоборот закрыт. Усилительные свойства в этом режиме, естественно, хуже некуда, поэтому транзисторы в этом режиме используются очень редко.
  2. Режим насыщения. Оба перехода открыты. Соответственно, основные носители заряда коллектора и эмиттера «бегут» в базу, где активно рекомбинируют с ее основными носителями. Из-за возникающей избыточности носителей заряда сопротивление базы и p-n переходов уменьшается. Поэтому цепь, содержащую транзистор в режиме насыщения можно считать короткозамкнутой, а сам этот радиоэлемент представлять в виде эквипотенциальной точки.
  3. Режим отсечки. Оба перехода транзистора закрыты, т.е. ток основных носителей заряда между эмиттером и коллектором прекращается. Потоки неосновных носителей заряда создают только малые и неуправляемые тепловые токи переходов. Из-за бедности базы и переходов носителями зарядов, их сопротивление сильно возрастает. Поэтому часто считают, что транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи.
  4. Барьерный режим В этом режиме база напрямую или через малое сопротивление замкнута с коллектором. Также в коллекторную или эмиттерную цепь включают резистор, который задает ток через транзистор. Таким образом получается эквивалент схемы диода с последовательно включенным сопротивлением. Этот режим очень полезный, так как позволяет схеме работать практически на любой частоте, в большом диапазоне температур и нетребователен к параметрам транзисторов.
Читайте так же:
Автоматический выключатель с тепловой защитой авв

Схемы включения биполярных транзисторов

Поскольку контактов у транзистора три, то в общем случае питание на него нужно подавать от двух источников, у которых вместе получается четыре вывода. Поэтому на один из контактов транзистора приходится подавать напряжение одинакового знака от обоих источников. И в зависимости от того, что это за контакт, различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). У каждой из них есть как достоинства, так и недостатки. Выбор между ними делается в зависимости от того, какие параметры для нас важны, а какими можно поступиться.

Схема включения с общим эмиттером

Эта схема дает наибольшее усиление по напряжению и току (а отсюда и по мощности — до десятков тысяч единиц), в связи с чем является наиболее распространенной. Здесь переход эмиттер-база включается прямо, а переход база-коллектор — обратно. А поскольку и на базу, и на коллектор подается напряжение одного знака, то схему можно запитать от одного источника. В этой схеме фаза выходного переменного напряжения меняется относительно фазы входного переменного напряжения на 180 градусов.

Но ко всем плюшкам схема с ОЭ имеет и существенный недостаток. Он заключается в том, что рост частоты и температуры приводит к значительному ухудшению усилительных свойств транзистора. Таким образом, если транзистор должен работать на высоких частотах, то лучше использовать другую схему включения. Например, с общей базой.

Схема включения с общей базой

Эта схема не дает значительного усиления сигнала, зато хороша на высоких частотах, поскольку позволяет более полно использовать частотную характеристику транзистора. Если один и тот же транзистор включить сначала по схеме с общим эмиттером, а потом с общей базой, то во втором случае будет наблюдаться значительное увеличение его граничной частоты усиления. Поскольку при таком подключении входное сопротивление низкое, а выходное — не очень большое, то собранные по схеме с ОБ каскады транзисторов применяют в антенных усилителях, где волновое сопротивление кабелей обычно не превышает 100 Ом.

В схеме с общей базой не происходит инвертирование фазы сигнала, а уровень шумов на высоких частотах снижается. Но, как уже было сказано, коэффициент усиления по току у нее всегда немного меньше единицы. Правда, коэффициент усиления по напряжению здесь такой же, как и в схеме с общим эмиттером. К недостаткам схемы с общей базой можно также отнести необходимость использования двух источников питания.

Схема включения с общим коллектором

Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.

Напомню, что отрицательной называют такую обратную связь, при которой выходной сигнал подается обратно на вход, чем снижает уровень входного сигнала. Таким образом происходит автоматическая корректировка при случайном изменении параметров входного сигнала

Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме с общим эмиттером. А вот коэффициент усиления по напряжению маленький (основной недостаток этой схемы). Он приближается к единице, но всегда меньше ее. Таким образом, коэффициент усиления по мощности получается равным всего нескольким десяткам единиц.

В схеме с общим коллектором фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.

Такое включение используют для согласования транзисторных каскадов или когда источник входного сигнала имеет высокое входное сопротивление (например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон).

Два слова о каскадах

Бывает такое, что нужно увеличить выходную мощность (т.е. увеличить коллекторный ток). В этом случае используют параллельное включение необходимого числа транзисторов.

Естественно, они должны быть примерно одинаковыми по характеристикам. Но необходимо помнить, что максимальный суммарный коллекторный ток не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора любого из транзисторов каскада.
Тем не менее (спасибо wrewolf за замечание), в случае с биполярными транзисторами так делать не рекомендуется. Потому что два транзистора даже одного типономинала хоть немного, но отличаются друг от друга. Соответственно, при параллельном включении через них будут течь токи разной величины. Для выравнивания этих токов в эмиттерные цепи транзисторов ставят балансные резисторы. Величину их сопротивления рассчитывают так, чтобы падение напряжения на них в интервале рабочих токов было не менее 0,7 В. Понятно, что это приводит к значительному ухудшению КПД схемы.

Может также возникнуть необходимость в транзисторе с хорошей чувствительностью и при этом с хорошим коэффициентом усиления. В таких случаях используют каскад из чувствительного, но маломощного транзистора (на рисунке — VT1), который управляет энергией питания более мощного собрата (на рисунке — VT2).

Другие области применения биполярных транзисторов

Транзисторы можно применять не только схемах усиления сигнала. Например, благодаря тому, что они могут работать в режимах насыщения и отсечки, их используют в качестве электронных ключей. Также возможно использование транзисторов в схемах генераторов сигнала. Если они работают в ключевом режиме, то будет генерироваться прямоугольный сигнал, а если в режиме усиления — то сигнал произвольной формы, зависящий от управляющего воздействия.

Прямоток, противоток, перекрестный ток

Прямоток, противоток, перекрестный ток

Прежде всего, необходимо рассмотреть случаи, когда обе жидкости, омывающие стенки, текут параллельно в одном направлении (рис.1-4).Такая схема движения называется прямым потоком. На рис. 1-4 также показан график изменения температуры при движении обеих жидкостей вдоль очищаемой поверхности. A. выберите элемент поверхности dA. Обе температуры Температура жидкости / Рис. 1-4.Передача тепла прямого потока. Сторонами A и H этого элемента-разница жидкости равна/.И затем… Номер отделяется от обозначения: Д / = L_ /₂. (1-19) Формула (1-17) частичного dA-опосредованного теплообмена dQ йд = КнАМ. (В20) Коэффициент теплопередачи, k, предполагается постоянным на всей поверхности. cleaned. By теплообмен, горячая жидкость охлажен ДТ.

Читайте так же:
Автоматы выключатель с тепловым реле

Таким образом, выполняется следующее уравнение: =(1-21) Где 7 ^ — масса (массовый расход текучей среды) текучей среды, протекающей по очищаемой поверхности в единицу времени, а а-теплоемкость текучей среды. Из уравнения йд = / nₐ6yZ/ₐ、 (1-22) Где tn₂ и с₂-весовой расход и теплоемкость 2-й жидкости, соответственно, охлаждающая жидкость нагревается DT2.Дифференциал уравнения(1-19) имеет вид: Д ^ т) = dtₜ-dt₂. (1-23) Если подставить в эту формулу формулу разности температур (1-21) и (1-22), то получим вид: д(н0 =-(я + Я)Д <2 = — Д-2⁴) и это то же самое, что и выражение в скобках. Формула (1-24) легко интегрируется.

Представляет собой температурный напор в начале очищаемой поверхности от A до D/.И, наконец, через D / e мы получаем уравнение Д. — Д ^ = ^. (1-25) Подставляя значение dQ Формулы (от 1 до 20) в Формулу(от 1 до 24), получаем следующее уравнение: = ’(1-26) Если учесть граничные условия (для M = L, 4 = 0) и проинтегрировать их по всей поверхности нагрева A, то получим уравнение ln->-ML. (1-27) Таким образом, температурный напор в конце поверхности нагрева можно определить по формуле: D / e = D / ^ — болезнь. (1-28).

Количество тепла, передаваемого на всю моющую поверхность а, можно рассчитать по формуле, полученной путем замены H в Формуле (1-25) на значение, полученное из Формулы. — ми. М = М (В29)) Доля справа от последнего уравнения — это просто средняя температура интереса Руководитель д / М. Таким образом, количество тепла, переданного может быть вычислен по формуле: < Э = ю / т; АЛЬ-АС Д= / ———— Так… (1-30) (1-31) Другой тип теплообменника сконфигурирован таким образом, что 2 жидкости текут параллельно», Рис.2. 1-5.

Такая схема Движение жидкости называется countercurrent. In в этом случае расчет среднего температурного напора осуществляется так же, как и для теплообменника постоянного тока, но при движении вдоль поверхности нагрева а в положительном направлении температура холодной жидкости снижается, поэтому в Формуле (от 1 до 22) появляется знак минус. значение р. выяснили из церемонии 、| * = ———。 (1-32) rmᵢcₗtgsg » Рисунок 1-5.

Передача тепла на противотоке. Формула, описанная в пунктах (1-28)-(1-31), также считается действительной для встречного потока. Средняя логарифмическая температура напора, рассчитанная по формуле (от 1 до 31), всегда меньше среднего арифметического D / m между начальной и конечной температурой напора. (1-33) Отношение величины логарифма[Формула (1 к 31)] и среднего арифметического зависит от отношения температурного напора.

  • Но из-за стола. 1-2.Используя эту таблицу, вы можете более легко определить среднюю логарифмическую температуру головы от среднего арифметического, умножив коэффициенты aₜ, приведенные в таблице, от среднего арифметического. Логарифмическое отношение температурного напора D /w1 к средней арифметической температуре головки с постоянным током и противотоком 1 Ч Ч Ч Ч Ч Да.」 1.0 2.0 3.0 6.0 1,000 0.962 0.910 0.798 1.2 0.998 2.2 0.952 3.5 0.889 7.0 0.770 1.4 0.991 2.4 0.942 4.0 0.867 8.0 0.748 1.6 0.981 2.6 0.928 4.5 0.846 9.0 0.729 1.8 0.971 2.8 1818 5.0 0.829 10.0 0.710 * Табличные значения также допустимы для обратной функции A ^ / AQ. 3-я схема течения жидкости теплообменника такова, что жидкость течет в направлении»перпендикулярном друг другу».

Такой контур называется поперечным током, который обозначается с одной стороны жидкости, на нагретой поверхности, а с другой-как на обратной, так и на жидкостной подаче Рис. 1-6. ■ Предыдущая стирка, то же самое speed. To определить В этом случае заливать среднюю температуру напора значительно сложнее, чем в случае прямого оттока и противоточного теплообменника. Такие расчеты можно проводить с помощью программного обеспечения. Нуссельт [L. 1]. Как видно из рис. 1-6, температура обеих жидкостей в конце пути неоднородна по поперечному сечению канала. Средняя температура участка канала в конце пути обозначается символом ’ / e>.2. температурный напор в начальной точке пути движения жидкости для промывки поверхности нагрева, формула Где T <. — Начальная температура горячей жидкости. — Начальная температура холодной жидкости О ’ 3) Где t [ₑ средняя конечная температура теплоносителя. — Средняя конечная температура жидкости, которая получает тепло.

Следовательно, D /., ’D ^ = 1; следовательно, и= 1.Следовательно, средняя логарифмическая температура головки D ^ n = 90°C Это 2 925 100, 90, 0,325 м * ’ В поперечных течениях: 155 4-25 D.= 155°C; D / e = 25°C; = f— = 90°C; 25 дней. 155. = 0,161 И затем j 165°С 1°C По интерполяции из таблицы. 1-3 мы находим его Д ^ = 0.942-90 = 84.6°С Поэтому величина поверхности нагрева равна 2 925. A-100-84.6

°»3ll * ⁸ Результаты показывают, что минимальная поверхность нагрева требуется для противотока, а максимальная поверхность нагрева требуется для прямого потока.

Если необходимо нагреть воду до более высокой температуры, то размер поверхности нагрева при поступательном течении увеличивается очень значительно. Если конечная температура составляет 87,5°C, то конечная температура головки D / e будет равна нулю, поэтому длина поверхности нагрева будет увеличиваться бесконечно. То есть повышение температуры воды выше указанной не может быть достигнуто постоянным током, а только противотоком или поперечным током. Задачи 1-1.В этой главе показано, что тепловое сопротивление многослойной стенки можно рассчитать таким же образом, как и последовательное подключение электрического сопротивления.

Аналогичное сходство существует между электрическим сопротивлением параллельного соединения и тепловым сопротивлением стенки толщиной b, состоящей из различных материалов, и площадью поверхности сечения Ab,…Ан разделен В А и Б повсеместно в толщина, показывая что каждый раздел поддерживает единообразие материала. 1-2.In поперечный теплообменник при атмосферном давлении, 10 кг! Вода нагревается от 26 до 100°С, затем перегрев испаряется и доводится до 126°С. теплоносителем является дымовой газ, проходящий со скоростью 650°С при начальной температуре 45 кг / с. коэффициент теплопередачи для всей площади составляет 170 ккал(м ^ * ч * град).необходимо рассчитать площадь теплообменника.

1-3.Создайте дифференциальное уравнение и задайте граничные условия для расчета температурного поля поперечного теплообменника. Как изменяется дифференциальное уравнение, если в каждом сечении нормального противотока постоянно перемешивается 1 среда?

Помощь студентам в учёбе lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector