Що вбиває котушки запалювання?

Серед основних причин їхньої поломки можна виділити такі. Пошкоджені свічки запалення або їх дроти. Несправна свічка запалювання, що має підвищений опір, викликає зростання вихідної напруги. Якщо воно перевищує 35 000 вольт – може статися пробою ізоляції котушки, що викликає коротке замикання.

Яка напруга має приходити на котушку?

Напруга струму розмикання первинної обмотки складає від 300 до 400 В.

Чи можна знімати котушки запалення при двигуні?

Професійні діагности НІКОЛИ НЕ ВІДКЛЮЧАЮТЬ КАТУШКИ ВРУЧНУ, так як це загрожує виходом з ладу ЕБУ двигуна.

Drive2
Осцилограма напруги первинної обмотки котушки запалювання. – DRIVE2

Експеримент із вилучення енергії з поля постійного магніту

Ідею, закладену в нижче описуваному пристрої, намагаються реалізувати багато хто. Суть її така: є постійний магніт (ПМ) – гіпотетичне джерело енергії, вихідна котушка (колектор) і модулятор, що змінює розподіл магнітного поля ПМ, створюючи тим самим змінний магнітний потік в котушці.
Реалізація (18.08.2004)
Для реалізації цього проекту (назвемо його TEG, як похідна від двох конструкцій: VTA Флойда Світу і MEG Тома Бердена 🙂 ) я взяв два феритових кільцевих сердечника марки М2000НМ розмірами O40хO25х11 мм, склав їх разом, скріпивши ізоленту, і по периметру сердечника – 105 витків проводом ПЕВ-1 у 6 шарів, також закріпивши кожен шар ізолентою.

Колекторна обмотка на феритовому осерді.

Далі обертаємо це ще раз ізолентою та поверх намотуємо котушку модулятора (вхідну). Її мотаємо як завжди — тороїдальну.Я намотав 400 витків у два дроти ПЕВ-0.3, тобто. вийшло дві обмотки по 400 витків. Це було зроблено з метою розширення варіантів експерименту.

Тепер розміщуємо всю цю систему між двома магнітами. У моєму випадку це були оксидно-барієві магніти, матеріал марки М22РА220-1, намагнічений в магнітному полі напруженістю не менше 640000 А/м,
розміри 80х60х16 мм. Магніти взяті з магніторозрядного насоса діодного НМД 0,16-1 або йому подібних. Магніти орієнтовані «на тяжіння» та його магнітні лінії пронизують феритовые кільця по осі.

Робота ТЕГа ось у чому. Спочатку напруженість магнітного поля всередині колекторної котушки вища, ніж зовні через присутність усередині фериту. Якщо ж наситити сердечник, то його
магнітна проникність різко зменшиться, що призведе до зменшення напруженості всередині котушки колектора. Тобто. нам необхідно створити такий струм у модулюючій котушці, щоб наситити сердечник. На момент насичення сердечника, напруга на колекторній котушці буде підвищуватися. При знятті напруги з котушки, що управляє, напруженість поля знову зросте, що призведе до викиду зворотної полярності на виході. Ідея у викладеному вигляді народжена десь у середині лютого 2004 р.

В принципі, достатньо однієї модуляторної котушки. Блок керування
зібраний за класичною схемою TL494. Верхній за схемою змінний
резистор змінює шпаруватість імпульсів від 0 до 45% на кожному
каналі, нижній – задає частоту в діапазоні приблизно від 150 Гц до 20
кГц. При використанні одного каналу частота, відповідно,
знижується вдвічі. У схемі також передбачено захист через струм через
модулятор приблизно 5А.

Параметри ТЕГа (виміряно мультиметром MY-81):
опору обмоток:
колектора – 0,5 Ом
модульаторів – 11,3 Ом та 11,4 Ом
індуктивності обмоток без магнітів:
колектора – 1,16 мГн
модульаторів – 628 мГн і 627 мГн
індуктивності обмоток із встановленими магнітами:
колектора – 1,15 мГн
модульаторів – 375 мГн і 374 мГн
Експеримент №1 (19.08.2004)
Модуляторні котушки з'єднані послідовно, вийшла біфілярка. Використовувався один канал генератора. Індуктивність модулятора 1,52 Гн, опір – 22,7 Ом. Живлення блоку управління
тут і далі 15, осцилограми знімалися двопроменевим осцилографом С1-55. Перший канал (нижній промінь) підключений через дільник 1:20 (Cвх 17 пФ, Rвх 1 Мом), другий канал (верхній промінь) – безпосередньо (Cвх 40 пФ, Rвх 1 Мом). Навантаження в кола колектора відсутнє.
Перше на що було звернено увагу: після зняття імпульсу з котушки, що управляє, в ній виникають резонансні коливання, і якщо наступний імпульс подати в момент протифази резонансному сплеску,
то в цей момент виникає імпульс на виході колектора. Також це явище було помічено і без магнітів, але значно меншою мірою. Тобто, скажімо так, у цьому випадку важлива крутість зміни потенціалу на обмотці. Амплітуда імпульсів на виході могла досягати 20 В. Проте струм таких викидів дуже малий, і важко вдається заряджати ємність на 100 мкФ, підключену до виходу через випрямляючий міст. Жодне інше навантаження вихід не тягне. На високій частоті генератора, коли струм модулятора гранично малий, і форма імпульсів напруги на ньому зберігає прямокутну форму, викиди на виході також присутні, хоча магнітопровід ще дуже далекий від насичення.

Напруга на модульаторі (верхній) і колекторі (нижній). Амплітуду виходу слід помножити на 20.

Висновки:
Поки що нічого суттєвого не сталося.Просто зазначимо собі деякі ефекти. 🙂
Тут же, гадаю, буде справедливим зазначити, що є принаймні ще одна людина — якийсь Сергій А, який експериментує з такою самою системою. Клянуся, до цієї ідеї ми дійшли абсолютно незалежно:). Наскільки далеко пройшли його дослідження, мені не відомо, чи я з ним не зв'язувався. Але він також наголошував на подібних ефектах.
Експеримент №2 (19.08.2004)
Модуляторні котушки роз'єднані та підключені до двох каналів генератора, причому підключені зустрічно, тобто. по черзі створюється магнітний потік у кільці у різних напрямках. Індуктивності котушок дано вище в параметрах ТЕГа. Виміри велися як і попередньому експерименті. Навантаження на колектор відсутнє.
Нижче на осцилограмах представлені напруга на одній з обмоток модулятора і струм через модулятор (ліворуч) і також напруга на обмотці модулятора і напруга на виході колектора (праворуч) при
різної тривалості імпульсів. Я поки не вказуватиму амплітуди і тимчасові характеристики, по-перше, я їх не все зберіг, а по-друге, це поки не важливо, поки спробуємо якісно відстежити поведінку системи.

Скважність заповнення імпульсів каналі близько 11%, тобто. загальна – 22%.

Добре заповнення імпульсів на каналі 17,5%, загальна – 35%.

Поясню картинку напруги на модульаторі (верхній промінь). Напруга вимірювалася щодо плюсу харчування. Початкова поличка – це включення модулятора, далі зворотний сплеск при знятті напруги і збудження осциляцій через паразитні ємності ключа. Знову сплеск, але спадаючий – це працює другий модулятор. Ще раз зверну увагу, що другий модулятор включений "зустрічно". Наступна поличка – відключення другого модулятора та знову осциляції. Другий промінь на лівих
малюнках – це струм через модулятори. Струм вимірювався шляхом зняття напруги з низькоомного резистора, послідовно включеного з ключами, тобто. потенціал на виведенні 16 TL494 (див. схему генератора). на
малюнках справа другий промінь – напруга на виході колектора в тих самих режимах.
На першій серії осцилограм видно, що при певному струмі модулятора напруга на виході колектора досягає максимуму – це проміжний момент перед переходом осердя в насичення, його магнітна проникність починає падати. У цей момент відбувається відключення модулятора і магнітне поле відновлюється в колекторній котушці, що супроводжується негативним кидком
виході. На наступній серії осцилограм тривалість імпульсу збільшена, і осердя доходить до повного насичення – зміна магнітного потоку припиняється і напруга на виході дорівнює нулю (спад
у позитивній галузі). Далі знову слідує зворотний викид при відключенні обмотки модулятора.
Тепер спробуємо виключити із системи магніти, зберігши режим роботи.

Видалено один магніт.

Вилучено обидва магніти.

При видаленні одного магніту амплітуда виходу знизилася майже в 2 рази. Зауважимо також, що знизилася частота осциляцій, оскільки збільшилася індуктивність модульаторів. При видаленні другого магніту,
сигналу на виході немає.
Висновки:
Схоже, ідея, як вона була закладена, працює.
Експеримент №3 (19.08.2004)
Модуляторні котушки знову з'єднані послідовно, як у першому експерименті. Зустрічна послідовна сполука абсолютно ніякого ефекту не дає. Нічого іншого я не очікував :). З'єднані як належить. Перевіряється робота як у холостому режимі, так і з навантаженням.Нижче на осцилограмах показані струм модулятора (верхній промінь) та напруга виходу (нижній промінь) за різних тривалостей імпульсу на модуляторі. Тут і далі я вирішив прив'язуватися до струму модуляторів,
як найбільш відповідного у ролі опорного сигналу. Осцилограми знімалися щодо загального дроту. Перші 3 малюнки – у холостому режимі, останній – з навантаженням.

Малюнки зліва направо та зверху вниз: 1) мала тривалість імпульсу; 2) збільшення тривалості з підходом до області насичення; 3) оптимальна тривалість, повне насичення та максимальне вихідне
напруга (при холостому ході); 4) останній режим роботи, але з підключеним навантаженням.
Навантаженням служила лампа розжарювання 6,3 В, 0,22 А. Свіченням це звичайно назвати не можна … 🙂

Виміри потужності в навантаженні не проводилися, цікаво інше:

Споживання з вимкненим навантаженням 127,2 мА.

Споживання із підключеним навантаженням 126,8 мА.

Висновки:
Не знаю, що й думати. Споживання знизилося на 0,3%. Сам генератор без ТЕГ споживає 18,5 мА. Можливо, навантаження побічно через зміну розподілу магнітного поля вплинуло на індуктивність
модульаторів. Хоча, якщо порівняти осцилограми струму через модулятор у холостому режимі та з навантаженням (наприклад, при перегортанні туди-сюди в ACDSee), то можна помітити слабкий завал верхівки піку під час роботи з
навантаженням. Збільшення індуктивності призвело б до зменшення ширини піку. Хоча все це дуже примарно.
Експеримент №4 (20.08.2004)
Поставлено мету: отримати максимальний вихід на те, що є. У минулому експерименті вперся в межу частоти, на якій забезпечувалася оптимальна тривалість імпульсу при максимально можливому рівні заповнення імпульсу ~45% (маловажність мінімальна).Отже, необхідно було зменшити індуктивність модуляторної обмотки (раніше були з'єднані дві послідовно), проте в цьому випадку
доведеться збільшити струм. Так що тепер модуляторні котушки підключені окремо до обох виходів генератора, як у 2-му експерименті, проте цього разу вони включені в одному напрямку (як зазначено на
принципової схеми генератора). Осцилограми у своїй змінилися (знімалися щодо загального проводу). Виглядають набагато приємніше:). Крім того, ми маємо дві обмотки, які працюють по черзі. Значить за тієї ж максимальної тривалості імпульсу ми можемо подвоїти частоту (для цієї схеми).
Вибрано певний режим роботи генератора максимальної яскравості лампи на виході. Отже, як завжди, відразу перейдемо до малюнків.

Верхній промінь – струм модулятора. Нижній ліворуч – напруга на одному з модуляторів, праворуч – керуючий імпульс цього ж каналу з виходу TL494.

Тут ліворуч явно бачимо підвищення напруги на обмотці модулятора в період другого (другий напівперіод, логічний «0» на правій осцилограмі). Викиди при відключенні модулятора 60 вольт обмежуються діодами, що входять до складу польових ключів.

Верхній промінь – струм модулятора. Нижній ліворуч – напруга виходу з навантаженням, праворуч – напруга виходу на холостому ходу.

Навантаження — та сама лампа 6,3 В, 0,22 А. І знову повторюється картина зі споживанням…

Споживання з вимкненим навантаженням 0,62 А.

Споживання із підключеним навантаженням 0,61 А.

Знову маємо зниження споживання при підключеному до колектора навантаженні. Вимірювання звичайно на порозі точності приладу, але повторюваність 100%. Потужність у навантаженні склала близько 156
мВт. На вході – 9,15 Вт. А про «вічний двигун» поки що ніхто і не говорив 🙂
Тут можна помилуватися на лампочку, що горить:

Висновки:
Ефект очевидний. Що ми зможемо від цього отримати – час покаже. На що слід звернути увагу? Перше, збільшити кількість витків колектора, можливо, додавши ще пару кілець, а краще підібрати
оптимальні розміри магнітопроводу. Хто б зайнявся розрахунками? 😉 Можливо, є сенс збільшити магнітну проникність магнітопроводу. Це має збільшити різницю напруженостей магнітного поля всередині та зовні котушки. Одночасно знизити індуктивність модулятора. Думалося також, що потрібні проміжки між кільцем і магнітом, щоб, скажімо так, було місце для згинання магнітних ліній при зміні властивостей середовища – магнітної проникності. Однак на практиці це призводить лише до спаду напруги на виході. На даний момент зазори визначаються 3 шарами ізолентів і товщиною модуляторної обмотки, на око це максимум по 1,5 мм з кожного боку.
Експеримент №4.1 (21.08.2004)
Попередні експерименти проводились на роботі. Приніс блок керування та «трансформатор» додому. Такий самий набір магнітів у мене давно валявся і вдома. Зібрав. З подивом виявив, що можу підняти частоту. Мабуть, мої «домашні» магніти були трохи сильнішими, внаслідок чого індуктивність модуляторів знизилася. Радіатори вже грілися сильніше, проте струм споживання схеми склав 0,56 А і 0,55 А без навантаження і з навантаженням відповідно, при тому ж питанні 15 В. Можливо, мав місце наскрізний струм через ключі. У цій схемі на високій частоті таке не виключено. На вихід підключив галогенну лампочку на 2,5, 0,3А. У навантаженні отримав 1,3 В, 200 мА. Разом вхід 8,25 Вт, вихід 0,26 Вт – ККД 3,15%. Але зауважте, знову ж таки без очікуваного традиційного впливу на джерело!
Експеримент №5 (26.08.2004)
Зібрано новий перетворювач (версія 1.2) на кільці з більшою проникністю – М10000НМ, розміри ті ж: O40хO25х11 мм. На жаль, кільце було лише одне. Щоб вмістити більше витків на колекторній обмотці, провід узятий тонше. Разом: колектор 160 витків проводом O 0,3 і два модулятора по 235 витків, так само проводом O 0,3. А також знайдено новий блок живлення аж до 100 В і струмом до 1,2 А. Напруга живлення теж може зіграти роль, оскільки воно забезпечує швидкість наростання струму через модулятор, а той, у свою чергу, швидкість зміни магнітного потоку, що безпосередньо пов'язано з амплітудою вихідної напруги.
Поки що нічим виміряти індуктивності і сфотографувати картинки. Тому без надмірностей викладу голі цифри. Було проведено кілька вимірювань при різних напругах живлення та режимах роботи генератора. Нижче наведено деякі з них.
без виходу у повне насичення\

Вхід: 20 x 0,3 А = 6 Вт
Вихід: 9 x 24 мА = 0,216 Вт
ККД: 3,6%

Вхід: 10 x 0,6 А = 6 Вт
Вихід: 9 x 24 мА = 0,216 Вт
ККД: 3,6% Вхід: 15 В x 0,5 А = 7,5 Вт
Вихід: 11 В х 29 мА = 0,32 Вт
ККД: 4,2%
з повним насиченням

Вхід: 15 x 1,2 А = 18 Вт
Вихід: 16 x 35 мА = 0,56 Вт
ККД: 3,1%
Висновки:
Виявилося, що в режимі повного насичення йде спад ККД, оскільки різко зростає струм модулятора. Оптимального режиму роботи (ККД) вдалося досягти при напрузі живлення 15 В. Впливу навантаження на джерело живлення не виявлено. Для наведеного 3-го прикладу з ККД 4,2 струм схеми з підключеною з навантаженням повинен збільшуватися приблизно на 20 мА, але підвищення так само не зафіксовано.
Експеримент №6 (2.09.2004)
Прибрано частину витків модулятора з метою підвищення частоти та зменшення зазорів між кільцем та магнітом.Тепер маємо дві обмотки модулятора по 118 витків, намотаних в один шар. Колектор залишено без змін – 160 витків. Крім того, виміряно електричні характеристики нового перетворювача.

Модулятор ТЕГа (версія 1.21)

Параметри ТЕГа (версія 1.21), вимірювані мультиметром MY-81:
опору обмоток:
колектора – 8,9 Ом
модульаторів – по 1,5 Ом
індуктивності обмоток без магнітів:
колектора – 3,37 мГн
модульаторів – по 133,4 мГн
послідовно з'єднаних модуляторів – 514 мГн
індуктивності обмоток із встановленими магнітами:
колектора – 3,36 мГн
модульаторів – по 89,3 мГн
послідовно з'єднаних модульаторів – 357 мГн
Нижче наведено результати двох вимірювань роботи ТЕГа в різних режимах. При вищій напрузі живлення частота модуляції вища. В обох випадках модулятори з'єднані послідовно.

Вхід: 15 x 0,55 А = 8,25 Вт
Вихід: 1,88 x 123 мА = 0,231 Вт
ККД: 2,8%

Вхід: 19,4 x 0,81 А = 15,714 Вт
Вихід: 3,35 x 176 мА = 0,59 Вт
ККД: 3,75%
Висновки:
Перше і найсумніше. Після внесення змін до модулятора, зафіксовано збільшення споживання при роботі з новим перетворювачем. У другому випадку споживання зросло приблизно на 30 мА. Тобто. без навантаження споживання становило 0,78 А, з навантаженням – 0,81 А. Помножуємо на живлячі 19,4 В і отримаємо 0,582 Вт – ту саму потужність, що зняли з виходу. Однак я повторююсь з усією відповідальністю, що раніше такого не спостерігалося. При підключенні навантаження у разі явно простежується більш круте наростання струму через модулятор, що є наслідком зменшення індуктивності модулятора. З чим це пов'язано, поки що не відомо.
І ще ложка дьогтю.Боюся, у цій конфігурації не вдасться отримати ККД понад 5% через слабке перекриття магнітного поля. Іншими словами, насичуючи сердечник, ми послаблюємо поле всередині колекторної котушки лише в області проходження цього самого осердя. Але магнітні лінії, що йдуть з центру магніту через центр котушки, нічим не перекриваються. Більш того, частина магнітних ліній «витіснених» із сердечника при його насиченні також обходить останній з внутрішньої сторони кільця. Тобто. таким чином модулюється лише мала частина магнітного потоку ПМ. Потрібно змінити геометрію всієї системи. Можливо, слід очікувати на деякий приріст ККД, використовуючи кільцеві магніти від динаміків. Також не відпускає думка про роботу модуляторів у режимі резонансу. Однак в умовах насичення сердечника і, відповідно, індуктивності модульаторів, що постійно змінюється, це зробити вельми не просто.
Дослідження продовжуються…
Якщо хочете обговорити, заходьте на «захоплений форум», мій нік Армер.
Або пишіть на [email protected], але думаю, краще у форум.

х х х
Dragons’ Lord : По-перше, велике спасибі Armer'у за те, що надав звіт про проведені експерименти з чудовими ілюстраціями. Думаю, скоро на нас чекають нові роботи Владислава. А поки що я висловлю свої думки щодо цього проекту та його можливого шляху вдосконалення. Пропоную змінити схему генератора таким чином:

Замість плоских зовнішніх магнітів (плит) пропонується використовувати кільцеві магніти. Причому внутрішній діаметр магніту повинен бути приблизно рівним аналогічному діаметру кільця магнітопроводу, а зовнішній діаметр магніту більше, ніж зовнішній діаметр кільця магнітопроводу.
У чому проблема низького ККД? Проблема в тому, що магнітні лінії, що витісняються з магнітопроводу, як і раніше, перетинають площу витків вторинної обмотки (віджимаються і концентруються в центральній області). Зазначене співвідношення кілець створює асиметричність і змушує більшу частину магнітних ліній, при насиченому до межі центральному магнітопроводі, огинати його за зовнішнім простором. У внутрішній області магнітних ліній буде менше, ніж у базовому варіанті. Взагалі, цю «хворобу» повністю вилікувати не можна, як і раніше використовуючи кільця. Як підняти загальний ККД сказано нижче.
Також пропонується використовувати додатковий зовнішній магнітопровід, який концентрує силові
лінії в робочій області пристрою, роблячи його потужнішим (тут важливо не переборщити, тому використовуємо ідею з повним насиченням центрального сердечника). Конструктивно, зовнішній магнітопровід є точеними феромагнітними деталями осесиметричної геометрії (щось на кшталт труби з фланцями). Горизонтальну лінію роз'єму верхньої та нижньої чашок ви бачите на картинці. Або це можуть бути дискретні незалежні магнітопроводи (скоби).
Далі варто подумати над удосконаленням процесу з «електричної» точки зору. Зрозуміло, – перше, що потрібно зробити, це розкачати первинний ланцюг у резонанс. Адже ми не маємо шкідливого зворотного впливу з вторинного ланцюга. Пропонується використовувати резонанс СТРУМУ зі зрозумілих причин (адже мета, – наситити сердечник). Друге зауваження, можливо, не таке очевидне на перший погляд.Пропонується як вторинна обмотка використовувати не стандартну соленоїдну намотування котушки, а зробити кілька плоских біфілярних котушок Тесла і помістити їх на зовнішньому діаметрі магнітопроводу «слойним пиріжком», з'єднавши послідовно. Щоб узагалі прибрати існуючу мінімальну взаємодію один з одним в осьовому напрямку сусідніх біфілярних котушок, треба з'єднати їх так само ЧЕРЕЗ ОДНУ, повернувшись з останньої на другу (повторне використання сенсу біфілярки).
Таким чином, за рахунок максимальної різниці потенціалу в двох сусідніх витках запасена енергія вторинного ланцюга буде максимально можлива, що на порядок перевершує варіант зі звичайним соленоїдом.
Як видно зі схеми, через те, що «пиріжок» з біфілярок має досить пристойну протяжність у
горизонтальному напрямі, — пропонується мотати первичку не поверх вторинного віку, а під нею. Безпосередньо на магнітопровід.
Як я вже сказав, використовуючи кільця, неможливо перемогти певну межу ККД. І запевняю, що надденичністю там і не пахне. Витіснені з центрального магнітопроводу магнітні лінії будуть
огинати його вздовж самої поверхні (найкоротшим шляхом), тим самим, як і раніше перетинаючи площу,
обмежену витками вторинки. Аналіз конструкції змушує відмовитися від поточної схемотехніки. Потрібен центральний магнітопровід БЕЗ отвору. Погляньмо на таку схему:

Основний магнітопровід набирається з окремих пластин або стрижнів прямокутного перерізу, та
являє собою паралелепіпед. Первинка кладеться безпосередньо на нього. Її вісь горизонтальна
і за схемою дивиться на нас. Вторинка, як і раніше, «слойковий пиріжок» з біфілярок Тесла. Тепер
зауважимо, що ми ввели додатковий (вторинний) магнітопровід, що представляє собою «чашки» з
отворами в їхніх денцях. Зазор між краєм отвору і основним центральним магнітопроводом (первинною котушкою) повинен бути мінімальний, щоб ефективно перехоплювати витіснені магнітні лінії і відтягувати їх на себе, не даючи їм проходити крізь біфіляри. Звичайно, слід зауважити, що магнітна проникність центрального магнітопроводу має бути на порядок вищою, ніж
допоміжного. Наприклад: центрального паралелепіпеда – 10000, "чашок" – 1000. У нормальному (не насиченому) стані центральний сердечник, за рахунок своєї більшої магнітної проникності, втягуватиме магнітні лінії в себе.
А тепер найцікавіше 😉. Уважно придивимося, що ж ми отримали? А отримали ми звичайнісінький MEG, тільки в «недоробленому» варіанті. Іншими словами, я хочу сказати, що класичне
Виконання генератора MEG v.4.0 в кілька разів обганяє нашу кращу схему, через його можливість перерозподіляючи магнітні лінії (качаючи «гойдалки») знімати корисну енергію на всьому циклі своєї роботи.
Причому, з обох плечей магнітопроводу. У нашому випадку маємо одноплечу конструкцію. Половину можливого ККД просто не використовуємо.
Висловлюю надію, що Владислав найближчим часом проведе експерименти над MEG v.4.0
більше, що така машина (у виконанні v.3.0) у нього вже є;). І звичайно, потрібно обов'язково
використовувати резонанс струму на первинних керуючих котушках, встановлених не безпосередньо на плечах магнітопроводу, а на феритових вставках-пластинах, перпендикулярно такому (у розрив магнітопроводу). Звіт, за вступом до мене, я одразу зверстаю і надам нашим читачам.

«Новосибірський генератор TEG»

Інші новини:

Методи захисту пристроїв (датчиків, приладів, контролерів) із транзисторними виходами від струмів самоіндукції

У цій статті буде розглянуто явище самоіндукції, що найчастіше виявляється при комутації індуктивних навантажень. Також будуть розглянуті способи захисту та обладнання, що використовується для цього.

Техніка безпеки

УВАГА! До робіт з монтажу, налагодження, ремонту та обслуговування технологічного обладнання допускаються особи, які мають технічну освіту та спеціальну підготовку (навчання та перевірку знань) з безпечного виконання робіт в електроустановках з групою не нижче 2 для ремонтного персоналу, а також мають досвід робіт з обслуговування обладнання , у конструкцію якого вносяться зміни та доповнення, або проводиться модернізація. За несправність обладнання та безпеку працівників при некваліфікованому монтажі та обслуговуванні ТОВ «КІП-Сервіс» відповідальності не несе.

1. Електромагнітна індукція. Визначення. Фізичний зміст

Електромагнітна індукція – явище виникнення електричного струму при зміні в часі магнітного поля. Зміна магнітного поля, з закону електромагнітної індукції, призводить до порушення в контурі індуктивної електрорушійної сили (ЭРС). Процес виникнення ЕРС індукції у провідному контурі при зміні струму, що протікає через контур, називається самоіндукцією. Напрямок ЕРС самоіндукції завжди виявляється таким, що при зростанні струму в ланцюзі ЕРС самоіндукції перешкоджає цьому зростанню, а при зменшенні струму – перешкоджає зменшенню. Розмір ЕРС самоіндукції визначається рівнянням:

де:
E – ЕРС самоіндукції
L – Індуктивність котушки
dI/dt – Зміна струму в часі.Знак «мінус» означає, що ЕРС самоіндукції діє так, що індукційний струм перешкоджає зміні магнітного потоку. Цей факт відображено у правилі Ленца: Індукційний струм завжди має такий напрямок, що створюване ним магнітне поле протидіє зміні магнітного потоку, яким був викликаний даний струм. Явище самоіндукції можна спостерігати при включенні та подальшому вимиканні котушок соленоїдів, проміжних реле, електромагнітних пускачів. При подачі напруги на котушку створюється електромагнітне поле, унаслідок чого утворюється електрорушійна сила, яка перешкоджає миттєвому зростанню струму в котушці. Відповідно до принципу суперпозиції, основний струм у котушці можна подати у вигляді суми струмів, один з яких викликаний зовнішньою напругою і сонаправлен з основним струмом, а другий викликаний ЕРС самоіндукції і має протилежний напрямок основному струму. Швидкість зміни струму через котушку обмежена та визначається індуктивністю котушки. При протіканні струму котушка "запасає" енергію у своєму магнітному полі. При відключенні зовнішнього джерела струму котушка віддає запасену енергію, прагнучи підтримати величину струму ланцюга. Це, своєю чергою, викликає сплеск напруги зворотної полярності на котушці. Даний сплеск може досягати значень, що у багато разів перевищують номінальну напругу джерела живлення, що може перешкодити нормальній роботі електронних пристроїв, аж до їх руйнування. Розберемо докладніше, чому стрибок ЕРС самоіндукції матиме зворотну полярність.На малюнку 1 зображені дві схеми, на яких стрілками позначено напрямок руху струму, а також потенціали на всіх елементах схеми при закритому та відкритому ключі.

Рисунок 1 — Напрямок струму при закритому та відкритому ключі При закритому ключі потенціали всіх елементах збігаються з потенціалом джерела живлення (рисунок 1, а). Під час розмикання ключа зі схеми виключається джерело живлення, і ЕРС самоіндукції прагне підтримати струм у котушці. Для того, щоб зберегти напрямок струму в котушці, ЕРС змінює свій потенціал на протилежний за знаком джерелу живлення (рисунок 1, б). Саме тому сплеск ЕРС самоіндукції матиме зворотну полярність. Найбільш наочно цей сплеск показаний малюнку 2. На графіці зображено напруга джерела живлення Uпит, струм що у котушці I, ЕРС самоіндукції.

2. Теоретичний розрахунок ЕРС самоіндукції

Розглянемо явище самоіндукції з прикладу роботи електромагнітної котушки при пропусканні неї постійного струму. Увімкнення котушки відбувається за допомогою безконтактного датчика. Котушку можна замінити на послідовно з'єднані активний Rk та індуктивний Lk опору (рисунок 3). Тоді електрична схема матиме вигляд, представлений малюнку 4. При датчику, що спрацював, падіння напруги U на котушці становить 24 В. При комутації індуктивного навантаження в перший момент часу струм залишається рівним струму до комутації, а після змінюється за експоненційним законом. Таким чином, при переході керуючого транзистора в закритий стан котушка починає генерувати ЕРС самоіндукції, що запобігає падінню струму. Спробуємо розрахувати величину напруги, що генерується котушкою.На малюнку 5 показано напрямок струму при відкритому транзисторі. Перехід транзистора в закритий стан фактично означає, що ланцюг котушки з генерованим ЕРС самоіндукції замикається через резистор, що підтягує. Позначимо його Ro. За документацією датчика цей опір становить 5,1 кОм. На малюнку 6 видно, що струм на резисторі Ro змінив напрямок – це обумовлено виникненням ЕРС самоіндукції в котушці. Для отриманого замкнутого контуру виконується таке рівняння:

Підставимо цей вираз у попередню формулу, отримаємо величину генерованої напруги самоіндукції:

U Lk = − U × ( R k + R 0 ) / R k = − U × ( 1 + R 0 / R k ) U_Lk = -U times ( R_k + R_0 ) / R_k = -U times ( 1 + R_0 / R_k)

Усі змінні з цієї формули відомі:
U = 24В – напруга живлення
R_o = 5,1 ком – Опір підтягуючого резистора датчика
R_k = 900 Ом – Активний опір котушки (дані з документації). Підставивши значення формулу, розрахуємо приблизне значення напруги самоіндукції:

U Lk = − U × ( 1 + R 0 / R k ) = − 24 × ( 1 + 5100 / 900 ) = − 160 В U_Lk= -U times ( 1 + R_0/R_k ) = -24 times ( 1 + 5100 / 900) = -160 В

Даний розрахунок спрощений і не враховує індуктивність котушки, від якої залежить ЕРС самоіндукції. Але навіть зі спрощеного розрахунку видно, що величина напруги, що генерується, виявляється в багато разів більше номінальної напруги 24В. Вплив ЕРС самоіндукції може пошкодити пристрої, що мають спільні з індуктивним навантаженням ланцюга живлення. На малюнку 7 наведено некоректну схему, на якій від одного джерела живлення підключений безконтактний датчик і котушка соленоїдного клапана. На перший погляд, дана схема може працювати без будь-яких збоїв.Однак при вимкненні котушки клапана виникає сплеск напруги в результаті самоіндукції. Сплеск поширюється ланцюгом живлення на клему «мінус» датчика. В результаті різниця потенціалів між колектором і емітером закритого транзистора перевищує максимальне значення, що призводить до його пробою.

3. Практичний вимір ЕРС самоіндукції

Щоб перевірити правдивість наведених вище теоретичних розрахунків, проведемо вимір ЕРС самоіндукції. Для проведення вимірювань необхідно зібрати схему, на яку ми проводили розрахунки. За допомогою осцилографа на клемах котушки здійснимо вимірювання напруги (рисунок 8). На малюнку 9 зображено осцилограма значень напруги самоіндукції котушки з живленням 24 В. На графіку видно, що реальний сплеск напруги при відключенні котушки в кілька разів більше напруги живлення і становить 128 В. Як наслідок, транзисторний ключ вийде з ладу. Виникає стрибок ЕРС призводить до пробою транзисторних ключів, безконтактних датчиків, слаботочних комутувальних елементів та інших небажаних ефектів у схемах управління.

4. Методи та засоби захисту від ЕРС самоіндукції

Для придушення ЕРС самоіндукції та запобігання виходу з ладу обладнання необхідно вживати спеціальних заходів. Для придушення піків напруги на котушці під час вимкнення необхідно паралельно котушці включити в схему діод (для постійної напруги) або варистор (для змінної напруги). ЕРС самоіндукції обмежуватиметься цими елементами, тим самим вони забезпечуватимуть захист схеми. Діод включається паралельно котушці проти напруги живлення (рисунок 10).Таким чином, в режимі він не надає ніякого впливу на роботу схеми. Однак при відключенні живлення на котушці виникає ЕРС самоіндукції, що має полярність, протилежну до робочої напруги. Діод відкривається та шунтує котушку індуктивності.

Рисунок 10 – Схема включення діода для захисту від самоіндукції Варистор також включається паралельно до котушки (рисунок 11). При збільшенні напруги вище граничної величини, опір варистора різко зменшується, шунтуючи індуктивне навантаження. Відповідно, при кидку струму варистор швидко спрацьовує та забезпечує надійний захист схеми. На малюнку 12 зображено графік напруги під час включення та вимкнення індуктивної котушки з використанням захисного діода для напруги 24 Ст. На графіку видно, що використання захисних діодів згладжує перехідну характеристику напруги. Для захисту від ЕРС самоіндукції існує низка готових пристроїв. Їх вибір залежить від застосовуваної котушки та типу напруги живлення. Для гасіння ЕРС самоіндукції на котушках проміжних реле використовують модулі FINDER серії 99 (рисунок 13): 99.02.0.230.98 Finder/ Модуль захисний (світлодіод + варистор) ~ / = 110. 240 99.02.9.024.99 Finder/ Модуль захисний (світлодіод + діод), =6. 24В Модулі встановлюються безпосередньо на колодку реле, не потребують додаткової зміни схеми керування. У разі підключення котушок пускачів або котушок соленоїдних клапанів необхідно використовувати захисні клемники Klemsan серії WG-EKI (рисунок 14): 110220 Клемник WG-EKI з варистором (0,5. 2,5 мм2, робоча напруга до 30В, робочий струм до 10А) 110040 Клемник WG-EKI із захисним діодом (0,5.2,5 мм2, робоча напруга до 1000В, робочий струм до 10А, струм діода 1А) Клемники дозволяють здійснити підключення індуктивної котушки без додаткової зміни схеми. Клемник має два яруси, з'єднаних між собою захисним діодом чи варистором. Для здійснення захисту необхідно провести дроти живлення котушки через цей клемник. При використанні клемника із захисним діодом необхідно дотримуватись полярності при підключенні (рисунок 15).

Висновок

У рамках цієї статті було розглянуто явище самоіндукції, наведено теоретичний розрахунок ЕРС та практичне підтвердження цього розрахунку. Застосовуючи модулі Finder серії 99 та клемники Klemsan серії WG-EKI, можна позбутися згубного впливу самоіндукції та зберегти цілісність комутувальних елементів ланцюгів управління. Інженер ТОВ «КІП-Сервіс»
Хоровець Г.М.

1. Сивухін, Д.В. Загальний курс фізики Електрика. Том III/Сівухін Д.В – М.: Наука, 1977. – 724.с.
2. Калашніков, С.Г. Електрика / Калашніков С.Г. – 6-те вид., стереот. – М.: Фізматліт, 2003.-624.с.
3. Алексєєв Н.І., Кравцов А.В. Лабораторний практикум із загальної фізики (електрика та магнетизм). Самоіндукція / Ліцей No1580 при МДТУ ім. н.е. Баумана, 2012. – 16 с.