Устройство предназначенное для разделения тока низкой частоты и тока высокой частоты

Токи высокой частоты

Токи с частотой выше 10000 гц называют токами высокой частоты (ТВЧ). Их получают с помощью электронных устройств.

Если поместить проводник внутрь катушки, по которой течет ток высокой частоты, то в проводнике возникнут вихревые токи. Вихревые токи нагревают проводник. Скорость нагрева и температуру легко регулировать, меняя ток в катушке.

В индукционной печи можно плавить самые тугоплавкие металлы. Для получения особо чистых веществ плавку можно вести в вакууме и даже без тигля, подвесив расплавленный металл в магнитном поле. Высокая скорость нагрева очень удобна при прокатке и ковке металла. Подбирая форму катушек, можно вести пайку и сварку деталей при наилучшем температурном режиме.

Индукционная плавильная печь

Ток i , текущий по проводнику, создает магнитное поле B. На очень высоких частотах становится заметным влияние вихревого электрического поля Е, порождаемого изменением поля В.

Влияние поля Е усиливает ток на поверхности проводника и ослабляет в середине. При достаточно большой частоте ток течет только в поверхностном слое проводника.

Метод поверхностной закалки стальных изделий придумал и предложил российский ученый В. П. Вологдин. На высокой частоте индукционный ток нагревает только поверхностный слой детали. После быстрого охлаждения получается нехрупкое изделие с твердой поверхностью.

Действие токов высокой частоты на диэлектрики

На диэлектрики действуют высокочастотным электрическим полем, помещая их между пластинами конденсатора. Часть энергии электрического поля расходуется при этом на нагрев диэлектрика. Нагрев с помощью ТВЧ особенно хорош, если теплопроводность вещества мала.

Высокочастотный нагрев диэлектриков (диэлектрический нагрев) широко применяется для сушки и склейки древесины, для производства резины и пластмасс.

Токи высокой частоты в медицине

УВЧ-терапия — это диэлектрический нагрев тканей тела. Смертельно опасен для человека постоянный и низкочастотный ток свыше нескольких миллиамперов. Ток высокой частоты ( ≈ 1 МГц), даже при силе 1 А, вызывает только разогрев тканей и используется для лечения.

«Электронож» — высокочастотный аппарат, широко применяется в медицине. Он разрезает ткани и «заваривает» кровеносные сосуды.

Прочие применения токов высокой частоты

Зерно, обработанное перед посевом ТВЧ, заметно повышает урожайность.

Индукционный нагрев газовой плазмы позволяет получить высокие температуры.

Поле частотой 2400 МГц в микроволновой электропечи варит суп прямо в тарелке за 2-3 минуты.

На изменении параметров колебательного контура при поднесении катушки к металлическому предмету основано действие миноискателя.

Токи высокой частоты применяются также для радиосвязи, телевидения и радиолокации.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Что нам известно про токи высокой и низкой частоты?

Токи высокой частоты применяются в машиностроении, металлургии и также для получения электромагнитных волн необходимой частоты (радиосвязь).

Токи низкой частоты используются в медицинских целях, например при восстановлении мышечной ткани или устранении эстетических дефектов.

Шерсть кошек является мощным генератором низкочастотных токов. Их используют также в медицине, чтобы улучшить кровоснабжение тканей на отдельном участке. Такой процесс ускоряет заживление повреждений.

Это может означать, что статическое электричество, которое вырабатывается во время поглаживания кошки, благоприятно влияет на оздоровительные процессы.

Остались вопросы? Напишите и мы с радостью ответим
Обратная связь

Центральные офисы:
Санкт-Петербург, улица Серпуховская, 37
Москва, 51 км МКАД, ТВК «Элитстрой Материалы», 3-й этаж

Производство:
г. Санкт-Петербург, ул. Степана Разина, д. 8А

Время работы:
круглосуточно

8 (800) 707-90-46
бесплатный звонок по России

8 (800) 707-90-86
телефон технической поддержки

• © 2024 VOLTS официальный сайт накопителей электроэнергии. Все права защищены.
• Политика конфиденциальности
• Мы используем cookie

Твердотельное реле

В качестве коммутационных устройств, соединяющих или разъединяющих электрические цепи при изменении входной силы тока, используются различные виды реле.

На смену стандартным электромеханическим устройствам пришли твердотельные реле, обеспечивающие бесконтактную коммутацию силовых цепей управления, малого тока и напряжения.

Полупроводниковые приборы предназначены для установки в системах переменных или постоянных токов.

Что такое твердотельное реле?

Твердотельное реле (ТТР) — это реле, не имеющее подвижного контакта. С точки зрения работы твердотельные реле мало чем отличаются от механических реле с подвижными контактами. Однако твердотельные реле используют полупроводниковые переключающие элементы, такие как тиристоры, симисторы, диоды и транзисторы.

Что представляет собой устройство твердотельного реле

Полупроводниковый блок состоит из следующих элементов:

• входного узла, принимающего управляющий сигнал и передающего команды на переключатели;
• триггерной схемы подключения, отвечающей за передачу входящего сигнала, включенной в комплекс оптической развязки, или располагаемой автономно;
• оптических или гальванических развязок, применяемых для разделения контролирующих и основных цепей переменных токов;
• узла переключения, контролирующего нагрузки приборов и устройств;
• защиты, предохраняющей от перегрузок и коротких замыканий (КЗ);
• предохранителей, предназначенных для отключения защитной цепи;
• выходного узла, представленного парой клемм или контактов, используемого для подключения нагрузок.

Вся конструкция выполнена в виде единого блока, в котором состав элементов может меняться, в зависимости от типа установки.

Силовыми элементами для постоянных токов являются транзисторы различных типов.

Для переменных — применяются сборки на безе тиристоров и симисторов.

Основные элементы устройства твердотельного реле

Твердотельные модели являются более компактными и бесшумными, не имеют движущихся деталей.

Габариты зависят от максимально допустимых нагрузок и способности отводить тепло.

Цена 700 руб. *

Цена 800 руб. *

Цена 900 руб. *

Цена 3 200 руб. *

Применение

Твердотельные реле используют для контроля за электронными приборами, оборудованием и автоматическими системами, подключенными к электрической сети мощностью от 20 до 480 Ватт.

Применяются в различных сферах:

• автоматике промышленных процессов;
• различных бытовых установках;
• системах регуляции тепла в ТЭНах;
• в системах регулировки освещения и датчиках движения;
• электронике автомобилей.

Твердотельное реле имеется в холодильниках, чайниках, стиральных машинах, нагревательных ТЭНах, бесперебойных источниках питания.

Области использования твердотельных приборов зависят от их конструктивных особенностей, схем подключения и прочих условий функционирования.

ТТР не нуждаются в постоянном обслуживании, и могут устанавливаться в любые труднодоступные места.

Стоит отметить, что популярность твердотельных устройств возрастает с каждым днем, благодаря повсеместной автоматизации.

Виды реле и классификация

1. По способу монтажа

Выпускаются различные модели ТТР с креплением на опорные поверхности, печатные платы или на DIN-рейки.

Рисунок 3. Прибор для установки на печатную плату.

Для охлаждения твердотельного реле используются специальные радиаторы, устанавливаемые между опорой и блоком.

Для дополнительной защиты от перегрева на поверхность прибора наносится термопаста, для повышения теплоотдачи, за счет увеличения площади соприкосновения.

Существуют модели, предназначенные для крепления шурупами непосредственно к стене.

Для установки в электрощит выпускаются ТТР с креплениями на ДИН-рейку.

Для отвода лишнего тепла твердотельное реле крепится к рейке через кронштейны.

2. По типу переключения коммутируемой сети

• С регулятором «через ноль». Срабатывают при нулевом управляющем напряжении. Предназначены для устройств со слабыми индуктивными, резистивными или емкостными нагрузками.
• Мгновенное. Реле используют при необходимости резкого срабатывания.
• Фазовое. В таких устройствах при смене значения сопротивления меняется мощность на нагрузке. Применяется для регулировки уровня освещения в лампах накаливания, или температуры — в нагревательных полупроводниковых элементах.

3. По типу управления

ТТР могут управляться с помощью:

• Постоянного тока. Его диапазон составляет от 3 и до 32 Вольт.
• Переменного тока. Диапазон переменного тока составляет от 90 и до 250 Вольт. То есть такими реле можно спокойно управлять с помощью сетевого напряжения 220 В.
• С помощью переменного резистора. Значение переме/нного резистора может быть в диапазоне от 400 и до 600 Килоом.

4. По виду рабочего тока

Твердотельные реле могут управляться электрическими цепями с двумя видами тока:

• постоянным;
• переменным.

Коммутации постоянного тока применяют при постоянном напряжении от 3 до 32 вольт.

Большинство работают на переменных токах. Такие приборы отличаются мгновенным срабатыванием, экономичностью и низкой степенью электромагнитных помех. Рабочие напряжения — 90-250 вольт.

5. По количеству подключенных фаз

• Однофазные, работающие в диапазоне 10-100 и 100-500А, устанавливаются в бытовых приборах.
• Трехфазные, 10-120 А, коммутирующее напряжение сразу на трех фазах.

Управление однофазными приборами выполняются посредством аналогового сигнала и переменного резистора.

Устройство трехфазных твердотельных реле предполагает реверсивную работу, обеспечивающую регулирование нескольких электрических цепей управления одновременно.

Трехфазное реле

Чтобы выполнить его правильное присоединение при монтаже оборудования к трехфазному твердотельному реле подключают провода различных цветов.

Конструктивные особенности

Основной элемент твердотельных реле — электронная плата, состоящая из трех главных элементов:

1. Блока управления, обеспечивающего стабильные уровни напряжения, которое на входе составляет от 70 до 220 Вольт.
2. Узла развязки, состоящего из элементов, подающих и принимающих световой сигнал. Между передающими и принимающими элементами расположен прозрачный диэлектрик.
3. Силовых ключей:

• для постоянного тока — на базе транзисторов.
• для переменного — на базе

симисторов или тиристоров.

Внутренние элементы реле.

Устройство должно монтироваться после нагрузки, с последующим заземлением, для предотвращения КЗ.

Схемы подключения твердотельного реле

Электрические схемы строятся в зависимости от особенностей подключения нагрузки. К этим наиболее распространенным схемам относятся:

К наиболее распространенным схемам относятся:

1. Разомкнутая или открытая. При наличии управляющего сигнала реле находится под напряжением. При обесточенных входах приборы находятся в отключенном состоянии.
2. Замкнутая. При отсутствии управляющего сигнала нагрузка реле находится под напряжением. При обесточенных входах подключенные приборы находятся в рабочем состоянии.
3. Трехфазная — контакты соединяются по схеме «Звезда», «Звезда с нейтралью» или «Треугольник».
4. Реверсивная— включают два уровня управления. Изготавливается в трехфазном варианте.

Электрические цепи с твердотельными реле собирают точно по этим схемам, с соблюдением полярности.

Стоит отметить, что неправильное подключение приборов может привести к удару электричеством, выходу из строя из-за КЗ.

Принцип работы

Чтобы понять принцип работы твердотельного реле, нужно знать их конструктивные особенности.

Взаимодействие управляемого и управляющего сигнала обеспечивает гальваническая или оптическая развязка.

Одним из основных элементов ТТР является оптоизолятор, или оптопара в виде светодиода и фоточувствительного устройства, изолирующего вход от выхода.

При прохождении электричества через светодиод, подключенный к входной секции твердотельного реле, он загорается. Фокусируясь через зазор, свет передается на фоточувствительный транзистор или семистор.

Принцип его действия заключается в замыкании и размыкании контактов, передающих напряжение.

Схема всех твердотельных устройств примерно одинаковая. Незначительные отличия в различных моделях совершенно не влияют на его функции.

Работа механизма заключается в замыкании и размыкании контактных клемм, передающих напряжение.

Технические характеристики

При выборе ТТР руководствоваются характеристиками:

• габаритные размеры;
• величина напряжения на входе и выходе;
• перегрузочная способность;
• потребляемая мощность;
• материал изготовления;
• тип монтажа;
• прочность изоляции и пр.

Характеристики ТТР могут отличаться, в зависимости от вида устройства.

Таблица 1. Усредненные характеристики ТТР.

Наименование

Показатель

не больше 7.5 мА

Метод управления в реле для постоянного тока

мгновенно через оптрон

Метод коммутации в реле для переменного тока

при переходе через «ноль»

до 10 номинальных токов в течение 10 мс

2,5 кВ АС в течение 1 минуты

Отличие твердотельных реле от электромагнитных

Электромагнитные модели имеет катушку управления и подвижную контактную группу.

На катушку подается напряжение от кнопочного поста или системы управления.

Протекание тока через катушку, создает электромагнитное поле, притягивающее якорь с контактной группой. Контакты замыкаются.

Основное отличие твердотельных реле — отсутствие катушки управления и подвижной силовой контактной группы.

В зависимости от сферы применения, функции силовой контактной группы выполняют транзисторы, тиристоры, симисторы и другие полупроводниковые ключи.

Стоит отметить, что в связи с отсутствием движущихся деталей, твердотельные реле не подвержены механическому износу.

Рисунок 7. Прибор в разобранном виде.

Достоинства и недостатки

К преимуществам твердотельных моделей относятся:

• отсутствие шума и вибрации;
• компактные размеры;
• широкая сфера применения;
• мгновенная скорость коммутации (тысячные доли миллисекунд);
• отсутствие электромагнитных помех при включении;
• продолжительный ресурс, благодаря отсутствию движущихся деталей;
• постоянность выходного сопротивления в течение всего срока эксплуатации;
• минимальное потребление электрической энергии;
• возможность регулирования нагрузки;
• низкая чувствительность к вибрациям, повышенной влажности, запыленности, воздействию магнитных полей.

Ресурс переключений твердотельных реле в тысячу и более раз выше, чем у электромагнитных аналогов.

При работе таких приборов исключена возможность появления искр при переключении, что позволяет использовать устройства на взрыво- и пожароопасных объектах.

Основные недостатки твердотельных реле:

• нагревание прибора, связанное с высоким сопротивлением в цепи p-n перехода;
• частое ложное срабатывание при скачках напряжения;
• здесь возможны выходы из строя силового ключа, при перегрузках и коротких замыканиях;
• высокая стоимость.

У ТТР имеется ток утечки, из-за которого фазный провод может находиться под напряжением даже при отключенном реле.

Приборы, рассчитаны на работу в условиях постоянного тока, требуют строгого соблюдения полярности при подключении выходных цепей.

Твердотельные реле периодически проверяют на предмет целостности корпуса и изоляции.

Выбор твердотельного реле

Перегрузочные свойства ТТР, коммутирующих ток переменный, значительно выше, чем у приборов, коммутирующих ток постоянный.

Таблица 2. Перегрузочная способность твердотельного реле.

Тип тока

Допустимая максимальная перегрузка(Ампер) в теч. 10 мс.

Индукционный нагреватель металла: принцип работы, критерии выбора

Что это? Индукционный нагреватель для металла – это оборудование, принцип работы которого состоит в бесконтактном нагреве металлических деталей токами высокой частоты. Используются средне-, высоко-, сверхвысокочастотные нагреватели.

Как выбрать? Выбор того или иного нагревателя зависит от задач, которые стоят перед автосервисом. Помимо мощности, необходимо обращать внимание на диапазон рабочей температуры, размер рабочей камеры и другие не менее важные параметры.

В этой статье:

1. Преимущества индукционного нагрева
2. Принцип работы индукционного нагревателя для металла
3. Типы индукционных нагревателей
4. Критерии выбора индукционного нагревателя для автосервиса

Преимущества индукционного нагрева

Индукционным нагревом называют ряд технологий, позволяющих производить бесконтактный нагрев того или иного электропроводящего материала с помощью токов высокой частоты. Работа таких устройств основана на принципе создания электромагнитных полей в результате воздействия переменного тока на обмотку трансформатора.

Возникающее магнитное поле вызывает образование между магнитными и немагнитными элементами электрических токов, которые нагревают электропроводящий материал.

Далее расскажем, как работает индукционный нагреватель металла и в чем заключаются его главные преимущества:

• быстрое и равномерное нагревание заготовок позволяет свести к минимуму вероятность температурных деформаций;
• универсальность метода делает возможным его применение при различных видах термообработки металлических деталей без риска их повреждения, так как отсутствует механическое воздействие;
• индукционным нагревателям свойственны безопасность и равномерное качественное нагревание заготовок;
• такие устройства отличаются экологичностью – работают, не выделяя вредные вещества и не выбрасывая в атмосферу дым;
• метод выгодно отличается от других крайне высокой экономичностью, так как позволяет преобразовывать в тепловую до 90 % потребленной электрической энергии;
• процесс термообработки металлических заготовок с помощью индукционных нагревателей легко автоматизируется и не требует дополнительного обучения операторов.

Принцип работы индукционного нагревателя для металла

Индукционный нагреватель металла работает за счет разогрева электропроводящего материала заготовки индуцированными в нем вихревыми токами.

Электромагнитная индукция порождает в сплошном проводнике, помещенном в переменное электрическое поле, вихревые токи, а затраченная на создание этих токов энергия преобразуется в тепловую, что и вызывает нагревание.

Уменьшить потери энергии и устранить нагрев проводников позволяет применение вместо сплошных специальных слоистых материалов со слоями, разделенными изоляцией, которая служит препятствием для возникновения вихревых токов большой силы. С этой целью для изготовления сердечников трансформаторов, якорей генераторов и других подобных элементов используют тонкую листовую сталь, покрытую слоем специального изолирующего лака.

Роль индуктора в индукционных нагревателях отводится катушкам индуктивности в цепях переменного тока, которые создают переменное высокочастотное электромагнитное поле.

Воздействие переменного магнитного поля высокой частоты на электропроводящие материалы приводит к возникновению замкнутых токов высокой плотности и разогреву материала с дальнейшим расплавлением. Первое описание этого эффекта принадлежит Майклу Фарадею, который открыл электромагнитную индукцию в тридцатых годах XX века.

Переменная электродвижущая сила наводится изменяющимся во времени магнитным полем в проводниках, пересекающихся его силовыми линиями. Роль такого проводника может выполнять цельный кусок металла, обмотка или сердечник трансформаторов.

Наведение электродвижущей силы в обмотке приводит к формированию трансформатора или приемника. Аналогичный процесс, затрагивающий магнитопровод или накоротко замкнутую обмотку становится причиной их индукционного нагрева.

Если неправильно спроектировать, к примеру, трансформатор, нагревание, которое вызывают токи Фуко, будет приносить вред, однако в случае с индукционными нагревателями схожие процессы выполняют полезную работу.

Если рассматривать характер нагрузки, индукционный нагреватель с помещенной в него для разогрева токопроводящей заготовкой представляет собой частный случай трансформатора с одним витком замкнутой вторичной обмотки. Крайне малое сопротивление материала позволяет даже при небольшом наведенном вихревом электрическом поле создавать ток такой плотности, которой достаточно для выраженного теплового действия, применяемого для термической обработки металла.

Первый действующий образец подобной канальной печи, питающейся током, частота которого колебалась в диапазоне от 50 до 60 герц, был создан шведскими инженерами в 1900 году. Нагреватель производил канальную плавку стальных сплавов в тигле, представлявшем собой закороченный виток вторичной обмотки трансформатора. Коэффициент полезного действия этого устройства составлял всего 50 %, а значит, его нельзя было назвать экономичным.

Современные индукционные нагреватели изготавливаются в виде трансформаторов, лишенных сердечников. В роли обмотки, делающей от одного до нескольких витков, выступает относительно толстая медная трубка, через которую насос системы активного охлаждения прокачивает хладагент. В зависимости от требуемого режима и величины нагрева заготовки частота переменного тока, подаваемого на катушку индуктивности (в данном случае электропроводящий металл, из которого выполнена трубка), может меняться и измеряться кило- и даже мегагерцами.

Суть этого процесса состоит в том, что благодаря высоким частотам вихревые токи, порождающие магнитное поле, вытесняются из тела заготовки ее поверхность.

Это явление, выражающееся в том, что плотность токов достигает максимальных значений в тонком поверхностном слое разогреваемого материала, принято называть скин-эффектом. Чем ниже частота тока и выше удельное электрическое сопротивление металла, тем больше толщина скин-слоя.

К примеру, при нагревании медных заготовок переменным током частотой 2 МГц толщина скин-слоя составляет всего 0,25 мм. При этом разогрев внутренних слоев материала происходит не за счет вихревых токов, а благодаря тепловой энергии, поступающей от скин-слоя, которой достаточно для быстрого разогрева и даже плавления обрабатываемого металла.

Типы индукционных нагревателей

Классификация современных индукционных нагревателей основывается на диапазоне рабочих частот, определяющем области применения того или иного типа оборудования:

Среднечастотные индукционные нагреватели (СЧ)

Рабочие частоты таких индукционных нагревателей обычно колеблются в диапазоне от 0,5 до 20 кГц. С такой низкой частотой связано их назначение – СЧ-устройства применяются для плавки металлов как черных, так и цветных, глубокого нагрева заготовок перед горячей штамповкой, глубокой закалки изделий, к примеру, крановых колес. Максимально возможная глубина, на которую проникает индукционное поле, разогревая материал, составляет 1 см от поверхности заготовок.

Для среднечастотных высоковольтных (СЧВ) индукционных нагревателей на средних мощностях величина выходного напряжения колеблется от 100 до 550 В, а сила тока – от 100 до 200 А, благодаря чему становится возможным подключение на выход ТВЧ-генераторов индукционных катушек, имеющих большое количество витков и высокую индуктивность. Такие характеристики позволяют изготавливать широкие индукционные катушки, которые применяются в индукционных тигельных плавильных печах, и длинные – для установки в индукционных кузнечных нагревателях.

В случае необходимости применения среднечастотного индукционного нагревателя при глубокой закалке металла в роли нагрузки выступает катушка с небольшим количеством витков, последняя подключается к ТВЧ-установке через трансформатор, понижающий выходное напряжение и увеличивающий силу тока. При попытке подключения низкоиндуктивной катушки с малым количеством витков напрямую запустить процесс попросту не удастся.

Как правило, в закалочных трансформаторах предусматривается возможность применения перемычек для подключения заданного количества витков для максимального согласования с нагрузкой – закалочным индуктором. Важно помнить, что рабочие частоты у большей части закалочных трансформаторов не превышают 10 кГц.

Мощность современных транзисторных среднечастотных индукционных установок, собираемых на JGBT-модулях, колеблется от 5 кВт до 5 МВт. Обычно такие аппараты оснащаются на выходе водоохлаждаемым конденсатором или конденсаторной батареей.

Необходимо также упомянуть о среднечастотных низковольтных (СЧН) индукционных нагревателях, входящих в эту же группу и работающих в диапазоне частот от 5 до 20 кГц. Их особенность заключается в том, что классическая схема сборки сочетается с подключением на выходе высокочастотного трансформатора, который входит в конструкцию самой установки. При выходном напряжении порядка 100 В такие нагреватели выдают токи 3 000–10 000 А, что делает возможным нагрев заготовок перед закалкой маловитковыми индукторами, не оснащенными закалочным трансформатором.

Такие нагреватели с мощностью на выходе от 40 до 500 кВт позволяют осуществлять кузнечные работы с ручной подачей поковок, нагрев и пайку больших элементов, сканирующую (непрерывно-последовательную) термическую обработку (закалку и отпуск) валов и зубчатых колес большого диаметра.