Jak ograniczyć energię dostępną w Spark?

Przeczytaj ten artykuł, aby dowiedzieć się, jak ograniczyć energię dostępną w iskrze.

Indukcyjność być może jest najważniejszym parametrem w obwodach niskiego napięcia, co powoduje iskrzenie zapalne. W obwodzie zawierającym elementy indukcyjne wymagana jest energia do ustalenia pól magnetycznych i ta energia jest przechowywana do momentu złamania obwodu. W cewce z rdzeniem powietrznym ta energia wyniesie ½ LI ², gdzie L jest wartością cewki indukcyjnej w henrach, a ja prądem w amperach.

W przypadku induktorów z rdzeniem żelaznym nie można zastosować tej prostej formuły, ponieważ przepuszczalność materiału rdzenia zmienia się w sposób ciągły wraz ze zmianą strumienia. W obu przypadkach jednak, gdy obwód zostanie przerwany, indukowane jest napięcie w obwodzie w kierunku utrzymywania przepływu prądu.

Wielkość tego napięcia będzie zależeć od szybkości zmiany strumienia magnetycznego, która z kolei podąża za szybkością zmiany prądu. Energia uwalniana przez cewkę będzie częściowo rozpraszać się w rezystancji obwodu, ale głównie na wyładowaniu między elektrodami rozdzielającymi.

W obwodach zrywających indukowane napięcie doda się do źródła pierwotnego, aby przenosić prąd między elektrodami. Ta zwiększona energia iskry została niemal uznana za główny problem w obwodach iskrobezpiecznych. W rzeczywistości Wheeler i Thorton pokazali, w jaki sposób energia może zostać odwrócona od iskry, zapewniając alternatywną ścieżkę dla wzbudzonego prądu.

Poniżej omawiamy różne metody stosowane przez lata w kopalniach:

1. Kondensator ograniczałby wzrost indukowanego napięcia w cewce indukcyjnej, zmniejszając szybkość zmiany prądu i magazynując energię. Metoda ta jest bardziej skuteczna przy wyższych napięciach i niskich prądach, ale obecnie jest uważana za niezadowalającą, ponieważ obecnie dostępne są znacznie lepsze metody ochrony.

2. Aby być naprawdę skutecznym, rezystor musi mieć dość niską wartość lub straty mocy byłyby normalnie niedopuszczalne.

3. Miedź krótka polega na zamocowaniu miedzianej rurki do jarzma magnesu przed zamontowaniem cewki. Rura miedziana zachowuje się jak zwarte uzwojenie wtórne na transformatorze, gdy zmienia się prąd w uzwojeniu pierwotnym. Skuteczność tej metody zależy od wysokiej wzajemnej indukcyjności pomiędzy cewką a tuleją.

Ta metoda jest stosowana, gdy jest zasilana napięciem zmiennym za pomocą zdalnej diody, zapewnia ochronę rdzenia pilota. Przekaźnik będzie działał tylko na składowej prądu stałego, której element prądu przemiennego jest skutecznie zwarty przez miedzianą tuleję. Miedziany rękaw zapewnia również niewielkie opóźnienie przy wsuwaniu i wysuwaniu.

4. W liniach telefonicznych zastosowano rezystor nieliniowy, w którym stwierdzono, że normalne napięcie mowy jest tak niskie, że rezystor nieliniowy ma wysoką wartość. Przy wyższych napięciach opór szybko spada, pochłaniając nadwyżkę energii.

5. Podłączając prostownik przez cewkę indukcyjną, tak aby wykazywał dużą odporność na prąd przewodzący, ale niską oporność na indukowany prąd. Dzieje się tak ze względu na zmianę polaryzacji, która występuje w cewce indukcyjnej, gdy zasilanie jest zepsute. Stało się prawie standardową praktyką stosowanie prostownika mostkowego w celu rozproszenia energii indukcyjnej związanej z przekaźnikami.

Przekaźnik zabezpieczony w ten sposób może być zasilany ze źródła zasilania prądu przemiennego lub prądu stałego. W rzeczywistości cztery prostowniki skutecznie wytwarzają dwie ścieżki równolegle z cewką, a zatem zwierają indukowane emf Główną zaletą tej metody jest to, że przekaźnik nie jest świadomy polaryzacji przy stosowaniu w obwodach prądu stałego.

Jednakże, w niektórych przypadkach, przekaźnik jest celowo zaprojektowany, aby być świadomym polaryzacji poprzez dopasowanie prostownika szeregowo z cewką. W tym przypadku drugi prostownik jest zamontowany w odpowiednim kierunku na cewce, jako urządzenie zabezpieczające.

Jednak z biegiem lat zmienił się rodzaj prostownika zastosowanego do tego celu. W rzeczywistości, z naszego doświadczenia wynika, że ​​tlenek miedzi i prostowniki selenowe zostały zastąpione przez diody półprzewodnikowe germanu lub krzemu. Te ostatnie urządzenia są znacznie bardziej wydajne i efektywne, ponieważ przedni woltomierz podczas przenoszenia pełnego prądu znamionowego rzadko przekracza 0, 7 wolta.

Efekty dodania przekaźników chronionych diodami półprzewodnikowymi do iskrobezpiecznego źródła prądu miałyby podobny skutek, jak zwiększenie napięcia zasilającego o 0, 7 wolta. Byłoby to tylko marginalnie mniej bezpieczne niż samoistnie bezpieczne zasilanie.

Zauważono, że czasami obwód może zawierać znaczną indukcyjność, gdzie ze względu na wpływ na działanie obwodu powyższe metody nie mogą być stosowane, w którym to przypadku energia magazynu ½ LI ² może być utrzymywana w bezpiecznym limicie przez ograniczenie - przepływ prądu.

Jednym z przykładów może być przypadek, w którym indukcyjność tworzy część obwodu toczonego, w którym to przypadku składnik DC może być ograniczony przez szeregowy rezystor lub całkowicie zablokowany przez pojemność szeregową.

W obwodach rezystancyjnych cała energia dostępna do wytwarzania ciepła na iskrze musi być zasilana z pierwotnego źródła prądu z baterii lub transformatora. Co może być ważniejsze, napięcie dostępne pomiędzy stykami rozdzielającymi jest ograniczone do napięcia zasilania.

Energia dostępna dla iskrzenia może być ograniczona przez włączenie nieindukcyjnego oporu szeregowo z zasilaniem. Chociaż mówimy o obwodach rezystancyjnych, ważne jest, aby pamiętać, że wszystkie obwody wykazują pewną indukcyjność, rzadko poniżej 5 mikro henry, aw pewnych okolicznościach może to być ważne.

W przypadku obwodów pojemnościowych energia zmagazynowana jest wzorem ½ CV ², a ważnym parametrem jest napięcie obwodu, a nie prąd. Poniższa tabela wskazuje maksymalną wartość pojemności, którą można wykorzystać w obwodach przy różnych napięciach bez potrzeby ograniczania prądu zwarciowego za pomocą rezystora szeregowego.

Takie przyrządy są objęte iskrobezpiecznym certyfikatem, który sam deklaruje bezpieczne urządzenia, ale kombinacja testowanego przyrządu i obwodu może nie być samoistnie bezpieczna.

Bezpieczeństwo jest jednak zapewnione przez przestrzeganie warunków certyfikacji wydrukowanych na etykiecie urządzenia testującego:

(a) Przyrządy nie powinny być używane, gdy stężenie metanu w powietrzu osiąga 1, 25%.

(b) Połączenie między przyrządem testującym a badanym obwodem powinno być prawidłowo wykonane przed przyłożeniem napięcia i połączenie nie powinno zostać przerwane, dopóki kabel nie zostanie rozładowany przez przyrząd.