СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ПУСКОВЫХ ТОКОВ СВЕТОФОРНОЙ ПРОДУКЦИИ

В настоящее время для уменьшения пусковых токов различных устройств существует большое количество методов и средств, некоторые из них не обеспечивают требуемых значений пусковых токов, некоторые же наоборот, обеспечивают требуемое значение пускового тока, но при этом данные методы или средства могут вызывать другие проблемы при функционировании устройств.

Основная причина, по которой возникают пусковые токи светофоров -это наличие импульсного источника питания данных устройствах. Произведем анализ существующих способов уменьшения пусковых токов.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦЕМЕНТНОГО РЕЗИСТОРА

Резисторы керамические цементные – постоянные резисторы, номинальное сопротивление в зависимости от номинала составляет от 0,01 Ом до 100 кОм, рассеиваемая мощность – 5Вт, 10Вт, 15Вт, 25Вт. Предназначены для эксплуатации в цепях постоянного или переменного тока, обеспечивая ограничение силы тока и распределение напряжения. Конструктивно проволочные резисторы выполнены в виде трубчатого основания из керамики (чистый глинозём Al2O3), в качестве резистивного элемента используется проволочный проводник (медно-никелевый или хромово-никелевый сплав) с высоким удельным сопротивлением. Основание с обмоткой помещено в литой прямоугольный корпус из стеатитовой керамики и закапсулировано кремнезёмом (диоксид кремния SiO2).

Для наших целей сопротивление резистора подбирается экспериментально, учитывая, что при большем сопротивлении резистора увеличится время включения источника питания.

Рисунок 1. Схема ограничения пускового тока с использованием цементного резистора

Цель – уменьшение пускового тока до 8-10 А (действующее значение) ориентируясь на значения пусковых токов с источником питания RS-25-12, который применяется в транспортных светофорах с табло обратного отчета времени. Пиковое значение пускового тока измерялось с токоограничивающими цементными резисторами сопротивлениями 10, 27, 47 Ом.

Рисунок 2. Осциллограмма пускового тока светофора с резистором 10 Ом (5В/дел)

Пиковый ток с данным сопротивлением составил 18,2 А (действующее значение тока – 12,74 А).

Рисунок 3. Осциллограмма пускового тока светофора с резистором 27 Ом (5В/дел)

Пиковый ток с данным сопротивлением составил 13 А (действующее значение тока – 9,1 А).

Рисунок 4. Осциллограмма пускового тока светофора с резистором 47 Ом (5В/дел)

Пиковый ток с данным сопротивлением составил 8 А (действующее значение тока – 5,6 А).

Стоит отметить, что помимо уменьшения пускового тока увеличивалась его длительность и время включения источника питания.

Также были измерены пиковые значения тока и напряжения цементного резистора сопротивлением 10 Ом (рис. 63)

Рисунок 5. Осциллограмма пикового значения напряжения цементного резистора (2В/дел).

Пиковое значение на резисторе составляет 2,2 В, тогда пиковое значение тока 0,2 А.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕРМИСТОРА

Термистор — термочувствительный полупроводниковый элемент, изготовленный на основе полупроводниковых оксидов металлов. Обычно имеет форму диска или шара с металлизированными или соединительными выводами [2].

Такие формы позволяют изменять резистивное значение пропорционально малым изменениям температуры. Для стандартных резисторов изменение сопротивления от нагрева видится нежелательным явлением

Большинство термисторов наделены отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (NTC). То есть в этом варианте исполнения значение сопротивления термистора снижается с увеличением температуры.

Вместе с тем выпускаются термисторы, наделённые положительным температурным коэффициентом (PTC). Значение сопротивления в этом случае, соответственно, увеличивается с повышением температуры окружающей среды.

Рисунок 6. Типовая зависимость сопротивления термистора от температуры

Рисунок 7. Типовая вольт-амперная характеристика термистора

Нас интересуют следующие параметры NTC термистора:

- сопротивление при 25˚С;

- максимальный установившийся ток.

Оба параметра указаны в документации для конкретных термисторов. По первому параметру мы можем определить минимальный ток, который проходит через сопротивление нагрузки, когда он подключен через термистор. Второй параметр определяется максимальной выходной мощностью термистора, а мощность нагрузки должна быть такой, чтобы средний ток через термистор не превышал этого значения. Для надежной работы термистора необходимо взять значение этого тока менее 20 процентов параметра, указанного в документации. При выборе термистора следует учитывать некоторые моменты:

- термистор охлаждается достаточно долго, если выключить устройство и немедленно включить его снова, термистор будет иметь низкое сопротивление и не сможет выполнять свою защитную функцию;

- во время работы наблюдается сильное нагревание термистора, элементы рядом с ним также нагреваются;

- максимальный ток через термистор должен быть ограничен его максимальной мощностью, этот параметр указан в документации.

В нашем случае данный элемент должен устанавливаться последовательно до источника питания.

Рисунок 8. Уменьшение пускового тока с помощью термистора

Осциллограмма пусковых токов светофоров с использованием термистора имеет такое же пиковое значение, как и без использования данного элемента (рис. 9).

Рисунок 9. Осциллограмма пускового тока с использованием термистора (5В/дел.)

На рисунке 10 показана осциллограмма пикового напряжения на термисторе в первый момент включения светофора (пиковое напряжение составляет 8 В)

Рисунок 10. Осциллограмма пикового напряжения на термисторе в первый момент включения (5В/дел)

Для экспериментов использовался термистор с сопротивлением 10 Ом, тогда пиковое значение тока через термистор составляет 0,8 А.

Действующее значение тока термистора составляет 0,06 А.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ УМЕНЬШЕНИЯ ПУСКОВОГО ТОКА​

В таблице 1 представлен сравнительный анализ эффективности рассмотренных способов.

Таблица 1.

Сравнительный анализ способов уменьшения пускового тока

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Все перечисленные способы тестировались на светофоре.

В соответствие с приведенной таблице 1 можно сделать вывод, что для сокращения пусковых токов светофоров целесообразно использовать последний способ, где ключевым элементом является цементный резистор. Основной недостаток данного метода — большие тепловые потери.

Список литературы:

1. Штерн М.И. Силовая электроника. Расчеты и схемотехника [Текст]/– 2017. – С. 202–203.
2. Переменный ток [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Переменный_ток (дата обращения: 20.04.2019).
3. Термистор [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Терморезистор (дата обращения: 20.04.2019).