Hoe de beschikbare energie bij Spark te beperken?

Lees dit artikel om erachter te komen hoe u de beschikbare energie bij vonk kunt beperken.

Inductantie is misschien de belangrijkste parameter in laagspanningscircuits, wat aanleiding geeft tot vonkend vonken. In een circuit dat inductieve componenten bevat, is energie nodig om magnetische velden te verkrijgen en deze energie wordt opgeslagen totdat het circuit wordt verbroken. In een luchtledige inductor zal deze energie ½ LI ^{2 zijn}, waarbij L de waarde is van inductor in henries en I, de stroom in ampère.

Met inductoren met een ijzeren kern kan deze eenvoudige formule niet worden gebruikt, omdat de permeabiliteit van het kernmateriaal continu verandert bij verandering van flux. In beide gevallen echter, wanneer het circuit wordt verbroken, wordt een spanning geïnduceerd in het circuit in een richting om de stroomstroming te handhaven.

De grootte van deze spanning zal afhangen van de mate van verandering van magnetische flux die op zijn beurt de snelheid van verandering van stroom volgt. De energie afgegeven door de inductor zal gedeeltelijk dissiperen in de circuitweerstand, maar hoofdzakelijk in de ontlading tussen de scheidingselektroden.

In onderbrekingsschakelingen zal de geïnduceerde spanning toenemen bij die van de primaire bron om de stroom tussen de elektroden te dragen. Deze verhoogde energie aan de vonk werd bijna beschouwd als het grootste probleem in intrinsiek veilige circuits. Wheeler en Thorton toonden in feite hoe de energie van de vonk kon worden afgeleid door een alternatief pad voor de geïnduceerde stroom te bieden.

Hier bespreken we verschillende methoden die in de loop der jaren in mijnen zijn gebruikt:

1. De condensator zou de stijging van geïnduceerde spanning in de inductor beperken door de snelheid van stroomverandering te verminderen en door energie op te slaan. Deze methode is effectiever bij de hogere spanningen en lage stromen, maar wordt nu als onbevredigend beschouwd omdat er nu veel betere beschermingsmethoden beschikbaar zijn.

2. Om echt effectief te zijn, moet de weerstand van een vrij lage waarde zijn of zou de verspilling van vermogen normaal onaanvaardbaar zijn.

3. Een koperkorte methode omvat het aanbrengen van een koperen buis op het magneetjuk voordat de spoel wordt aangebracht. De koperen buis gedraagt ​​zich als de kortgesloten secundaire wikkeling op een transformator wanneer de stroom in de primaire wikkeling verandert. De effectiviteit van deze methode hangt af van een hoge wederzijdse inductie tussen de spoel en de huls.

Deze methode wordt gebruikt wanneer deze wordt gevoed vanuit een wisselspanning via een externe diode, en biedt pilootkernbescherming. Het relais werkt alleen op de gelijkstroomcomponent van de huidige AC-component die effectief wordt kortgesloten door de koperen bus. De koperen huls geeft ook een lichte vertraging bij in- en uitstappen.

4. Niet-lineaire weerstand is gebruikt op telefoonlijnen waar is gebleken dat de normale spraakspanning zo laag is dat de niet-lineaire weerstand een hoge waarde heeft. Bij hogere spanningen daalt de weerstand snel om overtollige energie te absorberen.

5. Door een gelijkrichter over de spoel te verbinden, zodat deze een hoge weerstand tegen voorwaartse stroom levert, maar een lage weerstand tegen de geïnduceerde stroom. Dit gebeurt vanwege de verandering in polariteit die optreedt over de spoel, wanneer de toevoer is verbroken. Het is bijna een standaardpraktijk geworden om een ​​bruggelijkrichter te gebruiken om de inductieve energie die is gekoppeld aan relais te verdrijven.

Een relais dat op deze manier is beveiligd, kan worden bewerkt vanuit een ac- of dc-voedingsbron. In feite produceren de vier gelijkrichters effectief twee paden parallel met de spoel, en dus kortsluiting van de geïnduceerde emf. Het belangrijkste voordeel van deze methode is dat het relais niet polariteitsbewust is bij gebruik in gelijkstroomcircuits.

In sommige gevallen is een relais echter bewust ontworpen om polariteitsbewust te zijn door een gelijkrichter in serie te plaatsen met de spoel. In dit geval is een tweede gelijkrichter aangebracht in de juiste richting over de spoel, als een veiligheidsinrichting.

In de loop der jaren is het type gelijkrichter dat voor dit doel wordt gebruikt echter veranderd. In feite zien we nu uit onze ervaring dat koperoxide- en seleniumgelijkrichters zijn vervangen door halfgeleiderdioden van ofwel germanium of silicium. Deze laatste apparaten worden veel efficiënter en effectiever gevonden, omdat de voorwaartse spanningsverlaging bij het uitvoeren van de volledige nominale stroom zelden meer dan 0, 7 volt bedraagt.

De effecten van het toevoegen van relais, beschermd door halfgeleiderdiodes aan een intrinsiek veilige stroombron, zou een soortgelijk effect hebben als het verhogen van de voedingsspanning met 0, 7 volt. Dit zou slechts marginaal minder veilig zijn dan de intrinsiek veilige levering op zichzelf.

Er is opgemerkt dat een circuit soms een aanzienlijke hoeveelheid inductantie kan bevatten waar, vanwege het effect op circuitwerking, de bovenstaande methoden niet kunnen worden gebruikt, in welk geval de opslagenergie ½ LI ² tot een veilige limiet kan worden gehouden door beperking - de huidige stroom.

Een voorbeeld zou zijn waar de inductantie deel uitmaakt van een gedraaide schakeling, in welk geval de gelijkstroomcomponent kan worden beperkt door een serieweerstand, of geheel geblokkeerd door seriekapaciteit.

In resistieve circuits moet de gehele beschikbare energie voor het produceren van warmte bij de vonk worden geleverd door de primaire stroombron, hetzij van batterij of transformator. Wat misschien nog belangrijker is, is dat de beschikbare spanning tussen de scheidingscontacten beperkt is tot de spanning van de voeding.

De energie die beschikbaar is voor vonken kan worden beperkt door een niet-inductieve weerstand in serie met de voeding op te nemen. Hoewel we spreken van resistieve circuits, is het belangrijk om te onthouden dat alle circuits enige inductie vertonen, zelden onder de 5 micro henries, en in bepaalde omstandigheden kan dit belangrijk zijn.

In het geval van capacitieve circuits wordt de opgeslagen energie gegeven door de formule ½ CV ², waarbij de belangrijkste parameter de circuitspanning is in plaats van de stroom. De volgende tabel geeft de maximale waarde van de capaciteit aan die kan worden gebruikt op circuits met verschillende spanningen zonder dat de kortsluitstroom moet worden beperkt door middel van een serieweerstand.

Dergelijke instrumenten worden gedekt door een intrinsiek veilig certificaat dat de instrumenten op zich veilig verklaart, maar de combinatie van instrument en circuit dat wordt getest, is mogelijk niet intrinsiek veilig.

De veiligheid wordt echter gewaarborgd door te kijken naar de certificatievoorwaarden die op het etiket van het testinstrument zijn afgedrukt:

(a) De instrumenten mogen niet worden gebruikt als de concentratie van methaan in de lucht 1, 25 procent bedraagt.

(b) De verbinding tussen het testinstrument en het te testen circuit moet correct worden gemaakt voordat de spanning wordt toegepast en de verbinding mag niet worden verbroken totdat de kabel door het instrument is ontladen.