Индуктивные нагрузки и защита, хотелось немного проанализировать индуктивные нагрузки. Что произойдет, если разомкнуть переключатель, управляющий током через индуктивность? Индуктивность, как известно, характеризуется следующим свойством, U = L(dl/dt), а из этого следует, что протекающий ток нельзя выключить моментально, так как при этом на индуктивности появилось бы бесконечное напряжение. На самом деле напряжение на индуктивности резко возрастает и продолжает увеличиваться до тех пор, пока не появится ток. Электронные устройства, которые управляют индуктивными нагрузками, могут не выдержать такого роста напряжения, особенно это относится к компонентам, в которых при некоторых значениях напряжения наступает «пробой». Для примера рассмотрим схему, представленную на рисунке.
В исходном состоянии переключатель замкнут и через индуктивность (в качестве которой может быть, например, обмотка реле) протекает ток. Когда переключатель разомкнут, индуктивность «стремится» обеспечить ток между точками А и В, протекающий в том же направлении, что и при замкнутом переключателе. Это значит, что потенциал точки В становится более положительным, чем потенциал точки А. В нашем случае разница потенциалов может достичь большого значения, прежде чем в переключателе возникнет электрическая дуга, которая и замкнет цепь. При этом уменьшается срок службы переключателя и возникают импульсные помехи, которые могут оказывать влияние на работу электронных схем. Если представить себе, что в качестве переключателя используется транзистор, то срок службы такого переключателя не уменьшается, а просто становится равным нулю!
Чтобы избежать подобных неприятностей, лучше всего подключить к индуктивности диод, как пример включение диода показано на рисунке.
Когда переключатель замкнут, диод смещен в обратном направлении (за счет падения напряжения постоянного тока на обмотке катушки индуктивности). При размыкании переключателя диод открывается и потенциал на переключателе становится выше потенциала положительного питающего напряжения на величину падения напряжения на диоде. Диод выбирается так, чтобы он выдерживал начальный ток, равный току, протекающему в установившемся режиме через индуктивность, подойдет, например маломощный диод.
Единственным недостатком описанной схемы является то, что она затягивает затухание тока, протекающего через катушку, так как скорость изменения этого тока пропорциональна напряжению на индуктивности. В тех случаях, когда ток должен затухать быстро (например, быстродействующие реле и т. д.), лучший результат можно получить, если к катушке индуктивности подключить резистор, подобрав его так, чтобы величина Uи + IR не превышала максимального допустимого напряжения на переключателе. (Самое быстрое затухание для максимального напряжения можно получить, если подключить к индуктивности стабилитрон, который обеспечивает затухание по линейному, а не по экспоненциальному закону.)
Диодную защиту нельзя использовать для схем переменного тока, содержащих индуктивности (трансформаторы, реле переменного тока), так как диод будет открыт на тех полупериодах сигнала, когда переключатель замкнут. В подобных случаях рекомендуется использовать так называемую RС-демпфирующую цепочку, представленную на рисунке.
Приведенные на схеме значения R и С являются типовыми для небольших индуктивных нагрузок, подключаемых к силовым линиям. Демпфер такого типа следует предусматривать во всех приборах, работающих от напряжений переменного тока, так как трансформатор представляет собой индуктивную нагрузку. Для защиты можно также использовать элемент, как металл оксидный варистор. Он представляет собой элемент, похожий по внешнему виду на керамический конденсатор, а по электрическим характеристикам — на двунаправленный стабилитрон. Его можно использовать в диапазоне напряжений от 10 до 1000 В для значений токов, достигающих многих ампер. Подключение варистора к выводам схемы позволяет не только предотвратить индуктивные наводки на близлежащие приборы, но также погасить большие импульсные всплески, возникающие иногда в силовой цепи и представляющие серьезную угрозу для оборудования.