Что такое выключатель нагрузки: Выключатель нагрузки: для чего нужен?

Выключатель нагрузки: для чего нужен?

Что такое выключатель нагрузки?

По виду выключатель нагрузки (ВН) практически не отличается от обычного автомата, но имеет особое назначение в мире электрики. В то время как автоматические выключатели призваны защищать электропроводку от токов короткого замыкания и перегрузок электросети, ВН выполняет функцию принудительного включения или отключения подачи электричества. Выключатель нагрузки — высоковольтный коммутационный аппарат, выполняющий функцию соединения токов трехфазной электросети в номинальном режиме.

Контакты ВН гораздо толще автоматических и предназначены для безопасного отключения электросети под нагрузкой. Если вы будете использовать для регулярного включения-выключения автоматы, то эти действия могут быстро привести к слипанию или разрушению силовых контактов, а, как следствие, и к поломке электроприборов. Устройством ВН не предусмотрено аварийное отключение токов, поэтому монтировать его следует вместе с предохранителями от короткого замыкания и перегрузки.

Виды ВН

Есть несколько признаков, по которым группируют выключатели нагрузки. Вы можете выбрать подходящий вариант прямо в каталоге нашего сайта.

1. По количеству полюсов. Ваш выбор будет зависеть от количества фаз в вашей сети и требуется ли рвать ноль при отключении. Есть 4 вида:

• 1-х полюсные;

• 2-х полюсные;

• 3-х полюсные;

• 4-х полюсные.

Также можно сгруппировать все ВН по принципу гашения дуги:

• Вакуумные — из названия понятно, что принцип заключается в отсутствии распространения дуги в условиях вакуума. Стабильный и эффективный вид, но к минусам можно отнести дороговизну.

• Автопневматические — в момент отключения тока сжимание воздуха гасит элетрическую дугу.

• Автогазовые — в камере гашения тока вырабатывается газ и под его воздействием происходит гашения дуги.

• Элегазовые — эта группа приборов работает по одному принципу с автогазовыми, но для подавления дуги используется шестифтористая сера, а не воздух.

• Электромагнитные — электромагнитное поле меняет направление электрической дуги.

По конструкции аппараты можно разгруппировать на:

• тепловые;

• полупроводниковые;

• электромагнитные;

• комбинированные.

Еще раз следует отметить, что данное устройство не работает в автоматическом режиме. Для размыкания и смыкания цепи необходимо будет человеческое вмешательство, следовательно при использовании выключателя нагрузки необходимо дополнительно защищать автоматом.

Принцип работы выключателя нагрузки

Подробнее остановимся на принципе действия выключателя нагрузки. Визуально и конструктивно устройство очень похоже на обычных разъединитель, разница только в том, что у ВН есть специальное устройство для гашения электродуги.

В момент отключения первыми размыкаются обычные контакты, а после них дугогасительные. Электрическая дуга, образовавшаяся в момент разрыва контактов попадает прямиком дугогасительную камеру, в которой успешно нейтрализуется за несколько миллисекунд различными способами. Либо она попадает в вакуум, либо гасится выделяющимися в камере газами.

Если вам необходимо подобрать выключатель нагрузки или вы уже определились с выбором и хотите купить — переходите на сайт amperkin. ru! У нас всегда низкие цены.

Что такое выключатели нагрузки и зачем они нужны?

В принципе мини-рубильники и выключатели нагрузки это одно и тоже. Они свободно продаются в магазинах, но пользуются меньшим спросом, чем автоматические выключатели. Мини-рубильники представляют собой устройства, которые используются для коммутации (включения — отключения) цепей под нагрузкой. Они изготавливаются в модульном исполнении и по внешнему виду похожи на обычные автоматы.

Часто задают вопрос: «Зачем нужны мини-рубильники и выключатели нагрузки?» Тем более они стоят намного дороже тех же самых автоматических выключателей. Давайте тут попробуем разобраться с этим вопросом.

Что такое выключатель нагрузки?

Это устройство, которое позволяет быстро произвести включение или отключение какой-либо цепи, находящейся под нагрузкой.

Выключатели нагрузки имеют усиленные контакты, срок службы которых намного превышает срок службы контактов простых автоматов. Это необходимо для возможности безопасного обесточивания линии, которая находится под нагрузкой. Если отключать нагрузку обычным автоматическим выключателем, то дуга, которая образуется при разрыве цепи, со временем может спровоцировать слипание контактов. Поэтому обычные автоматы нельзя использовать для включения-отключения нагрузки. Они нужны для защиты электропроводки при возникновении не штатной ситуации в защищаемой ими цепи электропитания.

Также некоторые модели выключателей нагрузки имеют двойной разрыв контакта, что позволяет гарантировать полное обесточивание отключаемой линии.

Для того чтобы можно было убедиться визуально, что контакты мини-рубильника разорвались, на некоторых моделях есть специальное смотровое окошко. Через него видно в каком состоянии (замкнутом или разомкнутом) находятся контакты рубильника.

Например, это реализовано у фирмы TDM. Тут окошко находится над ручкой управления. Также в таких моделях реализована функция защиты от случайного отключения или включения мини-рубильника. На передней модели есть подобие винта под шлицевую отвертку, который обозначен на корпусе «Блок — 100А». Например, отключили такой выключатель нагрузки, повернули отверткой болт «Блок-100А», таким образом заблокировали ручку управления и пошли смело работать. Для того чтобы обратно включить этот рубильник необходимо снять ручку с заблокированного положения.

Примером мини-рубильников в старом исполнении могут служить пакетные выключатели, которые стоят перед электросчетчиками в этажных распределительных щитах.

Какие бывают выключатели нагрузки?

Они бывают 1,2,3 и 4-х полюсные. Выбирать стоит в зависимости однофазная или трехфазная у вас сеть и нужно ли рвать ноль рубильником. Устанавливаются такие выключатели нагрузки на стандартную DIN-рейку. Это очень удобно, так как их можно ставить в любых распределительных щитках.

По номиналу тока мини-рубильники подразделяются так же как и автоматы. Это на 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100, 125А.

Запомните, что выключатель нагрузки не защищает от короткого замыкания и перегрузки. Поэтому линию необходимо защищать автоматическим выключателем. Выбирать их нужно так: номинал рубильника должен превышать на одну или две ступени номинала автомата. Автоматическому выключателю требуется до одного часа, чтобы отключить перегруженную линию на 45%. За это время контакты мини-рубильника того же номинала что и автомата начнут греться. Что не совсем будет хорошо.

Как отличить выключатель нагрузки от автоматического выключателя?

Внешне мини-рубильники похожи на автоматы, поэтому нужно уметь их различать. Обычно выключатель нагрузки маркируется на корпусе буквами «ВН». Также у мини-рубильника более массивная усиленная ручка управления, что сразу бросается в глаза.

Где можно использовать выключатели нагрузки?

Итак, мы разобрались, что представляют собой выключатели нагрузки. Осталось понять нужно ли переплачивать, покупая их ,и где их нужно ставить?

Расскажу на простом примере. Допустим стоит главный вводной автомат в вашем распределительном щитке, в который вы имеете доступ. Еще обычно в на первом этаже, в подвале или еще где-нибудь стоит распределительный шкаф, где происходит распределение электропитания на разные стояки или квартиры.

Он закрыт на ключ и сюда доступ имеет местный электрик.

Например, произошло короткое замыкание. От КЗ очень часто помимо группового автомата срабатывают и вышестоящие. Если в закрытом щитке распределение происходит с помощью автоматических выключателей, то есть большая вероятность, что здесь его тоже выбьет.

Обратно включить автоматы в своем щитке вы сможете, а вот чтобы включить их в шкафу закрытым на ключ вам придется искать местного электрика, чтобы он открыл шкаф. А что делать если это произошло поздно вечером, в выходные или в праздничные дни? В это время можно не дозвониться до электрика.

Выключатели нагрузки или мини-рубильники нужно ставить там, где происходит распределение электропитания на разные квартиры. Также их стоит устанавливать рядом с промышленным электрооборудованием. Например, около сверлильного станка, наждака, токарного станка и т.д. Мини-рубильник тут нужен для экстренной остановки электрооборудования, например когда вместе со сверлом начнет вращаться заготовка или что-то зажует в станок.

А в вашем доме стоят выключатели нагрузки?

Улыбнемся:

Табличка на двери трансформаторной будки.
“Не влезай! Убью! Электрик”.

7 веских причин, по которым вам следует использовать встроенные выключатели нагрузки

Загрузите эту статью в формате PDF.

Выключатель нагрузки — это просто переключатель, механический или электронный, который подключает или отключает нагрузку от источника питания высокого напряжения. Настенный выключатель — это выключатель нагрузки. Любой выключатель на приборе или электронном изделии является выключателем нагрузки. Реле может быть переключателем нагрузки.

Однако переключатель нагрузки также представляет собой небольшой электронный переключатель, используемый во многих продуктах для настройки и управления распределением электроэнергии. Вы можете сделать переключатель нагрузки с дискретными компонентами, но использование полностью интегрированного переключателя нагрузки на ИС дает значительные преимущества.

В этой статье представлена ​​опция, о которой вы, возможно, не знали.

Концепция выключателя нагрузки

На рис. 1 показана простая идея выключателя нагрузки, когда источник питания подает напряжение на одну или несколько нагрузок. Переключатели управляются блоком микроконтроллера. Источник обычно постоянного тока, но возможен и источник переменного тока. Для постоянного и переменного тока используются разные типы переключателей нагрузки — здесь мы сосредоточимся на переключателях нагрузки постоянного тока.

1. Выключатели нагрузки подключают нагрузки к общему источнику питания под управлением встроенного микроконтроллера.

Выключатели нагрузки используются для подключения и отключения нагрузки от источника для включения или выключения питания или для экономии энергии, когда нагрузка не нужна. Их также можно использовать для последовательного включения питания. Эти переключатели используются во многих продуктах, включая смартфоны, планшеты, ноутбуки, цифровые камеры, часы и носимые устройства, портативные инструменты, а также другие устройства с батарейным питанием.

Как работают переключатели нагрузки

Наиболее распространенным типом переключателя нагрузки постоянного тока является MOSFET (рис. 2) . В этом переключателе с дискретными компонентами используется полевой полевой МОП-транзистор P-типа и полевой МОП-транзистор с управлением затвором. Управляющий транзистор обычно управляется выходом GPIO микроконтроллера.

Подача положительного логического уровня на вход разрешения (EN) включает нижний МОП-транзистор, который, в свою очередь, заземляет затвор последовательного МОП-транзистора и подает прямое напряжение затвор-исток, которое включает последовательный транзистор. Конденсатор управляет временем нарастания выходного напряжения, чтобы свести к минимуму падение входного напряжения, возникающее при включении ключа. Полевые МОП-транзисторы с улучшенным режимом используются для обеспечения низкого последовательного сопротивления во включенном состоянии, чтобы свести к минимуму как потери напряжения, так и энергопотребление.

2. Вот базовая схема переключателя нагрузки с дискретными компонентами.

Несмотря на то, что реализации дискретных переключателей нагрузки работают хорошо, их основным недостатком является то, что они занимают дополнительное место на печатной плате. Решением является один переключатель нагрузки на ИС: встроенные переключатели нагрузки — это отличный способ уменьшить пространство на плате и улучшить характеристики переключения и защиту по сравнению с существующими решениями на дискретных компонентах.

Встроенные выключатели нагрузки

Рисунок 3 иллюстрирует общую блок-схему переключателя нагрузки на ИС. Большинство производителей рекомендуют входные и выходные конденсаторы, чтобы свести к минимуму падение входного напряжения во время включения, а также обеспечить дополнительную фильтрацию на выходе.

Большое разнообразие доступных моделей предлагает сочетание различных функций. Все выключатели нагрузки имеют четыре основных соединения: V _IN , V _OUT , EN и GND. В некоторых версиях требуется внешнее напряжение смещения для работы некоторых внутренних цепей. Другие устройства используют внутренний зарядный насос для подачи рабочего напряжения во внутренние цепи. Некоторые модели также имеют функцию отключения при перегреве для контроля чрезмерного рассеивания мощности.

3. На этой общей блок-схеме промышленного переключателя нагрузки показаны основные функции.

Еще одной особенностью является выход Power-Good (PG), который показывает наличие выходного напряжения на выходном контакте. Его можно использовать для управления другими устройствами, например, дополнительными переключателями нагрузки в операции последовательности. Еще одна функция, отсутствующая в некоторых базовых выключателях нагрузки, — блокировка обратного тока. Многие устройства включают схему быстрой разрядки на выходе (QOD), которая разряжает выход, когда устройство выключено. Когда вход разрешения становится низким, логика включает нижний полевой МОП-транзистор, который разряжает внешнюю выходную емкость.

В заключение, вот семь веских причин, по которым встроенный переключатель нагрузки является лучшим вариантом, чем дискретное решение на МОП-транзисторах:

1. Экономия места. Основным преимуществом интегрированного устройства по сравнению с дискретными переключателями нагрузки является компактность. В компактных продуктах, таких как сотовый телефон, пространство ограничено, и встроенное устройство легче разместить. Сравните, например, типичный дискретный переключатель нагрузки, занимающий около 17 квадратных миллиметров ( ² мм), с обычным однокристальным решением, занимающим всего 4 мм 9 .0068 2 .
2. Простая конструкция. Дискретное время проектирования не требуется. Просто купите встроенный чип и спроектируйте его, чтобы получить все преимущества и функции.
3. Быстрый выходной разряд. Внутреннее сопротивление в виде проводящего полевого МОП-транзистора подключено к нагрузке. Он служит для быстрой разрядки выходного конденсатора, когда вход разрешения становится низким.
4. Блокировка обратного тока. В некоторых переключателях нагрузки на ИС реализована функция, блокирующая любой обратный ток. Когда вход разрешения становится низким, чтобы выключить переключатель, включается схема блокировки обратного тока, тем самым снижая любой потенциальный обратный ток от выхода обратно к входу до очень низкого уровня.
5. Экономит энергию. Использование переключателей нагрузки для управления выходной мощностью источника питания сводит к минимуму энергопотребление, экономит энергию и обеспечивает более длительный срок службы батареи в портативных устройствах. В выключенном состоянии микросхема потребляет минимальный ток покоя.
6. Управляет пусковым током. Эта функция предотвращает падение входного напряжения, которое может возникнуть при первом включении переключателя. Это результат высокого пускового тока, возникающего при зарядке выходного конденсатора. Большинство переключателей нагрузки обеспечивают контролируемое нарастание выходного напряжения при зарядке выходного конденсатора.
7. Реализует секвенирование. Выключатели нагрузки позволяют реализовать последовательность нагрузок во время включения или выключения. Некоторые конструкции с процессорами, ПЛИС и другими микросхемами требуют подачи или отключения различных напряжений питания в определенном порядке. Этой потребности удовлетворяют несколько переключателей нагрузки для каждого источника питания, которые управляются соответствующим встроенным контроллером для синхронизации. Некоторые выключатели нагрузки также имеют выходной сигнал, указывающий, когда выход полностью включен. Этот сигнал можно использовать в операциях последовательности операций с другими переключателями нагрузки в системе.

На рис. 4 показана последовательность загрузки без участия процессора. Когда включается первый выход, он позволяет второму переключателю нагрузки включить нагрузку 2. В качестве альтернативы, каждый переключатель нагрузки может быть включен отдельным GPIO от управляющего процессора, который обеспечивает желаемую синхронизацию.

4. Последовательность нагрузки с переключателями нагрузки — при включении первого выхода второй переключатель нагрузки включает нагрузку 2.

Коммерческие устройства

Texas Instruments предлагает обширную линейку интегрированных переключателей нагрузки. Серия TP229xx включает множество моделей с функциями, подходящими для большинства приложений. Например, TPS22915 представляет собой 4-контактное устройство, которое поставляется в корпусе размером 0,78 × 0,78 × 0,5 мм DSBGA (YFP) в виде пластины-чипа. Эта ИС имеет диапазон входного напряжения от 1,05 до 5,5 В с максимальным номинальным током 2 А. Типичное сопротивление во включенном состоянии устройств серии PMOS составляет 38 мОм при входном напряжении 3,3 В. Ток покоя составляет всего 7,7 мкА при входном напряжении 3,3 В. Это устройство включает в себя функцию быстрой разрядки. Многие другие модели этой серии имеют характеристики, предназначенные для различных областей применения.

Выключатели нагрузки, Часть 1: Основная роль и принцип

Выключатели нагрузки используются для включения/отключения питания выбранных ИС или частей схемы. Хотя им не уделяется много внимания, они полезны как для экономии энергии, так и для управления несколькими шинами питания. В этом FAQ будут обсуждаться их функции, базовая конструкция, расширенные реализации ИС и дополнительные преимущества переключателей нагрузки на ИС.

В: Что такое выключатель нагрузки?

A: Проще говоря, это электронный переключатель, используемый для управления питанием шины постоянного тока для ИС, группы ИС или подсхемы системы. Переключатели нагрузки в этом FAQ предназначены для умеренных уровней напряжения и тока, до десятков вольт и около 10 ампер (хотя есть некоторые для гораздо более высоких значений напряжения/тока), и поэтому могут быть изготовлены как стандартные ИС со встроенными полевыми МОП-транзисторами.

В: Зачем вообще нужен выключатель нагрузки? Разве большинство ИС не имеют аппаратного или программного управления для перевода их в режимы пониженного энергопотребления, бездействия, покоя или сна с разной степенью энергосбережения?

A: Да, у большинства ИС есть такая возможность, но бывают случаи, когда вы хотите сэкономить еще больше энергии, отключив всю подсхему, которая также имеет другие компоненты, такие как резисторы, порты ввода-вывода или даже дискретные транзисторы. (почти в каждой конструкции есть несколько таких, несмотря на распространенность ИС), которые все еще могут потреблять некоторое количество энергии. Перевод ИС в неактивный или аналогичный режим отключает только саму ИС, а не связанную с ней схему, которая включает в себя другие пассивные устройства, рассеивающие мощность. rails имеет решающее значение (подробнее об этом позже), а переключатели нагрузки позволяют разработчику установить контроль последовательности.

В: Как построить переключатель нагрузки?

A: Переключатель базовой нагрузки построить относительно легко: все, что для этого требуется, — это полевой МОП-транзистор и его драйвер, Рисунок 1 . МОП-транзистор сконфигурирован таким образом, что ток шины течет от истока к стоку, а затвор полевого МОП-транзистора используется для включения (проводящего) или выключения (непроводящего) МОП-транзистора. Конечно, затвор MOSFET должен иметь подходящий драйвер, который может подавать/отводить необходимый ток при соответствующем напряжении, чтобы гарантировать полное и «чистое» включение/выключение MOSFET.

Рис. 1. В принципе, все, что требуется для включения и выключения шины питания постоянного тока через цифровую линию управления, — это полевой МОП-транзистор (верхнее устройство) с соответствующим драйвером (нижнее устройство). (Источник изображения: Texas Instruments)

В: Это «почти идеальный» переключатель включения/выключения, как механический?

О: Нет, выключатель нагрузки не является идеальной заменой механического выключателя, но подходит для большинства применений. Механический переключатель имеет контактное сопротивление в миллиом и даже субмиллиом в закрытом состоянии и почти бесконечное сопротивление в разомкнутом состоянии; переключатель нагрузки обычно имеет десятки миллионов и несколько мегаом соответственно. В большинстве случаев альтернатива электрически активируемому механическому переключателю (также известному как реле) нецелесообразна с точки зрения размера, веса, скорости и стоимости электронной схемы и печатной платы (хотя для специальных целей существуют переключатели нагрузки на основе реле). приложений, таких как управление этими высокими напряжениями и токами электронных ламп, что выходит за рамки этого FAQ).

В: Какие трудности возникают при использовании «базового» МОП-транзистора для переключателя нагрузки?

A: Во-первых, как отмечалось выше, полевой транзистор нуждается в правильно подобранном и спроектированном драйвере, поскольку затвор большинства полевых транзисторов не может управляться простым низковольтным цифровым сигналом, так как во многих случаях напряжение будет неправильным, а ток-драйв большинства цифровых линий ввода/вывода также недостаточен.

Во-вторых, неизолированная схема MOSFET не имеет защиты от многих вещей, которые могут неблагоприятно воздействовать на шины питания, таких как переходные процессы источника и нагрузки, короткие замыкания и выбросы, вызванные электромагнитными/радиопомехами. Наконец, базовый привод затвора представляет собой схему включения/выключения с небольшим контролем результирующего времени нарастания или спада шины постоянного тока и, как таковой, может включаться/выключаться слишком быстро или слишком медленно для шин нагрузки в данном приложении.