基本点路理论小论文-- - 上海交通大学.pdf

一阶电路的应用 危害及预防措施一阶电路的应用 危害及预防措施 F0403021 姚世通 杨洋 胡宇翔 摘要 摘要 一阶电路在电子器件中有广泛的应用 它可构成比例器 延时器 积分微分器等 然而 理论分析也指出它在某些场合的危害 根据理论可以找到其应对措施 关键词 关键词 一阶电路 RC电路 RL 电路 引言 实际动态电路中 由于开关的接通和断开 线路的短接或开断 元件参数值的改变 等 都将引起电路由一种工作状态到另一种工作状态的转变 由于电路中存在储能元件 这种 转变通常不可能瞬时完成 需要一段时间历程 它可以用积分微分方程来描述 能用一阶常微 分方程来描述的电路就是一阶电路 本文主要讨论一阶电路的应用 和它的不利之处以及如何 预防 一阶电路的应用 1 积分器 图 1 积分电路的电路图如图 1 所示 当R 1 C 时 所以 可见输出电压是输入电压的积分 当 足够大就构成积分电路 从电容两端输出的电压与输入电源电压之间呈积分关系 如 下图 2 微分器 34 微分电路的电路图如图 2 所示 其中电容为C 电阻为R uI为输入电压 uo为输出电压 当R 1 C 时 所以 由上式可见 输出电压是输入电压的微分 图 2 当 足够小就构成微分电路 从电阻端输出的电压与输入电源电压之间呈微分关系 如下图 3 延时器 电路如下图所示 工作时 按下 S1 S2 后 整流电源对 C2 充电 C2 两端的电压迅速达到电 源电压值 同时 电源经 R 为 V1 V2 组成的复合管提供基极偏流 使复合管导通 继电器 K 吸合 其触点 K1 1 闭合与 S1 一起为电器 RL 提供交流电源 S1 S2 松开时 RL 仍能正常工 作 但 S1 S2 松开后 电容 C2 经 R 复合管放电 使复合管保持导通状态 以维持 RL 的正 常工作 随着时间的延迟 C2 上的电压不足以维持复合管的导通 K 便释放 电器 RL 上的电 源就被自动切断 从而达到了自动关机的目的 延时时间的长短由 C2 和 R 的时间常数决定 改变 C2 或 R 的数值可以改变延时时间的长短 按图中数值延时约 7 分钟 加大 C2 或 R 的 数值 延时时间变长 反之时间变短 这种电路适用于走道上会自动熄灭的照明灯 4 避雷器 35 1 避雷器的作用 避雷器是与电器设备并接的一种过电压保护设备 其作用是限制电器设备绝缘上的过电 压 保护其绝缘免受损伤或击穿 2 避雷器的电路组成 如图 7 19 所示 3 工作原理 变压器高压侧经整流硅堆输出的电压是半波整流电压 其正半周时 经电阻 R 对电容 C 充 电 负半周时电容 C 经 R 放电 但由于 C 较大 电荷逸出很少 下一个正半周时 C 又通过 R 充电 使两端的电压维持原来的数值 这样就保证避雷器两端的电压波动很小 5 晶闸管 1 晶闸管的作用 晶闸管又称可控硅 主要用于大功率的交流电能与直流电能的相互转换 和交 直流电路的开关控制与调压 2 工作原理 如图 7 20 所示电路为单相桥式可控整流电路 在晶闸管及交流电源侧 整 流输出的负载侧并联一个 RC 串联支路 电路产生过电压时 由于电容电压不能突变 电容充 电 使其两端电压逐渐升高 当晶闸管触发导通后 电容放电 使晶闸管避免了过电压的袭 击 与电容串联的电阻 R 用来限制放电电流和增加放电时间 6 日光灯 日光灯其实是 RL 电路 镇流器是绕在铁芯上的线圈 自感系数很大 启动器由封在玻璃 泡中的静触片和 U 形动触片组成 玻璃泡中充有氖气 两个触片间加上一定的电压时 氖气导 电 发光 发热 动触片是用粘合在一起的双层金属片制成的 受热后两层金属膨胀不同 动 触片稍稍伸开一些 和静触片接触 启动器不再发光 这时双金属片冷却 动触片形状复原 两个触点重新分开 闭合开关后电压通过日光灯的灯丝加在启动器的两端 启动器如上所述发热 触点接触 冷却 触点断开 在触点断开的瞬间 镇流器 L 中的电流急剧减小 产生很高的感应电动势 感应电动势和电源电压叠加起来加在灯管两端的灯丝上 把灯管点燃 实际使用的启动器中常 有一个电容器并联在氖泡的两端 它能使两个触片在分离时不产生火花 以免烧坏触点 同时 还能减轻对附近无线电设备的干扰 没有电容器时启动器也能工作 一阶电路的危害及预防措施 以下先从理论上分析一阶电路的危害 如下图所示 开关在t 0 时打开 此时流过电感器 的电流i 0 E R1 36 经计算可知 开关两端电压Vk 0 E 1 R2 R1 由上式可知 若R2 R1 则开关在打开的瞬间 其两端的电压会高出电院电压E许多倍 即有一 个很高的冲击电压 例如 假定E 220V L 0 1H R1 10 Ohm R2 100 k Ohm 则 Vk 0 E 1 R2 R1 220 1 100000 10 2 2 10 6 V 这样高的电压 在K打开的瞬间快关两端会引起强烈的电弧 电路中R2两端也将出现高电压 可能使电气设备损坏 指峰值达 6000V 持续时间从万分之一秒至二分之一周期 10ms 的电 压 这主要是由于雷击 电弧入电 静态放电或大型电气设备的开关操作而产生 危害 在炼钢厂 轧钢厂或者大量使用晶闸管设备 电火花设备 电力机车等地方 这种尖峰 干扰为害尤厉 其幅度大的可达数百伏甚至上千伏 而脉宽一般为 S数量级 雷电也常以尖 峰脉冲方式入侵 尖峰脉冲幅度很大时 会破坏工控机开关电源输入滤波器 整流器甚至主振 管 再加之其频谱很宽 也会窜入计算机造成干扰 预防电火花和电弧的产生 1 安装裸导线时 导线间或导线与接地体间应保持足够的距离 2 导线敷设不要放松 其支持物应良好完整 3 连接导线时 吊线的连接点要牢固紧密 4 对绝缘导线的绝缘层要注意保护