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Esquema de palanca para protección contra sobretensiones
¿Qué es un circuito de palanca?
Un circuito de palanca es básicamente un circuito eléctrico que se utiliza para evitar que el circuito entre en una condición de sobretensión.Funciona colocando una ruta de resistencia corta o baja en la salida de voltaje. Es muy similar a dejar caer una palanca en el terminal de salida de una fuente de alimentación, de ahí el nombre. Un circuito de palanca es un tipo de circuito de protección contra sobretensiones.
Los circuitos de palanca son diferentes de otros circuitos de seguridad y pestillo, como las abrazaderas de tracción. Cuando se activa, el voltaje está por debajo del nivel de activación, normalmente cerca de tierra. Una vez que se elimine la condición de sobrevoltaje, la fresa no volverá a su funcionamiento normal.
Según el comportamiento, una palanca activa se define como una palanca que puede eliminar un cortocircuito cuando se elimina el transitorio y el dispositivo reanuda el funcionamiento normal. Las palancas activas se utilizan en circuitos como el circuito del rotor de un generador doblemente alimentado contra transitorios de alta corriente y voltaje causados por picos de voltaje en la red eléctrica donde los transitorios son probables y frecuentes. Por lo tanto, el generador puede sobrevivir a las fallas y seguir funcionando rápidamente durante las caídas de tensión.
Los circuitos de palanca tienen un voltaje de retención más bajo, lo que les permite transportar corrientes de falla más altas sin perder mucha potencia durante el proceso. La baja pérdida de potencia de los circuitos de palanca los convierte en una opción más favorable en comparación con otros dispositivos de seguridad.
Componentes necesarios
- fusible
- diodo Zener
- diodo schottky
- tiristor
- Resistor
- condensador
esquema de palanca
El esquema anterior es un circuito de palanca simple y fácil de implementar. Este circuito también es una solución rentable y rápida para la protección contra sobretensiones. Diagrama de trébol completo con valores calculados de los componentes utilizados.
fusible
Los fusibles son dispositivos de seguridad eléctrica que se utilizan para proteger los circuitos de picos de sobrecorriente. Su componente clave es el alambre o tira de metal que se utiliza en serie en el circuito. Si la corriente en el circuito es demasiado alta, la tira de metal se derretirá y romperá el circuito. El valor del umbral de corriente en el circuito depende solo del punto de fusión de la tira de metal. Este es un dispositivo de sacrificio que, una vez que se opera en un circuito y se destruye, debe reemplazarse o recablearse según el tipo.
Los fusibles existen desde hace mucho tiempo y han evolucionado para funcionar en función de valores nominales de corriente y tensión, capacidades de ruptura y tiempos de respuesta muy específicos, según la aplicación.
También hay varios otros dispositivos que se pueden usar para la misma aplicación, llamados disyuntores. Se pueden utilizar disyuntores en lugar de fusibles, pero sus características son muy diferentes. Generalmente, los elementos fusibles son zinc, cobre, aluminio o aleaciones para propiedades predecibles y estables.
A continuación se muestra un esquema típico de un fusible.
El símbolo del fusible puede variar según las diferentes representaciones. El circuito anterior tiene cuatro representaciones, la primera es la representación IEC y las otras dos se basan en la representación IEEE.
Los fusibles son ampliamente utilizados debido a sus ventajas únicas. Algunos de ellos se enumeran a continuación.
- Los fusibles son los dispositivos menos costosos disponibles para proteger los circuitos eléctricos.
- Los fusibles no requieren mantenimiento.
- El funcionamiento de los fusibles es sencillo y nada complicado.
- Los fusibles tienen la capacidad de interrumpir grandes corrientes de cortocircuito sin generar ruido, llamas, gases o humo.
- El tiempo de funcionamiento de un fusible puede ser mucho más corto que el de un disyuntor.
Por supuesto, además de todas las ventajas, también hay desventajas, aunque en menor medida. Dos de ellos se muestran a continuación.
- Si el fusible se funde durante un cortocircuito o una sobrecarga, lleva tiempo reemplazar el fusible. Durante este período, el circuito pierde energía.
- Cuando los fusibles están conectados en serie, es difícil distinguirlos a menos que tengan una gran diferencia de tamaño.
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diodo schottky
Los diodos Schottky en este proyecto no son necesarios y se utilizan únicamente con fines de protección. Se utiliza principalmente como rectificadores, diodos de protección de polaridad y diodos de rueda libre en inversores de baja tensión y alta frecuencia. También llamado diodo de barrera de superficie, diodo de electrones calientes, diodo portador caliente. Es un poco diferente de los diodos de unión PN ordinarios que usan metales como platino y aluminio en lugar de semiconductores de tipo P.
En un diodo Schottky, un semiconductor y un metal se combinan para formar una unión metal-semiconductor, en la que el lado del semiconductor actúa como cátodo y el lado del metal actúa como ánodo. Una capa de agotamiento, también llamada barrera de Schottky, se crea cuando se forma una unión metal-semiconductor entre un metal y un semiconductor.
Schottky exhibe menos carga almacenada, menor pérdida de energía y propiedades mecánicas más eficientes. Es resistente a la corrosión en todas las superficies exteriores, está fabricado para que los terminales puedan soldarse fácilmente y permite que la corriente fluya en una sola dirección y detiene el flujo de corriente en la otra dirección. Este diodo produce una caída de potencia menor que un diodo de unión PN. Cuando se aplica un voltaje a través de los terminales del diodo, la corriente comienza a fluir, creando una pequeña caída de voltaje a través de los terminales. Cuanto menor sea la caída de voltaje, mayor será la eficiencia y más rápida la velocidad de conmutación.
diodo Zener
Un diodo Zener es un tipo de diodo que permite que la corriente fluya en ambas direcciones, a diferencia de los diodos ordinarios que permiten que la corriente fluya solo en una dirección, del ánodo al cátodo. Este flujo de corriente inversa ocurre solo cuando el voltaje a través de las terminales excede un voltaje de umbral llamado voltaje Zener. Este voltaje Zener es una propiedad del dispositivo y gobierna el efecto Zener que gobierna el comportamiento del diodo.
Los diodos Zener tienen una unión pn fuertemente dopada que permite que el dispositivo funcione correctamente incluso cuando se aplica un voltaje inverso. Sin embargo, muchos diodos Zener se basan en cambio en la ruptura de avalancha. Ambos tipos de fallas ocurren dentro del dispositivo, la única diferencia es que el efecto Zener domina a voltajes bajos, mientras que la falla por avalancha ocurre a voltajes altos. Se utilizan para generar fuentes de alimentación reguladas de baja potencia. También se utilizan para proteger los circuitos de sobretensiones y descargas electrostáticas.
A continuación se muestra un esquema de un diodo Zener comúnmente utilizado en circuitos.
tiristor
Un tiristor es básicamente un dispositivo de cuatro capas que consta de dos semiconductores de tipo P que se alternan con dos semiconductores de tipo N. Una configuración de tiristores se puede representar mediante PNPN. Un tiristor en su forma más básica tiene tres terminales: un ánodo, un cátodo y una puerta. Una puerta controla el flujo de corriente entre el ánodo y el cátodo. La función principal de un tiristor es controlar la potencia y la corriente actuando como un interruptor.
Se utiliza principalmente como rectificador porque cambia rápidamente de corriente conductora a corriente no conductora. Además, tienen bajos costos de mantenimiento, operan en condiciones adecuadas y se mantienen funcionales a largo plazo sin fallas. Los tiristores se utilizan ampliamente en una amplia variedad de circuitos eléctricos, desde simples alarmas antirrobo hasta líneas eléctricas.
El funcionamiento de los tiristores ha sido ampliamente estudiado a lo largo de los años y se conocen datos bastante precisos sobre su funcionamiento. Para el tipo más básico de tiristor con 4 capas (PNPN) y 3 uniones (PN, NP, PN). Cuando el ánodo es el terminal positivo con respecto al cátodo, las uniones PN y PN están polarizadas en directa y la unión NP central está polarizada en inversa. Por lo tanto, la unión NP bloquea el flujo de corriente positiva del ánodo al cátodo. Se dice que el tiristor está en un estado de bloqueo directo. De manera similar, el flujo de corriente negativa está bloqueado por la unión PN externa. El tiristor está en el estado de bloqueo inverso. Otro estado en el que puede existir un tiristor es el estado de conducción directa. En este estado, recibe suficiente señal para encenderse e iniciar la conducción.
Arriba se muestra un diagrama típico de tiristores.
Cómo funciona el circuito de palanca
Instale correctamente todos los componentes con los valores actuales indicados en el circuito. Un circuito de palanca rastrea el voltaje de entrada y solo funciona si se excede el límite. Si se excede el límite, el circuito provocará un cortocircuito en la línea de alimentación y el fusible de metal de bajo punto de fusión conectado se derretirá, rompiendo el circuito. El valor de tensión al que se produce un cortocircuito depende de la tensión Zener. El SCR en el circuito está conectado directamente entre el voltaje de entrada y la tierra del circuito. Sin embargo, este SCR se mantiene apagado conectando a tierra la terminal de puerta del SCR. Cuando se excede el voltaje Zener, el diodo Zener comienza a conducir y se aplica un voltaje a la terminal de puerta del SCR. Un voltaje aplicado a la terminal de puerta del SCR hace que el SCR conduzca, creando un cortocircuito entre el voltaje de entrada y tierra. Este cortocircuito extraerá la máxima corriente posible del circuito y quemará el fusible que separa la fuente de alimentación de la carga.
Esta disposición del circuito evita que los componentes y el propio circuito formen sobreimpulsos de tensión al quemar un fusible de sacrificio muy fácilmente reemplazable.
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