1 RC延时电路分析
电阻R、电容C、电动势E与开关K彼此相互串联,构成有源闭合回路,如图1所示。
当开关K合上后的一段时间内,电路中有电流I通过,电动势E通过电阻R向电容C充电,电容器上的电压Uc逐渐升高,因R、C、E是常量,而Uc、I是变量,故根据回路电压定律,可得:
IR Uc=E(1)
因为△t时间内,电路中任意横截面上的电量便是dg=Idt,即I=dg/dt,也就是说电流I是电容C上的电荷g对时间t的导数。另根据电容器的定义,在数值上等於两极板间单位电势差每一极板上所容纳的电荷,即C=g/Uc,g=CUc,因此
I=dg/dt=d(CUc)/dt=CdUc/dt(2)
用(2)式代入(1)式得:
RCdUc/dt Uc=E(3)
这是一个含有未知函数Uc(t)的微分方程,其初始条件,开关K刚合上的瞬间时t=0,这时电容器上的电压Uc为零,
即Uc/t=0,(4)
将方程(3)进行分离变量得:dUc/(E-Uc)=dt/RC,两边积分,
其中a是任意常数,把初始条件(4)式代入(5)式得a=-LnE,把a的值代入(5)式得-Ln(E-Uc)=1/RC.t-LnE,整理可得LnE-Ln(E-Uc)=1/RC.t,即Ln=E/E-Uc=1/RC.t,去对数,变为E/E-Uc=e.1/RC.t,最后得到Uc=E(1-e-1/RC.t)。可见,电容器两端电压的变化与时间的指示函数e-1/RC 有关,如图2所示,充电开始时,t=0,Uc=0,I=E/R(最大值),最后I=0,Uc=E(最大值)。
2 延时电路RC参数的选择
从以上分析可知,电容器充电速度与R和C的大小有关,即C越大,充至同样电压所需的电荷越多,Uc上升的也就越慢,R越大,充电电流就越小,Uc上升也就越慢。根据已知条件,通过计算(略),可选R为33kΩ的电位器,C为470μF,耐压为50V的电解电容,调节电位器,即可改变延迟时间。其延迟时间可达到t=3.88s,大于避雷器遭雷击放电时间。
该接地保护系统通过改装投运以来,未出现误动现象,据值班人员反映,效果很好。