Устройство защитного отключения нагрузки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Защита аппаратуры от аварийных режимов работы сети, блоки бесперебойного питания

 Комментарии к статье

Устройство защитного отключения нагрузки предназначено для контроля напряжения в однофазной электросети и отключения нагрузки при снижении напряжения ниже номинального, повышении напряжения выше номинального, скачках напряжения в сети с амплитудой, выходящей за пределы норм.

Устройство защитного отключения нагрузки (УЗОН) состоит из двух ступеней защиты. Первая ступень защиты обеспечивает включение нагрузки в электросеть, если ее напряжение находится в заданных пределах (например, ±10%). Если сетевое напряжение выходит за пределы нижнего или верхнего пределов, нагрузка отключается от сети. Последующее включение (при нормализации сетевого напряжения) осуществляется с задержкой по времени, которую можно оперативно регулировать.

Задержка включения может понадобиться при часто повторяющихся пиках или провалах (например, ветер замыкает электропровода) сетевого напряжения.

Вторая ступень защиты служит для отключения и нагрузки, и первой ступени при значительном (1,5-2 или более раза) снижении или превышении сетевым напряжением номинального. Вторая ступень подключает первую ступень к сетевому напряжению тогда, когда последнее принимает значение, безопасное для работы первой ступени. Питание второй ступени осуществляется гальваническим элементом.

Основой УЗОН служит специализированная интегральная микросхема (см. рисунок); блоки, входящие в нее, ограничены штрихпунктирной линией. Все УЗОН можно смонтировать в виде переходника или встроить в сетевую вилку.

(нажмите для увеличения)

Первая ступень защиты содержит следующие блоки:

• вторичный источник питания I, питающий блоки УЗОН;
• компаратор верхнего порога IV;
• компаратор нижнего порога V;
• логическую схему управления (DD4-DD9);
• повышающий преобразователь постоянного напряжения VI;
• источник образцового напряжения VII;
• таймер VIII, обеспечивающий необходимую временную задержку;
• оптотиристорный ключ (VD10), обеспечивающий подключение нагрузки.

Вторая ступень защиты содержит: компаратор верхнего порога II; компаратор нижнего порога III; логическую схему управления (DD1-DD3); индикатор напряжения HL1; реле К1, подключающее сетевое напряжение к первой ступени.

Первая ступень защиты включает нагрузку, если напряжение питающей сети находится в необходимых пределах (например, ±10%). Нижний и верхний пороги можно жестко задать (подразумевается, что основой устройства служит интегральная микросхема) или регулировать в некоторых пределах (в таком случае нужно предусмотреть дополнительные выводы для подключения подстроечных резисторов, на рисунке это не показано). Компараторы верхнего и нижнего пределов IV и V (а также II и III) представляют собой инвертирующие триггеры Шмитта на основе микромощных операционных усилителей с однополярным питанием. Если входное напряжение (Uвх) превышает опорное (Uоп), выходное напряжение компаратора близко к потенциалу земли. Входным напряжением (Uвх) для компараторов является напряжение, снимаемое с датчика тока Т1, которое выпрямляется диодным мостом VD4 и фильтруется с помощью конденсатора С2.

Если сетевое напряжение меньше нижнего или больше верхнего порога, срабатывает компаратор верхнего порога IV (если больше) или нижнего порога V (если меньше). В любом из этих случаев выход элемента DD5 (2И-НЕ) переключается из лог."0" в лог."1". Подразумеваем, что логическая схема управления выполнена на КМОП элементах (для снижения энергопотребления), поэтому выходное напряжение компараторов, соответствующее уровню лог."1", должно составлять не менее 2/3 напряжения литания Uпит1.

Через инверторы DD6 и DD7 положительный перепад напряжения установит D-триггер DD9 в единичное состояние. Лог."0" на инверсном выходе триггера DD9 закроет МОП-транзистор VT2, управляющий оптотиристорным ключом VD10, и нагрузка отключится от сети. Одновременно лог."1" на прямом выходе триггера разрешит работу таймера VIII, и он начнет отсчет временного интервала, длительность которого определяется постоянной времени t=R6C5; ее можно регулировать переменным резистором R6. В качестве таймера можно использовать, например, генератор прямоугольных импульсов с двоичным cчетчиком (необходимо предусмотреть цепь обнуления таймера при включении питания Uпит1). После окончания отсчета временного интервала на выходе таймера появится импульс лог."1" (Um). Если за время отсчета напряжение в сети нормализовалось, этот импульс пройдет через элемент DD8 (на втором входе которого при нормализации сетевого напряжения будет лог."1") и сбросит триггер DD9 в нулевое состояние. Транзистор VT2 откроется, оптотиристорный ключ VD10 подключит нагрузку к сети, установившийся уровень лог."0" на прямом выходе триггера запретит работу таймера VIII.

Если напряжение в сети не нормализовалось, на верхнем входе элемента DD8 будет лог."0", и импульс обнуления не пройдет на вход триггера DD10, но он пройдет на вход обнуления (на схеме не показан) таймера, и последний начнет отсчитывать новый интервал времени задержки. Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение в сети не нормализуется. Цепочка R5C4 устанавливает триггер DD9 в исходное нулевое состояние при включении источника вторичного питания I. Цепочка R4C3 не пропускает на вход триггера слишком короткие импульсы (энергия которых не представляет опасности для нагрузки), вызванные помехами или выбросами в питающей сети. Изменяя емкость внешнего конденсатора С3, можно изменять чувствительность устройства.

При значительном увеличении или уменьшении сетевое напряжение представляет опасность не только для нагрузки, но и для источника вторичного питания I (а также и для всей первой ступени защиты). Для защиты нагрузки и первой ступени предусмотрена вторая ступень защиты. Основой второй ступень защиты является газоразрядный (или интегральный светодиодный со встроенными вспомогательными элементами) индикатор, в котором длина светящийся области прямо пропорциональна приложенному напряжению. При значительном повышении сетевого напряжения светящийся столбик достигает апертуры фотодиода VD2, компаратор верхнего предела сбрасывается в лог."0", на выходе элемента DD2 (2И-НЕ) появляется лог."1", а на выходе инвертора DD3 - лог."0". МОП-транзистор VT1 закрывается, контакты реле К1 размыкаются, отключая сетевое напряжение от первой ступени.

Питание второй ступени защиты осуществляется от повышающего преобразователя напряжения VI. На его вход подается либо напряжение с параметрического стабилизатора R3VD6, либо с гальванического элемента G1. Развязка осуществляется диодами VD5 и VD7. При сильном снижении сетевого напряжения компаратор нижнего предела устанавливается в лог."1", на выходе инвертора DD1 появляется лог."0", на выходе элемента DD2 - лог."1", а на выходе инвертора DD3 - лог."0". Реле К1 отключает сетевое напряжение от первой ступени. Таким образом, источник вторичного питания I работает в облегченном режиме, требования к нему снижаются, и при современном уровне технологии он может быть малогабаритным. Перемещая фотодиоды VD2 и VD3 по корпусу индикатора, можно изменять пороги срабатывания компараторов верхнего и нижнего пределов. Цепочка R2C1 не пропускает короткие импульсы на выход элемента DD3.

Описываемое устройство можно применять для защиты нагрузки, чувствительной к питающему напряжению: холодильников, пылесосов, телевизоров и т.п.

Автор: В.И. Василенко

Смотрите другие статьи раздела Защита аппаратуры от аварийных режимов работы сети, блоки бесперебойного питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Миниатюрные прецизионные АЦП MAX11259 и MAX11261 05.11.2018 MAX11259, MAX11261 - новые прецизионные 24 Бита Сигма-Дельта АЦП со скоростью преобразования до 16000 преобразований в секунду от ведущего производителя аналоговых компонентов - компании Maxim Integrated. Особенностью этих преобразователей является то, что имея отменные метрологические характеристики и набор периферийных блоков для построения точных измерительных приборов, они являются самыми миниатюрными прецизионными АЦП в мире! MAX11259 выпускается в очень маленьком корпусе размером 3х3 мм, а MAX11261 выпускается в еще меньшем корпусе 2.8?2.8 мм. Оба преобразователя имеют 36 выводов и корпус WLP (Wafer-Level Package). Такой корпус позволяет реализовать действительно миниатюрный прецизионный датчик. MAX11259 и MAX11261 содержат источники тока, "умный" мультиплексор, малошумящий программируемый усилитель, Сигма-Дельта модулятор 4-го порядка, настраиваемый цифровой фильтр. Обе модели имеют встроенный секвенсор, позволяющий осуществлять сканирование заданных каналов в любой последовательности и преобразование сигнала с любой задержкой без участия управляющего микроконтроллера. MAX11261 накапливает результаты преобразования в буфере типа FIFO, после чего дает сигнал микроконтроллеру о содержании данных в буфере. Кроме того, MAX11261 может анализировать наличие изменения сигнала на входах и будить микроконтроллер только в моменты, когда напряжение на одном из аналоговых входов начинает меняться. Эти функции позволяют еще больше оптимизировать энергопотребление всего измерительного устройства.

Другие интересные новости:

▪ Темная материя может подогревать планеты изнутри

▪ Измерено время существования свободного нейтрона

▪ Прорыв в криомикроскопии

▪ Пловец с хвостом дельфина

▪ Чем больше пыли, тем теплее

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Параметры, аналоги, маркировка радиодеталей. Подборка статей

▪ статья Не хочу быть шутом ниже у Господа Бога. Крылатое выражение

▪ статья Как проходили и чем закончились Пунические войны? Подробный ответ

▪ статья Свида серебристая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Сабвуфер для дома, для семьи. Общие сведения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Русские пословицы и поговорки. Большая подборка

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025