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:

Токсичность интернета преувеличена 07.01.2026

Социальные сети нередко воспринимаются как арена постоянной агрессии, оскорблений и распространения фейковой информации. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что реальность значительно отличается от популярного представления: интернет гораздо менее токсичен, чем многие пользователи считают. Ученые опросили более тысячи американцев, попросив их оценить долю пользователей соцсетей, которые ведут себя агрессивно или распространяют ненависть. Оказалось, что впечатления людей сильно преувеличивают масштабы проблемы. Например, респонденты считали, что почти половина пользователей Reddit хотя бы раз оставляла оскорбительные комментарии, тогда как фактические данные платформы показывают, что таких людей не более 3%. Аналогичная ситуация наблюдается с дезинформацией. Опрос показал, что большинство участников считали почти половину аудитории Facebook распространителями фейковых новостей, однако статистика говорит об обратном: фактическая доля таких пользователей состав ...>>

Процессоры Ryzen AI 400 07.01.2026

Современные вычисления все больше ориентируются на интеграцию искусственного интеллекта и высокую производительность в компактных устройствах, таких как ноутбуки и мини-ПК. Новая линейка процессоров AMD Ryzen AI 400 демонстрирует, как разработчики объединяют мощные центральные ядра, графику и нейросетевые ускорители в одном чипе, чтобы удовлетворять растущие потребности пользователей в играх, контенте и ИИ-приложениях. AMD представила процессоры серии Gorgon Point, которые включают до 12 ядер Zen 5 и до 24 потоков вычислений. Чипы поддерживают интегрированную графику RDNA 3.5, обеспечивают максимальную тактовую частоту до 5,2 ГГц и имеют энергопотребление от 15 Вт до 54 Вт. Особое внимание уделено NPU, способному обрабатывать до 60 триллионов операций в секунду (TOPS), что делает эти процессоры эффективными для задач с искусственным интеллектом. Конструкция Ryzen AI 400 сочетает ядра Zen 5 и Zen 5c, обеспечивая высокую гибкость и производительность. Несмотря на то, что архитектур ...>>

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Случайная новость из Архива Деревянный чип 06.06.2015 Исследователи из Висконсинского университета в Мадисоне и Министерства сельского хозяйства США разработали микросхему, в котором подложка, на которой располагаются полупроводниковые транзисторы, выполнена из целлюлозы - вещества, добываемого путем переработки древесины (из целлюлозы также производится бумага). Как рассказал руководитель проекта, профессор по электротехнике Чжэньцян Ма (Zhenqiang Ma), на подложку в чипе приходится основной объем материала. Поэтому исследователи говорят о разработке чипа, "практически целиком состоящего из дерева". Целлюлозные волокна, которые удалось получить исследователям, обладают необходимой прочностью для размещения на них транзисторов. Однако поверхность материала не является достаточно ровной для этой цели. Более того, целлюлоза хорошо впитывает влагу из окружающего воздуха и в результате этого набухает - что непременно приведет к разрушению микросхемы. Для того чтобы сделать целлюлозу пригодной для использования в качестве подложки, группа исследователей нанесла на нее эпоксидный состав. Это помогло решить обе проблемы сразу - и проблему неровной поверхности, и проблему набухания, рассказал Ма. "Главное преимущество целлюлозного волокна над полимерами заключается в том, что оно изготавливается из растительных материалов, тогда как большинство других полимеров - из нефтепродуктов. Биополимеры безопаснее для окружающей среды, они подвержены быстрому гниению и легко перерабатываются", - пояснил руководитель проекта. Помимо применения нового материала в качестве подложки в чипе, исследователи продемонстрировали способ размещения на целлюлозной подложке гораздо большего числа транзисторов по сравнению с традиционными технологиями полупроводниковой промышленности. В частности, на подложку площадью 30 кв. м исследователи смогли поместить 1,5 тыс. транзисторов, изготовленных из арсенида галлия, тогда как обычно на такую площадь помещается лишь от восьми до 40 транзисторов. По словам участников проекта, данный способ позволяет значительно сократить объем скапливающегося на Земле токсичного электронного мусора.

Другие интересные новости:

▪ Передовые SSD-накопители от Intel

▪ Электробайк с рекордным запасом хода

▪ Топологические изоляторы - основа лазеров

▪ Автомобили Volkswagen с проецированием информации на дорогу

▪ Новая система улавливания углекислого газа

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Личный транспорт: наземный, водный, воздушный. Подборка статей

▪ статья Дела давно минувших дней, преданья старины глубокой. Крылатое выражение

▪ статья Что делает закат таким прекрасным? Подробный ответ

▪ статья Функциональный состав телевизоров Tamashi. Справочник

▪ статья Малогабаритная радиостанция. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Электрооборудование и электроустановки общего назначения. Кабельные линии. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026