Устройство защиты электропотребителей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

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

 Комментарии к статье

Вопрос защиты питаемых устройств от недопустимых отклонений напряжения питающей сети остается актуальным. Устройство, описанное в [1], простое, но не обеспечивает подачу питающего напряжения после исчезновение аварийной ситуации в сети. Устройство, описанное в [2], лишено этого недостатка, однако реле, включенное для управления симистором, требует трансформатора для питания устройства. Это затрудняет повторение конструкции в нескольких экземплярах, а примененный способ управления симистором не позволяет подключать, например, звуковоспроизводящую аппаратуру, так как возможно появление фона с частотой сети.

Предлагаю устройство, которое выполнено без электромагнитных реле и моточных узлов. Оно обеспечивает отключение нагрузки от сети при превышении питающего напряжения выше 220-240 В и при уменьшении напряжения ниже установленного 160-220 В. Устройство разрабатывалось для защиты достаточно мощных потребителей (телевизор, холодильник, электроинструмент и др.), мощностью до 2 кВт. Схема устройства показана на рис.1.

(нажмите для увеличения)

Питается устройство через гасящую цепь С1, С2, R1 от выпрямителя VD1, VD2 и стабилизатора VD4, VD5. Цепи питания схемы управления и управляющего электрода (УЭ) симистора VS1 разделены диодом VD6 для уменьшения влияния последнего на схему управления. Так как питается устройство через гасящую цепь, то напряжение на конденсаторе С3 при включении в сеть нарастает значительно медленнее, чем, например, в источнике питания с трансформаторным входом. Это обстоятельство приводит к тому, что в микросхеме DD2 проявляется тиристорный ключевой режим с фиксацией состояния [3, с.243, 244]. Для устранения этого эффекта микросхема DD2 питается через токоограничительный резистор R17.

На элементах DD1.1, DD1.2 и DD1.3, DD1.4 собраны триггеры Шмитта (ТШ), на элементах DD2.3, DD2.4 - генератор импульсов, на элементах DD2.1, DD2.2 одновибратор, задающий задержку на включение. Транзисторы VT1 и VT2 входные усилители. Каскад на VT1 и ТШ DD1.1, DD1.2 образуют канал контроля минимального предела напряжения, VT2 и ТШ DD1.3, DD1.4, VT3 - канал контроля максимального предела напряжения.

Через диод VD3 и резисторы R2-R5 отрицательные полупериоды сетевого напряжения подаются на входы каналов контроля напряжения. Они усиливаются каскадами на VT1 и VT2. В каскаде на VT1 усиленное напряжение сглаживается конденсатором С6.

При нормальном сетевом напряжении, величина которого находится между нижними и верхними установленными пределами, напряжение на коллекторе VT1 выше порога срабатывания ТШ DD1.1, DD1.2, поэтому на выводе 3 DD1.2 присутствует высокий уровень и не влияет на работу одновибратора. На выводах 8,9 DD2.1 и на выводе 11 DD2.2 - высокие уровни. Уровень лог."1" на выв.2 DD2.3 разрешает работу генератора DD2.3, DD2.4. Генератор вырабатывает короткие импульсы с частотой 10 кГц, которые через усилитель на VT4 подаются на УЭ симистора VS1. При этом через симистор ток протекает в нагрузку.

Применение внешнего генератора для управления симистором позволило уменьшить уровень помех, возникающих при открывании последнего.

В зависимости от величины сетевого напряжения на коллекторе VT2 присутствуют положительные полуволны (или отсутствуют). Если их амплитуда недостаточна для срабатывания ТШ DD1.3, DD1.4, на выводе 4 DD1.4 будет уровень лог."0", транзистор VT3 закрыт и не оказывает влияния на работу одновибратора.

При превышении сетевым напряжением установленного порога уровень импульсов на коллекторе VT2 достигает порога срабатывания ТШ DD1.3, DD1.4. Из полуволн формируются положительные импульсы, которые через VT3 воздействуют на одновибратор. Каждый импульс перезапускает одновибратор.

Во время отработки одновибратором DD2.1, DD2.2 задержки на включение, которая зависит от емкости конденсатора С10, на выводе 11 DD2.2 присутствует лог."0" и запрещает работу генератора, импульсы на УЭ VS1 не поступают, и нагрузка отключена от сети. При колебаниях напряжения в сети около максимального предела амплитуда импульсов на коллекторе VT2 может быть нестабильна, следовательно, на выходе ТШ DD1.3, DD1.4 частота импульсов также неустойчива, возможны даже одиночные импульсы. При этом нагрузка остается отключенной от сети, так как даже одиночный импульс, появившийся в течение времени задержки на включение, задаваемой одновибратором, перезапускает одновибратор, и задержка формируется вновь.

При уменьшении напряжения сети ниже уровня минимального предела уровень напряжения на коллекторе VT1 становится ниже порога срабатывания ТШ DD1.1, DD1.2, и на выводе 3 DD1.2 появляется уровень лог."0", который запускает одновибратор, генератор прекращает работу, и нагрузка отключается от сети. Поскольку на одновибратор действуют не импульсы, а постоянный уровень (лог."0"), то формирование времени задержки начинается после превышения напряжением сети порога минимального предела. Тогда ТШ DD1.2, DD1.3 переключается в состояние лог."1", и начинается формирование времени задержки на включение, по истечении которого нагрузка подключается к сети.

Конденсатор С6 несколько уменьшает скорость реагирования устройства на уменьшение напряжения, но уменьшение напряжения для нагрузки менее опасно, чем его повышение.

При включении устройства в сеть нагрузка подключается с задержкой, задаваемой одновибратором. Начальный запуск одновибратора обеспечивается обоими каналами контроля. При напряжении, близком минимальному, но превышающим его, запуск одновибратора обеспечивается конденсаторами С6 и С8. При этом на выводе 3 DD1.2 первоначально присутствует уровень лог."0" и задерживает отсчет паузы одновибратором. При достижении напряжением на С6 и С8 порога срабатывания ТШ DD1.1, DD1.2 последний переключается в состояние лог."1", и начинается формирование времени задержки включения одновибратором.

При более высоком напряжении конденсатор С6 заряжается быстро, так как VT2 работает уже в режиме насыщения, поэтому применен конденсатор С8 для удержания ТШ DD1.1, DD1.2 в нулевом состоянии до окончания нарастания напряжения питания (на С3). При напряжении сети, близком к минимальному, время подключения нагрузки к сети несколько увеличивается за счет более медленной разрядки конденсатора С6.

При более высоком напряжении сети уже появляются импульсы на коллекторе VT2. В момент, когда напряжение питания устройства (на С3) еще не достигло номинального, порог переключения ТШ ниже, чем в установившемся режиме, поэтому из импульсов на коллекторе VT2 формируются импульсы ТШ DD1.3 и DD1.4, и осуществляется запуск одновибратора параллельно с ТШ DD1.1, DD1.2.

При нарастании напряжения питания, после включения устройства в сеть, еще до начала работы одновибратора, генератор DD2.3, DD2.4 может сформировать несколько импульсов, их амплитуда ниже, чем в установившемся режиме, но достаточна для работы импульсного усилителя VT4 и управления симистором. Для исключения влияния этих импульсов при включении, порог включения каскада на VT4 повышен вследствие применения стабилитрона VD9.

Указанные решения позволили исключить даже кратковременное появление напряжения на нагрузке при включении в сеть до истечения времени задержки на включение в диапазоне от минимального до максимального установленных пределов напряжения сети. Гистерезис для обоих каналов контроля составляет 2-3 В. В канале минимального предела при напряжении 160-170 В гистерезис увеличивается до 4-5 В.

Канал минимального предела необходим в основном для установок, содержащих электродвигатель, так как электронные устройства содержат, если это необходимо для безаварийной работы, узлы, отключающие устройство или его часть при снижении напряжения сети ниже установленного, например, модуль питания телевизоров. В установках, содержащих электродвигатель, необходимо с помощью ЛАТРа определить минимальный предел напряжения, при котором еще обеспечивается надежный запуск двигателя и не происходит его остановка при максимальной нагрузке на валу. Если такой возможности нет, то минимальный предел напряжения устанавливают из паспортных данных на установку. Указанный канал можно использовать и с другими устройствами.

Если отключение при минимальном напряжении не требуется, то элементы R2, R4, R7, R8, R11, C6, VT1 можно не устанавливать, а левый по схеме вывод R13 соединить с точкой подключения эмиттера VT1.

Поскольку симистор управляется импульсами с высокой частотой, то к устройству можно подключать установки с коллекторным двигателем, например, электродрель и др.

Параметры цепей питания устройства рассчитаны так, что допускается подача на вход устройства напряжения до 380 В. Поэтому замена стабилитронов VD4, VD5 одним не желательна, и они должны быть обязательно в металлических корпусах. Рабочее напряжение конденсаторов С1, С2, С11 не менее 630 В. Микросхему DD1 можно заменить на К561 ЛА7. Конденсаторы С8, С10 типа К53 или аналогичные.

Стабилитрон VD9 может быть с напряжением стабилизации 6,8-8,2 В. Симистор VS1 с классом по напряжению не ниже 6. Сопротивление резистора R14 должно быть в пределах 510 кОм - 1 МОм. При этом заметного влияния на порог включения-выключения канала максимального предела не происходит. Резисторы R6, R7 типа СП-5. Каскад на VT4 обеспечивает управление симистором, у которого сопротивление между УЭ и выводом 1 более 40 Ом. При применении симистора с меньшим сопротивлением (что означает с большим током управления) нужно уменьшить сопротивление резистора R24 до 150-160 Ом.

Возможно применение и других симисторов, у которых сопротивление вывод 1-УЭ более 40 Ом. Но применяя симисторы с сопротивлением, близким к 40 Ом, следует учитывать и температуру окружающей среды, при которой будет работать устройство, так как с понижением температуры ток управления возрастает и возможно более позднее открывание симистора (относительно начала полупериода), причем для разных полуволн напряжения этот процесс неодинаков.

Симистор устанавливают на радиатор с площадью

S=0,12Рн см2,

где Рн - мощность нагрузки, Вт. Это обеспечивает температуру радиатора 69° С при окружающей температуре 20-25° С.

Вариант разводки печатной платы показан на рис.2, расположение элементов на рис.3.

Налаживание устройства сводится к установке требуемых порогов выключения нагрузки и времени задержки на включение. Исходное состояние резистора R6 - минимальное сопротивление, R7 - максимальное. На время налаживания емкость конденсатора С10 выбирают в пределах 10-22 мкФ, а вместо нагрузки включают лампу накаливания.

При налаживании необходимо учитывать, что устройство гальванически связано с сетью.

Для выбора порога выключения в канале минимального предела нужно установить с помощью ЛАТРа на выходе устройства минимальное (для используемой нагрузки) напряжение и регулировкой R7 добиться отключения нагрузки от сети. Вращать R7 нужно медленно, так как из-за наличия емкостей С6 и С8 при быстром вращении R7 можно получить завышенный порог срабатывания.

При регулировке канала максимального предела устанавливают требуемое максимальное напряжение на входе и регулировкой R6 добиваются отключения нагрузки. Затем проверяют работу устройства при изменении входного напряжения. Если необходимо, корректируют пороги отключения в каналах. При увеличении сопротивления резисторов R6 и R7 отключение нагрузки происходит при меньших входных напряжениях. Изменяя емкость С10, подбирают требуемое время задержки на включение. Ориентировочно время задержки (с) t=R18С10, где R18 - сопротивление (в Ом); С10 - емкость (в Ф). При R18=270 кОм, С10=220 мкФ время задержки составляет примерно 1 мин.

При использовании в качестве нагрузки коллекторных двигателей проверяют устойчивость работы устройства в условиях помех, создаваемых двигателем. Если происходит отключение от помех (при нормальном напряжении в сети), то необходимо увеличить С7 на 200-1000 пФ (определяют опытным путем). Не следует чрезмерно увеличивать емкость конденсатора С7, так как это отразится на времени отключения при резком повышении напряжения в сети.

При отсутствии ЛАТРа на вход устройства можно подать напряжение с регулятора (рис.4). В этом случае нагрузку к розетке XS1 не подключают, а контроль при настройке ведут вольтметром или осциллографом на выводе 11 DD2. Уровень "0" соответствует отключению, а уровень "1" - подключению нагрузки к сети. При использовании осциллографа контроль можно вести и по наличию импульсов управления на коллекторе VT4. Методика настройки не отличается от описанной выше.

В схеме на рис.4 трансформатор T1 любой на 220 В с вторичной обмоткой на напряжение UII=30+ΔUI, где UII - напряжение вторичной обмотки T1; ΔUI - минимальное падение напряжения на первичной обмотке T2 при R=0. Трансформатор T1 должен иметь несколько вторичных обмоток, тогда при регулировке устройства можно более точно установить напряжение, включая нужное количество обмоток, и при этом потребуется резистор R с меньшим диапазоном изменения сопротивления.

Трансформатор T2 может быть на 220 В, но лучше иметь сетевую обмотку с отводом на 110-127 В. Напряжение на вторичной обмотке 20-30 В.

Резистор R - проволочный мощностью 25-50 Вт сопротивлением 20-50 Ом. Лампа VL1 мощностью 25-40 Вт. При больших мощностях лампы требуется и большая мощ4.сирность резистора R. Конкретные параметры элементов схемы уточняют экспериментально в зависимости от имеющихся в распоряжении. Наличие трансформатора T2 обеспечивает гальваническую развязку от сети резистора R и безопасность при регулировке.

При подключенной нагрузке к устройству и закрытом симисторе нагрузка остается подключенной к сети через цепь С11R21. Особенно это нежелательно при подключении маломощного трансформатора, так как индуктивность обмотки и цепь С11R21 образуют последовательный контур. Это при определенных условиях (при минимальной нагрузке трансформатора или при попадании на вход устройства повышенного напряжения из сети) может привести к превышению рабочего напряжения сетевой обмотки трансформатора. Поэтому следует определить экспериментально возможность подключения к устройству маломощной нагрузки.

Для этого маломощную нагрузку включают в сеть через конденсатор емкостью 0,1 мкФ и измеряют напряжение на ней. Умножают измеренное значение на 1,7. Если полученное напряжение не является опасным, а пониженное напряжение (при питании через конденсатор) не создает нежелательных режимов для нагрузки, то такую нагрузку можно подключать к устройству.

Если нагрузка содержит трансформатор питания, то ее включают в сеть поочередно через конденсатор емкостью 0,01; 0,05; 0,1 мкФ, чтобы из-за резонанса напряжение на обмотке трансформатора не превысило максимально допустимого при напряжении в сети 220 В. Если этого не происходит, то далее определяют возможность устройства для защиты, как описано выше.

Описанное устройство проверялось при совместной работе с холодильником, стационарным телевизором и звуковоспроизводящим комплексом. Телевизор имеет импульсный источник питания (не имеет трансформатора дежурного режима) и испытывался в обычном и дежурном режимах; в звуковоспроизводящем комплексе любой из источников включался совместно с усилителем. Никаких изменений в работе защищаемых устройств не обнаружено.

Литература:

1. Пакало А. Устройство защиты от перенапряжения // Радиолюбитель. -1997.-№10.-С.30.
2. Захарченко Г.В. Автомат защиты сети от экстремальных отклонений напряжения // Радiоаматор.-1999.-№2.-С38.
3. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т.3.-М.: Мир, 1993.-367 с.

Автор: А.Н. Каракурчи

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:

Преимущества апельсинового сока перед свежими фруктами 13.01.2025

Апельсиновый сок - один из самых популярных напитков во всем мире, ассоциируемый с пользой для здоровья и укреплением иммунитета. Однако ученые продолжают изучать, как его свойства соотносятся с эффектами употребления самих свежих апельсинов. Недавние исследования показали, что сок может обладать даже большими преимуществами для организма, чем цельные плоды. Апельсины известны высоким содержанием витамина C, который является важным элементом для поддержания иммунной системы. Кроме того, в их составе присутствуют каротиноиды и флавоноиды, которые оказывают антиоксидантное действие и помогают организму бороться с воспалительными процессами. Один средний апельсин покрывает суточную потребность организма в этом важнейшем витамине. Несмотря на это, исследователи Университета Хоэнхайма в Германии пришли к выводу, что апельсиновый сок может быть более полезным, чем сами плоды. Под руководством доктора Джулиана Ашоффа ученые изучали, как организм усваивает питательные вещества из свежих ...>>

Домашние устройства для майнинга и обогрева от Canaan Inc 13.01.2025

Компания Canaan Inc, лидер в производстве оборудования для майнинга криптовалют, представила два инновационных устройства - Avalon Mini 3 и Avalon Nano 3S. Эти новые модели открывают возможности для эффективной добычи биткоина в домашних условиях, предлагая при этом дополнительные функции, которые делают их привлекательными для широкого круга пользователей. Avalon Mini 3 выделяется своим уникальным подходом, объединяющим добычу криптовалюты и функцию обогрева. Устройство имеет хешрейт 37,5 Th/s, что позволяет эффективно добывать биткоин, а выделяемое тепло может использоваться для обогрева жилых помещений. Этот подход делает устройство двойного назначения особенно актуальным в холодное время года, помогая снизить затраты на электроэнергию. Управление установкой осуществляется через мобильное приложение, что делает ее использование удобным и интуитивным. Компания подчеркивает экологическую составляющую своего продукта. По словам представителей Canaan, Avalon Mini 3 способствует ум ...>>

Мозг сохраняет старые воспоминания, не вытесняя их новыми 12.01.2025

Новое исследование нейробиологов проливает свет на удивительный процесс, благодаря которому новые воспоминания не замещают старые. Ученые обнаружили, что в мозге млекопитающих процессы формирования новых воспоминаний и закрепления старых происходят в разные моменты, чередуясь во время медленной фазы сна. Хотя исследования проводились на мышах, ученые предполагают, что аналогичные механизмы действуют и у человека, что открывает перспективы лечения таких нарушений памяти, как деменция. Известно, что во время сна мозг активирует воспоминания, способствуя их закреплению. В этом процессе ключевую роль играет гиппокамп - структура мозга, которая воспроизводит воспоминания, передавая их для долгосрочного хранения в неокортекс. Активность гиппокампа можно отслеживать по так называемым резким мозговым волнам, которые сигнализируют о воспроизведении определенной информации. Однако долгое время оставалось загадкой, как мозг разделяет новые и старые воспоминания, чтобы избежать их смешивания. ...>>

Случайная новость из Архива Микросхема MSA66 мощного трехфазного усилителя для работы с электромоторами 20.01.2004 Фирма APEX MICROTECHNOLOGY выпустила микросхему мощного трехфазного усилителя для работы с электромоторами. Микросхема MSA66 работает с напряжениями питания от 10 до 80 В и может развивать непрерывный выходной ток до 5 А. Выпускается в корпусе DIP-34.

Другие интересные новости:

▪ Хранение водорода в жилых помещениях

▪ Однослойный сенсор распознает несколько одновременных прикосновений

▪ Двухсторонний прозрачный телевизор Raelclear

▪ Full-HD-смартфон Highscreen Alpha R с неделей автономной работы

▪ Спутниковый интернет для Африки

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Нормативная документация по охране труда. Подборка статей

▪ статья Вместо круга - шкурка. Советы домашнему мастеру

▪ статья Какая рыба самая большая в мире? Подробный ответ

▪ статья Коммерческий директор. Должностная инструкция

▪ статья Вечная спираль электронагревателя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Преобразователь полярности напряжения, 15 вольт 0,1 ампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025