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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Самолеты и погода 18.09.2011 Как показали исследования, проведенные американскими метеорологами из университета штата Колорадо, самолеты могут изменять погоду над аэропортами. Данные собраны в шести обычных аэропортах мира и над аэродромом одной из исследовательских станций в Антарктиде. Как винтомоторные, так и реактивные самолеты, проходя через облака при взлете или посадке, могут пробивать в облачном слое "дыру", вызывая выпадение из облака дождя или снега. Чаще всего так бывает в средних и высоких широтах. Если летательный аппарат не сразу поднимается выше облаков, а какое-то время летит в их слое, может получиться "канал" длиной до 100 километров. Разрывы в облаках держатся до пяти часов. Обычные аэропланы дают такой эффект в 6% случаев, а реактивные - в 2-3%.

Другие интересные новости:

▪ Материал в 10 раз прочнее стали

▪ Обоняние поможет диагностировать состояние мозга

▪ Портативный аккумулятор Baseus 180 000 мА

▪ Интеллект пылесосов

▪ Оптоволоконное коммутационное оборудование сверхвысокой плотности

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Культурные и дикие растения. Подборка статей

▪ статья Все трын трава. Крылатое выражение

▪ статья Какой президент ездил на гангстерском автомобиле? Подробный ответ

▪ статья Начальник отдела подсобного сельского хозяйства. Должностная инструкция

▪ статья Цветомузыкальные установки, гирлянды. Справочник

▪ статья Регулятор напряжения велогенератора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026