Защита оборудования от колебаний напряжения в электросети

Современная электронная аппаратура с импульсными источниками питания может работать в очень широких пределах колебания напряжения в электросети. Но такие приборы, как холодильник, кондиционер, стиральная, посудомоечная машина, микроволновая печь более требовательны к стабильности напряжения в сети. Уже отклонение напряжения от нормы всего на 10% для некоторых из них крайне не желательно,

а такие провалы и выбросы, которые иногда в сельской местности достигают 30% и более от номинала могут привести к повреждению аппаратуры. Причем это касается не только повышения напряжения но и понижения. Например, при пониженном напряжении питания электродвигатель компрессора холодильника или стиральной машины может остановиться. При этом резко возрастет ток через его обмотки,   что может привести к его возгоранию. Крайне не желательно и превышение напряжения питания

На рисунке приведена схема защитного устройства, которое следит за напряжением в сети, и если его величина выходит за установленные пределы отключает нагрузку. При этом загорается один из двух индикаторных светодиодов, показывающих что именно произошло, - превышение или принижение сетевого напряжения. И происходит отключение потребителя Включение потребителя может быть сделано вручную, нажатием кнопки S1 или автоматически. Автоматический режим включается выключателем S2 (когда он включен подключение потребителя после того как напряжение приходит в норму происходит автоматически)

Схема постоянно питается от электросети через понижающий трансформатор Т1. Включение и выключение потребителя

осуществляется с помощью электромагнитного реле с контактами на ток до 40А

Датчиком сетевого напряжения является выпрямитель на диоде VD1 и конденсаторе С1. А так же. делители напряжения на резисторах R1-R4. Может показаться странным что вся схема питается от трансформатора, а контрольное напряжение снимается непосредственно с электросети. К такому решению пришлось придти потому что при включении и выключении реле происходит существенное изменение напряжения на выходе маломощного трансформатора и выпрямителя. Связанно это с относительно большим током потребления данного типа репе.    Когда   реле  включается происходит

снижение напряжение на вторичной обмотке Т1, а при выключении реле - повышение. Даже если питать реле через стабилизатор сути дела это не меняет, так как стабильным будет напряжение на реле, а напряжение на вторичном выпрямителе будет изменяться. Это изменение может привести к погрешности в работе схемы, если контрольное напряжение снимать со вторичной обмотки трансформатора, и даже к зацикливанию схемы переводя её в автоколебательный режим работы

Поэтому датчик уровня напряжения подключен непосредственно к сети.

Работает датчик следующим образом.VD1-С1 представляет собой выпрямитель На его выходе будет постоянное напряжение, пропорциональное переменному напряжению в сети. Резисторы R1-R4 представляют собой два подстраиваемых делителя напряжения. Напряжения с них поступают на два компаратора на микросхеме А1. Один компаратор срабатывает на понижение напряжения, а другой на повышение. Опорное напряжение на компараторы поступает от общего делителя на резисторах R5-R7, питающимся от стабилизатора А2. Подстроенными резисторами R3 и R4 устанавливают в котором напряжение считается нормальным и безопасным для потребителя (например, можно установить от 200V до 240V) Пока напряжение находится в этих пределах на выходах компараторов А1.1 и А1.2 имеются логические единицы. Это никак не влияет на триггеры, выполненные на элементах микросхемы D1,    и установленные в момент вклю-

Схемы источники питания

Защита оборудования от колебаний напряжения в электросети

чения питания зарядным током конденсатора С4 в единичное состояние они держат ключ на транзисторах VT3-VT4 открытым. При этом контакты реле К1 замкнуты и через них поступает напряжение на потребитель.

Если напряжение выходит за пределы установленного интервала, то на выходе одного из компаратора появляется логический ноль. Это приводит к переключению одного из триггеров в нулевое положение Открывается один из диодов VD2 или VD3 и шунтирует базовое напряжение транзистора VT3. Напряжение на базе VT3 падает и ключ VT3-VT4 закрывается, а реле К1 отключает потребителя При этом со второго выхода переключившегося триггера единица поступает на один из ключей VT1 или VT2 и соответственно загорается либо HL1 либо HL2

Если включен S2 (автоматический режим), то после того как напряжение приходит к норме, то есть, после того как на выходах обоих компараторов установятся логические единицы открывается транзистор VT5. который возвращает триггеры в исходное положение Если S2 выключен (ручной режим) вернуть триггеры в исходное положение и включить потребитель можно нажатием кнопки S1

При налаживании нужно пользоваться автотрансформатором типа ЛАТР или аналогичным, позволяющим регулировать переменное напряжение. С его помощью напряжение понижают и повышают до необходимых предельных значений, и соответственно регулируют точки срабатывания резисторами R3 и R4 наблюдая за логическими уровнями на выходах компараторов

Детали. Конденсатор С1 должен быть на напряжение не ниже 360V. Остальные конденсаторы - на напряжение не ниже указанного на схеме. Трансформатор Т1 взят от сетевого адаптера 8-битной игровой приставки На выходе мостового выпрямителя получается постоянное напряжение 10V Максимальный ток 350 мА. Его можно заменить любым другим трансформатором с аналогичными параметрами (по току может быть от 150 мА и выше)

Выпрямительные диоды 1N4004 можно заменить любыми другими Причем, диоды моста VD5-VD8 могут быть на любое напряжение начиная с 15V, максимальный прямой ток не ниже О.ЗА, а диод VD1 должен быть на напряжение не ниже 360V.

8 данной схеме используется микросхема LM393 содержащая два компаратора. В принципе можно использовать практически любые другие компараторы, а так же. можно использовать операционные усилители, включенные в режиме компаратора Резисторы R6 и R8 нужны только в том случае, если выходы компараторов сделаны как у LM393. - по схеме с открытым коллектором

Микросхему К561ЛА7 можно заменить на К176ЛА7 или CD4011. Или же можно использовать микросхему К561ТМ2 используя её два D-RS-триггера в режиме RS (входы D и С соединить с общим минусом питания) Возможно использовать так же и микросхему ТТЛ или ТТЛ-КМОП логики, так как здесь напряжение 5V, что подходит для ТТЛ или ТТЛ-КМОП.

Тип реле К1 зависит от максимальной мощности нагрузки. При мощности до 200W можно использовать реле КУЦ-1 от старых отечественных телевизоров. В данной схеме используется реле с обмоткой на 12V и током контактов 40А С таким реле максимальная мощность нагрузки 8000W Реле с обмоткой на 12V питается от источника напряжением 10V, которое кроме того при включении реле «проседает» до 8,5V Но это в данном случае даже хорошо. Большинство реле с обмотками на 12V уверенно срабатывают при напряжении 8V. а держат контакты до снижения до 5-6V. Репе, указанное на схеме при питании обмотки напряжением 12V немного нагревается, но при более низком напряжении 8.5-10V нагрева нет вообще, а срабатывает уверенно.

Светодиоды HL1 и HL2 - любого типа

Интегральный стабилизатор А1 типа 78L05 можно заменить любым интегральным стабилизатором на выходное напряжение 5-6V. Можно так же заменить его типовой схемой параметрического стабилизатора на транзисторе, стабилитроне и резисторе.

Транзисторы КТ3102 - любые маломощные транзисторы п-р-п общего применения, например. КТ315. Транзистор КТ815А можно заменить любым КТ815. КТ817. КТ604

Быстродействие схемы зависит от емкости конденсатора С1 Но слишком сильно его емкость снижать тоже нельзя, так как это приведет к пульсациям контрольного напряжения и ошибкам в работе схемы вследствие этого.

-

Лыжин Р.

Рейтинг@Mail.ru
Яндекс.Метрика

Источник: Радио-конструктор 6 за 2012 год

Защита оборудования от колебаний напряжения в электросети

Очень популярный журнал для радиолюбителей и профессионалов, рассматривающий вопросы радиолюбительского конструирования и ремонта электронной техники.

Радио-конструктор 6 за 2012 год 
Защита оборудования от колебаний напряжения в электросети