Dispositivo di protezione del distacco del carico. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Il dispositivo di disconnessione del carico di protezione è progettato per monitorare la tensione in una rete elettrica monofase e disconnettere il carico quando la tensione scende al di sotto della tensione nominale, la tensione aumenta al di sopra della tensione nominale o picchi di tensione nella rete con un'ampiezza superiore al limiti normali.

Il dispositivo di sezionamento del carico residuo (UZON) è costituito da due stadi di protezione. Il primo stadio di protezione garantisce che il carico sia collegato alla rete elettrica se la sua tensione rientra nei limiti specificati (ad esempio ±10%). Se la tensione di rete è al di fuori dei limiti inferiore o superiore, il carico viene scollegato dalla rete. L'accensione successiva (quando la tensione di rete è normalizzata) avviene con un ritardo regolabile rapidamente.

In caso di picchi o buchi ricorrenti della tensione di rete (ad es. cortocircuiti del vento sui cavi elettrici) può essere necessario un ritardo di attivazione.

Il secondo stadio di protezione serve a disconnettere sia il carico che il primo stadio in caso di diminuzione significativa (1,5-2 o più volte) o superamento della tensione di rete nominale. Il secondo stadio collega il primo stadio alla tensione di rete quando quest'ultima raggiunge un valore sicuro per il funzionamento del primo stadio. Il secondo stadio è alimentato da una cella galvanica.

La base dell'UZON è un circuito integrato specializzato (vedi figura); i blocchi in esso contenuti sono delimitati da una linea tratteggiata. Tutti gli UZON possono essere montati sotto forma di adattatore o integrati in una presa di corrente.

(clicca per ingrandire)

La prima fase di protezione contiene i seguenti blocchi:

• alimentatore secondario I, che alimenta i blocchi UZON;
• comparatore soglia superiore IV;
• comparatore di soglia inferiore V;
• logica di controllo (DD4-DD9);
• convertitore di tensione CC step-up VI;
• sorgente di tensione esemplificativa VII;
• timer VIII, fornendo il ritardo necessario;
• chiave dell'optotiristore (VD10), che fornisce la connessione del carico.

Il secondo stadio di protezione contiene: comparatore di soglia superiore II; comparatore di soglia inferiore III; circuito logico di controllo (DD1-DD3); indicatore di tensione HL1; relè K1, che collega la tensione di rete al primo stadio.

Il primo stadio di protezione attiva il carico se la tensione di alimentazione rientra nei limiti richiesti (ad esempio ±10%). Le soglie inferiore e superiore possono essere impostate rigidamente (si presuppone che la base del dispositivo sia un circuito integrato) o regolate entro determinati limiti (in questo caso è necessario prevedere pin aggiuntivi per il collegamento dei resistori di trimming, questo non è mostrato nella figura figura). I comparatori di limite superiore e inferiore IV e V (e II e III) invertono i trigger di Schmitt basati su amplificatori operazionali a micropotenza ad alimentazione singola. Se la tensione di ingresso (Uin) supera la tensione di riferimento (Uop), la tensione di uscita del comparatore è vicina al potenziale di terra. La tensione di ingresso (Uin) per i comparatori è la tensione prelevata dal sensore di corrente T1, che viene raddrizzata dal ponte a diodi VD4 e filtrata mediante il condensatore C2.

Se la tensione di rete è inferiore alla soglia inferiore o superiore alla soglia superiore, interviene il comparatore della soglia superiore IV (se maggiore) o della soglia inferiore V (se inferiore). In ognuno di questi casi, l'uscita dell'elemento DD5 (2I-NOT) passa dal log "0" al log "1". Assumiamo che il circuito logico di controllo sia realizzato su elementi CMOS (per ridurre il consumo energetico), pertanto la tensione di uscita dei comparatori, corrispondente al livello log "1", deve essere almeno 2/3 della tensione litanica Upit1.

Attraverso gli inverter DD6 e DD7, una caduta di tensione positiva imposterà il D-flip-flop DD9 allo stato singolo. Il registro "0" sull'uscita inversa del trigger DD9 chiuderà il transistor MOS VT2, che controlla l'interruttore optotiristore VD10, e il carico verrà disconnesso dalla rete. Allo stesso tempo, il registro "1" all'uscita diretta del trigger abiliterà il funzionamento del timer VIII, e inizierà a contare l'intervallo di tempo, la cui durata è determinata dalla costante di tempo t=R6C5; può essere regolato con il resistore variabile R6. Come timer, è possibile utilizzare, ad esempio, un generatore di impulsi rettangolare con un contatore binario (è necessario fornire un circuito di ripristino del timer quando si accende l'alimentazione). Al termine del conteggio dell'intervallo di tempo, sull'uscita del timer apparirà un impulso di registro "1" (Um). Se durante il conto alla rovescia la tensione nella rete si è normalizzata, questo impulso passerà attraverso l'elemento DD1 (al secondo ingresso del quale, quando la tensione di rete sarà normalizzata, ci sarà un registro "8") e ripristinerà il trigger DD1 su lo stato zero. Il transistor VT9 si aprirà, l'interruttore optotiristore VD2 collegherà il carico alla rete, il livello di registro "10" stabilito sull'uscita diretta del trigger impedirà il funzionamento del timer VIII.

Se la tensione nella rete non si è normalizzata, l'ingresso superiore dell'elemento DD8 avrà un log "0" e l'impulso di azzeramento non passerà all'ingresso del trigger DD10, ma passerà all'ingresso di reset (non mostrato nello schema) del timer, e quest'ultimo inizierà a contare i ritardi di un nuovo intervallo di tempo. Ciò continuerà finché la tensione nella rete non tornerà alla normalità. La catena R5C4 imposta il trigger DD9 al suo stato iniziale zero quando viene accesa la fonte di alimentazione secondaria I. La catena R4C3 non consente impulsi troppo brevi (la cui energia non rappresenta un pericolo per il carico) all'ingresso del trigger causato da interferenze o sovratensioni nella rete di alimentazione. Modificando la capacità del condensatore esterno C3, è possibile modificare la sensibilità del dispositivo.

Se la tensione di rete aumenta o diminuisce in modo significativo, rappresenta un pericolo non solo per il carico, ma anche per la fonte di alimentazione secondaria I (nonché per l'intero primo stadio di protezione). Un secondo stadio di protezione è previsto per proteggere il carico e il primo stadio. La base del secondo stadio di protezione è un indicatore di scarica di gas (o LED integrato con elementi ausiliari incorporati), in cui la lunghezza dell'area luminosa è direttamente proporzionale alla tensione applicata. Con un aumento significativo della tensione di rete, la colonna luminosa raggiunge l'apertura del fotodiodo VD2, il comparatore del limite superiore viene ripristinato sul log "0", il log "2" appare all'uscita dell'elemento DD2 (1I-NOT) e log "3" appare all'uscita dell'inverter DD0. . Il MOSFET VT1 si chiude, i contatti del relè K1 si aprono, togliendo la tensione di rete al primo stadio.

Il secondo stadio di protezione è alimentato da un convertitore di tensione step-up VI. Il suo ingresso è alimentato con tensione dallo stabilizzatore parametrico R3VD6 o dall'elemento galvanico G1. L'isolamento viene effettuato dai diodi VD5 e VD7. Quando la tensione di rete diminuisce in modo significativo, il comparatore del limite inferiore viene impostato su log "1", log "1" appare sull'uscita dell'inverter DD0, log "2" appare sull'uscita dell'elemento DD1 e log "3" appare su l'uscita dell'inverter DD0. Il relè K1 scollega la tensione di rete dal primo stadio. Pertanto, la fonte di alimentazione secondaria I funziona in modalità leggera, i requisiti per essa sono ridotti e con l'attuale livello di tecnologia può essere di piccole dimensioni. Spostando i fotodiodi VD2 e VD3 lungo il corpo dell'indicatore è possibile modificare le soglie di risposta dei comparatori di limite superiore e inferiore. La catena R2C1 non consente il passaggio di brevi impulsi all'uscita dell'elemento DD3.

Il dispositivo descritto può essere utilizzato per proteggere carichi sensibili alla tensione di alimentazione: frigoriferi, aspirapolvere, televisori, ecc.

Autore: VI Vasilenko

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