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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Dispositivo di protezione elettrica del consumatore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Protezione delle apparecchiature dal funzionamento di emergenza della rete, gruppi di continuità La questione della protezione dei dispositivi alimentati da deviazioni inaccettabili della tensione di alimentazione rimane rilevante. Il dispositivo descritto in [1] è semplice, ma non fornisce tensione di alimentazione una volta scomparsa la situazione di emergenza nella rete. Il dispositivo descritto in [2] non presenta questo inconveniente, tuttavia il relè incluso per controllare il triac richiede un trasformatore per alimentare il dispositivo. Ciò rende difficile ripetere la struttura in più copie e il metodo utilizzato per controllare il triac non consente il collegamento, ad esempio, di apparecchiature per la riproduzione del suono, poiché alla frequenza di rete può apparire rumore di fondo. Offro un dispositivo realizzato senza relè elettromagnetici e unità di avvolgimento. Garantisce la disconnessione del carico dalla rete quando la tensione di alimentazione supera 220-240 V e quando la tensione scende al di sotto dei 160-220 V impostati. Il dispositivo è stato sviluppato per proteggere consumatori abbastanza potenti (TV, frigorifero, utensili elettrici, ecc. ), con potenza fino a 2 kW. Lo schema del dispositivo è mostrato in Fig. 1.
Il dispositivo è alimentato attraverso il circuito di spegnimento C1, C2, R1 dal raddrizzatore VD1, VD2 e dallo stabilizzatore VD4, VD5. I circuiti di potenza del circuito di controllo e l'elettrodo di controllo (CE) del triac VS1 sono separati dal diodo VD6 per ridurre l'influenza di quest'ultimo sul circuito di controllo. Poiché il dispositivo è alimentato tramite un circuito di spegnimento, la tensione sul condensatore C3, quando collegato alla rete, aumenta molto più lentamente rispetto, ad esempio, a una fonte di alimentazione con ingresso trasformatore. Questa circostanza porta al fatto che nel microcircuito DD2 appare una modalità di commutazione a tiristore con fissazione dello stato [3, pp. 243, 244]. Per eliminare questo effetto, il microcircuito DD2 è alimentato tramite un resistore limitatore di corrente R17. Gli elementi DD1.1, DD1.2 e DD1.3, DD1.4 contengono trigger di Schmitt (TS), gli elementi DD2.3, DD2.4 contengono un generatore di impulsi, gli elementi DD2.1, DD2.2 contengono un singolo vibratore che imposta il ritardo per l'accensione. I transistor VT1 e VT2 sono amplificatori di ingresso. La cascata su VT1 e TS DD1.1, DD1.2 forma un canale per il monitoraggio del limite di tensione minimo, VT2 e TS DD1.3, DD1.4, VT3 - un canale per il monitoraggio del limite di tensione massimo. Attraverso il diodo VD3 e i resistori R2-R5, agli ingressi dei canali di controllo della tensione vengono forniti semicicli negativi della tensione di rete. Sono amplificati da cascate su VT1 e VT2. Nella cascata su VT1, la tensione amplificata viene livellata dal condensatore C6. Alla normale tensione di rete, il cui valore è compreso tra i limiti inferiore e superiore impostati, la tensione sul collettore VT1 è superiore alla soglia operativa del TS DD1.1, DD1.2, pertanto è presente un livello alto al pin 3 della DD1.2 e non pregiudica il funzionamento del monovibratore. Ai pin 8,9 DD2.1 e al pin 11 DD2.2 ci sono livelli alti. Il livello logico "1" sul pin 2 di DD2.3 consente il funzionamento del generatore DD2.3, DD2.4. Il generatore produce brevi impulsi con una frequenza di 10 kHz, che vengono alimentati attraverso un amplificatore su VT4 all'UE del triac VS1. In questo caso, la corrente fluisce attraverso il triac verso il carico. L'utilizzo di un generatore esterno per il controllo del triac ha permesso di ridurre il livello di interferenza che si verifica all'apertura di quest'ultimo. A seconda dell'entità della tensione di rete, sul collettore VT2 sono presenti (o assenti) semionde positive. Se la loro ampiezza non è sufficiente per attivare il TC DD1.3, DD1.4, al pin 4 di DD1.4 ci sarà un livello di registro pari a "0", il transistor VT3 è chiuso e non influisce sul funzionamento dell'uno- dispositivo di sparo. Quando la tensione di rete supera la soglia impostata, il livello degli impulsi sul collettore VT2 raggiunge la soglia di intervento di TS DD1.3, DD1.4. Dalle semionde si formano impulsi positivi che agiscono sul monovibratore attraverso VT3. Ogni impulso riavvia il dispositivo one-shot. Mentre il DD2.1, DD2.2 one-shot elabora il ritardo di accensione, che dipende dalla capacità del condensatore C10, sul pin 11 del DD2.2 è presente un registro "0" che impedisce il funzionamento del generatore, gli impulsi non arrivano al VS1 UE e il carico è disconnesso dalle reti. Quando la tensione nella rete oscilla attorno al limite massimo, l'ampiezza degli impulsi sul collettore VT2 potrebbe essere instabile, quindi, all'uscita di TS DD1.3, DD1.4, anche la frequenza degli impulsi è instabile, anche singola gli impulsi sono possibili. In questo caso il carico rimane disconnesso dalla rete, poiché anche un solo impulso che appare durante il tempo di ritardo di accensione impostato dal one-shot riavvia il one-shot e il ritardo si ricostituisce. Quando la tensione di rete scende al di sotto del limite minimo, il livello di tensione sul collettore VT1 scende al di sotto della soglia di risposta del TS DD1.1, DD1.2 e sul pin 3 di DD1.2 viene visualizzato un livello di registro pari a "0", che attiva l'one-shot, il generatore smette di funzionare e il carico viene disconnesso dalla rete. Poiché il monostabile non è influenzato da impulsi, ma da un livello costante (log “0”), la formazione del tempo di ritardo inizia dopo che la tensione di rete supera la soglia limite minima. Quindi il TS DD1.2, DD1.3 passa allo stato di registro "1" e inizia la formazione di un tempo di ritardo di accensione, dopodiché il carico viene collegato alla rete. Il condensatore C6 riduce in qualche modo la velocità di risposta del dispositivo a una diminuzione della tensione, ma ridurre la tensione per il carico è meno pericoloso che aumentarla. Quando il dispositivo è connesso alla rete, il carico viene collegato con un ritardo impostato dal dispositivo one-shot. L'avvio iniziale del dispositivo one-shot è fornito da entrambi i canali di controllo. Ad una tensione vicina al minimo, ma superiore ad esso, l'avvio del singolo vibratore è assicurato dai condensatori C6 e C8. In questo caso al pin 3 di DD1.2 si ha inizialmente un livello di log pari a “0” e il one-shot ritarda il conteggio della pausa. Quando la tensione su C6 e C8 raggiunge la soglia di risposta del TS DD1.1, DD1.2, quest'ultimo passa allo stato log "1" e inizia la formazione del tempo di ritardo di attivazione da parte dell'unità one-shot. A una tensione più elevata, il condensatore C6 si carica rapidamente, poiché VT2 funziona già in modalità saturazione, quindi il condensatore C8 viene utilizzato per mantenere TC DD1.1, DD1.2 allo stato zero fino alla fine dell'aumento della tensione di alimentazione (su C3) . Quando la tensione di rete è prossima al minimo, il tempo per collegare il carico alla rete aumenta leggermente a causa della scarica più lenta del condensatore C6. Con una tensione di rete più elevata, gli impulsi compaiono già sul collettore VT2. Nel momento in cui la tensione di alimentazione del dispositivo (su C3) non ha ancora raggiunto il valore nominale, la soglia di commutazione del TS è inferiore rispetto allo stato stazionario, pertanto gli impulsi TS DD2 e DD1.3 sono formati da gli impulsi sul collettore VT1.4 e l'unità one-shot viene lanciata in parallelo con TS DD1.1, DD1.2. Quando la tensione di alimentazione aumenta, dopo che il dispositivo è collegato alla rete, anche prima che il singolo vibratore inizi a funzionare, il generatore DD2.3, DD2.4 può generare diversi impulsi, la loro ampiezza è inferiore rispetto allo stato stazionario, ma è sufficiente per il funzionamento dell'amplificatore di impulsi VT4 e il controllo del triac. Per eliminare l'influenza di questi impulsi all'accensione, la soglia di accensione della cascata su VT4 viene aumentata grazie all'utilizzo di un diodo zener VD9. Queste soluzioni hanno permesso di eliminare anche la comparsa a breve termine di tensione sul carico quando viene acceso la rete prima che il tempo di ritardo di accensione sia scaduto nell'intervallo compreso tra i limiti minimi e massimi di tensione di rete stabiliti. L'isteresi per entrambi i canali di controllo è 2-3 V. Nel canale limite minimo con una tensione di 160-170 V, l'isteresi aumenta a 4-5 V. Il canale limite minimo è necessario soprattutto per gli impianti contenenti un motore elettrico, poiché i dispositivi elettronici contengono, se necessario per un funzionamento senza problemi, componenti che spengono il dispositivo o parte di esso quando la tensione di rete scende al di sotto di quella impostata, ad esempio: il modulo di alimentazione per televisori. Nelle installazioni contenenti un motore elettrico, è necessario, utilizzando LATR, determinare il limite di tensione minimo al quale è ancora garantito un avviamento affidabile del motore e non si ferma al carico massimo sull'albero. Se ciò non è possibile, il limite di tensione minimo viene impostato dalla scheda tecnica di installazione. Il canale specificato può essere utilizzato con altri dispositivi. Se non è richiesto lo spegnimento alla tensione minima, non è possibile installare gli elementi R2, R4, R7, R8, R11, C6, VT1 e il terminale R13, lasciato nello schema, può essere collegato al punto di connessione dell'emettitore VT1. Poiché il triac è controllato da impulsi ad alta frequenza, è possibile collegare al dispositivo unità con un motore a commutatore, ad esempio un trapano elettrico, ecc. I parametri dei circuiti di alimentazione del dispositivo sono progettati in modo tale che all'ingresso del dispositivo possa essere fornita una tensione fino a 380 V. Pertanto, non è consigliabile sostituire i diodi zener VD4, VD5 con uno e devono essere in custodie metalliche. La tensione operativa dei condensatori C1, C2, C11 è almeno 630 V. Il microcircuito DD1 può essere sostituito con K561 LA7. Condensatori C8, C10 tipo K53 o simili. Il diodo Zener VD9 può avere una tensione di stabilizzazione di 6,8-8,2 V. Triac VS1 con una classe di tensione di almeno 6. La resistenza del resistore R14 dovrebbe essere compresa tra 510 kOhm - 1 MOhm. In questo caso, non vi è alcun effetto evidente sulla soglia per l'attivazione/disattivazione del canale del limite massimo. Resistori R6, R7 tipo SP-5. La cascata VT4 fornisce il controllo di un triac la cui resistenza tra UE e pin 1 è superiore a 40 Ohm. Quando si utilizza un triac con una resistenza inferiore (che significa una corrente di controllo maggiore), è necessario ridurre la resistenza del resistore R24 a 150-160 Ohm. È anche possibile utilizzare altri triac la cui resistenza di uscita 1-UE sia superiore a 40 Ohm. Ma quando si utilizzano triac con una resistenza vicina a 40 Ohm, bisogna tenere conto anche della temperatura ambiente alla quale funzionerà il dispositivo, poiché al diminuire della temperatura, la corrente di controllo aumenta ed è possibile che il triac si apra più tardi (rispetto a l'inizio del semiciclo), e per semionde di tensione diverse il processo non è lo stesso. Il triac è installato su un radiatore con un'area S=0,12Rn cm2, dove Рн è la potenza del carico, W. Ciò garantisce una temperatura del radiatore di 69°C con una temperatura ambiente di 20-25°C. Una variante del layout del circuito stampato è mostrata in Fig. 2, la disposizione degli elementi è mostrata in Fig. 3.
La configurazione del dispositivo si riduce all'impostazione delle soglie richieste per lo spegnimento del carico e del tempo di ritardo per l'accensione. Lo stato iniziale del resistore R6 è la resistenza minima, R7 è il massimo. Durante l'installazione, la capacità del condensatore C10 viene selezionata nell'intervallo 10-22 μF e al posto del carico viene accesa una lampada a incandescenza. Durante la configurazione è necessario tenere conto che il dispositivo è collegato galvanicamente alla rete. Per selezionare la soglia di spegnimento nel canale del limite minimo, è necessario impostare la tensione minima (per il carico utilizzato) all'uscita del dispositivo utilizzando LATR e regolare R7 per disconnettere il carico dalla rete. È necessario ruotare R7 lentamente, poiché a causa della presenza dei condensatori C6 e C8, se si ruota R7 rapidamente, è possibile ottenere una soglia di risposta sovrastimata. Quando si regola il canale limite massimo, viene impostata la tensione di ingresso massima richiesta e regolando R6, il carico viene spento. Quindi controllano il funzionamento del dispositivo quando cambia la tensione di ingresso. Se necessario, regolare le soglie di spegnimento nei canali. All'aumentare della resistenza dei resistori R6 e R7, il carico viene disconnesso a tensioni di ingresso inferiori. Modificando la capacità C10, viene selezionato il tempo di ritardo di accensione richiesto. Tempo di ritardo approssimativo (s) t=R18С10, dove R18 è la resistenza (in Ohm); C10 - capacità (in F). Con R18=270 kOhm, C10=220 µF, il tempo di ritardo è di circa 1 minuto. Quando si utilizzano motori a collettore come carico verificare la stabilità del dispositivo in condizioni di disturbi generati dal motore. Se si verifica una disconnessione dalle interferenze (alla normale tensione di rete), è necessario aumentare C7 di 200-1000 pF (determinato empiricamente). La capacità del condensatore C7 non deve essere aumentata eccessivamente, poiché ciò influenzerebbe il tempo di spegnimento quando la tensione di rete aumenta bruscamente. In assenza di LATR, la tensione dal regolatore può essere fornita all'ingresso del dispositivo (Fig. 4). In questo caso, il carico non è collegato alla presa XS1 e il controllo durante la configurazione viene effettuato con un voltmetro o un oscilloscopio sul pin 11 di DD2. Il livello "0" corrisponde alla disconnessione e il livello "1" corrisponde al collegamento del carico alla rete. Quando si utilizza un oscilloscopio, il monitoraggio può essere effettuato anche dalla presenza di impulsi di controllo sul collettore VT4. Il metodo di installazione non è diverso da quello descritto sopra.
Nel circuito di Fig. 4, il trasformatore T1 è un qualsiasi 220 V con un avvolgimento secondario per tensione UII = 30 + ΔUI, dove UII è la tensione dell'avvolgimento secondario T1; ΔUI - caduta di tensione minima sull'avvolgimento primario T2 con R=0. Il trasformatore T1 deve avere diversi avvolgimenti secondari, quindi quando si regola il dispositivo, la tensione può essere impostata in modo più accurato, incluso il numero richiesto di avvolgimenti, e sarà richiesto un resistore R con un intervallo di resistenza inferiore. Il trasformatore T2 può essere 220 V, ma è meglio avere un avvolgimento di rete con una presa di 110-127 V. La tensione sull'avvolgimento secondario è 20-30 V. Il resistore R è un filo avvolto con una potenza di 25-50 W e una resistenza di 20-50 Ohm. Lampada VL1 con una potenza di 25-40 W. Con potenze elevate della lampada è necessaria anche una potenza maggiore del resistore R. I parametri specifici degli elementi circuitali vengono chiariti sperimentalmente a seconda di quelli disponibili. La presenza del trasformatore T4 garantisce l'isolamento galvanico della resistenza R dalla rete e la sicurezza durante la regolazione. Quando un carico è collegato al dispositivo e il triac è chiuso, il carico rimane collegato alla rete tramite il circuito C11R21. Ciò è particolarmente indesiderabile quando si collega un trasformatore a bassa potenza, poiché l'induttanza dell'avvolgimento e il circuito C11R21 formano un circuito in serie. Ciò, in determinate condizioni (con un carico minimo sul trasformatore o quando una maggiore tensione dalla rete raggiunge l'ingresso del dispositivo) può portare al superamento della tensione operativa dell'avvolgimento di rete del trasformatore. Pertanto, la possibilità di collegare un carico a bassa potenza al dispositivo dovrebbe essere determinata sperimentalmente. Per fare ciò, un carico a bassa potenza viene collegato alla rete tramite un condensatore con una capacità di 0,1 μF e viene misurata la tensione ai suoi capi. Moltiplicare il valore misurato per 1,7. Se la tensione risultante non è pericolosa e la tensione ridotta (se alimentata tramite un condensatore) non crea condizioni indesiderabili per il carico, è possibile collegare tale carico al dispositivo. Se il carico contiene un trasformatore di potenza, viene collegato alternativamente alla rete tramite un condensatore con una capacità di 0,01; 0,05; 0,1 µF in modo che, a causa della risonanza, la tensione sull'avvolgimento del trasformatore non superi il massimo consentito con una tensione di rete di 220 V. Se ciò non accade, viene quindi determinata la possibilità del dispositivo di protezione, come descritto sopra . Il dispositivo descritto è stato testato lavorando insieme a un frigorifero, una TV fissa e un complesso di riproduzione del suono. Il televisore è dotato di un alimentatore switching (non dispone di un trasformatore di standby) ed è stato testato in modalità normale e standby; nel complesso di riproduzione del suono, una qualsiasi delle sorgenti veniva accesa insieme all'amplificatore. Non sono state rilevate modifiche nel funzionamento dei dispositivi protetti. letteratura:
Autore: AN Karakurchi
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