Protezione automatica dei dispositivi elettrici contro le sovratensioni. 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

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Il dispositivo proposto disconnette il carico dalla rete se la tensione di rete esce dall'intervallo specificato.

La macchina è stata sviluppata come parte integrante del dispositivo di controllo della pompa a vibrazione. Tuttavia, il carico del dispositivo può essere qualsiasi dispositivo elettrico.

Dispositivi simili sono descritti in letteratura [1, 2, 3]. Questa macchina sotto tutti gli aspetti, ad eccezione del numero di parti utilizzate, non è inferiore alla precedente, ma la supera in gran parte. La macchina ha le seguenti capacità e caratteristiche. Regolazione separata delle soglie di tensione superiore e inferiore (entro 170-260 V). Isolamento galvanico della parte di controllo del circuito dalla rete; ciò consente di utilizzare il dispositivo descritto per controllare una rete con una tensione di 380 V e oltre.

Indicazione dello stato del dispositivo tramite un LED a colori controllati. Il dispositivo disconnette il carico dopo il primo semiciclo di tensione di rete al di fuori del range specificato. Ritardo regolabile prima dell'accensione del dispositivo, e il tempo viene conteggiato non dal momento in cui il carico è stato spento, ma dall'ultimo semiciclo "respinto" della tensione di rete (anche la tensione è controllata durante il ritardo). La macchina ha un'architettura aperta, quindi è facile integrarla in altri dispositivi. Gli svantaggi includono l'uso irrazionale delle porte del circuito logico.

La macchina automatica funziona insieme alla pompa "Strumok" di produzione di Open Society "Elektromashina" (Kharkov). Quando la tensione scende al di sotto di 205 V, l'alimentazione idrica diminuisce bruscamente alla pompa, per cui si raffredda male e potrebbe bruciarsi. Quando la tensione supera i 235 V, la vibrazione della pompa diventa anomala e il rumore emesso aumenta di circa due volte.

Lo schema dell'interruttore è mostrato in Fig. 1.

(clicca per ingrandire)

La parte di ingresso è separata galvanicamente dal circuito di misura mediante un optoaccoppiatore a transistor VE1. La tensione di rete è limitata dal resistore R1 e crea impulsi di corrente attraverso il LED dell'optoaccoppiatore VE1. Il ponte a diodi VD1 consente a ciascuna metà della tensione di rete di passare attraverso il LED dell'accoppiatore ottico in direzione avanti. Nel punto A, la tensione ha la forma mostrata in Fig. 2, a. Il resistore R3 limita la corrente attraverso il transistor dell'accoppiatore ottico a un livello accettabile. Se la tensione di rete è normale, allora agli ingressi degli elementi logici (LE) DD1.1 e DD1.2 - livelli logici bassi e, di conseguenza, all'uscita di DD1.3 - livello log. "0".

Si consideri il funzionamento di un canale che risponde ad una diminuzione della tensione di rete. Il canale è montato sugli elementi DA1.1, R6, VD2, R8, C1. Finché la tensione di rete è sufficientemente elevata, la tensione nel punto A in ogni semiperiodo della tensione di rete scende al di sotto del livello di tensione impostato sull'ingresso invertente DA1.1 mediante la resistenza di sintonia R4. Entrambi i gate del chip DA1 sono inclusi come comparatori di tensione. I condensatori di correzione della frequenza possono essere omessi. In ogni semiciclo, all'uscita DA1.1 compaiono impulsi di tensione negativa (vedi Fig. 2, b), che, attraverso la catena R6, VD2, scaricano il condensatore C1 quasi a zero. Quindi, fino a quando non appare un nuovo impulso nel successivo semiciclo della tensione di rete, il condensatore C1 viene caricato attraverso il resistore R8.

Il valore di R8 è scelto in modo che durante il semiperiodo della tensione di rete, pari a 10 ms, la tensione su C1 si avvicini alla soglia di commutazione del trigger DD1.1, ma non la superi (vedi Fig. 2, c ). Il resistore R6 limita la corrente di uscita dell'amplificatore operazionale. Il diodo VD2 impedisce la carica del condensatore dalla corrente di uscita dell'amplificatore operazionale quando la sua uscita è logaritmica. "1".

Quindi, se la tensione di rete non scende al di sotto del livello impostato dal resistore R4, allora all'ingresso dell'inverter DD1.1 la tensione corrisponde al livello log. "0" e, pertanto, l'output sarà un livello di log. "1". Se la tensione nella rete scende al di sotto del livello consentito, il segnale nel punto A non scenderà al di sotto della tensione impostata dal resistore R4, non si formerà un impulso negativo all'uscita dell'amplificatore operazionale DA1.1, come Di conseguenza, il condensatore C1 si caricherà ad una tensione sufficiente per commutare il trigger DD1.1 (Fig. .2, b, c). Inoltre, tale commutazione avverrà prima della fine dell'attuale semiperiodo "difettoso" della tensione di rete. Il primo semiperiodo "normale" successivo della tensione di rete riporterà questo nodo al suo stato originale, poiché attraverso la resistenza da 270 Ohm, il condensatore C1 si scarica quasi istantaneamente rispetto alla frequenza di rete.

Il canale che risponde all'eccesso della tensione di rete, impostato dal resistore trimmer R5, il livello, è montato sugli elementi DA1.2, R7, VD3, C2, R9. Finché la tensione nella rete non supera il livello specificato, il segnale nel punto A non scende al di sotto del livello impostato dal resistore R5 all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale DA1.2 (Fig. 2, UN). Poiché la tensione all'ingresso invertente DA1.2 è maggiore di quella non invertente, l'uscita sarà un log. "0" (figura 2, f).

Il condensatore C2 è completamente carico. All'ingresso dell'inverter DD1.2 - log. "0" e l'output è un log. "1". Per questo canale, il compito era ricevere un segnale costante durante il periodo in cui la tensione di rete è superiore alla norma, necessaria per il normale funzionamento del LED di indicazione. Non appena la tensione di rete supera il livello specificato, verrà generato un impulso positivo all'uscita del comparatore DA1.2. Il condensatore C2 verrà scaricato attraverso la catena R7, VD3 (Fig. 2, e, f). Apparirà un registro all'ingresso dell'inverter DD1.2. "1" e il suo output è un log. "0", che corrisponde ad un aumento della tensione di rete al di sopra della soglia. Fino a quando non appare il successivo impulso positivo all'uscita del comparatore DA1.2, il condensatore C2 verrà caricato attraverso il resistore R9. Il valore del resistore R9 viene scelto in modo tale che la tensione all'ingresso del trigger DD1.2 non scenda al di sotto del livello corrispondente al log. "1", per un tempo di 10 ms, cioè fino al successivo mezzo ciclo della rete (Fig. 2e). Pertanto, se diversi semicicli consecutivi della tensione di rete superano il livello specificato, l'uscita DD1.2 avrà un livello logaritmico costante. "0".

Quando il dispositivo è acceso, il condensatore C4 non si carica all'istante. A causa di ciò, viene generato un impulso positivo all'uscita di DD6.3, che imposta il trigger DD4.1 e il contatore DD7 allo stato zero iniziale.

Il generatore, assemblato su LE DD6.2, DD6.4, inizia a funzionare immediatamente dopo che il dispositivo è stato collegato alla rete e funziona costantemente. Mentre la tensione di rete è normale, il trigger DD4.1 rimane nello stato zero. Ad entrambi gli ingressi DD5.1 ​​log. "0", anche il suo output è un log. "0". Di conseguenza, all'ingresso R del contatore DD7, viene memorizzato il livello di log "1" e il contatore non risponde alla sequenza di impulsi all'ingresso C. Il livello del log. "1" dall'uscita DD1.4 va alla base del transistor VT3 e la tensione di rete viene applicata al carico. La logica dell'automa è data nella tabella degli stati degli elementi DD5.1, DD6.1 (vedi Tabella 1).

Tabella 1

Quando l'output di uno degli elementi DD1.1, DD1.2 log. "0", apparirà un registro all'uscita di DD1.3. "1" (Fig.2, d), che trasferirà il trigger DD4.1 in un singolo stato. In questo caso, il transistor VT3 si chiuderà.

Fino alla fine dell'attuale semiperiodo della tensione di rete, ci sarà ancora corrente nel carico, ma nel successivo semiperiodo il triac VS1 non si aprirà più. Il trigger DD4.1 ricorda lo stato dell'automa. Il contatore DD7 genera un ritardo prima che il carico venga acceso alla rete. Fino a quando la tensione di rete non torna alla normalità, entrambi gli ingressi di DD5.1 ​​saranno registrati. "1", di conseguenza, il contatore DD7 non conterà ancora gli impulsi del generatore.

Quando la tensione di rete ritorna normale, apparirà un registro all'ingresso S del trigger DD4.1. "0". Ora gli ingressi DD5.1 ​​avranno livelli logici diversi, e il contatore DD7 inizierà a contare gli impulsi del generatore (vedi tabella). Se in questo momento si verifica nuovamente un picco di tensione, ciò causerà un impulso positivo all'ingresso R DD7, riportando il contatore allo stato zero.

Gli elementi C3, R2 impostano la frequenza del generatore a circa 1 Hz. Il tempo di ritardo prima dell'accensione del carico può essere regolato selezionando una delle uscite del contatore DD7. Se viene selezionata l'uscita Q5, il ritardo è di 32 s. Altre uscite diminuiscono o aumentano rispettivamente questo valore di un multiplo di 2 volte. Dopo che la 7a caduta di tensione negativa è arrivata all'ingresso C DD32, sulla sua uscita Q5 apparirà un livello logico alto. Attraverso DD3.1 questo livello andrà all'ingresso R del trigger DD4.1 e lo imposterà a zero. Successivamente, il transistor VT3 si aprirà e la tensione di rete verrà fornita al carico.

I tre stati dell'interruttore automatico sono indicati da un diodo a emissione luminosa a colori controllati. Quando la macchina è in ritardo prima dell'accensione, il LED è arancione perché entrambe le transizioni sono accese. Allo stesso tempo, su tutti e quattro gli ingressi del LE DD2.1, DD2.2 è presente un livello logico alto.

Quando la tensione di rete diventa inferiore o superiore al livello consentito, all'ingresso 8 DD2.1 o 12 DD2.2 viene visualizzato rispettivamente un livello log. "0" e uno dei cristalli smette di brillare. Inoltre, se la tensione è inferiore alla norma, il LED rosso si spegne e abbiamo un bagliore verde. Se la tensione è alta, HL1 diventa rosso. Quando la tensione di rete è normale e il carico è connesso alla rete, HL1 non si accende, in quanto gli ingressi 9 DD2.1, 13 DD2.2 hanno un livello log. "0". Il dispositivo utilizza un LED importato con un diametro di 10 mm con una lente color latte. La stragrande maggioranza dei LED importati con un diametro della lente di 8 mm o più ha una corrente costante massima attraverso una giunzione di 30 mA. Nella macchina descritta, le correnti di transizione sono limitate a 20 mA dai resistori R11 e R12. I transistor VT1, VT2 sono amplificatori per le correnti di uscita di LE DD2.1, DD2.2.

La commutazione del carico nella rete 220 V viene eseguita da un triac VS1. Gli optoaccoppiatori a tiristori VE2, VE3 sono utilizzati per l'isolamento galvanico dalla rete. Quando il carico è connesso alla rete, all'uscita del LE DD1.4 compare un livello logico alto. La corrente di uscita DD1.4 è limitata dal resistore R14 ed è amplificata dal transistor VT3 fino a 27 mA. Quando una corrente sufficiente scorre attraverso i LED degli optoaccoppiatori, i fototiristori si aprono all'inizio di ogni semiperiodo della tensione di rete. All'inizio di ogni semiperiodo, l'aumento della tensione di rete provoca una corrente attraverso la catena: contatto 8, ponte a diodi VD4, fototiristori di optoaccoppiatori VE2, VE3, ponte a diodi VD4, R18, transizione di controllo triac VS1. Quest'ultimo provoca l'apertura di VS1, di conseguenza la corrente continua ad aumentare nel carico e scorre attraverso il triac aperto VS1. Nel successivo mezzo ciclo della rete, il triac VS1 si apre con un impulso di polarità opposta, tuttavia, la corrente scorre ancora attraverso i fototiristori nella direzione in avanti, grazie al ponte a diodi VD4.

I resistori R16, R17 equalizzano le tensioni sui fototiristori chiusi. Questo deve essere fatto perché le correnti di dispersione di vari optoaccoppiatori possono differire di diverse volte. Quando il carico è disconnesso dalla rete, la tensione viene ridistribuita sui fototiristori chiusi in modo che la tensione sia 250 V su uno e 89 V sull'altro (con una tensione di rete effettiva di 240 V, il valore di ampiezza è 240x2 = 339 V), mentre per questo tipo di accoppiatore ottico la massima tensione diretta in uscita nello stato chiuso è di 200 V. Per questo motivo, è necessario utilizzare anche due accoppiatori ottici. Il valore dei resistori R16, R17 dovrebbe essere scelto in modo tale che la corrente attraverso i resistori sia circa 10 volte la corrente attraverso i fototiristori chiusi (la corrente di dispersione AOU103V è 0,1 mA).

Il resistore R18 limita la corrente attraverso VE2, VE3 e l'elettrodo di controllo del triac. Ciò è necessario perché il triac VS1 si apre solo a una certa tensione tra l'anodo e il catodo, alla quale la corrente che passa attraverso gli optoaccoppiatori VE2, VE3 e la transizione di controllo VS1 può aumentare al di sopra del valore consentito. Il resistore R19 fornisce una connessione galvanica tra l'elettrodo di controllo e il catodo triac, che aumenta la stabilità del triac quando è chiuso (specialmente a temperature elevate). Quando si utilizza un triac TS106-10, la potenza del carico non deve superare i 2,2 kW.

Un'altra variante di un interruttore di carico isolato galvanicamente in una rete 220 V può essere realizzata sulla base di un modulo optotiristore VS2 (vedere Fig. 1 in RE10). Quando la corrente scorre attraverso i LED del modulo, ogni semiciclo della tensione di rete passa attraverso il carico e il fototiristore, che è collegato in avanti. In termini di rapporto qualità / prezzo, entrambe le opzioni per la commutazione dei nodi sono le stesse, ma se si tiene conto del tempo di produzione, la seconda opzione vince in modo significativo. I moduli MTOTO80 sono prodotti per correnti di 60 A e oltre, quindi la potenza di commutazione può essere molto elevata. Dimensione modulo 92x20x30 mm. Con un carico fino a 1 kW senza dissipatore di calore, il modulo si surriscalda di soli 5°C rispetto alla temperatura ambiente.

Recentemente, è stato utilizzato un controllo a impulsi triac per commutare il carico. Ciò riduce il consumo energetico del dispositivo. Tali soluzioni tecniche complicano inutilmente il circuito, poiché il risparmio energetico è inferiore allo 0,5% a un carico di 100 W (il peggior triac consuma meno di 0,5 W nel circuito di controllo). All'aumentare del carico, il risparmio energetico diminuisce ancora di più. Prima di utilizzare l'automa descritto, così come dispositivi simili da [1-3], ti consiglio di leggere l'articolo in [4].

L'interruttore descritto può essere utilizzato per controllare una rete con una tensione di 380 V e superiore. Per fare ciò, selezionare il modulo MTOTO80 per la tensione e la corrente richieste e selezionare la resistenza del resistore R1.

Per alimentare l'interruttore, è necessaria una sorgente di tensione stabilizzata di 9 V con una corrente fino a 100 mA. È possibile utilizzare una sorgente basata su uno stabilizzatore di microcircuiti KR142EN8A(G) nella sua inclusione standard [5].

L'alimentazione è fornita ai pad 10, 11 sulla scheda a circuito stampato.

Dettagli. Nella macchina descritta vengono utilizzate resistenze fisse per uso generico del tipo MLT, S2-23, S2-33. Trimmer resistenze R4, R5 tipo SP5-14, SP5-22. Condensatori C1, C2 tipo K73-17 per una tensione di 63 V o superiore, C3, C4 tipo K10-17v o altra ceramica di dimensioni adeguate. I microcircuiti possono essere utilizzati dalle serie K176, K561, KR1561. Transistor KT315 con indici di lettere B, G, E. Accoppiatore ottico AOT128 con qualsiasi indice di lettere. Diodi VD2, VD3 tipi KD522, KD521 con qualsiasi indice di lettere.

Progettazione del dispositivo. Il dispositivo è assemblato su un circuito stampato in fibra di vetro a doppia faccia. La Figura 3-5 mostra la disposizione degli elementi sul circuito stampato, rispettivamente, i conduttori sui lati superiore e inferiore del circuito stampato.

La dimensione della tavola è 85x85 mm, sono presenti 4 fori con un diametro di 2,8 mm per il fissaggio della tavola. Gli elementi di potenza VS1 o VS2 sono installati all'esterno della scheda. Sono collegati al circuito tramite i pad di contatto 1, 8, 9 (VS1) o 6, 7 (VS2). Nella produzione di un circuito stampato, è possibile utilizzare la fibra di vetro unilaterale, mentre i collegamenti dallo strato superiore della scheda vengono sostituiti con un filo di montaggio flessibile, ad esempio MGTF. Durante la progettazione di un circuito stampato, il numero di conduttori sullo strato superiore è stato ridotto al minimo. Tra gli elementi funzionanti a tensione di rete e gli elementi a bassa tensione sul circuito stampato è presente uno spazio di sicurezza in grado di resistere a tensioni fino a 500 V.

Collocamento. Per impostare l'interruttore automatico, sono necessari un autotrasformatore da laboratorio (LATR) e un voltmetro CA. Prima di impostare il cursore del resistore variabile R4 è impostato nella posizione superiore secondo il diagramma e il cursore del resistore R5 in basso. La macchina, insieme al carico, è collegata all'uscita LATR. Non è necessario utilizzare un dispositivo potente come carico: può essere una lampada da 100 W. Una tensione corrispondente al limite di tensione superiore è impostata all'uscita del LATR. Quindi, ruotando il motore del resistore R5, assicurano che il carico sia spento. Successivamente, modificando la "tensione di rete" con LATR, controllano la correttezza della regolazione. La tensione limite inferiore viene regolata allo stesso modo.

letteratura:

1. Nechaev I. Protezione automatica delle apparecchiature di rete dai "salti" di tensione // Radio. -1996. -#10. -p.48 - 49.
2. Dispositivo di protezione per apparecchiature radio da sovratensione // Radio. -1997. -N.6. -S.44 - 45.
3. Zelenin A. Dispositivo semiautomatico per la protezione delle apparecchiature radio dalle fluttuazioni della tensione di rete // Radio. 1998. -№10. -S.73 - 74.
4. Kvetkovsky V. Dispositivo per proteggere le apparecchiature radio dal superamento della tensione di rete // Radio. -1999. -#10. -p.39.
5. Shcherbina A., Blagiy S. Stabilizzatori Microchip serie 142, K142, KR142 // Radio. -1990. - N. 8. -S.89 - 90.

Autore: AA Rudenko

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