Dispositivo de proteção do consumidor de energia. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Proteção de equipamentos contra operação de emergência da rede, fontes de alimentação ininterruptas

 Comentários do artigo

A questão da proteção dos dispositivos energizados contra desvios inaceitáveis ​​​​na tensão de alimentação permanece relevante. O dispositivo descrito em [1] é simples, mas não fornece tensão de alimentação após o desaparecimento da situação de emergência na rede. O dispositivo descrito em [2] não apresenta esta desvantagem, porém o relé incluído para controlar o triac necessita de um transformador para alimentar o dispositivo. Isso dificulta a repetição do projeto em várias cópias, e o método de controle do triac aplicado não permite a conexão, por exemplo, de equipamentos de reprodução de som, pois pode surgir ruído de fundo na frequência da rede.

Ofereço um dispositivo feito sem relés eletromagnéticos e unidades de enrolamento. Garante a desconexão da carga da rede quando a tensão de alimentação ultrapassar 220-240 V e quando a tensão cair abaixo do conjunto 160-220 V. O dispositivo foi desenvolvido para proteger consumidores bastante potentes (TV, geladeira, ferramentas elétricas, etc. ), com potência de até 2 kW. O diagrama do dispositivo é mostrado na Fig.

(clique para ampliar)

O dispositivo é alimentado através do circuito de extinção C1, C2, R1 do retificador VD1, VD2 e do estabilizador VD4, VD5. Os circuitos de potência do circuito de controle e do eletrodo de controle (CE) do triac VS1 são separados pelo diodo VD6 para reduzir a influência deste último no circuito de controle. Como o dispositivo é alimentado por um circuito de extinção, a tensão no capacitor C3, quando conectado à rede, aumenta muito mais lentamente do que, por exemplo, em uma fonte de alimentação com entrada de transformador. Esta circunstância leva ao fato de que no microcircuito DD2 aparece um modo de comutação do tiristor com fixação de estado [3, pp. Para eliminar este efeito, o microcircuito DD243 é alimentado através de um resistor limitador de corrente R244.

Os elementos DD1.1, DD1.2 e DD1.3, DD1.4 contêm gatilhos Schmitt (TS), os elementos DD2.3, DD2.4 contêm um gerador de pulso, os elementos DD2.1, DD2.2 contêm um único vibrador que define o atraso para ligar. Os transistores VT1 e VT2 são amplificadores de entrada. A cascata em VT1 e TS DD1.1, DD1.2 forma um canal para monitorar o limite mínimo de tensão, VT2 e TS DD1.3, DD1.4, VT3 - um canal para monitorar o limite máximo de tensão.

Através do diodo VD3 e dos resistores R2-R5, meios ciclos negativos da tensão da rede são fornecidos às entradas dos canais de controle de tensão. Eles são amplificados por cascatas em VT1 e VT2. Na cascata em VT1, a tensão amplificada é suavizada pelo capacitor C6.

Na tensão normal da rede, cujo valor está entre os limites inferior e superior definidos, a tensão no coletor VT1 é superior ao limite de operação do TS DD1.1, DD1.2, portanto há um nível alto no pino 3 de DD1.2 e não afeta a operação do monovibrador. Nos pinos 8,9 DD2.1 e no pino 11 DD2.2 existem níveis altos. O nível lógico “1” no pino 2 do DD2.3 permite a operação do gerador DD2.3, DD2.4. O gerador produz pulsos curtos com frequência de 10 kHz, que são alimentados através de um amplificador no VT4 para o UE do triac VS1. Neste caso, a corrente flui através do triac para a carga.

A utilização de um gerador externo para controlar o triac permitiu reduzir o nível de interferência que ocorre quando este se abre.

Dependendo da magnitude da tensão da rede, meias ondas positivas estão presentes (ou ausentes) no coletor VT2. Se sua amplitude não for suficiente para acionar os TC DD1.3, DD1.4, no pino 4 de DD1.4 haverá um nível log de “0”, o transistor VT3 está fechado e não afeta o funcionamento do um- tomada.

Quando a tensão da rede excede o limite definido, o nível de pulsos no coletor VT2 atinge o limite de disparo dos TS DD1.3, DD1.4. Os impulsos positivos são formados a partir das meias ondas, que atuam no monovibrador através do VT3. Cada pulso reinicia o dispositivo único.

Enquanto o one-shot DD2.1, DD2.2 está calculando o atraso de ativação, que depende da capacitância do capacitor C10, um log "11" está presente no pino 2.2 de DD0 e proíbe a operação do gerador, os pulsos não chegam ao UE VS1 e a carga é desconectada das redes. Quando a tensão na rede oscila em torno do limite máximo, a amplitude dos pulsos no coletor VT2 pode ser instável, portanto, na saída dos TS DD1.3, DD1.4, a frequência dos pulsos também é instável, mesmo única pulsos são possíveis. Neste caso, a carga permanece desconectada da rede, pois mesmo um único pulso que aparece durante o tempo de atraso de ativação definido pelo one-shot reinicia o one-shot, e o atraso é formado novamente.

Quando a tensão da rede cai abaixo do limite mínimo, o nível de tensão no coletor VT1 fica abaixo do limite de resposta do TS DD1.1, DD1.2, e um nível de log “3” aparece no pino 1.2 de DD0, que aciona o one-shot, o gerador para de funcionar e a carga é desconectada da rede. Como o monoestável não é afetado por pulsos, mas por um nível constante (log “0”), a formação do tempo de atraso começa após a tensão da rede ultrapassar o limite mínimo. Em seguida, os TS DD1.2, DD1.3 passam para o estado de log "1" e começa a formação de um tempo de atraso de ativação, após o qual a carga é conectada à rede.

O capacitor C6 reduz um pouco a velocidade de resposta do dispositivo a uma diminuição na tensão, mas reduzir a tensão da carga é menos perigoso do que aumentá-la.

Quando o dispositivo está conectado à rede, a carga é conectada com um atraso definido pelo dispositivo one-shot. A inicialização do dispositivo one-shot é fornecida por ambos os canais de controle. A uma tensão próxima do mínimo, mas superior, o arranque do monovibrador é assegurado pelos condensadores C6 e C8. Neste caso, no pino 3 do DD1.2 há inicialmente um nível de log “0” e o one-shot atrasa a contagem da pausa. Quando a tensão em C6 e C8 atinge o limite de resposta dos TS DD1.1, DD1.2, este último muda para o estado log "1" e começa a formação do tempo de atraso de ativação pela unidade one-shot.

Em uma tensão mais alta, o capacitor C6 carrega rapidamente, pois o VT2 já está operando em modo de saturação, então o capacitor C8 é usado para manter o TC DD1.1, DD1.2 no estado zero até o final do aumento da tensão de alimentação (em C3) . Quando a tensão da rede está próxima do mínimo, o tempo de conexão da carga à rede aumenta ligeiramente devido à descarga mais lenta do capacitor C6.

Em uma tensão de rede mais alta, os pulsos já aparecem no coletor VT2. No momento em que a tensão de alimentação do dispositivo (em C3) ainda não atingiu o valor nominal, o limite de comutação do TS é menor do que no estado estacionário, portanto, os pulsos TS DD2 e DD1.3 são formados a partir de os pulsos no coletor VT1.4 e a unidade one-shot são lançados em paralelo com os TS DD1.1, DD1.2.

Quando a tensão de alimentação aumenta, após o dispositivo ser conectado à rede, antes mesmo de o vibrador único começar a operar, o gerador DD2.3, DD2.4 pode gerar vários pulsos, sua amplitude é menor do que em estado estacionário, mas é suficiente para operação do amplificador de pulso VT4 e controle do triac. Para eliminar a influência desses pulsos quando ligados, o limite para ligar a cascata no VT4 é aumentado devido ao uso de um diodo zener VD9.

Essas soluções permitiram eliminar até mesmo o aparecimento de tensão de curto prazo na carga quando ligada à rede antes que o tempo de atraso de ativação tenha expirado na faixa do mínimo ao máximo dos limites de tensão da rede estabelecidos. A histerese para ambos os canais de controle é de 2-3 V. No canal limite mínimo com uma tensão de 160-170 V, a histerese aumenta para 4-5 V.

O canal limite mínimo é necessário principalmente para instalações que contenham motor elétrico, pois os dispositivos eletrônicos contêm, se necessário para um funcionamento sem problemas, componentes que desligam o dispositivo ou parte dele quando a tensão da rede cai abaixo da definida, por exemplo, o módulo de alimentação para televisores. Nas instalações que contêm motor elétrico, é necessário, por meio do LATR, determinar o limite mínimo de tensão no qual a partida confiável do motor ainda é garantida e ele não para com carga máxima no eixo. Se isso não for possível, o limite mínimo de tensão é definido na folha de dados de instalação. O canal especificado pode ser usado com outros dispositivos.

Se não for necessário desligar na tensão mínima, os elementos R2, R4, R7, R8, R11, C6, VT1 não poderão ser instalados e o terminal R13, deixado no diagrama, poderá ser conectado ao ponto de conexão do emissor VT1.

Como o triac é controlado por pulsos de alta frequência, unidades com motor comutador, por exemplo, uma furadeira elétrica, etc., podem ser conectadas ao dispositivo.

Os parâmetros dos circuitos de potência do dispositivo são projetados para que a entrada do dispositivo possa fornecer uma tensão de até 380 V. Portanto, não é aconselhável substituir os diodos zener VD4, VD5 por um, e eles devem estar em caixas metálicas. A tensão de operação dos capacitores C1, C2, C11 não é inferior a 630 V. O microcircuito DD1 pode ser substituído pelo K561 LA7. Capacitores C8, C10 tipo K53 ou similares.

O diodo Zener VD9 pode ter uma tensão de estabilização de 6,8-8,2 V. Triac VS1 com uma classe de tensão de pelo menos 6. A resistência do resistor R14 deve estar na faixa de 510 kOhm - 1 MOhm. Neste caso, não há efeito perceptível no limite para ligar/desligar o canal de limite máximo. Resistores R6, R7 tipo SP-5. A cascata VT4 fornece controle de um triac cuja resistência entre o UE e o pino 1 é superior a 40 Ohms. Ao usar um triac com resistência mais baixa (o que significa uma corrente de controle mais alta), é necessário reduzir a resistência do resistor R24 ​​​​para 150-160 Ohms.

Também é possível usar outros triacs cuja resistência de saída 1-UE seja superior a 40 Ohms. Mas ao utilizar triacs com resistência próxima a 40 Ohms, deve-se levar em consideração também a temperatura ambiente em que o dispositivo irá operar, pois conforme a temperatura diminui, a corrente de controle aumenta e é possível que o triac abra posteriormente (em relação a o início do meio ciclo), e para diferentes meias ondas de tensão este processo não é o mesmo.

O triac é instalado em um radiador com uma área

S=0,12Rncm2,

onde Рн é a potência de carga, W. Isto garante uma temperatura do radiador de 69°C a uma temperatura ambiente de 20-25°C.

Uma variante do layout da placa de circuito impresso é mostrada na Fig. 2, a localização dos elementos é mostrada na Fig.

A configuração do dispositivo se resume a definir os limites necessários para desligar a carga e o tempo de atraso para ligar. O estado inicial do resistor R6 é a resistência mínima, R7 é a máxima. Durante a configuração, a capacitância do capacitor C10 é selecionada na faixa de 10-22 μF e uma lâmpada incandescente é ligada em vez da carga.

Na configuração é necessário levar em consideração que o dispositivo está conectado galvanicamente à rede.

Para selecionar o limite de desligamento no canal de limite mínimo, é necessário definir a tensão mínima (para a carga utilizada) na saída do dispositivo usando LATR e ajustar R7 para desconectar a carga da rede. Você precisa girar R7 lentamente, pois devido à presença dos capacitores C6 e C8, se você girar R7 rapidamente, poderá obter um limite de resposta superestimado.

Ao ajustar o limite máximo do canal, a tensão de entrada máxima necessária é definida e ajustando R6 a carga é desligada. Em seguida, eles verificam o funcionamento do dispositivo quando a tensão de entrada muda. Se necessário, ajuste os limites de desligamento nos canais. À medida que a resistência dos resistores R6 e R7 aumenta, a carga é desconectada em tensões de entrada mais baixas. Ao alterar a capacitância C10, o tempo de atraso de ativação necessário é selecionado. Tempo (s) de atraso aproximado (s) t=R18С10, onde R18 é a resistência (em Ohms); C10 - capacidade (em F). Em R18=270 kOhm, C10=220 µF, o tempo de atraso é de aproximadamente 1 minuto.

Ao utilizar motores comutadores como carga, verifique a estabilidade do dispositivo sob condições de interferência gerada pelo motor. Se ocorrer uma desconexão da interferência (na tensão normal da rede), é necessário aumentar C7 em 200-1000 pF (determinado empiricamente). A capacitância do capacitor C7 não deve ser aumentada excessivamente, pois isso afetará o tempo de desligamento quando a tensão da rede aumentar acentuadamente.

Na ausência de LATR, a tensão do regulador pode ser aplicada à entrada do dispositivo (Fig. 4). Neste caso, a carga não é conectada ao soquete XS1 e o controle durante a configuração é feito com voltímetro ou osciloscópio no pino 11 do DD2. O nível “0” corresponde à desconexão e o nível “1” corresponde à conexão da carga à rede. Ao utilizar um osciloscópio, o monitoramento também pode ser realizado pela presença de pulsos de controle no coletor VT4. O método de configuração não é diferente do descrito acima.

No circuito da Figura 4, o transformador T1 é qualquer 220 V com enrolamento secundário para tensão UII = 30 + ΔUI, onde UII é a tensão do enrolamento secundário T1; ΔUI - queda mínima de tensão no enrolamento primário T2 em R=0. O transformador T1 deve ter vários enrolamentos secundários, então ao ajustar o dispositivo, a tensão pode ser ajustada com mais precisão, incluindo o número necessário de enrolamentos, e será necessário um resistor R com faixa de resistência menor.

O transformador T2 pode ser de 220 V, mas é melhor ter um enrolamento de rede com derivação de 110-127 V. A tensão no enrolamento secundário é de 20-30 V.

O resistor R é um fio enrolado com potência de 25-50 W e resistência de 20-50 Ohms. Lâmpada VL1 com potência de 25-40 W. Em altas potências da lâmpada, também é necessária uma potência maior do resistor R. Os parâmetros específicos dos elementos do circuito são esclarecidos experimentalmente dependendo dos disponíveis. A presença do transformador T4 garante isolamento galvânico do resistor R da rede e segurança durante o ajuste.

Quando uma carga é conectada ao dispositivo e o triac é fechado, a carga permanece conectada à rede através do circuito C11R21. Isto é especialmente indesejável ao conectar um transformador de baixa potência, uma vez que a indutância do enrolamento e o circuito C11R21 formam um circuito em série. Isso, sob certas condições (com carga mínima do transformador ou quando o aumento da tensão da rede atinge a entrada do dispositivo) pode levar ao excesso da tensão de operação do enrolamento da rede do transformador. Portanto, a possibilidade de conectar uma carga de baixa potência ao dispositivo deve ser determinada experimentalmente.

Para fazer isso, uma carga de baixa potência é conectada à rede por meio de um capacitor com capacidade de 0,1 μF e a tensão através dela é medida. Multiplique o valor medido por 1,7. Se a tensão resultante não for perigosa e a tensão reduzida (quando alimentada por um capacitor) não criar condições indesejáveis ​​​​para a carga, essa carga poderá ser conectada ao dispositivo.

Se a carga contiver um transformador de potência, ela será conectada à rede alternadamente por meio de um capacitor com capacidade de 0,01; 0,05; 0,1 µF para que, devido à ressonância, a tensão no enrolamento do transformador não ultrapasse o máximo permitido em uma tensão de rede de 220 V. Caso isso não aconteça, determina-se então a possibilidade do dispositivo de proteção, conforme descrito acima .

O dispositivo descrito foi testado trabalhando em conjunto com uma geladeira, uma TV estacionária e um complexo de reprodução de som. A TV possui fonte chaveada (não possui transformador standby) e foi testada nos modos normal e standby; no complexo de reprodução de som, qualquer uma das fontes foi ligada junto com o amplificador. Nenhuma alteração na operação dos dispositivos protegidos foi detectada.

Literatura:

1. Pakalo A. Dispositivo de proteção contra surtos // Rádio amador. -1997.-No.10.-P.30.
2. Zakharchenko G.V. Proteção automática da rede contra desvios extremos de tensão // Radioamator.-1999.-No. 2.-S38.
3. Horowitz P., Hill W. A arte do projeto de circuitos: Em 3 volumes: T.3.-M.: Mir, 1993.-367 p.

Autor: A. N. Karakurchi

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