Устройства Защиты аппаратуры от повышенного напряжения в сети.

Тут архив со схемами и печатными платами.

Данное устройство в качестве коммутатора использует симистор, порог открывания которого устанавливается с помощью резистора R4 на уровне 260V (действующее значение).

Конденсатор С1 устраняет срабатывание схемы от кратковременных помех (выбросов).

Устанавливать светодиод HL1 не обязательно, но при его наличии  удобно настраивать устройство (когда управление симистором отключено).

Ток потребления в ждущем режиме не более 3 мА.

 
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА.

Схема контролирует состояние сети и в случае несоответствия сетевого напряжения (170...260В) отключает нагрузку.

При нажатии на кнопку ВКЛ (SB1), реле К1 срабатывает с задержкой примерно в 1 секунду и контактами К1.2 блокирует кнопку. Время задержки включения реле зависит от номинала емкости С2 и резистора R7. Выключение реле К1 может производиться кнопкой ОТКЛ (SB2) или от схемы автоматики, когда на выходе появится импульс или лог. "1" (при выходе напряжения за допуск).

Реле К1 с рабочим напряжением 24В.

Если у трансформатора Т1 имеется свободная обмотка на напряжение 6...12 В, то она может быть подключена к цепям 5 и 6 (вместо R1,R3 установить перемычки, а R4 и R10 исключить из схемы).

Схема контроля напряжения состоит из транзисторов, работающих в режиме микротоков. В нормальном состоянии резисторами R12 и R15 устанавливаем на коллекторах VT2 и VT3 лог. "0" и лог. "1" соответственно.

В этом случае транзисторы VT4 и VT5 заперты и на резисторе R19 нет напряжения (при его появлении сработает VS1).

Меняя напряжение, устанавливаем порог срабатывания схемы: резистором R12 при напряжении ниже 170В, а R15 — при превышении 260В.

Устройство аварийной защиты от превышения сетевого напряжения.

Устройство отличается малым потребляемым током в дежурном режиме — около 2 мА.

В исходном состоянии реле К1 выключено и на конденсаторе С1 накапливается энергия за счет его заряда от сети через резистор R2. Стабилитрон VD1 ограничивает величину напряжения на конденсаторе С1 уровнем 33V.

Как только напряжение в сети превысит на резисторе R5 порог открывания стабилитрона VD3 — открываются транзистор VT1 и тиристор VS1. За счет накопленной на конденсаторе С1 энергии срабатывает реле К1.

Группа контактов К1.1 подключает резистор R1 параллельно с R2. Проходящий через него ток удерживает реле во включенном состоянии после срабатывания, когда конденсатор разрядится через обмотку.

Конденсатор С2 предотвращает срабатывание защиты от кратковременных помех в сети.

Индикатором срабатывания защиты является светодиод HL1.

Диод VD8 предохраняет светодиод от воздействия высокого обратного напряжения.  Вернуть схему в исходное состояние можно, нажав на кнопку "сброс" (SB1).

Детали:

R1 типа ПЭВ на 25 Вт, а остальные — постоянные резисторы типа МЛТ соответствующей мощности.

Подстроечный R5 типа СП5-16А-1 Вт.

Диоды VD1, VD2, VD5...VD7 подойдут любые выпрямительные на ток 0,5А и обратное напряжение не менее 400 В. Транзистор VT1 КТ3102 можно заменить на КТ315 или КТ312.

Стабилитрон VD3 любой из серии прецизионных с напряжением стабилизации 6,6...9,1 В, VD4 на КС533А.

Светодиод HL1 из серии КИПД или АЛ310А. Светодиод можно заменить неонкой. Тиристор VS1 из серий Т112 или Т122, например Т122-20-6 (последняя цифра в обозначении указывает класс допустимого обратного напряжения и в данной схеме значения не имеет).

Реле К1 может быть типа ТКЕ54ПОД или из серии РНЕ44. Такие реле допускают коммутацию напряжения 220В и позволяют пропускать через свои контакты ток более 10А.

Уровень повышенного сетевого напряжения, при котором срабатывает защита, устанавливается резистором R5.

Номинал резистора R6 подбирается для получения нужной яркости свечения светодиода HL1.

Реле контроля напряжения «РН»  предназначено для контроля  питающей сети и автоматического отключения участка цепи (нагрузки) при превышении или понижении напряжения питания выше или ниже установленного предела с целью защиты электрооборудования.

Имеет нижний (175 ±5В) и верхний (245 ±5В) пороги включения, ток нагрузки до 40А.

Схема  рис.1

Обозначения элементов на плате:  "L" — клемма "фаза", "N" — клемма "нейтраль".

Элементы C1, R1, D1-D4 и С2 образуют источник постоянного напряжения величиной около 30В, который питает реле К1. Элементы R5, DW1 и С4 образуют источник постоянного напряжения величиной 12В, для питания микросхемы LM324N, содержащей 4 операционных усилителя, которые используются как компараторы. Элементы R6-R9, DW2 используются для формирования опорных напряжений для компараторов (с анода стабилитрона DW2 снимается напряжение около 6,2 В). Опорное напряжение Uoп2, определяющее величину верхнего опорного, поступает на инвертирующий вход компаратора верхнего порога DA2, опорное напряжение Uoп1, определяющее величину нижнего порога, поступает на неинвертирующий вход компаратора нижнего порога DA3. Сетевое напряжение отслеживается посредством цепочки R2;D5;R3;R4;C3.

Постоянное напряжение с плюсового вывода СЗ (величина которого находится в соответствии с напряжением питающей сети) поступает на инвертирующий вход компаратора нижнего порога и неинвертирующий  вход компаратора верхнего порога.

Если напряжение питающей сети ниже нижнего порога, то напряжение на инвертирующем входе компаратора DA3 меньше опорного напряжения Uoп1, соответственно, на его выходе имеем условную лог."1" (напряжение, несколько меньшее напряжения питания компараторов). Транзистор Т2 открыт, напряжение на неинвертирующем входе компаратора DA1 близко к нулю, поэтому на его выходе имеем условный лог."0" (напряжение, близкое к нулю). Транзистор Т1 закрыт, реле обесточено, нагрузка отключена.

Теперь предположим, что входное сетевое напряжение находится в пределах нормы, т.е. выше нижнего порога и ниже верхнего. При этом напряжение на инвертирующем входе компаратора DA3 превышает опорное напряжение Uоп1, поэтому на его выходе будет условный лог."0". В то же время напряжение на неинвертирующем входе компаратора DA2 меньше опорного напряжения Uon2, поэтому но его выходе также будет условный лог."0". Транзистор Т2 закрыт, напряжение на неинвертирующем входе компаратора DA1 больше опорного напряжения Uоп2, поэтому условная лог."1" на его выходе открывает транзистор Т1, реле К1 через контакты К1.1 подключает нагрузку. Если входное сетевое напряжение станет больше верхнего порога, то напряжение на неинвертирующем входе компаратора DA2 превысит опорное напряжение Uon2, условная лог."1" но его выходе откроет транзистор Т2, условный лог."0" на выходе компаратора DA1 закроет транзистор T1, реле выключится, нагрузка будет отключена. Индикацию роботы обеспечивает двухцветный светодиод LED. В нормальном режиме, когда нагрузка подключена, лог."1" с выхода DA1 зажигает нижний (по схеме) светодиод зеленого цвета свечения. Если нагрузке отключена, питающее напряжение через реле К1 зажигает верхний (по схеме) светодиод красного цвета свечения.

Задержку перед первым и повторным включением (после того, как сетевое напряжение вошло в норму) обеспечивают элементы R14 и С6.

С указанными номиналами обеспечивается задержка около 1,5 мин. Элементы R12, R11, C5 подавляют помехи и импульсы с частотой питающей сети, которые могут иметь место при колебании входного напряжения вблизи верхнего или нижнего порогов.

Резистор R10 обеспечивает гистерезис компаратора DA3.

В процессе эксплуатации было замечено, что при кратковременном пропадании напряжения (<1c), якорь реле успевает отпуститься, а коммутирующий транзистор еще не закрылся и при восстановлении сетевого напряжения конденсатор в БП не может накопить необходимый заряд для повторного включения реле т.к. шунтирован подключенной катушкой силового реле.

Так все и остается, горит светодиод все ОК, а силовое реле не включено.

Проблема исправлена заменой резистора R11 с 100кОм на 2,4кОм, С3 на 10 мкФ и С1 на 470мф. Теперь транзистору Т2 достаточно тока, чтоб успеть разрядить конденсатор С6.  Схема перейдет в аварийный режим, светодиод загорится красным цветом.

Защита от превышения напряжения сети

Устройство весьма экономично, поскольку для управления полевыми транзисторами IRF840, требуется очень небольшая статическая мощность.

Если вероятно появление напряжения до 380В (амплитудное —540В), следует применить полевые транзисторы с большим допустимым напряжением сток—исток.

Узел управления содержит RS-триггер на DD1 - К561ТМ2 и ключ на VT1.

Питают узел управления от выпрямителя на диоде VD3 и параметрического стабилизатора напряжения, собранного на стабилитроне VD6 и гасящем резисторе R6, с фильтрующим конденсатором С2. Диоды VD4, VD5 и резистор R8 защищают выход микросхемы от импульсных сетевых помех.

   Выпрямленное напряжение через резистор R3 поступает на подстроечный резистор R1, а с его движка на последовательно включенные стабилитроны VD1, VD2 и подстроечный резистор R2. Если сетевое напряжение соответствует норме или немного меньше, стабилитроны VD1, VD2 закрыты и напряжение на резисторе R2 равно нулю. Транзистор VT1 закрыт, поэтому конденсатор С1 заряжается через резистор R7, когда напряжение на конденсаторе и, соответственно, на входе S микросхемы DD1 1 достигнет высокого уровня, на выходе триггера также появится высокий уровень. Транзисторы VT2 и VT3 открываются, и сетевое напряжение поступает на нагрузку.

Если сетевое напряжение увеличится, стабилитроны VD1. VD2 начнут открываться. На резисторе R2 появятся импульсы напряжения которые через резистор R4 поступают на вход R триггера, а с движка резистора R2 — на базу транзистора VT1 Транзистор открывается, и конденсатор С1 разряжается, поэтому на входе S триггера присутствует низкий уровень.

При дальнейшем повышении сетевого напряжения амплитуда импульсов на резисторе R2 увеличится. Когда она достигнет высокого логического уровня на входе R, триггер переключится — на его выходе появится низкий уровень. Коммутирующие полевые транзисторы закроются, и нагрузка отключится.

Если теперь сетевое напряжение начнет уменьшаться, амплитуда импульсов на резисторе R2 также будет снижаться и станет меньше высокого логического уровня, но состояние триггера не изменится. При дальнейшем снижении сетевого напряжения амплитуда импульсов уменьшится настолько, что транзистор VT1 открываться не будет и конденсатор С1 вновь начнет заряжаться на входе S триггера DD1.1 и, соответственно, на его выходе появится высокий уровень, полевые транзисторы откроются, и на нагрузку поступит сетевое напряжение.

Стабилитроны KC551A(VD1; VD2) можно заменить одним КС591А; КС600А или тремя включенными последовательно КС527А, 2С530А, 2С536А, диод КД105Б (VD3) — КД105В, КД105Г диоды КД521А (VD4\ VD5) — КД503А. КД510А, КД522Б.

Если ток нагрузки превышает 2А полевые транзисторы необходимо установить на теплоотводы.

Налаживание:

Движок подстроенного резистора R2 устанавливают в верхнее, а резистора R1 — в левое по схеме положение и подают на устройство напряжение, соответствующее порогу отключения, (250В) Медленно перемещая движок резистора R1, добиваются отключения нагрузки.

Затем на входе устройства устанавливают напряжение подключения нагрузки, (230В) и, перемещая движок резистора R2, добиваются ее включения.

Чтобы увеличить гистерезис (разность значений напряжения отключения и подключения), общее напряжение стабилизации последовательно включенных стабилитронов VD1, VD2 следует уменьшить.

Схема представленная ниже, отключит нагрузку, когда напряжение превысит 242В или станет ниже 170В.

В исходном состоянии контакты реле находятся в положении указанном на схеме.

Подключение нагрузки к сети происходит при нажатии на кнопку SB1 «Пуск». Сетевое напряжение через гасящий конденсатор С1 и резистор R10 поступает на выпрямитель на диодах VD9, VD10, и заряжает конденсатор С3. Напряжение на конденсаторе стабилизировано стабилитроном VD11. От этого выпрямителя питается маломощное реле К2, которое управляет работой мощного реле К1.

Через диод VD2 сетевое напряжение поступает на узел включения реле К2.

Если напряжение в сети будет более 170В стабилитрон VD7 откроется, что позволит зарядиться конденсатору С2 до напряжения достаточного для открывания транзистора VT1, который включит реле К2. Параллельно катушке реле К2 включен диод VD8 для защиты транзистора от ЭДС самоиндукции, при выключении реле К2.

Это реле своим контактом К2.1 включит мощное реле К1, а оно своими контактами К1.1…К1.4 подаст сетевое напряжение в нагрузку.

При этом загорается светодиод HL2, сигнализирующий о нормальной работе устройства.  Светодиод HL1 погаснет, устройство вошло в рабочий режим.

Защита от понижения напряжения

Если напряжение сети станет меньше, чем 170В, стабилитрон VD7 закроется, и зарядка конденсатора С2 прекратится. Это приведет к тому, что конденсатор С2 разрядится через резистор R8 и переход база – эмиттер транзистора VT1. Транзистор закроется и промежуточное реле К2 отключится и контактом К2.1 выключит мощное реле К1 – нагрузка обесточена.

Защита от повышенного напряжения

Узел защиты от превышения напряжения собран на тиристоре VS1. Сетевое напряжение, а точнее его положительная полуволна, через диод VD2 поступает на соединенные последовательно стабилитроны VD3… VD6, а через них на резисторы R2 и R3. При повышении сетевого напряжения свыше 242В стабилитроны откроются и на резисторе R3, создастся падение напряжения, величина которого будет достаточна для открытия тиристора VS1.

Открытый тиристор через резистор R5 «посадит» напряжение на конденсаторе С3 реле К2 выключится, а вместе с ним отключится реле К1, и нагрузка будет отключена.

Повторное включение нагрузки можно осуществить лишь нажатием кнопки «Пуск».

Детали: подстроечный резистор типа СП3-3 или СП3-19. Конденсатор С1 типа К73-17 на напряжение не ниже 630v. Диоды VD1, VD2, VD8…VD10 любые маломощные с обратным напряжением не менее 400 В, типа 1N4007.

Транзистор VT1 можно заменить на КТ817Г, КТ603А,Б или КТ630Д.

В качестве мощного реле К1 использовано реле с катушкой на переменное напряжение 220В.

Реле К2 с напряжением срабатывания около 50В и током катушки не более 15 мА.

В качестве VD3… VD6, указанных на схеме, возможно применение стабилитронов КС600А, КС620А, КС630А, КС650А, КС680А.

Налаживание:

Сначала следует настроить верхний порог, подбором стабилитронов VD3…VD6 и резистора R3 добиться отключения прибора при напряжении 242В. Точная настройка осуществляется подбором резистора R3. При настройке вместо него установить переменный резистор сопротивлением около 10 ком, а по окончании настройки заменить его постоянным. Чтобы не происходило срабатывания устройства по нижнему порогу движок резистора R7 установить в верхнее по схеме положение.

После настройки верхнего порога следует с помощью резистора R7 добиться отключения устройства при понижении напряжения до 170В.

Автомат защиты

Отключает нагрузку от сети в случае выхода напряжения за установленные пределы (185...250 В), и обеспечивает 5^и минутную задержку включения после нормализации сетевого напряжения.

Схема устройства приведена на рис. 1.

Напряжение питания поступает от однополупериодного выпрямителя на диоде VD3 с гасящим конденсатором С1. Стабилитрон VD2 пропускает положительные полупериоды тока гасящего конденсатора и стабилизирует выходное напряжение в отрицательных полупериодах.

Контроль сетевого напряжения выполнен на сдвоенном ОУ DA1, элементы которого работают в режиме компараторов.

Измерительный выпрямитель на диоде VD1 формирует пропорциональное средневыпрямленному значению переменного сетевого постоянное напряжение. Оно поступает на входы ОУ микросхемы DA1 с движков подстроечных резисторов R2 и R6. Ими регулируют соответственно верхнюю и нижнюю границы допустимого интервала изменения сетевого напряжения.

Специализированная "часовая" микросхема DD1 отсчитывает пятиминутный интервал задержки включения холодильника. Частоту задающего генератора (2,12 кГц) устанавливают подборкой резистора R11. Импульсы этой же частоты использованы для управления симистором VS1. Светодиод HL1, служит индикатором режима работы устройства.

На вторые входы ОУ со стабилитрона VD4 подано образцовое напряжение. Если напряжение в сети вышло за установленные пределы, уровень на одном из выходов DA1 станет высоким (относительно минусового вывода конденсатора СЗ).

Поступив через диод VD5 или VD6 на вход R (выв. 9) счетчика-делителя на 60 микросхемы DD1, этот уровень запрещает работу счетчика, на выходе М которого будет установлен низкий уровень. В результате импульсы с выхода элемента DD2.1 не проходят на выход элемента DD2.2.

Симистор VS1, на управляющий электрод которого не поступают открывающие импульсы, закрыт - нагрузка обесточена. Транзистор VT2 открыт, светодиод HL1 включен и сигнализирует о временной блокировке.

Как только напряжение сети придет в норму, на обоих выходах DA1 будет установлен низкий уровень. Так как конденсатор С5 разряжен, уровень на выходе элемента DD2 4 тоже низкий. Таким же, благодаря связи через резистор R24, станет и уровень на входе R счетчика-делителя на 60. Счетчик заработает и через 5 мин, низкий уровень на его выходе М сменится высоким. Дальнейшее поступление импульсов с выхода S2 микросхемы DD1 на вход С счетчика будет заблокировано открывшимся диодом VD7, и счетчик останется в этом состоянии, пока не будет возвращен в исходное высоким уровнем на входе R.

Высокий уровень на выходе М разрешает прохождение импульсов частотой 2,12 кГц через элемент DD2.2. Продифференцированные цепью C6R22 и усиленные транзистором VT3, эти импульсы открывают симистор VS1 - нагрузка подключена, а светодиод HL1 погашен.

Перемычку S1 устанавливают при налаживании устройства или в случае, если задержка включения нагрузки не требуется. За счет увеличения частоты импульсов, поступающих на счетный вход счетчика-делителя на 60, продолжительность задержки сокращается приблизительно до 20 мс, что равносильно ее отсутствию.

Детали:

Конденсатор С1 — К73-17 на 630v, С4 и С6 — любого типа. Подстроечные резисторы — СПЗ-386. Симистор ВТ137-600 — ТС106-10 на напряжение не ниже 600V.

Вместо К157УД2 подойдет любой сдвоенный ОУ, Стабилитрон КС133Г можно заменить любым на напряжение 3...3,6V.

Налаживание  автомата:

устанавливают требуемую задержку включения холодильника, пороги срабатывания узла контроля сетевого напряжения и время срабатывания токовой защиты.

Для получения пятиминутной задержки частота импульсов на выходе элемента DD2.1 должна быть равна 2,12 кГц. Ее устанавливают подборкой резистора R11.

На время регулировки порогов рекомендуется отключить задержку, установив перемычку S1, как показано на рис. 2 штриховой линией.

Подав на автомат переменное напряжение 185В, установите движок резистора R2 в положение, соответствующее границе включения светодиода HL1.

Затем, увеличив напряжение до 250В повторите процедуру, вращая на этот раз движок резистора R6.

Ложные срабатывания автомата удается устранить увеличением емкости конденсатора С2 до 100...220 мкФ.

Учитывая возможность аварийного повышения напряжения в сети до 380В, следует применять конденсатор С1 на напряжение не менее 1000 В.

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

     При превышении напряжения выше заданного безопасного уровня, устройство замкнёт сеть и сгорят или выбьют пробки. Напряжение срабатывания защиты примерно 270 В. Резистором R1 можно в небольших пределах изменять напряжение срабатывания. Конденсаторы С1 и С2 образуют с R1 RC-цепочку, которая препятствует срабатыванию устройства при импульсных выбросах в сети.

При напряжении в сети до 270В стабилитроны VD3, VD4 и тиристоры закрыты. При превышении напряжения свыше 270В открываются стабилитроны VD3, VD4, и на управляющие электроды тиристоров поступает открывающее напряжение. В зависимости от полярности полупериода сетевого напряжения, ток проходит либо через тиристор VS1, либо через VS2 которые открываясь - замкнут сеть.

Без конденсаторов С1 и С2 время срабатывания не превышает одного полупериода напряжения сети, но возможны ложные срабатывания.

С конденсаторами С1 и С2 снижается быстродействие устройства, можно сделать и однополупериодную схему с одним тиристором (VS1), удалив VS2, С2, VD1, VD2 и VD6.

Устройство защиты аппаратуры от аномального напряжения в сети.

Устройство отключает нагрузку при выходе сетевого напряжения за пределы 180...240В. Когда напряжение сети придет в норму, устройство отрабатывает паузу (10 с) и автоматически подключает нагрузку к сети.

Элемент, коммутирующий переменный ток — пара полевых транзисторов VT2 и VT3 с изолированным затвором, включенных встречно-последовательно.

На ОУ DA1.1 собран компаратор, контролирующий снижение напряжения сети, а на ОУ DA1.2 — повышение.

Резисторы R1—R3 образуют делитель выпрямленного напряжения сети, пульсации которого сглажены конденсатором С1.

На неинвертирующие входы обоих компараторов поступает образцовое напряжение со светодиода HL1, ток через который стабилизирован полевым транзистором VT1.

Логические элементы микросхемы DD1 обрабатывают сигналы компараторов и формируют напряжение затвор-исток транзисторов VT2 и VT3, управляющее их состоянием. Микросхемы DA1 и DD1 получают питание от конденсатора С2, который заряжается импульсами напряжения сети через диод VD1, резистор R4 и встроенный защитный диод транзистора VT2. Напряжение на конденсаторе С2 ограничено с помощью стабилитрона VD2.

Когда напряжение сети упадет ниже 180В, напряжение на движке подстроенного резистора R2 станет меньше образцового, в результате чего на выходе компаратора DA1.1 установится высокий уровень, на выходе элемента DD1.1 — низкий уровень, на выходе элемента DD1.4 — высокий уровень, светодиод HL2 погаснет, диод VD3 откроется, конденсатор СЗ быстро зарядится через токоограничительный резистор R6 и диод VD5.

Напряжение с конденсатора СЗ подается на верхний по схеме вход (вывод 1) элемента DD1.2, а с анода диода VD3 — на верхний по схеме вход (вывод 12) элемента DD1.3. RS-триггер, собранный на этих элементах, переключится в состояние низкого уровня на выводе 3 микросхемы DD1. Именно это напряжение подано на затворы транзисторов VT2 и VT3. Эти транзисторы закроются и отключат нагрузку от сети.

Когда напряжение сети превысит 240В, напряжение на резисторе R3 станет больше образцового, в результате чего на выходе компаратора DA1.2 установится низкий уровень, на выходе элемента DD1.4 — высокий уровень, светодиод HL2 погаснет. Конденсатор СЗ зарядится, как описано выше. Высокий уровень на выводе 1 микросхемы DD1 и низкий уровень на ее выводе 13 аналогично переключат триггер на элементах DD1.2 и DD1.3, транзисторы VT2 и VT3 закроются и отключат нагрузку от сети. Когда напряжение сети вернется в допустимые пределы, на выходе компаратора DA1.1 установится низкий уровень, а на выходе компаратора DA1.2 — высокий. На выходе элемента DD1.4 установится низкий уровень, включится светодиод HL2 — индикатор допустимого напряжения сети. Но нагрузка включена не будет, пока конденсатор СЗ не разрядится через резисторы R9, R6 и выход элемента DD1.4. Пауза продолжается около 10с из-за большого сопротивления резистора R9. Лишь когда напряжение на конденсаторе СЗ, а значит, и на верхнем по схеме входе элемента DD1.2 будет соответствовать низкому логическому уровню, произойдет переключение триггера в состояние высокого уровня на выводе 3 микросхемы DD1, в результате чего транзисторы VT2 и VT3 откроются и подключат нагрузку к сети.

Если во время паузы напряжение сети выйдет за допустимые пределы, на выходе элемента DD1.4 установится высокий уровень, светодиод HL2 погаснет, конденсатор снова быстро зарядится через резистор R6 и диод VD5. Поэтому, когда напряжение сети войдет в допустимые пределы, пауза будет отработана снова. Благодаря этой паузе нагрузка защищена от колебаний напряжения сети.

Транзисторы VT2 и VT3 должны быть рассчитаны на максимальный ток нагрузки и напряжение не менее 600В, чтобы устройство выдерживало аварийное повышение напряжения сети до 380В.

Если мощность нагрузки не превышает 700 Вт, можно применить транзисторы КП707Б— КП707Г. Если напряжение сети не превышает 350В, можно применить транзисторы из серии IRF840. Транзистор VT1 — из серии КП303 с начальным током стока 1,6—2 мА. Светодиод HL1 — с падением напряжения 1.7...1,9В при указанном выше прямом токе. Светодиод HL2—любой, свечение которого заметно под прямым током около 1 мА. Диод VD1 на прямой ток не менее 100 мА и обратное напряжение не менее 600 В. Стабилитрон VD2 — с напряжением стабилизации 11... 15В при токе 5мА. Диоды VD3— VD5 из серий КД521, КД522. Микросхему LM358N (DA1) можно заменить на КР1040УД1, КР1464УД1Р.

Налаживание:

Резистор R2 устанавливают в верхнее по схеме положение, а R3 — в нижнее. На входе подают напряжение 240В, при этом светодиод HL2 должен быть погашен.  Перемещают движок резистора R3 до включения светодиода HL2. Затем подают напряжение 180В и перемещают движок резистора R2 до гашения светодиода HL2. После этого изменяя напряжение, отслеживают включение и отключение нагрузки, а также длительность паузы, которую можно изменить подбором резистора R9. Для надежности устройства можно измерить сопротивление резистора R3 и обоих участков резистора R2, после чего впаять вместо них постоянные резисторы.

Схема ниже, применяется как защитный элемент электрических цепей с напряжением от 115 до 180V.

Она содержит цепь контроля напряжения на транзисторах VT1;VT2, включенных по лавинно-встречной схеме, простенький усилитель управляющего тока на VT3 и собственно тиристор.

В исходном состоянии тиристор и усилитель выключены, а цепь контроля потребляет ничтожный ток. Цепь контроля сравнивает два напряжения: опорное со стабилитрона VD1 и уменьшенное делителем R1;R2;R3 исходное напряжение. Для предотвращения случайных срабатываний ограничителя при различных помехах, небольших скачках напряжений и т.п. имеется сглаживающий конденсатор C1, причём постоянная времени цепочки R2;R3;C1 выбрана порядка миллисекунд. На транзисторе VT1 происходит собственно сравнение напряжений. В исходном состоянии VT1 и VT2 закрыты. Когда на эмиттере VT1 напряжение становится больше на 0.7V, чем на базе, VT1 открывается. При этом ток через коллектор VT1 поступает в базу VT2, что приводит к его открытию. Открывающийся транзистор VT2 начинает забирать ток из точки опорного напряжения и передавать его для открытия VT3. Уменьшение опорного напряжения приводит к ещё большему открытию VT1, который в свою очередь ещё больше открывает VT2. Через некоторое время оба транзистора оказываются в состоянии насыщения. Поскольку ток с лавинной пары недостаточен для открывания тиристора, имеется усилительный каскад на VT3. Открытый поступающим с VT2 током транзистор VT3 надёжно и уверенно открывает тиристор, и тот начинает шунтировать схему.

Защита от аварийного напряжения сети.

Устройство отключает нагрузку от электросети при снижении или превышении сетевым напряжением заранее установленных значений (195 и 245 В).

Характеристики:

Нижний порог отключения нагрузки,  160...195V Верхний порог отключения нагрузки,  230...260V

Время отключения нагрузки при возникновении аварийной ситуации в сети,    1 ...3с

Время включения после восстановления напряжения сети,  30...60с

Схема устройства показана на рис. 1. На диодах VD2, VD3 собран выпрямитель с балластными конденсаторами С5, С6, а на стабилитроне VD6 и транзисторе VT1 — ограничитель выходного напряжения выпрямителя, резистор R1 ограничивает зарядный ток конденсаторов С5, С6 при подключении устройства к сети. Резисторы R6, R8 обеспечивают разрядку конденсаторов С5, С6 при отключении устройства, они включены последовательно, так как большинство резисторов (например, МЛТ, С2-23, Р1-4) имеют рабочее напряжение не более 250 В. На диоде VD1 собран однополупериодный выпрямитель, конденсаторы С2, СЗ — сглаживающие, С1, С4 подавляют высокочастотные помехи. ОУ DA1.1, DA1.2 — компараторы напряжения, светодиод HL1 индицирует включение устройства в сеть, а HL2 — нормальное напряжение сети. Диоды VD4 и VD5 образуют "монтажное ИЛИ", напряжение питания компараторов стабилизировано интегральным стабилизатором на микросхеме DA2, оно использовано и как образцовое.

После подключения устройства к сети на выходе микросхемы DA2 напряжение будет около 12В, на конденсаторах СЗ, С4 — постоянное напряжение, значение которого зависит от сетевого напряжения и сопротивления резисторов R2— R5. При напряжении сети 220 В это напряжение примерно равно 2,5 В. Резисторами R7 и R9 устанавливают верхний и нижний пороги отключения нагрузки. Если напряжение сети в норме, то на выходах ОУ низкий уровень, транзистор VT2 закрыт и начинается зарядка конденсатора С9 через резисторы R13, R14. Через 30...60 с напряжение на конденсаторе С9 становится достаточным для открывания полевого транзистора VT3, а затем и биполярного транзистора VT4. На реле К1 поступает напряжение питания, оно сработает и своими контактами К1.1 подключит нагрузку к сети. Одновременно светит светодиод HL2, сигнализируя, что сетевое напряжение в норме и оно подано на нагрузку.

Если напряжение сети превысит верхний порог отключения, компаратор на ОУ DA1.1 переключится, на его выходе установится высокий уровень, транзистор VT2 откроется и конденсатор С9 быстро разрядится через этот транзистор и резистор R14. Транзисторы VT3, VT4 закроются, светодиод HL2 погаснет и реле отключит нагрузку от сети. При уменьшении напряжения сети до нижнего порога переключится компаратор на ОУ DA1.2, процесс повторится и нагрузка также будет отключена от сети. Длительность временного интервала между моментом возникновения аварийной ситуации и отключением нагрузки (1...3с) зависит от скорости разрядки конденсатора С9 (т. е. от его емкости и сопротивления резистора R14), напряжения открывания транзистора VT3 и постоянной времени цепи выпрямителя (R4, R5, конденсаторы С2, СЗ).

Когда напряжение сети вернется в допустимые пределы, транзистор VT2 закроется, начнется зарядка конденсатора С9 и через 30...60 с реле К1 подключит нагрузку к сети. Время задержки зависит от сопротивления резистора R13, емкости конденсатора С9 и напряжения открывания транзистора VT3.

В устройстве применены конденсаторы С5, С6 — К73-17, оксидные — К50-35, остальные   —   К10-17.   Транзисторы

2N2222 заменимы на КТ3102 с любыми буквенными индексами (VT2) или КТ3117А, КТ815А, КТ815Б, КТ815В (VT1, VT4). Транзистор BS170P можно заменить на КП501А, КП501Б, взамен стабилитрона КС518А можно применить любой маломощный стабилитрон с напряжением стабилизации 15...22 В. Светодиоды допустимы любые в пластмассовом корпусе диаметром 3...5 мм, желательно разного цвета свечения, с рабочим током 5....20 мА. Автор применил многооборотные подстроечные резисторы W3296 (R7, R9), но подойдут СП5-2ВБ, постоянные резисторы — С2-23, МЛТ, реле — TRJ-12VDC, но можно использовать и аналогичные TRIL-12VDC, TRU-12VDC, TRV-12VD с одной группой контактов на замыкание или переключение.

Налаживание:

На выход устройства подают напряжение 220V, светодиод HL1 должен светить, на конденсаторе С11 — напряжение примерно 12V, а на выводах 2 и 5 микросхемы DA1 — около 2,5V. Резистором R7 устанавливают на выводе 6 микросхемы DA1 напряжение 2,9V, что соответствует верхнему порогу отключения (около 245V), а резистором R9 — напряжение 2,2V на выводе 3 микросхемы DA1, что соответствует нижнему порогу отключения (около 195V). После установки напряжений подключают нагрузку, ЛАТРом изменяют напряжение и проверяют напряжения отключения нагрузки. При необходимости их изменяют в нужную сторону резисторами R7 и R9.

Примечание:

Примененные конденсаторы К73-17(С5, С6), хотя и имеют рабочее напряжение 630V, но амплитуда приложенного к ним переменного напряжения не должна превышать 50 % этого значения (315V). Поэтому при сетевом напряжении 230V и более конденсаторы будут работать в запредельном режиме, что снижает надежность устройства. Поэтому лучше использовать конденсаторы К75-10 (2 х 0,47мкФ на 500V или 1 шт. 1мкФ на 500V).

БЛОК ЗАЩИТЫ

Следит за уровнем напряжения в сети, и если его величина выходит за заданные пределы отключает нагрузку.

Включение нагрузки происходит не сразу после прихода напряжения сети в норму, а через несколько секунд после этого. Задержка не дает переходным процессам, возникшим в сети, отрицательно повлиять на оборудование.

Включение и выключение нагрузки осуществляется с помощью реле К1. Схема питаются от трансформаторного источника питания на Т1. Напряжение питания микросхемы D1 поддерживается с помощью стабилизатора А1.

Датчиком величины сетевого напряжения служит выпрямитель на VD4 и СЗ, а так же, R1-R4.

На выходе выпрямителя (VD4-СЗ) будет постоянное напряжение, пропорциональное переменному напряжению в сети. Резисторы R1-R4 представляют собой два подстраиваемых делителя напряжения.

Элементы микросхемы D2 образуют своеобразные усилители сигналов датчика. Резистором R4 выставляют нижний порог напряжения сети, а резистором R3 - верхний. Когда в сети напряжение ниже установленного порога напряжение на входе D2.1 сползает в сторону логического нуля. Напряжение на выходе D2.1 начинает повышаться и элемент D1.1 переключается в нулевое состояние на выходе. Это приводит к переключению элемента D1.2 в единичное состояние.

Конденсатор С4 быстро заряжается через VD5 и R5. На выходе D1.3 возникает ноль. Транзисторы VT1-VT2 выключаются и реле К1 отключает нагрузку. При входе напряжения в норму происходит обратный процесс и на выходе D1.2 устанавливается ноль. При этом разрядка конденсатора С4 происходит через относительное большое сопротивление R8, поэтому на включение нагрузки уходит несколько секунд (пока С4 разряжается до порога логического нуля). Если напряжение в сети превышает установленный резистором R3 максимальный предел, то срабатывает элемент D2.2. На его выходе напряжение снижается и это приводит к переключению элемента D1.2 в состояние единицы на выходе. Дальше все, как и в случае с понижением напряжения.
Детали. Конденсатор С3 должен быть на напряжение не ниже 400V. Трансформатор Т1 – со вторичной обмоткой 9+9V, и током 300mA. Тип реле К1 зависит от максимальной мощности нагрузки.

 

Устройство защиты.

Работает оно следующим образом:

При выходе напряжения сети за установленные пределы (регулируют нижний R4, верхний - R6) срабатывает таймер DD2 и на его выходе 3 устанавливается низкий уровень, зеленый светодиод VD6 гаснет, семистор ТС 106 отключает нагрузку.

Низкий уровень на выходе 7 таймера DD2 разрешает работу счетчика DD1 К176ИЕ5, который выполняет роль второго таймера, формирующего время задержки на включение нагрузки. Это время зависит от номиналов R14 и С6 и, при указанных на схеме, составляет около 4 минут.

По прошествии 4 минут через дифцепочку С5 R15 и Т2 проходит очень короткий импульс сброса таймера DD2 и, если напряжение в сети нормализовалось, на выводе 3 таймера установится высокий уровень, засветится зеленый светодиод и симистор VD10 ТС106 подключит нагрузку. В противном случае пройдет еще 4 минуты и все повторится, и так будет происходить до тех пор, пока напряжение в сети не нормализуется.

Красный светодиод VD7 индицирует работу таймера на DD1 и, если все нормально, должен мигать каждые 2-3 сек.
Детали: R2 - не менее 1 Вт, СЗ - с малым током утечки. Оптосимистор VD9 МОС 3022 можно заменить на МОС 3020-3062. С1 - не менее чем на 400 В.
Симистор ТС-106 может коммутировать нагрузку до 10А, если необходим больший ток, то нужно заменить его на более мощный (например ТС-132).
Защита предназначена для круглосуточной работы и боится только КЗ на выходе.
При первом включении через защиту нагрузка подключится через 4 минуты, далее - автоматический режим работы.

Схема устройства (рис.3).



На операционном усилителе (ОУ) DA1.1 выполнен компаратор, который опрокидывается в состояние лог."0" при достижении напряжения сети 195В, на DA1.2 компаратор, который устанавливается в состояние лог "1" при достижении напряжения сети 200В.

На прямые входы ОУ подается опорное напряжение около 6,2В.

Пороги срабатывания компараторов выставляются переменными резисторами R3 и R4.

Если напряжение в сети, ниже 195В, на выходах обоих компараторов присутствует лог "1". На выходе инвертора DD1.1 – лог "0", который устанавливает RS-триггер на элементах DD1.2, DD1.3 в "единичное" состояние (уровень лог."0" на выводе 4 DD1.3). При этом транзисторы VT2 и VT3 закрыты и реле К1 обесточено.

При повышении сетевого напряжения до 195В в состояние отрицательного насыщения перебрасывается компаратор DA1.1, на его выходе устанавливается лог "0" и, соответственно, на входе S RS-триггера - уровень лог "1", и триггер остается в "единичном" состоянии.

Печатная плата показана на рис.4.

При повышении сетевого напряжения до 200В в состояние лог."0" переходит и компаратор DA1.2. Уровень лог."0" появляется на входе R RS-триггера, и он переключается в "нулевое" состояние. Уровнем лог."1" с инверсного выхода RS-триггера открываются транзисторы VT2 и VT3, включается реле К1.

При понижении сетевого напряжения до 200В на выходе компаратора DA1.2 появляется лог"1", но триггер все равно остается в "нулевом" состоянии, по-прежнему выходное напряжение будет равно сетевому. И только когда сетевое напряжение понизится до 195В, на выходах обоих компараторов появится лог."1", на входе S RS-триггера появится лог."0", и триггер переходит в "единичное" состояние, реле К1 отпускает. Таким образом, схема не реагирует на повышение напряжения от 195 до 200В и на понижение от 200 до 195В, и "триггерный эффект" в ней отсутствует.

Неиспользуемые выводы (выходы) DA1 и DD1 нужно удалить.