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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Dispositivo de protección del consumidor de energía. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Protección de equipos contra operación de emergencia de la red, sistemas de alimentación ininterrumpida La cuestión de proteger los dispositivos alimentados de desviaciones inaceptables de la tensión de red sigue siendo relevante. El dispositivo descrito en [1] es sencillo, pero no proporciona alimentación eléctrica tras la desaparición de la emergencia en la red. El dispositivo descrito en [2] no tiene este inconveniente, sin embargo, el relé conectado para controlar el triac requiere un transformador para alimentar el dispositivo. Esto dificulta repetir el diseño en varios casos, y el método aplicado para controlar el triac no permite conectar, por ejemplo, equipos de reproducción de sonido, ya que puede aparecer un fondo con la frecuencia de la red. Ofrezco un dispositivo que está hecho sin relés electromagnéticos y unidades de bobina. Proporciona desconexión de la carga de la red cuando el voltaje de suministro supera los 220-240 V y cuando el voltaje cae por debajo del conjunto de 160-220 V. El dispositivo fue desarrollado para proteger a los consumidores suficientemente potentes (TV, refrigerador, herramienta eléctrica, etc.), con una potencia de hasta 2 kW. El esquema del dispositivo se muestra en la Fig.1.
El dispositivo se alimenta a través del circuito de extinción C1, C2, R1 desde el rectificador VD1, VD2 y el estabilizador VD4, VD5. Los circuitos de potencia del circuito de control y el electrodo de control (UE) del triac VS1 están separados por un diodo VD6 para reducir la influencia de este último en el circuito de control. Dado que el dispositivo se alimenta a través de un circuito de extinción, el voltaje en el capacitor C3, cuando está conectado a la red, aumenta mucho más lentamente que, por ejemplo, en una fuente de alimentación con una entrada de transformador. Esta circunstancia lleva a que en el microcircuito DD2 aparezca el modo de llave de tiristores con fijación de estado [3, p.243, 244]. Para eliminar este efecto, el chip DD2 se alimenta a través de una resistencia limitadora de corriente R17. En los elementos DD1.1, DD1.2 y DD1.3, DD1.4 se ensamblan disparadores Schmitt (TSh), en los elementos DD2.3, DD2.4, un generador de impulsos, en los elementos DD2.1, DD2.2. 1 un solo vibrador que establece el retraso para la inclusión. Amplificadores de entrada de transistores VT2 y VT1. La cascada en VT1.1 y TSh DD1.2, DD2 forman un canal para monitorear el límite de voltaje mínimo, VT1.3 y TSh DD1.4, DD3, VTXNUMX, un canal para monitorear el límite de voltaje máximo. A través del diodo VD3 y las resistencias R2-R5, los semiciclos negativos de la tensión de red se alimentan a las entradas de los canales de control de tensión. Se amplifican por cascadas en VT1 y VT2. En la cascada en VT1, el capacitor C6 suaviza el voltaje amplificado. Con una tensión de red normal, cuyo valor está entre los límites inferior y superior establecidos, la tensión en el colector VT1 es superior al umbral de TSh DD1.1, DD1.2, por lo que hay un nivel alto en el pin 3 DD1.2 y no afecta el funcionamiento del vibrador individual. En los pines 8,9 DD2.1 y pin 11 DD2.2: niveles altos. El nivel del registro "1" en el pin 2 DD2.3 permite la operación del generador DD2.3, DD2.4. El generador genera pulsos cortos con una frecuencia de 10 kHz, que se alimentan a través de un amplificador en VT4 al UE del triac VS1. En este caso, la corriente fluye a través del triac hacia la carga. El uso de un generador externo para controlar el triac permitió reducir el nivel de interferencia que se produce cuando se abre este último. Dependiendo de la magnitud de la tensión de red, las semiondas positivas están presentes (o ausentes) en el colector VT2. Si su amplitud es insuficiente para disparar el TS DD1.3, DD1.4, la salida 4 DD1.4 será log "0", el transistor VT3 está cerrado y no afecta el funcionamiento del vibrador único. Cuando la tensión de red supera el umbral establecido, el nivel de pulsos en el colector VT2 alcanza el umbral de funcionamiento TSh DD1.3, DD1.4. A partir de las semiondas se forman impulsos positivos, que a través de VT3 actúan sobre el one-shot. Cada pulso reinicia el vibrador único. Durante el retardo de encendido de un disparo DD2.1, DD2.2, que depende de la capacitancia del capacitor C10, hay un registro "11" en el pin 2.2 DD0 y deshabilita la operación del generador, no hay pulsos se reciben en el RE VS1, y la carga se desconecta de las redes. Cuando el voltaje fluctúa en la red cerca del límite máximo, la amplitud de los pulsos en el colector VT2 puede ser inestable, por lo tanto, en la salida del TS DD1.3, DD1.4, la frecuencia del pulso también es inestable, incluso solo los pulsos son posibles. En este caso, la carga permanece desconectada de la red, ya que incluso un solo impulso que aparece durante el tiempo de retardo de encendido establecido por el one-shot reinicia el one-shot, y el retardo se forma nuevamente. Cuando el voltaje de la red cae por debajo del límite mínimo, el nivel de voltaje en el colector VT1 se vuelve por debajo del umbral de operación del TS DD1.1, DD1.2, y aparece un nivel de registro "3" en el pin 1.2 DD0, que enciende el vibrador único, el generador deja de funcionar y la carga se desconecta de la red. Dado que el vibrador individual no se ve afectado por pulsos, sino por un nivel constante (log "0"), la formación del tiempo de retardo comienza después de que el voltaje de la red supera el umbral del límite mínimo. Luego, TSh DD1.2, DD1.3 cambia al estado del registro "1", y comienza la formación del tiempo de retardo de encendido, después de lo cual la carga se conecta a la red. El condensador C6 reduce un poco la respuesta del dispositivo a una disminución del voltaje, pero reducir el voltaje de la carga es menos peligroso que aumentarlo. Cuando el dispositivo está conectado a la red, la carga se conecta con un retraso establecido por un solo vibrador. El arranque inicial del vibrador único lo proporcionan ambos canales de control. A un voltaje cercano al mínimo, pero excediéndolo, los condensadores C6 y C8 proporcionan el arranque del vibrador único. Al mismo tiempo, en el pin 3 DD1.2, inicialmente hay un nivel de registro "0" y retrasa la cuenta atrás de la pausa con un solo vibrador. Cuando el voltaje en C6 y C8 alcanza el umbral de operación del TS DD1.1, DD1.2, este último cambia al estado del registro "1", y la formación del tiempo de retardo de encendido por el solo comienza el vibrador. A un voltaje más alto, el capacitor C6 se carga rápidamente, ya que VT2 ya está funcionando en modo de saturación, por lo que el capacitor C8 se usa para mantener TS DD1.1, DD1.2 en estado cero hasta que aumenta el voltaje de suministro (en C3). Cuando la tensión de red se acerca al mínimo, el tiempo de conexión de la carga a la red aumenta ligeramente debido a la descarga más lenta del condensador C6. A una tensión de red más alta, ya aparecen pulsos en el colector VT2. En el momento en que la tensión de alimentación del dispositivo (en C3) aún no ha alcanzado el valor nominal, el umbral de conmutación del TS es más bajo que en estado estable, por lo tanto, los pulsos TS DD2 y DD1.3 se forman a partir de los pulsos en el colector VT1.4, y el vibrador único se inicia en paralelo con el TS DD1.1, DD1.2. Con un aumento en el voltaje de suministro, después de que el dispositivo esté conectado a la red, incluso antes del inicio de la operación de un solo vibrador, el generador DD2.3, DD2.4 puede generar varios pulsos, su amplitud es menor que en el constante pero suficiente para el funcionamiento del amplificador de pulsos VT4 y el control del triac. Para eliminar la influencia de estos pulsos cuando se enciende, el umbral de encendido de la cascada en VT4 aumenta debido al uso del diodo zener VD9. Estas soluciones permitieron excluir incluso una aparición a corto plazo de voltaje en la carga cuando se conecta a la red antes de que expire el tiempo de retardo para el encendido en el rango desde el mínimo hasta los límites máximos de voltaje establecidos de la red. La histéresis para ambos canales de control es de 2-3 V. En el canal de límite mínimo a un voltaje de 160-170 V, la histéresis aumenta a 4-5 V. El canal de límite mínimo es necesario principalmente para instalaciones que contienen un motor eléctrico, ya que los dispositivos electrónicos contienen, si es necesario para un funcionamiento sin problemas, nodos que apagan el dispositivo o parte de él cuando la tensión de red cae por debajo del valor establecido, por ejemplo, un módulo de alimentación de TV. En instalaciones que contengan un motor eléctrico, es necesario determinar el límite de voltaje mínimo usando LATR, en el que aún se garantiza un arranque confiable del motor y no se detiene con la carga máxima en el eje. Si esto no es posible, entonces el límite de voltaje mínimo se establece a partir de los datos del pasaporte para la instalación. El canal especificado se puede utilizar con otros dispositivos. Si no se requiere el apagado a voltaje mínimo, se pueden omitir los elementos R2, R4, R7, R8, R11, C6, VT1, y el terminal izquierdo R13 según el diagrama se puede conectar al punto de conexión del emisor VT1. Dado que el triac está controlado por pulsos de alta frecuencia, se pueden conectar al dispositivo instalaciones con un motor colector, por ejemplo, un taladro eléctrico, etc. Los parámetros de los circuitos de suministro de energía del dispositivo están diseñados para permitir que se suministre un voltaje de hasta 380 V a la entrada del dispositivo.Por lo tanto, no es deseable reemplazar los diodos zener VD4, VD5 con uno, y ellos debe estar en cajas de metal. El voltaje de funcionamiento de los condensadores C1, C2, C11 es de al menos 630 V. El chip DD1 se puede reemplazar con K561 LA7. Condensadores C8, C10 tipo K53 o similar. El diodo Zener VD9 puede tener un voltaje de estabilización de 6,8-8,2 V. Triac VS1 con una clase de voltaje de al menos 6. La resistencia de la resistencia R14 debe estar dentro de 510 kOhm - 1 MΩ. Al mismo tiempo, no hay efecto perceptible sobre el límite máximo en el umbral de encendido-apagado del canal. Resistencias R6, R7 tipo SP-5. La cascada en VT4 proporciona el control de un triac, en el que la resistencia entre el RE y el pin 1 es de más de 40 ohmios. Cuando use un triac con una resistencia más baja (lo que significa que tiene una corriente de control grande), debe reducir la resistencia de la resistencia R24 a 150-160 ohmios. También es posible utilizar otros triacs, en los que la resistencia de la salida 1-UE sea superior a 40 ohmios. Pero cuando se utilizan triacs con una resistencia cercana a los 40 ohmios, también se debe tener en cuenta la temperatura ambiente a la que operará el dispositivo, ya que al disminuir la temperatura aumenta la corriente de control y una apertura posterior del triac (respecto al inicio de la medio ciclo) es posible, y para diferentes medias ondas del voltaje este el proceso no es el mismo. El triac está instalado en un radiador con un área S=0,12Rn cm2, donde Рн es la potencia de carga, W. Esto proporciona una temperatura del disipador de calor de 69 °C a una temperatura ambiente de 20-25 °C. El diseño de la placa de circuito impreso se muestra en la Fig. 2, la ubicación de los elementos en la Fig. 3.
La configuración del dispositivo se reduce a establecer los umbrales requeridos para apagar la carga y el tiempo de retardo de encendido. El estado inicial de la resistencia R6 es la resistencia mínima, R7 es la máxima. Para el momento del ajuste, la capacitancia del capacitor C10 se elige en el rango de 10-22 microfaradios, y en lugar de la carga, se enciende una lámpara incandescente. Al configurar, se debe tener en cuenta que el dispositivo está conectado galvánicamente a la red. Para seleccionar el umbral de apagado en el canal de límite mínimo, debe configurar el voltaje mínimo (para la carga utilizada) usando el LATR en la salida del dispositivo y ajustando R7 para desconectar la carga de la red. Debe rotar R7 lentamente, porque debido a la presencia de las capacitancias C6 y C8, cuando rota R7 rápidamente, puede obtener un umbral de respuesta sobreestimado. Al ajustar el canal de límite máximo, se establece el voltaje de entrada máximo requerido y al ajustar R6, la carga se desconecta. Luego verifique el funcionamiento del dispositivo cuando cambie el voltaje de entrada. Si es necesario, se ajustan los umbrales de corte en los canales. Con un aumento en la resistencia de las resistencias R6 y R7, la carga se desconecta a voltajes de entrada más bajos. Al cambiar la capacitancia C10, se selecciona el tiempo de retardo de encendido requerido. Tiempo de retardo aproximado (s) t = R18С10, donde R18 es la resistencia (en ohmios); C10 - capacidad (en F). Con R18=270 kOhm, C10=220 uF, el tiempo de retardo es de aproximadamente 1 min. Cuando se utilizan motores colectores como carga, se comprueba la estabilidad del dispositivo en las condiciones de interferencia generada por el motor. Si hay una desconexión por interferencia (a voltaje de red normal), entonces es necesario aumentar C7 en 200-1000 pF (determinado empíricamente). No aumente excesivamente la capacitancia del capacitor C7, ya que esto afectará el tiempo de apagado con un fuerte aumento en el voltaje en la red. En ausencia de LATR, se puede aplicar voltaje a la entrada del dispositivo desde el regulador (Fig. 4). En este caso, la carga no está conectada al zócalo XS1 y el control durante la configuración se realiza con un voltímetro u osciloscopio en el pin 11 DD2. El nivel "0" corresponde a la desconexión y el nivel "1" a la conexión de la carga a la red. Cuando se utiliza un osciloscopio, el control también puede realizarse mediante la presencia de pulsos de control en el colector VT4. El procedimiento de configuración no difiere del descrito anteriormente.
En el circuito de la Fig. 4, cualquier transformador T1 para 220 V con devanado secundario para tensión UII=30+ΔUI, donde UII es la tensión del devanado secundario T1; ΔUI - caída de tensión mínima en el devanado primario T2 en R=0. El transformador T1 debe tener varios devanados secundarios, luego, al ajustar el dispositivo, puede establecer el voltaje con mayor precisión, incluida la cantidad requerida de devanados, y esto requerirá una resistencia R con un rango más pequeño de cambios de resistencia. El transformador T2 puede ser de 220 V, pero es mejor tener un devanado de red con un grifo de 110-127 V. El voltaje en el devanado secundario es de 20-30 V. Resistencia R: cable con una potencia de 25-50 W con una resistencia de 20-50 ohmios. Lámpara VL1 con una potencia de 25-40 vatios. A potencias de lámpara altas, también se requiere una gran potencia de la resistencia R. Los parámetros específicos de los elementos del circuito se especifican experimentalmente, según los disponibles. La presencia del transformador T4 proporciona aislamiento galvánico de la red de la resistencia R y seguridad durante el ajuste. Con la carga conectada al dispositivo y el triac cerrado, la carga permanece conectada a la red a través del circuito C11R21. Esto es especialmente indeseable cuando se conecta un transformador de baja potencia, ya que la inductancia del devanado y el circuito C11R21 forman un circuito en serie. Esto, bajo ciertas condiciones (con una carga mínima del transformador o cuando un aumento de voltaje de la red ingresa a la entrada del dispositivo), puede conducir a un exceso del voltaje de operación del devanado de red del transformador. Por lo tanto, es necesario determinar experimentalmente la posibilidad de conectar una carga de baja potencia al dispositivo. Para hacer esto, se conecta una carga de baja potencia a la red a través de un capacitor de 0,1 μF y se mide el voltaje a través de ella. Multiplique el valor medido por 1,7. Si el voltaje resultante no es peligroso y el voltaje reducido (cuando se alimenta a través de un capacitor) no crea modos no deseados para la carga, entonces dicha carga se puede conectar al dispositivo. Si la carga contiene un transformador de potencia, entonces se conecta a la red a su vez a través de un capacitor con una capacidad de 0,01; 0,05; 0,1 µF, de modo que, debido a la resonancia, el voltaje en el devanado del transformador no exceda el voltaje máximo permitido a un voltaje de red de 220 V. Si esto no sucede, entonces la capacidad de protección del dispositivo se determina más, como se describe anteriormente. . El dispositivo descrito se probó trabajando junto con un refrigerador, un televisor fijo y un complejo de reproducción de sonido. El televisor tiene una fuente de alimentación conmutada (no tiene un transformador de reserva) y se probó en los modos normal y de espera; en el complejo de reproducción de sonido se encendía alguna de las fuentes junto con el amplificador. No se detectaron cambios en el funcionamiento de los dispositivos protegidos. Literatura:
Autor: A. N. Karakurchi
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