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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Protección automática de dispositivos eléctricos contra sobretensiones. 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 El dispositivo propuesto desconecta la carga de la red si el voltaje de la red sale del rango especificado. La máquina fue desarrollada como parte integral de un dispositivo de control de bomba vibratoria. Sin embargo, la carga del dispositivo puede ser cualquier dispositivo eléctrico. Dispositivos similares se describen en la literatura [1, 2, 3]. En todos los aspectos, excepto en el número de piezas utilizadas, esta máquina no es inferior a las anteriores y en la mayoría de aspectos es superior. La máquina tiene las siguientes capacidades y características. Ajuste separado de los umbrales de voltaje superior e inferior (dentro de 170-260 V). Aislamiento galvánico de la parte de control del circuito de la red; esto permite utilizar el dispositivo descrito para monitorear una red con un voltaje de 380 V y superior. Indicación del estado del dispositivo mediante un LED controlado por color. El dispositivo apaga la carga después del primer medio ciclo de tensión de red fuera del rango especificado. Un retraso ajustable antes de encender el dispositivo, y el tiempo no se cuenta desde el momento en que se apaga la carga, sino desde el último medio ciclo "rechazado" de la tensión de red (el voltaje también se controla durante el retraso). La máquina tiene una arquitectura abierta, por lo que puede integrarse fácilmente en otros dispositivos. Las desventajas incluyen el uso irracional de puertas de chips lógicos. La máquina funciona junto con la bomba Strumok producida por Elektromashina OJSC (Jarkov). Cuando el voltaje cae por debajo de 205 V, el suministro de agua a la bomba cae bruscamente, por lo que no se enfría bien y puede quemarse. Cuando el voltaje supera los 235 V, las vibraciones de la bomba se vuelven anormales y el ruido producido aproximadamente se duplica. El esquema del interruptor automático se muestra en la Fig. 1.
La parte de entrada está separada galvánicamente del circuito de medición mediante un optoacoplador de transistor VE1. La tensión de red está limitada por la resistencia R1 y crea pulsos de corriente a través del LED del optoacoplador VE1. El puente de diodos VD1 permite que cada mitad de la tensión de red pase a través del LED del optoacoplador en dirección directa. En el punto A, el voltaje tiene la forma que se muestra en la Fig. 2,a. La resistencia R3 limita la corriente a través del transistor optoacoplador a un nivel aceptable. Si el voltaje de la red es normal, entonces en las entradas de los elementos lógicos (LE) DD1.1 y DD1.2 hay niveles lógicos bajos y, en consecuencia, en la salida DD1.3 hay un nivel lógico. "0".
Consideremos el funcionamiento de un canal que responde a una disminución del voltaje de la red. El canal se ensambla sobre los elementos DA1.1, R6, VD2, R8, C1. Mientras que la tensión de red es suficientemente alta, la tensión en el punto A en cada medio ciclo de la tensión de red disminuye por debajo del nivel de tensión establecido en la entrada inversora DA1.1 usando la resistencia de ajuste R4. Ambas puertas del chip DA1 se incluyen como comparadores de voltaje. No se pueden utilizar condensadores de corrección de frecuencia. En cada semiciclo, aparecen pulsos de voltaje negativos en la salida de DA1.1 (ver Fig. 2, b), que, a través del circuito R6, VD2, descargan el capacitor C1 casi a cero. Luego, antes de que aparezca un nuevo pulso en el siguiente medio ciclo de la tensión de red, el condensador C1 se carga a través de la resistencia R8. El valor de R8 se elige de modo que durante el semiciclo de la tensión de red igual a 10 ms, la tensión en C1 se acerque al umbral de conmutación del disparador DD1.1, pero no lo exceda (ver Fig. 2c). La resistencia R6 limita la corriente de salida del amplificador operacional. El diodo VD2 evita que el condensador se cargue con la corriente de salida del amplificador operacional cuando su salida es logarítmica. "1". Entonces, si el voltaje de la red no cae por debajo del nivel especificado por la resistencia R4, entonces en la entrada del inversor DD1.1 el voltaje corresponde al nivel logarítmico. "0" y, por lo tanto, la salida será un nivel de registro. "1". Si el voltaje en la red cae por debajo del nivel permitido, entonces la señal en el punto A no caerá por debajo del voltaje establecido por la resistencia R4, como resultado no se generará un pulso negativo en la salida del amplificador operacional DA1.1. , el condensador C1 se cargará a un voltaje suficiente para cambiar el disparador DD1.1 (Fig. 2, b, c). Además, esta conmutación se producirá antes del final del actual semiciclo "defectuoso" de la tensión de red. El primer medio ciclo "normal" de la tensión de red devolverá este nodo a su estado original, ya que a través de una resistencia de 270 ohmios, el condensador C1 se descarga casi instantáneamente en comparación con la frecuencia de la red. El canal que responde a la tensión de la red que excede el nivel establecido por la resistencia de recorte R5 se ensambla en los elementos DA1.2, R7, VD3, C2, R9. Siempre que el voltaje en la red no exceda un nivel determinado, la señal en el punto A no cae por debajo del nivel especificado por la resistencia R5 en la entrada no inversora del amplificador operacional DA1.2 (Fig. 2a). Dado que el voltaje en la entrada inversora DA1.2 es mayor que en la entrada no inversora, la salida será logarítmica. "0" (Figura 2, f). El condensador C2 está completamente cargado. En la entrada del inversor DD1.2 - log. "0" y la salida es log "1". Para este canal, la tarea era obtener una señal constante, necesaria para el funcionamiento normal del LED indicador, durante un período de tiempo en el que la tensión de red es superior a lo normal. Tan pronto como la tensión de red supera el nivel especificado, se genera un impulso positivo en la salida del comparador DA1.2. El condensador C2 se descargará a través del circuito R7, VD3 (Fig. 2, e, f). Aparecerá un registro en la entrada del inversor DD1.2. "1", y su salida es log. "0", que corresponde a un aumento de la tensión de red por encima del umbral. Hasta que aparezca el siguiente pulso positivo en la salida del comparador DA1.2, el condensador C2 se cargará a través de la resistencia R9. El valor de la resistencia R9 se selecciona de modo que el voltaje en la entrada del disparador DD1.2 no caiga por debajo del nivel correspondiente al registro. "1", durante un tiempo de 10 ms, es decir hasta el siguiente medio ciclo de la red (Fig. 2, d). Por lo tanto, si varios semiciclos seguidos de la tensión de red exceden el nivel especificado, entonces la salida de DD1.2 tendrá un nivel logarítmico constante. "0". Cuando se enciende el dispositivo, el condensador C4 no se carga instantáneamente. Gracias a esto, se genera un pulso positivo en la salida de DD6.3, que pone el disparador DD4.1 y el contador DD7 al estado cero inicial. Un generador ensamblado en LE DD6.2, DD6.4 comienza a funcionar inmediatamente después de que el dispositivo se conecta a la red y funciona de forma continua. Mientras la tensión de red sea normal, el disparador DD4.1 permanecerá en estado cero. En ambas entradas registro DD5.1. "0", su salida también es un registro. "0". Como resultado, el nivel de log "7" se mantiene en la entrada R del contador DD1 y el contador no responde a la secuencia de pulsos en la entrada C. El nivel es log. "1" de la salida DD1.4 va a la base del transistor VT3 y se suministra tensión de red a la carga. La lógica de funcionamiento de la máquina se da en la tabla de estados de los elementos DD5.1, DD6.1 (ver Tabla 1). Tabla 1
Cuando uno de los elementos DD1.1, DD1.2 aparece en la salida, se genera un registro. "0", aparecerá un registro en la salida DD1.3. "1" (Fig. 2, d), que restablecerá el disparador DD4.1 al estado único. En este caso, el transistor VT3 se cerrará. Hasta el final del semiciclo actual de la tensión de red, todavía habrá corriente en la carga, pero en el siguiente semiciclo el triac VS1 ya no se abrirá. Trigger DD4.1 recuerda el estado de la máquina. El contador DD7 genera un retraso antes de que la carga se conecte a la red. Hasta que la tensión de red vuelva a la normalidad, ambas entradas del DD5.1 estarán registradas. "1", como resultado, el contador DD7 todavía no contará los pulsos del generador. Cuando la tensión de red vuelva a la normalidad, aparecerá un registro en la entrada S del disparador DD4.1. "0". Ahora las entradas DD5.1 tendrán diferentes niveles lógicos y el contador DD7 comenzará a contar los pulsos del generador (ver tabla). Si en este momento se produce nuevamente una subida de tensión, esto provocará un pulso positivo en la entrada R DD7, devolviendo el contador a cero. Los elementos C3, R2 establecen la frecuencia del generador en aproximadamente 1 Hz. El tiempo de retardo antes de encender la carga se puede ajustar seleccionando una de las salidas del contador DD7. Si se selecciona la salida Q5, el retardo es de 32 s. Otras salidas disminuyen o aumentan respectivamente este valor en un múltiplo de 2. Después de que llegue la caída de voltaje negativa número 7 a la entrada C de DD32, aparecerá un nivel lógico alto en su salida Q5. A través de DD3.1, este nivel irá a la entrada R del disparador DD4.1 y lo pondrá a cero. Después de esto, el transistor VT3 se abrirá y se suministrará tensión de red a la carga. Mediante un diodo luminoso controlado por colores se indican los tres estados del disyuntor. Cuando la máquina está en estado de retraso antes de encenderse, el LED es naranja, ya que ambas transiciones están encendidas. En este caso, hay un nivel lógico alto en las cuatro entradas de LE DD2.1, DD2.2. Cuando la tensión de red es inferior o superior al nivel permitido, aparece un nivel de registro en la entrada 8 DD2.1 o 12 DD2.2, respectivamente. "0" y uno de los cristales deja de brillar. Además, si el voltaje está por debajo de lo normal, entonces el LED rojo se apaga y tenemos un brillo verde. Si el voltaje es alto, HL1 se ilumina en rojo. Cuando la tensión de red es normal y la carga está conectada a la red, HL1 no se enciende, ya que las entradas 9 DD2.1, 13 DD2.2 están en nivel log. "0". El dispositivo utiliza un LED importado con un diámetro de 10 mm con una lente lechosa. La gran mayoría de los LED importados con un diámetro de lente de 8 mm o más tienen una corriente constante máxima a través de una unión de 30 mA. En la máquina descrita, las corrientes de transición están limitadas a 20 mA mediante las resistencias R11 y R12. Los transistores VT1, VT2 son amplificadores de las corrientes de salida del LE DD2.1, DD2.2. La conmutación de carga en una red de 220 V se realiza mediante triac VS1. Para el aislamiento galvánico de la red, se utilizan optoacopladores de tiristores VE2, VE3. Cuando la carga está conectada a la red, aparece un nivel lógico alto en la salida del LE DD1.4. La corriente de salida de DD1.4 está limitada por la resistencia R14 y amplificada por el transistor VT3 a 27 mA. Cuando fluye suficiente corriente a través de los LED del optoacoplador, los fototiristores se abren al comienzo de cada medio ciclo de la tensión de red. Al comienzo de cada medio ciclo, un voltaje de red creciente provoca una corriente a través de la cadena: pin 8, puente de diodos VD4, fototiristores fotoacopladores VE2, VE3, puente de diodos VD4, R18, unión de control del triac VS1. Esto último hace que VS1 se abra, como resultado, la corriente continúa aumentando en la carga y fluye a través del triac abierto VS1. En el siguiente medio ciclo de la red, el triac VS1 se abre con un pulso de polaridad opuesta, pero la corriente aún fluye a través de los fototiristores en dirección directa, gracias al puente de diodos VD4. Las resistencias R16, R17 igualan los voltajes en fototiristores cerrados. Esto debe hacerse porque las corrientes de fuga de diferentes optoacopladores pueden diferir varias veces. Cuando la carga se desconecta de la red, el voltaje se redistribuye en fototiristores cerrados de modo que en uno hay un voltaje de 250 V y en el otro 89 V (con un voltaje de red efectivo de 240 V, el valor de amplitud es 240x2 = 339 V), mientras que para este tipo de optoacoplador la tensión directa de salida máxima en estado apagado es de 200 V. Debido a esto, también es necesario utilizar dos optoacopladores. El valor de las resistencias R16, R17 debe seleccionarse de modo que la corriente a través de las resistencias sea aproximadamente 10 veces mayor que la corriente a través de los fototiristores cerrados (la corriente de fuga del AOU103V es 0,1 mA). La resistencia R18 limita la corriente a través de VE2, VE3 y el electrodo de control del triac. Esto es necesario porque el triac VS1 se abre sólo a un cierto voltaje entre el ánodo y el cátodo, en el cual la corriente que pasa a través de los optoacopladores VE2, VE3 y la unión de control VS1 puede aumentar por encima del límite permitido. La resistencia R19 proporciona una conexión galvánica entre el electrodo de control y el cátodo del triac, lo que aumenta la estabilidad del triac cuando está cerrado (especialmente a temperaturas elevadas). Cuando se utiliza el triac TS106-10, la potencia de carga no debe exceder los 2,2 kW. Se puede fabricar otra versión de un interruptor de carga con aislamiento galvánico en una red de 220 V basándose en el módulo de optotiristor VS2 (ver Fig. 1 en RE10). Cuando la corriente fluye a través de los LED del módulo, cada medio ciclo de la tensión de red pasa a través de la carga y el fototiristor que está conectado en dirección directa. En cuanto a relación calidad/precio, ambas opciones para cambiar de unidad son iguales, pero si se tiene en cuenta el tiempo de fabricación, la segunda opción gana significativamente. Los módulos MTOTO80 se fabrican para corrientes de 60 A y superiores, por lo que las potencias conmutadas pueden ser muy altas. Tamaño del módulo 92x20x30 mm. Con una carga de hasta 1 kW sin radiador, el módulo se sobrecalienta sólo 5°C con respecto a la temperatura ambiente. Recientemente, se utiliza el control de pulso de un triac para cambiar la carga. Esto reduce el consumo de energía del dispositivo. Estas soluciones técnicas complican injustificadamente el circuito, ya que el ahorro de energía es inferior al 0,5% con una carga de 100 W (el peor triac consume menos de 0,5 W en el circuito de control). A medida que aumenta la carga, el ahorro de energía disminuye aún más. Antes de utilizar la máquina descrita, así como dispositivos similares de [1-3], le recomiendo que lea el artículo de [4]. El disyuntor descrito se puede utilizar para monitorear una red con un voltaje de 380 V y superior. Para hacer esto, seleccione el módulo MTOTO80 para el voltaje y la corriente requeridos y seleccione la resistencia de la resistencia R1. Para alimentar el disyuntor se requiere una fuente de tensión estabilizada de 9 V a una corriente de hasta 100 mA. Puede utilizar una fuente basada en el estabilizador de microcircuito KR142EN8A(G) en su conexión estándar [5]. Se suministra energía a las almohadillas 10, 11 en la placa de circuito impreso. Detalles. La máquina descrita utiliza resistencias fijas de uso general como MLT, S2-23, S2-33. Resistencias recortadoras R4, R5 tipo SP5-14, SP5-22. Condensadores C1, C2 tipo K73-17 para un voltaje de 63 V o más, C3, C4 tipo K10-17v u otra cerámica de tamaño adecuado. Se pueden utilizar microcircuitos de las series K176, K561, KR1561. Transistor KT315 con índices de letras B, G, E. Optoacoplador AOT128 con cualquier índice de letras. Diodos VD2, VD3 tipos KD522, KD521 con cualquier índice de letras. Diseño de dispositivos. El dispositivo se ensambla sobre una placa de circuito impreso hecha de fibra de vidrio de doble cara. Las figuras 3 a 5 muestran, respectivamente, la disposición de los elementos en la placa de circuito impreso y los conductores en los lados superior e inferior de la placa de circuito impreso.
El tamaño del tablero es de 85x85 mm, hay 4 orificios con un diámetro de 2,8 mm para montar el tablero. Los elementos de potencia VS1 o VS2 se instalan fuera del tablero. Están conectados al circuito mediante los pads 1, 8, 9 (VS1) o 6, 7 (VS2). En la fabricación de una placa de circuito impreso, se puede utilizar fibra de vidrio de un lado, mientras que las conexiones de la capa superior de la placa se reemplazan con un cable de montaje flexible, por ejemplo, MGTF. Al desarrollar la placa de circuito impreso, se minimizó el número de conductores en la capa superior. Entre los elementos que funcionan bajo tensión de red y los elementos de bajo voltaje en la placa de circuito impreso, se crea una brecha de seguridad que puede soportar voltajes de hasta 500 V. Configuración. Para configurar el disyuntor, necesita un autotransformador de laboratorio (LATR) y un voltímetro de CA. Antes de sintonizar, el control deslizante de la resistencia variable R4 se coloca en la posición superior de acuerdo con el diagrama y el control deslizante de la resistencia R5 en la parte inferior. La máquina junto con la carga se conecta a la salida del LATR. No es necesario utilizar un dispositivo potente como carga; puede ser una lámpara de 100 W. En la salida del LATR, se establece un voltaje correspondiente al límite superior de voltaje. Luego, al girar el control deslizante de la resistencia R5, se aseguran de que la carga esté apagada. Después de esto, cambiando la “tensión de red” con LATR, verifique la corrección del ajuste. El voltaje límite inferior se ajusta de manera similar. Literatura:
Autor: A. A. Rudenko
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01.05.2024 La amenaza de los desechos espaciales al campo magnético de la Tierra
01.05.2024 Solidificación de sustancias a granel.
30.04.2024
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