Kомпоненты, приборы, оборудование      
 |  Главная |  Каталог предприятий Украины |  Схемотехника |
 

Раздел на реконструкции, некоторые ссылки могут не работать!
  • Аудио
  • Безопасность
  • Бытовая электроника
  • Видео
  • Видеокамеры
  • Высоковольтные
  • Генераторы
  • Измерения
  • Интерфейсы
  • Коммутация
  • Компьютер
  • Медицина
  • Моделирование
  • Передатчики
  • Питание
  • Обработка данных
  • Предусилители
  • Радио

  • Веб-мастерам
    и писателям:
    Биржа статей. Продать - купить статью. Уникальные статьи: готовые и на заказ.


    Назад
       Схема защиты аппаратуры от повышенного сетевого напряжения
       
        Ведущий рубрики Н.П. Горейко
       На рис.1 показана схема защиты аппаратуры от повышенного сетевого напряжения при помощи интегрального таймера опубликованная на сайте www.shema.h14.ru (и продублирована на многих других сайтах посвященных электронике). Автор - R. J. Patel. Институт фундаментальных исследований Тата (Бомбей, Индия). При детальном изучении оказалось: - схема построена как-то странно, таймер 555 подключен неправильно; - описание не соответствует схеме; - на входы микросхемы могут поступать напряжения до 20 В (при питании 12 В!), обмотка реле не зашунтирована диодом для защиты от выбросов напряжения при коммутации индуктивности. Удивляет даже такая деталь - на КТ814 по описанию собран параллельный стабилизатор, а на схеме изображён последовательный стабилизатор напряжения (на транзисторе противоположной проводимости). Для данной схемы стабилизатор узла автоматики обязательно должен быть выполнен по параллельной схеме, чтобы срабатывание - возврат реле не вызывали изменения величины контролируемого постоянного напряжения. Микросхемный таймер (555, КР1006ВИ1, ECG955M, SK3564, LM555, NE555, UA555, GEIC-269) - это "комплект" из нескольких узлов в небольшом корпусе: - двух прецизионных компараторов напряжения; - триггера, который может работать на частотах до 10 МГц; - мощного двойного выхода (3 - двухтактного, 7 - открытый коллектор) с допустимым током 0,2 А. Немного сбивают с толку - "фирменные" названия электродов микросхемы (в таблицу включена также нумерация выводов сдвоенного таймера 556). Для обеспечения долговечности схем я всегда ограничиваю (даже кратковременные импульсные) выходные токи величиной 0,1 А и напряжения на входных электродах (в пределах питающего). Обратите внимание, что принято выводы 2 и 6 именовать "запуск" и "вход компаратора". Микросхема содержит два компаратора напряжения, которые могут вызывать переключение встроенного триггера, а названия их входов нелогичны - следовало бы назвать вход 6 "сброс". Но название "сброс" резервировано для вывода 4, выполняющего функцию "при напряжении ниже 0,6 В обязательно снизить выходные напряжения до нуля (независимо от комбинации напряжений на электродах 4, 5, 2, 6)". Микросхема имеет два выхода с допустимым током до 0,2 А с такими отличиями: - вывод 3 двухтактный, может выдавать или потреблять ток, выходное напряжение - в пределах питающего; - вывод 7 - "открытый коллектор", на который обязательно нужно подавать внешнее напряжение (не более 27 В). Вывод 7 удобно использовать для преобразования выходного уровня под различные типы логики (вплоть до электромагнитного реле 24 В, 0,2 А - “правильная” шутка!), а название этому выводу дано по работе в схеме генератора колебаний (вывод выполняет функцию разряда емкости). Важно помнить, что нулевое состояние выходов (они работают синфазно) соответствует максимальному току потребления выводом 7 ("открытый коллектор"). Только теперь понятно, что таймер 555 это: - малогабаритная микросхема; - с прецизионными высокоомными входами двух компараторов и мощными выходными ключами; - работающая в интервале 10 МГц (частота) … сотни секунд (интервал) при напряжении питания 5 … 16 В. Имеется возможность устанавливать на обоих выходах "ноль", независимо от напряжений выводов 2, 6, 4, 5 предусмотрена возможность согласованного изменения порогов компараторов. Благодаря встроенным компараторам напряжения с порогами 1/3 и 2/3 питающего напряжения састота генерации схемы на таймере не зависит от напряжения питания (особенность микросхемы 555). Как же это возможно, если заряд конденсатора происходит быстрее при большем напряжении? Оказывается (см. рис.2), что одновременно с увеличением скорости заряда времязадающего конденсатора увеличивается и интервал рабочих напряжений на конденсаторе. Фазы процессов заряда и разряда конденсаторов при питании от 15 В и 6 В абсолютно идентичны. Если рабочие напряжения режимов отличаются в 15/6 = 2,5 раза, то во столько же раз отличаются токи перезаряда конденсатора в соответствующие мометнты времени. Микросхема удобна для построения стабильных генераторов импульсов тем, что возрастание напряжения на входе свыше 2/3 п
       итающего приводит к резкому переключению состояния выхода с "высокого" потенциала в "нулевой". Снижение входного напряжения ниже 1/3 питающего немедленно переключает выход в состояние "высокое напряжение". Интервалы заряд - разряд таким образом зависят только от номиналов RC (изменение температуры 555 совсем не влияет на режим генерации). Заметим, что вышесказанное не следует понимать как "сверхстабильные генераторы", а "достаточно стабильные генераторы при малых затратах и простой схеме". Микросхема устойчиво работает на частотах до 10 МГц, позволяет отрабатывать интервалы времени в несколько минут, но при неаккуратном подходе (отсутствие конденсатора в цепи вывода 5 и слабом блоке питания) даже форма выходного напряжения может быть “дикой"! На рис.3 показана действующая схема отключения нагрузки при повышенном сетевом напряжении. Трансформатор питания Т1 понижает сетевое напряжение примерно до 15 В (при номинальном напряжении в электросети), сглаженное С1 напряжение будет около 20 В. Параллельный стабилизатор напряжения выполнен на мощном транзисторе VT1, транзистор прямой проводимости при таком включении можно крепить на металлический корпус устройства для улучшения отвода тепла. Величина стабилизированного напряжения зависит от экземпляра VD4, для улучшения температурной стабильности напряжения последовательно со стабилитроном включен кремниевый диод VD3 (можно встречно включить однотипный стабилитрон). Рабочий ток стабилитрона зависит от номинала R1. Работа параллельного стабилизатора напряжения недопустима без ограничения потребляемого от источника питания тока. Обычно "балластом" служит проволочный резистор, но я уже 25 лет для подобных целей с успехом использую подходящую лампу накаливания. Увеличение питающего напряжения приводит к возрастанию потребляемого тока и увеличению накала вольфрамовой спирали лампы, сопротивление спирали из чистого металла при этом возрастает, поэтому лампа накаливания в некоторой мере стабилизирует проходящий ток. Вследствие этого не только уменьшается нагрев регулирующего транзистора, увеличивается также интервал допустимых входных напряжений и коэффициент стабилизации схемы! При чрезмерно большом входном напряжении балластно-сигнально-защитная лампа перегорает - схема обесточивается. Часть выпрямленного напряжения подведена к входу 6, ещё меньшее напряжение из делителя R2-R4 ко входу 2. При возрастании напряжения на входе 6 выше 8 В триггер таймера переключается в лог."0", поэтому выходное напряжение на выводе 3 падает до 0, обмотка реле К1 обесточивается. Снижение напряжения на входе 2 ниже 4 В приводит к установке триггера в лог."1" - выход 3 запитывает обмотку К1. Благодаря наличию встроенного триггера переключение выхода происходит мгновенно. При некотором разносе напряжений включения и выключения выходного реле "напрасные" хлопанья контактов сведутся к минимуму. Порядок настройки схемы: - при сетевом напряжении 242 В регулировкой R2 (в направлении стрелки) добиться выключения выходного реле; - при напряжении сети 237 В регулировкой R4 (против стрелки) добиться включения выходного реле; - повторить эти пункты пару раз. Если понижающая обмотка будет иметь другое напряжение (от 6 до 60 В), потребуется изменить номиналы резисторов R2 и R3, при этом желательно чтобы номинал R3 был побольше (этот резистор ограничивает ток в цепи делителя напряжения). Потребуется также подобрать HL2 (можно включить несколько имеющихся ламп параллельно или последовательно). Лампа должна пропускать минимум тока, причём срабатывание и отключение реле не должно приводить к изменению стабилизированного напряжения больше 0,2 В (при сетевом напряжении 180 В). Микросхема 555 позволяет под имеющееся в наличии реле К1 подобрать стабилитрон VD4, не допуская выхода питающего таймер напряжения за пределы 5...16 В. Очень важна неодинаковая настройка порогов включения и отключения схемы, это уменьшает количество коммутаций нагрузки. Неудачная настройка порогов переключения может привести к срабатыванию и отпусканию реле даже 100 раз в секунду (ведь в каждом периоде происходит заряд - разряд конденсатора С1, а
        переключение микросхемы происходит очень чётко!). Конденсатор С2 сглаживает опорное напряжение встроенного в микросхему делителя, его отсутствие может нарушить чёткость переключения микросхемы. Диод VD2 ограничивает напряжение на входах микросхемы (шунтирует делитель R2-R4 на стабилизатор питания), а в изначальной схеме (рис.1) напряжения на выводах микросхемы могли достигать двухкратного напряжения питания - полное пренебрежение к надёжности устройства! VD5 "обрезает" выбросы напряжения на обмотке реле в момент разрыва тока. Контакты выходного реле К1.1 при завышенном сетевом напряжении снимают питание с нагрузки и запитывают лампу аварийной сигнализации HL1. В следующей схеме (рис.4) введена ветка управления по выводу 4 микросхемы (запрет выходных сигналов при напряжении ниже 0,6 В). Элементы делителя напряжения R5-R7 подобраны так, чтобы при достаточном минимальном напряжении в электросети в цепи стабилитрона (VD6, R8) проходил ток около 6 мА, при этом напряжение на выводе 4 будет "разрешать" прохождение состояния лог."1" на выход микросхемы. Диод VD5 защищает вход микросхемы от завышенного напряжения. Если напряжение сети ещё более понизится - вывод 4 "запретит" прохождение тока к обмотке реле К1. Большие напряжения в электросети (даже 12 В на вход 4) не приводят к изменениям состояния таймера, но предельно высокое напряжение в электросети контролируется делителем R2-R4 и входами 2, 6. Таким образом данная схема обеспечивает "триггерную" защиту от завышенного напряжения в сети (реле срабатывает и выключается двумя напряжениями сети) и защиту от заниженного напряжения менее хорошего качества (при плавном медленном снижении напряжения электросети возможны частые срабатывания - возвраты реле К1. Питать от такой схемы двигатель или телевизор нежелательно, но большее "выжать" с одной микросхемы 555 нельзя. Схема (рис.5), благодаря применению двух таймеров 555 или одного сдвоенного 556, обеспечивает защиту потребителя от высоких и низких сетевых напряжений, при коммутации реле К1 отсутствуют лишние включения и выключения. Другими словами каждое (даже суперплавное) повышение или снижение напряжения будет приводить только к одному переключению выходного реле. Две части схемы построены аналогично: - делители R11, R12, R13 и R21, R22, R23 обеспечивают переключение выходов каждого таймера по двум порогам напряжения; - светодиоды с балластными резисторами HL11, R14 и HL21, R24 обеспечивают индикацию состояния "много" для своего таймера. Настройка порогов переключения для каждого узла своя, даже смысл "сработки" и "возврата" выходов микросхем неодинаков для работы устройства: - для таймера D11 "много", то есть выше 198 В, это - нормальное питание нагрузки; - для таймера D21 "много", то есть выше 242 В, это - недопустимо высокое напряжение для нагрузки. Но ведь прекрасная комбинированная микросхема 555 имеет двухтактные выходы 3, поэтому при помощи диода VD5 мы легко выбираем питание реле только в зоне нормальных сетевых напряжений - получилась схема защиты потребителя от недопустимых напряжений в электросети. Обратите внимание: в сельских электросетях вышло из строя больше двигателей компрессионных холодильников при пониженном напряжении, чем при повышенном! Для получения схемы сигнализации запредельного напряжения достаточно поменять подключение диодов VD5, VD4 на противоположное (или переключить контакты реле). Данная схема очень удобна в налаживании и в процессе эксплуатации: - светодиоды не светятся - напряжение занижено; - светится один светодиод HL11 - напряжение нормальное; - светится два светодиода - напряжение завышено. Сигнальная лампа HL3 сигнализирует о запредельном напряжении сети - нагрузка отключена. Следует напомнить, что свойства схемы проявятся только после правильного налаживания. Очень важно резисторами R13 и R23 настроить неодинаковые пороги переключения конкретного узла схемы, чтобы схема работала с некоторым гистерезисом. Схема содержит не очень много деталей, поэтому следует быть предельно внимательным при настройке R13 и R23 и обязательно испытать реагирование схемы на медленные изменения сете
       вого напряжения с контролем по вольтметру! На таймере 555 можно смонтировать очень удобную в налаживании схему (рис.5). Делитель выпрямленного напряжения на резисторах R1... R4 обеспечивает на входах 2 и 6 таймеров напряжения, при которых каждый таймер может переключаться с одинаковым (в процентах) гистерезисом по напряжению. Очень важно, чтобы R4 + R5 превышало сопротивление R3, поэтому взяты прецизионные резисторы R3 = R5 и отдельно R4 (настройка гистерезиса), но опытный человек может просто взять из одной упаковки два резистора одного номинала, сопротивления которых заведомо неодинаковы, и включить больший номинал вместо R4 и R5, а меньший - вместо R3! Теперь осталось резистором R1 настроить работу таймера D2 на верхних пределах напряжения. Таймер D1 будет (почти точно) повторять работу D2. Для сдвига порогов переключения таймера D1 можно к внутреннему делителю напряжения присоединить резисторы R6 и R7, напряжения порогов двух компараторов таймера согласованно станут ниже, это позволит "подвести" пороги переключения к низшему напряжению сети (например 198 В). Номиналы подстроечных резисторов R1 и R7 превышают номиналы R2 и R6, - это позволяет сделать настройку схемы комфортной (совсем не так было в интернет - схеме рис.1). Диод VD2 ограничивает напряжение на входах микросхем. В отличие от рис.4 из схемы питания реле К1 удалён диод, ведь вывод 7 "открытый коллектор" может только потреблять ток в состоянии "0" (в состоянии "1" выходной транзистор закрыт). Можно ввести световую сигнализацию сработки каждого таймера (из рис.4), но светодиоды должны быть подсоединены к выходам 3 (иначе при налаживании будет возможна ложная подсветка HL11 через цепь обмотки реле). Следует заметить, что при работе с "умной" микросхемой возможны "казусы" - неподходящая или испорченная деталь приводит к неправильному режиму работы, но после сборки одного-двух устройств приходит понимание и уважение к такой ценной детали. Для эффективного использования свойств 555 конструктор должен не лениться думать. Так, в последней схеме установлены подстроечные резисторы одного номинала (это удобно при комплектации и монтаже), при этом их шкалы растянуты (удобство в наладке): - вначале подобрана цепочка R6 - R7 (её номиналы зависят от элементов микросхемы); - потом можно удобно рассчитать элементы делителя для входов 2 и 6 (которые могут потреблять токи не более 0,1 мкА и резисторы делителя можно выбирать более свободно).
       


     SVITEL © 2014  Мир электроники.  Admin  При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна. Rambler's Top100