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電気消費者保護装置。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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無線電子工学と電気工学の百科事典 / ネットワークの緊急操作、無停電電源装置からの機器の保護

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電源電圧の許容できない偏差から受電装置を保護するという問題は依然として重要です。 [1] で説明されているデバイスは単純ですが、ネットワーク内の緊急事態が解消された後は電源電圧を供給しません。 [2] に記載されているデバイスにはこの欠点はありませんが、トライアックを制御するために含まれるリレーにはデバイスに電力を供給するための変圧器が必要です。 このため、設計を複数のコピーで繰り返すことが困難になり、また、トライアックを制御する応用方法では、主電源周波数に背景ノイズが発生する可能性があるため、たとえば音響再生機器を接続することができません。

電磁リレーや巻線ユニットを省略した装置をご提案します。 供給電圧が 220 ~ 240 V を超えた場合、および電圧が設定された 160 ~ 220 V を下回った場合に、ネットワークから負荷を確実に切断します。このデバイスは、かなり強力な消費者 (テレビ、冷蔵庫、電動工具など) を保護するために開発されました。 )、最大 2 kW の電力を供給します。 デバイス図を図1に示します。

電気消費者保護装置
(クリックして拡大)

このデバイスには、整流器 VD1、VD2 および安定化器 VD1、VD1 からクエンチング回路 C2、C4、R5 を介して電力が供給されます。 制御回路の電源回路とトライアック VS1 の制御電極 (CE) は、制御回路への影響を軽減するためにダイオード VD6 によって分離されています。 このデバイスはクエンチング回路を介して電力を供給されるため、ネットワークに接続されているときのコンデンサ C3 の電圧は、たとえば変圧器入力を備えた電源よりもはるかにゆっくりと増加します。 この状況は、DD2 マイクロ回路で状態固定を伴うサイリスタ スイッチング モードが現れるという事実につながります [3、pp. 243、244]。 この影響を排除するために、DD2 マイクロ回路には電流制限抵抗 R17 を介して電力が供給されます。

要素 DD1.1、DD1.2 および DD1.3、DD1.4 にはシュミット トリガ (TS) が含まれ、要素 DD2.3、DD2.4 にはパルス ジェネレータが含まれ、要素 DD2.1、DD2.2 にはシングル バイブレータが含まれます。遅延をオンに設定します。 トランジスタ VT1 と VT2 は入力アンプです。 VT1 と TS DD1.1、DD1.2 のカスケードは、最小電圧制限を監視するためのチャネルを形成し、VT2 と TS DD1.3、DD1.4、VT3 は最大電圧制限を監視するためのチャネルを形成します。

ダイオード VD3 と抵抗 R2 ~ R5 を介して、主電源電圧の負の半サイクルが電圧制御チャネルの入力に供給されます。 それらは、VT1 と VT2 でカスケードによって増幅されます。 VT1 のカスケードでは、増幅された電圧はコンデンサ C6 によって平滑化されます。

通常の主電源電圧 (その値が設定された下限値と上限値の間にある) では、VT1 コレクタの電圧は TS DD1.1、DD1.2 の動作しきい値よりも高いため、ピン 3 には High レベルが存在します。 DD1.2のモノバイブレータの動作には影響しません。 ピン 8,9、2.1 DD11 とピン 2.2 DD1 にはハイレベルがあります。 DD2 のピン 2.3 の論理レベル「2.3」により、ジェネレータ DD2.4、DD10 の動作が可能になります。 発生器は周波数 4 kHz の短いパルスを生成し、VT1 のアンプを介してトライアック VSXNUMX の UE に供給されます。 この場合、トライアックを通って負荷に電流が流れます。

外部発電機を使用してトライアックを制御することにより、トライアックが開くときに発生する干渉レベルを低減することができました。

主電源電圧の大きさに応じて、正の半波が VT2 コレクタに存在します (または存在しません)。 それらの振幅が TC DD1.3、DD1.4 をトリガするのに十分でない場合、DD4 のピン 1.4 にはログ レベル「0」が表示され、トランジスタ VT3 は閉じられ、TC DDXNUMX、DDXNUMX の動作には影響しません。ショット。

主電源電圧が設定されたしきい値を超えると、VT2 コレクタのパルスのレベルが TS DD1.3、DD1.4 のトリガしきい値に達します。 正のインパルスは半波から形成され、VT3 を介してモノバイブレーターに作用します。 各パルスがワンショットデバイスを再起動します。

ワンショット DD2.1、DD2.2 がコンデンサ C10 の容量に依存するターンオン遅延を計算している間、ログ「11」が DD2.2 のピン 0 に存在し、DD1 の動作を禁止します。発生器が故障すると、パルスが VS2 UE に到着せず、負荷がネットワークから切断されます。 ネットワーク内の電圧が最大制限付近で変動すると、VT1.3 コレクタのパルスの振幅が不安定になる可能性があります。そのため、TS DD1.4、DDXNUMX の出力では、たとえ単一であってもパルス周波数も不安定になります。パルスが可能です。 この場合、ワンショットによって設定されたターンオン遅延時間中に現れる単一パルスでもワンショットが再開され、遅延が再び形成されるため、負荷はネットワークから切断されたままになります。

ネットワーク電圧が下限値を下回ると、コレクタ VT1 の電圧レベルが TS DD1.1、DD1.2 の応答しきい値を下回り、DD3 のピン 1.2 にログ レベル「0」が表示されます。これによりワンショットがトリガーされ、発電機が動作を停止し、負荷がネットワークから切断されます。 単安定はパルスの影響を受けず、一定レベル(ログ「0」)の影響を受けるため、ネットワーク電圧が最小制限しきい値を超えた後に遅延時間の形成が始まります。 次に、TS DD1.2、DD1.3 がログ「1」状態に切り替わり、ターンオン遅延時間の形成が開始され、その後、負荷がネットワークに接続されます。

コンデンサ C6 は、電圧の低下に対するデバイスの応答速度を若干低下させますが、負荷の電圧を下げることは、電圧を上げるよりも危険性が低くなります。

デバイスがネットワークに接続されると、ワンショット デバイスによって設定された遅延をもって負荷が接続されます。 ワンショット デバイスの最初の起動は、両方の制御チャネルによって提供されます。 最小値に近いがそれを超える電圧では、コンデンサ C6 と C8 によって単一バイブレータの起動が保証されます。 この場合、DD3 のピン 1.2 には最初はログ レベル「0」があり、ワンショットにより一時停止のカウントが遅れます。 C6とC8の電圧がTS DD1.1、DD1.2の応答閾値に達すると、後者はログ「1」状態に切り替わり、ワンショットユニットによるターンオン遅延時間の形成が始まります。

VT6がすでに飽和モードで動作しているため、より高い電圧ではコンデンサC2が急速に充電されます。そのため、電源電圧の上昇が終了する(C8)までTC DD1.1、DD1.2をゼロ状態に保つためにコンデンサC3が使用されます。 。 ネットワーク電圧が最小値に近づくと、コンデンサ C6 の放電が遅くなるため、負荷をネットワークに接続する時間がわずかに増加します。

ネットワーク電圧が高い場合、パルスはすでに VT2 コレクタに表示されます。 デバイスの電源電圧(C3)がまだ公称値に達していない時点では、TSのスイッチング閾値は定常状態よりも低いため、TSパルスDD2およびDD1.3は次のように形成されます。 VT1.4 コレクタ上のパルス、およびワンショット ユニットが TS DD1.1、DD1.2 と並行して起動されます。

電源電圧が上昇すると、デバイスがネットワークに接続された後、単一バイブレータが動作を開始する前であっても、発生器 DD2.3、DD2.4 はいくつかのパルスを生成でき、その振幅は定常状態よりも低くなりますが、十分です。 VT4パルスアンプの動作とトライアックの制御に使用します。 オン時のこれらのパルスの影響を排除するために、ツェナー ダイオード VD4 の使用により、VT9 のカスケードをオンにするためのしきい値が増加します。

これらのソリューションにより、確立されたネットワーク電圧制限の最小値から最大値までの範囲内でターンオン遅延時間が経過する前に、ネットワークにスイッチを入れたときに負荷に現れる電圧が短期間であっても排除することが可能になりました。 両方の制御チャネルのヒステリシスは 2 ~ 3 V です。電圧 160 ~ 170 V の最小制限チャネルでは、ヒステリシスは 4 ~ 5 V に増加します。

電子機器には、トラブルのない動作に必要な場合に、主電源電圧が設定電圧を下回ったときにデバイスまたはその一部をオフにするコンポーネントが含まれているため、主に電気モーターを含む設備に最小制限チャンネルが必要です。テレビ用電源モジュール。 電気モーターを含む設備では、LATR を使用して、エンジンの信頼性の高い始動が確保され、シャフトに最大負荷がかかってもエンジンが停止しない最小電圧制限を決定する必要があります。 これが不可能な場合は、最小電圧制限が設置データシートから設定されます。 指定したチャンネルは他のデバイスでも使用できます。

最小電圧でのシャットダウンが必要ない場合、要素 R2、R4、R7、R8、R11、C6、VT1 を取り付けることはできず、図の左側の端子 R13 をエミッタ接続点 VT1 に接続できます。

トライアックは高周波パルスによって制御されるため、電気ドリルなどの整流子モーターを備えたユニットを接続できます。

デバイスの電源回路のパラメータは、デバイスの入力に最大 380 V の電圧を供給できるように設計されているため、ツェナー ダイオード VD4、VD5 を代替することはお勧めできません。金属ケースに入れる必要があります。 コンデンサ C1、C2、C11 の動作電圧は少なくとも 630 V です。DD1 マイクロ回路は K561 LA7 に置き換えることができます。 コンデンサ C8、C10 タイプ K53 または同様のもの。

ツェナー ダイオード VD9 の安定化電圧は 6,8 ~ 8,2 V です。トライアック VS1 の電圧クラスは少なくとも 6 です。抵抗 R14 の抵抗は 510 kOhm ~ 1 MOhm の範囲内である必要があります。 この場合、最大制限チャネルのオン/オフを切り替えるためのしきい値には目立った影響はありません。 抵抗器 R6、R7 は SP-5 タイプです。 VT4 カスケードは、UE とピン 1 の間の抵抗が 40 オームを超えるトライアックの制御を提供します。 より低い抵抗のトライアック(より高い制御電流を意味する)を使用する場合、抵抗R24の抵抗を150〜160オームに下げる必要があります。

1-UE 出力抵抗が 40 オームを超える他のトライアックを使用することも可能です。 ただし、40 オームに近い抵抗のトライアックを使用する場合は、デバイスが動作する周囲温度も考慮する必要があります。これは、温度が低下すると制御電流が増加し、トライアックが開くのが遅くなる可能性があるためです。 (半サイクルの始まり)、電圧の半波が異なる場合、このプロセスは同じではありません。

トライアックは、面積のあるラジエーターに取り付けられています

S=0,12Rncm2、

ここで、Рн は負荷電力、W です。 これにより、周囲温度 69 ~ 20°C でラジエーター温度 25°C が確保されます。

プリント基板レイアウトの変形例を図 2 に示し、要素の位置を図 3 に示します。

電気消費者保護装置電気消費者保護装置

デバイスのセットアップは、結局のところ、負荷をオフにするために必要なしきい値と、負荷をオンにするまでの遅延時間を設定することになります。 抵抗器 R6 の初期状態は最小抵抗、R7 は最大抵抗です。 セットアップ中、コンデンサ C10 の静電容量は 10 ~ 22 μF の範囲で選択され、負荷の代わりに白熱灯が点灯します。

セットアップするときは、デバイスがネットワークに電気的に接続されていることを考慮する必要があります。

最小制限チャンネルでシャットダウンしきい値を選択するには、LATR を使用してデバイスの出力に最小電圧 (使用する負荷用) を設定し、ネットワークから負荷を切断するように R7 を調整する必要があります。 コンデンサ C7 と C6 の存在により、R8 を速く回転させると、応答しきい値が過大評価される可能性があるため、R7 をゆっくり回転させる必要があります。

最大制限チャンネルを調整する場合、必要な最大入力電圧が設定され、R6 を調整することでロードオフになります。 次に、入力電圧が変化したときのデバイスの動作をチェックします。 必要に応じて、チャネルのシャットダウンしきい値を調整します。 抵抗器 R6 と R7 の抵抗が増加すると、入力電圧が低くなると負荷が切断されます。 容量 C10 を変更することにより、必要なターンオン遅延時間を選択します。 おおよその遅延時間 (秒) t=R18С10、R18 は抵抗 (オーム単位)。 C10 - 容量 (F)。 R18=270 kOhm、C10=220 µF の場合、遅延時間は約 1 分です。

整流子モーターを負荷として使用する場合は、モーターによって発生する干渉条件下でのデバイスの安定性を確認してください。 干渉による切断が発生した場合 (通常のネットワーク電圧で)、C7 を 200 ~ 1000 pF (経験的に決定) 増やす必要があります。 ネットワーク電圧が急激に増加した場合にシャットダウン時間に影響を与えるため、コンデンサ C7 の静電容量を過度に増加させないでください。

LATR がない場合、レギュレータからの電圧をデバイスの入力に供給できます (図 4)。 この場合、負荷は XS1 ソケットに接続されず、セットアップ中の制御は DD11 のピン 2 の電圧計またはオシロスコープで実行されます。 レベル「0」は切断に対応し、レベル「1」は負荷をネットワークに接続することに対応します。 オシロスコープを使用する場合、VT4 コレクタ上の制御パルスの存在によってモニタリングを実行することもできます。 設定方法は上記と変わりません。

電気消費者保護装置

図 4 の回路では、変圧器 T1 は任意の 220 V で、二次巻線の電圧は UII = 30 + ΔUI になります。ここで、UII は二次巻線 T1 の電圧です。 ΔUI - R=2 における一次巻線 T0 の最小電圧降下。 変圧器 T1 には複数の二次巻線が必要です。そうすれば、デバイスを調整するときに、必要な巻線数を含めて電圧をより正確に設定でき、より小さな抵抗範囲の抵抗 R が必要になります。

変圧器 T2 は 220 V にすることができますが、110 ~ 127 V のタップを持つ主巻線を使用することをお勧めします。二次巻線の電圧は 20 ~ 30 V です。

抵抗器 R は、25 ~ 50 W の電力と 20 ~ 50 オームの抵抗を備えた巻線です。 電力 1 ~ 25 W の VL40 ランプ。 ランプ電力が高い場合、抵抗器 R の電力も大きくする必要がありますが、回路素子の具体的なパラメータは利用可能なパラメータに応じて実験的に明らかにされます。 変圧器 T4 の存在により、抵抗器 R がネットワークから電気的に絶縁され、調整中の安全性が保証されます。

負荷がデバイスに接続されており、トライアックが閉じている場合、負荷は回路 C11R21 を介してネットワークに接続されたままになります。 巻線のインダクタンスと C11R21 回路が直列回路を形成するため、低電力トランスを接続する場合、これは特に望ましくありません。 これにより、特定の条件下(変圧器の最小負荷時、またはネットワークからの増加した電圧がデバイスの入力に到達したとき)、変圧器のネットワーク巻線の動作電圧を超える可能性があります。 したがって、低電力負荷をデバイスに接続できるかどうかは実験的に判断する必要があります。

これを行うには、容量 0,1 μF のコンデンサを介して低電力負荷をネットワークに接続し、その両端の電圧を測定します。 測定値に1,7を掛けます。 結果として生じる電圧が危険ではなく、低下した電圧(コンデンサを介して電力供給される場合)が負荷にとって望ましくない状態を引き起こさない場合、そのような負荷をデバイスに接続できます。

負荷に電源変圧器が含まれている場合、それは容量 0,01 のコンデンサを介してネットワークに交互に接続されます。 0,05; 共振により、変圧器巻線の電圧がネットワーク電圧 0,1 V での最大許容値を超えないように、220 µF を設定します。これが起こらない場合は、上記のように保護のためのデバイスの可能性が判断されます。 。

説明されているデバイスは、冷蔵庫、据え置き型テレビ、および音響再生複合体と連携して動作するときにテストされました。 テレビにはスイッチング電源があり (スタンバイ変圧器はありません)、通常モードとスタンバイ モードでテストされました。 音響再生複合施設では、いずれかのソースのスイッチがアンプと一緒にオンになっていました。 保護されたデバイスの動作の変化は検出されませんでした。

文学:

  1. Pakalo A. サージ保護装置 // アマチュア無線。 -1997.-No.10.-P.30。
  2. ザハルチェンコ G.V. 極端な電圧偏差に対する自動ネットワーク保護 // Radioamator.-1999.-No. 2.-S38.
  3. Horowitz P.、Hill W. 回路設計の技術: 全 3 巻: T.3.-M.: Mir、1993.-367 p.

著者: A.N. カラクチ

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