Як захиститись від коливань мережної напруги
Допуск на мережну напругу для живлення побутової електронної та просто електричної апаратури становить плюс – мінус 10%. Але в умовах вітчизняної системи енергопостачання цієї вимоги часто не дотримується.
Напруга буває значно завищена або набагато нижча за норму, що може спричинити вихід апаратури з ладу. Щоб такого не трапилося, у статті описується простий пристрій, який вимкне навантаження вчасно, перш ніж воно встигне згоріти.
Схема досить простого пристрою захисту показано малюнку 1.
Принцип дії. Опис схеми
Відключення навантаження від мережі відбувається коли напруга перевищить 242 В або стане нижче 170 В. Потужне реле на виході пристрою дозволяє комутувати струми до десяти ампер, що дозволяє підключати навантаження потужністю до двох кіловат.
У вихідному стані контакти реле знаходяться в положенні, зазначеному на схемі. Перемикаючий контакт К1.3 підключає до мережі світлодіод HL1, що сигналізує, що навантаження вимкнено, а мережа має напругу. Підключення навантаження до мережі відбувається при короткочасному натисканні на кнопку SB1 "Пуск".
Малюнок 1. Пристрій захисту від коливань напруги.
Мережева напруга через конденсатор С1, що гасить, і резистор R10 надходить на випрямляч на діодах VD9, VD10, і заряджає конденсатор С3. Напруга на цьому конденсаторі стабілізовано стабілітроном VD11. Від цього випрямляча виробляється живлення малопотужного реле К2, яке керує роботою потужного реле К1, що комутує власне навантаження.
Через діод VD2мережна напруга надходить на вузол включення реле К2. Якщо напруга в мережі буде більше 170 В стабілітрон VD7 відкриється, що дозволить зарядитися конденсатору С2 до достатньої напруги для відкривання транзистора VT1, який включить малопотужне реле К2. (Паралельно котушці реле К2 включений діод VD8. Його призначення – захист транзистора від ЕРС самоіндукції, що у момент вимкнення реле К2.)
Це реле своїм контактом К2.1 увімкне потужне реле К1, а воно своїми контактами К1.1 ... К1.4 подасть мережну напругу в навантаження. Кнопку «Пуск» тепер можна відпустити, пристрій увійшов до робочого режиму. При цьому спалахує світлодіод HL2, що сигналізує про нормальну роботу пристрою. Світлодіод HL1 згасне, пристрій увійшов до робочого режиму.
Захист від зниження напруги
Якщо напруга мережі стане меншою, ніж 170, стабілітрон VD7 закриється, і зарядка конденсатора С2 припиниться. Це призведе до того, що конденсатор С2 розрядиться через резистор R8 і база перехід – емітер транзистора VT1. Транзистор закриється і проміжне реле К2 відключиться і контактом К2.1 вимкне потужне реле К1 – навантаження буде знеструмлене.
Захист від підвищеної напруги
Вузол захисту від перевищення напруги зібраний на тиристорі VS1. Працює він в такий спосіб.
Мережева напруга, а точніше його позитивна напівхвиля, через діод VD2 надходить на послідовно з'єднані стабілітрони VD3… VD6, а через них на послідовно з'єднані резистори R2 і R3. При підвищенні напруги мережі понад 242 В стабілітрони відкриються і на резисторі R3 створиться падіння напруги, величина якого буде достатня для відкриття тиристора VS1.
Відкритий тиристор через резистор R5 посадить напругу на конденсаторі С3. (Оскільки випрямляч,живить цей конденсатор, зібраний за схемою з конденсатором, що гасить, то він не боїться навіть коротких замикань. Резистор R4 потрібен лише для того, щоб розрядом конденсатора С3 не спалити тиристор VS1.) Цієї напруги буде недостатньо для утримання реле К2, воно вимкнеться, а разом з ним відключиться реле К1, і навантаження буде відключено. Також буде знеструмлено і сам пристрій, якщо не рахувати ланцюжка R1, VD1, HL1.
Повторне увімкнення навантаження можна здійснити лише натисканням кнопки «Пуск». При цьому не слід поспішати, а почекати деякий час, адже іноді, при відновленні подачі електроенергії, трапляються досить великі перепади, можна сказати стрибки, напруги.
Кілька слів про деталі
Майже всі деталі пристрою змонтовані на друкованій платі із фольгованого склотекстоліту товщиною 1,5...2 мм. Топологія плати настільки проста, що її можна просто вирізати гострим ножем. Багато деталей розмістилися на платі. Плата з розташованими у ній деталями показано малюнку 2.
Малюнок 2. Конструкція друкованої плати захисту від коливань мережного напряжения
Весь пристрій загалом необхідно розмістити в корпусі з ізоляційного матеріалу. Ті деталі, які не вмістилися на платі, встановлені всередині корпусу методом навісного монтажу. Якщо потужне реле матиме значні габарити, його слід розмістити поза плати.
Як реле К1 можна використовувати реле типів МКУ-48, РПУ-2 або аналогічні з котушкою на змінну напругу 220 В. Як реле К2 можна застосувати реле РЕМ-6, РЕМ-22 або іншого типу з напругою спрацьовування близько 50 В і струмом котушки трохи більше 15 мА. У цього реле може бути лише один контакт.
При монтажі пристрою можна застосуватитакі типи деталей: постійні резистори типу МЛТ, підстроювальний резистор типу СП3-3 або СП3-19. Конденсатор С1 типу К73-17 на робочу напругу не нижче зазначеного на схемі, оксидні конденсатори типу К50-35 або імпортні. Як діоди VD1, VD2, VD8…VD10 підійдуть будь-які малопотужні діоди зі зворотною напругою не менше 400 В, а також імпортні типу 1N4007.
Транзистор VT1 можна замінити на КТ817Г, КТ603А, Б або КТ630Д.
Підвищена напруга мережі, при якому здійснюється відключення, визначається напругою стабілізації стабілітронів VD3 ... VD6, в якості яких замість зазначених на схемі можливе застосування стабілітронів КС600А, КС620А, КС630А, КС650А, КС680А.
З їх допомогою проводиться грубе налаштування порогу відключення, а плавніше здійснюється підбором резистора R3. Найпростіше при налаштуванні замість нього встановити змінний резистор опором близько 10 кілоом, а після закінчення налаштування замінити його постійним, рівним опору введеної частини змінного резистора.
Нижній поріг спрацьовування (мінімальна напруга мережі) встановлюється за допомогою підстроювального резистора R7.
Налагодження пристрою найпростіше проводити за допомогою ЛАТРа. Спочатку слід налаштувати верхній поріг. Для цього слід пристрій підключити до ЛАТР, і плавно збільшувати напругу, звичайно, контролюючи його вольтметром. Підбором стабілітронів VD3 ... VD6 і резистора R3 домогтися відключення приладу при напрузі 242 В. Пристрій - споживач при цьому, звичайно, не слід підключати. Щоб не відбувалося спрацьовування пристрою по нижньому порозі двигун підстроювального резистора R7 встановити у верхнє за схемою положення.
Після налаштування верхнього порогу слід за допомогою резистора R7 домогтися відключення пристрою при зниженнінапруги до 170 Ст.
Якщо потрібно примусове відключення пристрою, то послідовно з контактом реле К2.1 можна встановити кнопку з контактом на розмикання.
Зауваження з техніки безпеки
Конструкція не має гальванічної розв'язки з мережею живлення, тому при її налагодженні треба бути гранично уважним і обережним, дотримуватися всіх правил техніки безпеки при роботі в електроустановках. Найкраще для налагодження скористатися трансформатором безпеки: ЛАТР слід підключити вже після нього. Тоді налаштування можна робити без жодних побоювань.