Устройство защитного отключения бытовой техники
СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ

Различные простые и полезные схемы радиолюбительских устройств - блок питания, усилитель, зарядное устройство, преобразователь, программатор, металлоискатель. Новые светодиодные схемы и конструкции на LED приборах. Теория и практика домашней радиоэлектроники.
 Мои схемы

Устройство защитного отключения бытовой техники

   Устройство защитного отключения электротехники предназначено для контроля напряжения в однофазной электросети и отключения нагрузки при снижении напряжения ниже номинального, повышении напряжения выше номинального, скачках напряжения в сети с амплитудой, выходящей за пределы норм. Устройство состоит из двух ступеней защиты. 

   Первая ступень защиты обеспечивает включение нагрузки в электросеть, если ее напряжение находится в заданных пределах (например, ±10%). Если сетевое напряжение выходит за пределы нижнего или верхнего пределов, нагрузка отключается от сети. Последующее включение (при нормализации сетевого напряжения) осуществляется с задержкой по времени, которую можно оперативно регулировать. Задержка включения может понадобиться при часто повторяющихся пиках или провалах (например, ветер замыкает электропровода) сетевого напряжения.

   Вторая ступень защиты служит для отключения и нагрузки, и первой ступени при значительном (1,5-2 или более раза) снижении или превышении сетевым напряжением номинального. Вторая ступень подключает первую ступень к сетевому напряжению тогда, когда последнее принимает значение, безопасное для работы первой ступени. Питание второй ступени осуществляется гальваническим элементом. Основой УЗОН служит специализированная интегральная микросхема; блоки, входящие в нее, ограничены штрихпунктирной линией. Все УЗОН можно смонтировать в виде переходника или встроить в сетевую вилку.

Описание структурной схемы

   Первая ступень защиты содержит следующие блоки: 

- вторичный источник питания I, питающий блоки УЗОН;
- компаратор верхнего порога IV;
- компаратор нижнего порога V;
- логическую схему управления (DD4-DD9);
- повышающий преобразователь постоянного напряжения VI;
- источник образцового напряжения VII;
- таймер VIII, обеспечивающий необходимую временную задержку;
- оптотиристорный ключ (VD10), обеспечивающий подключение нагрузки.

   Вторая ступень защиты содержит:

- компаратор верхнего порога II;

- компаратор нижнего порога III;
- логическую схему управления (DD1-DD3);
- индикатор напряжения HL1;
- реле К1, подключающее сетевое напряжение к первой ступени.

   Первая ступень защиты включает нагрузку, если напряжение питающей сети находится в необходимых пределах (например, ±10%). Нижний и верхний пороги можно жестко задать (подразумевается, что основой устройства служит интегральная микросхема) или регулировать в некоторых пределах (в таком случае нужно предусмотреть дополнительные выводы для подключения подстроечных резисторов, на рисунке это не показано). Компараторы верхнего и нижнего пределов IV и V (а также II и III) представляют собой инвертирующие триггеры Шмитта на основе микромощных операционных усилителей с однополярным питанием. Если входное напряжение (Uвх) превышает опорное (Uоп), выходное напряжение компаратора близко к потенциалу земли. Входным напряжением (Uвх) для компараторов является напряжение, снимаемое с датчика тока Т1, которое выпрямляется диодным мостом VD4 и фильтруется с помощью конденсатора С2. Если сетевое напряжение меньше нижнего или больше верхнего порога, срабатывает компаратор верхнего порога IV (если больше) или нижнего порога V (если меньше). В любом из этих случаев выход элемента DD5 (2И-НЕ) переключается из лог."0" в лог."1". Подразумеваем, что логическая схема управления выполнена на КМОП элементах (для снижения энергопотребления), поэтому выходное напряжение компараторов, соответствующее уровню лог."1", должно составлять не менее 2/3 напряжения литания Uпит1.

   Через инверторы DD6 и DD7 положительный перепад напряжения установит D-триггер DD9 в единичное состояние. Лог."0" на инверсном выходе триггера DD9 закроет МОП-транзистор VT2, управляющий оптотиристорным ключом VD10, и нагрузка отключится от сети. Одновременно лог."1" на прямом выходе триггера разрешит работу таймера VIII, и он начнет отсчет временного интервала, длительность которого определяется постоянной времени =R6C5; ее можно регулировать переменным резистором R6. В качестве таймера можно использовать, например, генератор прямоугольных импульсов с двоичным счетчиком (необходимо предусмотреть цепь обнуления таймера при включении питания Uпит1). После окончания отсчета временного интервала на выходе таймера появится импульс лог."1" (Um). Если за время отсчета напряжение в сети нормализовалось, этот импульс пройдет через элемент DD8 (на втором входе которого при нормализации сетевого напряжения будет лог."1") и сбросит триггер DD9 в нулевое состояние. Транзистор VT2 откроется, оптотиристорный ключ VD10 подключит нагрузку к сети, установившийся уровень лог."0" на прямом выходе триггера запретит работу таймера VIII. Если напряжение в сети не нормализовалось, на верхнем входе элемента DD8 будет лог."0", и импульс обнуления не пройдет задержки. Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение в сети не нормализуется на вход триггера DD10, но он пройдет на вход обнуления (на схеме не показан) таймера, и последний начнет отсчитывать новый интервал времени. Цепочка R5C4 устанавливает триггер DD9 в исходное нулевое состояние при включении источника вторичного питания I. Цепочка R4C3 не пропускает на вход триггера слишком короткие импульсы (энергия которых не представляет опасности для нагрузки), вызванные помехами или выбросами в питающей сети. Изменяя емкость внешнего конденсатора С3, можно изменять чувствительность устройства. 

   При значительном увеличении или уменьшении сетевое напряжение представляет опасность не только для нагрузки, но и для источника вторичного питания I (а также и для всей первой ступени защиты). Для защиты нагрузки и первой ступени предусмотрена вторая ступень защиты. Основой второй ступень защиты является газоразрядный (или интегральный светодиодный со встроенными вспомогательными элементами) индикатор, в котором длина светящийся области прямо пропорциональна приложенному напряжению. При значительном повышении сетевого напряжения светящийся столбик достигает апертуры фотодиода VD2, компаратор верхнего предела сбрасывается в лог."0", на выходе элемента DD2 (2И-НЕ) появляется лог."1", а на выходе инвертора DD3 - лог."0". МОП-транзистор VT1 закрывается, контакты реле К1 размыкаются, отключая сетевое напряжение от первой ступени. 

   Питание второй ступени защиты осуществляется от повышающего преобразователя напряжения VI. На его вход подается либо напряжение с параметрического стабилизатора R3VD6, либо с гальванического элемента G1. Развязка осуществляется диодами VD5 и VD7. При сильном снижении сетевого напряжения компаратор нижнего предела устанавливается в лог."1", на выходе инвертора DD1 появляется лог."0", на выходе элемента DD2 - лог."1", а на выходе инвертора DD3 - лог."0". Реле К1 отключает сетевое напряжение от первой ступени. Таким образом, источник вторичного питания I работает в облегченном режиме, требования к нему снижаются, и при современном уровне технологии он может быть малогабаритным. Перемещая фотодиоды VD2 и VD3 по корпусу индикатора, можно изменять пороги срабатывания компараторов верхнего и нижнего пределов. Цепочка R2C1 не пропускает короткие импульсы на выход элемента DD3. 

Устройство защитного отключения бытовой техники

   Описываемое устройство можно применять для защиты нагрузки, чувствительной к питающему напряжению: холодильников, пылесосов, телевизоров и т.п.





Похожие схемы
Схема электронного табло
Зарядка на основе электронного трансформатора
Что такое туннельный диод
Высоковольтная поющая дуга
Микронаушник своими руками
Генератор высокого напряжения из электронного балласта


Поиск
Радиолюбителям - схемы электрошокеров, металлодетекторов, светодиодных мигалок и других конструкций.