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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Stromverbraucherschutzgerät. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Schutz der Geräte vor Notbetrieb des Netzes, unterbrechungsfreie Stromversorgungen Das Problem des Schutzes von Stromversorgungsgeräten vor unzulässigen Abweichungen der Versorgungsspannung bleibt relevant. Das in [1] beschriebene Gerät ist einfach, liefert jedoch keine Versorgungsspannung, nachdem die Notfallsituation im Netzwerk verschwindet. Das in [2] beschriebene Gerät weist diesen Nachteil nicht auf, allerdings benötigt das zur Steuerung des Triacs enthaltene Relais einen Transformator, um das Gerät mit Strom zu versorgen. Dies macht es schwierig, den Entwurf in mehreren Kopien zu wiederholen, und die angewandte Methode zur Steuerung des Triacs ermöglicht beispielsweise keinen Anschluss von Tonwiedergabegeräten, da bei der Netzfrequenz Hintergrundgeräusche auftreten können. Ich biete ein Gerät an, das ohne elektromagnetische Relais und Wickeleinheiten hergestellt wird. Es sorgt dafür, dass die Last vom Netz getrennt wird, wenn die Versorgungsspannung 220–240 V überschreitet und wenn die Spannung unter den eingestellten Wert von 160–220 V sinkt. Das Gerät wurde zum Schutz relativ leistungsstarker Verbraucher (Fernseher, Kühlschrank, Elektrowerkzeuge usw.) entwickelt. ), mit einer Leistung von bis zu 2 kW. Das Gerätediagramm ist in Abb. 1 dargestellt.
Das Gerät wird über den Löschkreis C1, C2, R1 vom Gleichrichter VD1, VD2 und dem Stabilisator VD4, VD5 mit Strom versorgt. Die Stromkreise des Steuerkreises und die Steuerelektrode (CE) des Triac VS1 sind durch die Diode VD6 getrennt, um deren Einfluss auf den Steuerkreis zu verringern. Da das Gerät über einen Löschkreis mit Strom versorgt wird, steigt die Spannung am Kondensator C3 bei Anschluss an das Netzwerk viel langsamer an als beispielsweise bei einer Stromquelle mit Transformatoreingang. Dieser Umstand führt dazu, dass in der DD2-Mikroschaltung ein Thyristor-Schaltmodus mit Zustandsfixierung auftritt [3, S. 243, 244]. Um diesen Effekt zu beseitigen, wird die Mikroschaltung DD2 über einen Strombegrenzungswiderstand R17 mit Strom versorgt. Die Elemente DD1.1, DD1.2 und DD1.3, DD1.4 enthalten Schmitt-Trigger (TS), die Elemente DD2.3, DD2.4 enthalten einen Impulsgenerator, die Elemente DD2.1, DD2.2 enthalten einen Einzelvibrator Legt die Einschaltverzögerung fest. Die Transistoren VT1 und VT2 sind Eingangsverstärker. Die Kaskade auf VT1 und TS DD1.1, DD1.2 bildet einen Kanal zur Überwachung der minimalen Spannungsgrenze, VT2 und TS DD1.3, DD1.4, VT3 - einen Kanal zur Überwachung der maximalen Spannungsgrenze. Über die Diode VD3 und die Widerstände R2-R5 werden den Eingängen der Spannungssteuerkanäle negative Halbwellen der Netzspannung zugeführt. Sie werden durch Kaskaden an VT1 und VT2 verstärkt. In der Kaskade bei VT1 wird die verstärkte Spannung durch den Kondensator C6 geglättet. Bei normaler Netzspannung, deren Wert zwischen der unteren und oberen eingestellten Grenze liegt, ist die Spannung am VT1-Kollektor höher als die Betriebsschwelle des TS DD1.1, DD1.2, daher liegt an Pin 3 ein High-Pegel an von DD1.2 und hat keinen Einfluss auf den Betrieb des Monovibrators. An den Pins 8,9 DD2.1 und an Pin 11 DD2.2 liegen High-Pegel an. Der logische Pegel „1“ an Pin 2 von DD2.3 ermöglicht den Betrieb der Generatoren DD2.3, DD2.4. Der Generator erzeugt kurze Impulse mit einer Frequenz von 10 kHz, die über einen Verstärker an VT4 dem UE des Triac VS1 zugeführt werden. In diesem Fall fließt Strom durch den Triac zur Last. Durch den Einsatz eines externen Generators zur Ansteuerung des Triacs konnten die beim Öffnen des Triacs auftretenden Störungen reduziert werden. Abhängig von der Höhe der Netzspannung sind am VT2-Kollektor positive Halbwellen vorhanden (oder fehlen). Wenn ihre Amplitude nicht ausreicht, um die TC DD1.3, DD1.4 auszulösen, liegt an Pin 4 von DD1.4 ein Log-Pegel von „0“ vor, der Transistor VT3 ist geschlossen und hat keinen Einfluss auf den Betrieb des One- Schuss. Wenn die Netzspannung den eingestellten Schwellenwert überschreitet, erreicht der Impulspegel am VT2-Kollektor die Auslöseschwelle von TS DD1.3, DD1.4. Aus den Halbwellen werden positive Impulse gebildet, die über VT3 auf den Monovibrator wirken. Jeder Impuls startet das One-Shot-Gerät neu. Während der One-Shot DD2.1, DD2.2 die Einschaltverzögerung berechnet, die von der Kapazität des Kondensators C10 abhängt, liegt an Pin 11 von DD2.2 eine logarithmische „0“ an und verhindert den Betrieb des Generator, Impulse kommen nicht am VS1 UE an und die Last wird von den Netzwerken getrennt. Wenn die Spannung im Netzwerk um die maximale Grenze schwankt, kann die Amplitude der Impulse am VT2-Kollektor instabil sein, daher ist am Ausgang des TS DD1.3, DD1.4 auch die Impulsfrequenz instabil, sogar einfach Impulse sind möglich. In diesem Fall bleibt die Last vom Netz getrennt, da bereits ein einzelner Impuls, der während der durch den One-Shot eingestellten Einschaltverzögerungszeit auftritt, den One-Shot neu startet und die Verzögerung erneut gebildet wird. Wenn die Netzwerkspannung unter den Mindestgrenzwert sinkt, fällt der Spannungspegel am Kollektor VT1 unter die Ansprechschwelle des TS DD1.1, DD1.2 und an Pin 3 von DD1.2 erscheint ein Protokollpegel von „0“. Dadurch wird der One-Shot ausgelöst, der Generator funktioniert nicht mehr und die Last wird vom Netz getrennt. Da der Monostabil nicht durch Impulse, sondern durch einen konstanten Pegel (log „0“) beeinflusst wird, beginnt die Bildung der Verzögerungszeit, nachdem die Netzspannung die minimale Grenzschwelle überschreitet. Anschließend wechselt der TS DD1.2, DD1.3 in den Log-Zustand „1“ und die Bildung einer Einschaltverzögerungszeit beginnt, nach der die Last mit dem Netzwerk verbunden wird. Der Kondensator C6 verringert die Reaktionsgeschwindigkeit des Geräts auf einen Spannungsabfall etwas, aber das Reduzieren der Spannung für die Last ist weniger gefährlich als das Erhöhen. Wenn das Gerät mit dem Netzwerk verbunden ist, wird die Last mit einer vom One-Shot-Gerät eingestellten Verzögerung angeschlossen. Die Erstinbetriebnahme des One-Shot-Geräts erfolgt über beide Steuerkanäle. Bei einer Spannung nahe dem Minimum, aber darüber hinaus, wird der Start des Einzelvibrators durch die Kondensatoren C6 und C8 sichergestellt. In diesem Fall liegt an Pin 3 von DD1.2 zunächst ein Log-Level von „0“ und der One-Shot verzögert das Zählen der Pause. Wenn die Spannung an C6 und C8 die Ansprechschwelle des TS DD1.1, DD1.2 erreicht, wechselt dieser in den logarithmischen Zustand „1“ und die Bildung der Einschaltverzögerungszeit durch die One-Shot-Einheit beginnt. Bei einer höheren Spannung lädt sich der Kondensator C6 schnell auf, da VT2 bereits im Sättigungsmodus arbeitet. Daher wird der Kondensator C8 verwendet, um TC DD1.1, DD1.2 bis zum Ende des Versorgungsspannungsanstiegs (bei C3) im Nullzustand zu halten. . Wenn die Netzspannung nahe dem Minimum liegt, verlängert sich die Zeit zum Anschließen der Last an das Netz aufgrund der langsameren Entladung des Kondensators C6 geringfügig. Bei einer höheren Netzspannung erscheinen bereits Impulse am VT2-Kollektor. In dem Moment, in dem die Versorgungsspannung des Geräts (an C3) den Nennwert noch nicht erreicht hat, ist die Schaltschwelle des TS niedriger als im eingeschwungenen Zustand, daher werden die TS-Impulse DD2 und DD1.3 gebildet die Impulse auf dem VT1.4-Kollektor, und die One-Shot-Einheit wird parallel zum TS DD1.1, DD1.2 gestartet. Wenn die Versorgungsspannung ansteigt, nachdem das Gerät an das Netzwerk angeschlossen wurde, noch bevor der Einzelvibrator in Betrieb geht, kann der Generator DD2.3, DD2.4 mehrere Impulse erzeugen, deren Amplitude geringer ist als im stationären Zustand, aber ausreichend ist für den Betrieb des VT4-Impulsverstärkers und die Ansteuerung des Triacs. Um den Einfluss dieser Impulse beim Einschalten zu eliminieren, wird die Schwelle zum Einschalten der Kaskade an VT4 durch die Verwendung einer Zenerdiode VD9 erhöht. Diese Lösungen ermöglichten es, auch das kurzfristige Auftreten von Spannung an der Last beim Einschalten in das Netz vor Ablauf der Einschaltverzögerungszeit im Bereich von der minimalen bis zur maximalen festgelegten Netzspannungsgrenze zu eliminieren. Die Hysterese beträgt für beide Steuerkanäle 2-3 V. Im Minimalbegrenzungskanal bei einer Spannung von 160-170 V erhöht sich die Hysterese auf 4-5 V. Der Mindestbegrenzungskanal ist vor allem bei Anlagen mit Elektromotor erforderlich, da elektronische Geräte, sofern für einen störungsfreien Betrieb erforderlich, Komponenten enthalten, die das Gerät oder einen Teil davon abschalten, wenn die Netzspannung unter die eingestellte Spannung fällt, z. B. das Stromversorgungsmodul für Fernseher. Bei Anlagen mit einem Elektromotor ist es erforderlich, mittels LATR die minimale Spannungsgrenze zu ermitteln, bei der ein sicheres Starten des Motors noch gewährleistet ist und dieser nicht bei maximaler Belastung der Welle stehen bleibt. Ist dies nicht möglich, wird die Mindestspannungsgrenze aus dem Installationsdatenblatt festgelegt. Der angegebene Kanal kann mit anderen Geräten verwendet werden. Wenn eine Abschaltung bei Mindestspannung nicht erforderlich ist, können die Elemente R2, R4, R7, R8, R11, C6, VT1 nicht installiert werden und der im Diagramm linke Anschluss R13 kann mit dem Emitter-Anschlusspunkt VT1 verbunden werden. Da der Triac durch Hochfrequenzimpulse gesteuert wird, können Geräte mit Kommutatormotor, beispielsweise eine elektrische Bohrmaschine usw., an das Gerät angeschlossen werden. Die Parameter der Stromkreise des Geräts sind so ausgelegt, dass am Geräteeingang eine Spannung von bis zu 380 V zugeführt werden kann. Daher ist ein Austausch der Zenerdioden VD4, VD5 durch eine solche nicht ratsam und sie müssen sich in Metallgehäusen befinden. Die Betriebsspannung der Kondensatoren C1, C2, C11 beträgt mindestens 630 V. Die Mikroschaltung DD1 kann durch K561 LA7 ersetzt werden. Kondensatoren C8, C10 Typ K53 oder ähnlich. Die Zenerdiode VD9 kann eine Stabilisierungsspannung von 6,8–8,2 V haben. Der Triac VS1 muss eine Spannungsklasse von mindestens 6 haben. Der Widerstandswert des Widerstands R14 sollte zwischen 510 kOhm und 1 MOhm liegen. In diesem Fall gibt es keine spürbare Auswirkung auf den Schwellenwert zum Ein-/Ausschalten des Maximalgrenzkanals. Widerstände R6, R7 Typ SP-5. Die VT4-Kaskade ermöglicht die Steuerung eines Triacs, dessen Widerstand zwischen UE und Pin 1 mehr als 40 Ohm beträgt. Wenn Sie einen Triac mit niedrigerem Widerstand (was einen höheren Steuerstrom bedeutet) verwenden, müssen Sie den Widerstand des Widerstands R24 auf 150-160 Ohm reduzieren. Es ist auch möglich, andere Triacs zu verwenden, deren 1-UE-Ausgangswiderstand mehr als 40 Ohm beträgt. Bei Verwendung von Triacs mit einem Widerstand nahe 40 Ohm sollte jedoch auch die Umgebungstemperatur berücksichtigt werden, bei der das Gerät betrieben wird, da mit sinkender Temperatur der Steuerstrom zunimmt und es möglich ist, dass der Triac später öffnet (relativ zu der Beginn der Halbwelle), und für verschiedene Spannungshalbwellen ist dieser Vorgang nicht derselbe. Der Triac ist an einem Kühler mit einer Fläche installiert S=0,12 Rn cm2, wobei Рн die Lastleistung W ist. Dadurch wird eine Heizkörpertemperatur von 69°C bei einer Umgebungstemperatur von 20-25°C gewährleistet. Eine Variante des Leiterplattenlayouts ist in Abb. 2 dargestellt, die Lage der Elemente ist in Abb. 3 dargestellt.
Bei der Einrichtung des Geräts geht es darum, die erforderlichen Schwellenwerte für das Ausschalten der Last und die Verzögerungszeit für das Einschalten festzulegen. Der Ausgangszustand des Widerstands R6 ist der minimale Widerstand, R7 der maximale. Beim Einrichten wird die Kapazität des Kondensators C10 im Bereich von 10-22 µF gewählt und anstelle der Last eine Glühlampe eingeschaltet. Bei der Einrichtung ist zu berücksichtigen, dass das Gerät galvanisch mit dem Netzwerk verbunden ist. Um den Abschaltschwellenwert im Minimalgrenzkanal auszuwählen, müssen Sie mit LATR die Mindestspannung (für die verwendete Last) am Ausgang des Geräts einstellen und R7 anpassen, um die Last vom Netzwerk zu trennen. Sie müssen R7 langsam drehen, da es aufgrund der vorhandenen Kondensatoren C6 und C8 bei schneller Drehung von R7 zu einer überschätzten Ansprechschwelle kommen kann. Beim Einstellen des Maximalgrenzkanals wird die erforderliche maximale Eingangsspannung eingestellt und durch Einstellen von R6 wird die Last abgeschaltet. Anschließend überprüfen sie die Funktion des Geräts, wenn sich die Eingangsspannung ändert. Passen Sie ggf. die Abschaltschwellen in den Kanälen an. Wenn der Widerstandswert der Widerstände R6 und R7 zunimmt, wird die Last bei niedrigeren Eingangsspannungen abgeschaltet. Durch Veränderung der Kapazität C10 wird die erforderliche Einschaltverzögerungszeit ausgewählt. Ungefähre Verzögerungszeit (s) t=R18С10, wobei R18 der Widerstand (in Ohm) ist; C10 - Kapazität (in F). Bei R18=270 kOhm, C10=220 µF beträgt die Verzögerungszeit etwa 1 Minute. Bei Verwendung von Kommutatormotoren als Last ist die Stabilität des Gerätes unter den vom Motor erzeugten Störeinflüssen zu prüfen. Kommt es zu einer Störungsunterbrechung (bei normaler Netzspannung), ist eine Erhöhung von C7 um 200-1000 pF (empirisch ermittelt) erforderlich. Die Kapazität des Kondensators C7 sollte nicht übermäßig erhöht werden, da dies die Abschaltzeit bei stark ansteigender Netzspannung beeinträchtigt. Wenn kein LATR vorhanden ist, kann Spannung vom Regler an den Eingang des Geräts angelegt werden (Abb. 4). In diesem Fall wird die Last nicht an die XS1-Buchse angeschlossen und die Kontrolle beim Setup erfolgt mit einem Voltmeter oder Oszilloskop an Pin 11 von DD2. Stufe „0“ entspricht der Trennung und Stufe „1“ entspricht dem Anschluss der Last an das Netzwerk. Bei Verwendung eines Oszilloskops kann die Überwachung auch durch das Vorhandensein von Steuerimpulsen am VT4-Kollektor erfolgen. Die Einrichtungsmethode unterscheidet sich nicht von der oben beschriebenen.
In der Schaltung in Abb. 4 ist der Transformator T1 ein beliebiger 220-V-Transformator mit einer Sekundärwicklung für die Spannung UII = 30 + ΔUI, wobei UII die Spannung der Sekundärwicklung T1 ist; ΔUI – minimaler Spannungsabfall an der Primärwicklung T2 bei R=0. Der Transformator T1 muss mehrere Sekundärwicklungen haben, dann kann beim Einstellen des Geräts die Spannung genauer eingestellt werden, einschließlich der erforderlichen Anzahl von Wicklungen, und es wird ein Widerstand R mit einem kleineren Widerstandsbereich benötigt. Der Transformator T2 kann 220 V haben, besser ist jedoch eine Netzwicklung mit einer Anzapfung von 110–127 V. Die Spannung an der Sekundärwicklung beträgt 20–30 V. Der Widerstand R ist ein Drahtwiderstand mit einer Leistung von 25–50 W und einem Widerstand von 20–50 Ohm. VL1-Lampe mit einer Leistung von 25-40 W. Bei hohen Lampenleistungen ist auch eine höhere Leistung des Widerstands R erforderlich. Die spezifischen Parameter der Schaltungselemente werden je nach Verfügbarkeit experimentell geklärt. Das Vorhandensein des Transformators T4 gewährleistet die galvanische Trennung des Widerstands R vom Netzwerk und die Sicherheit bei der Einstellung. Wenn eine Last an das Gerät angeschlossen und der Triac geschlossen ist, bleibt die Last über den Schaltkreis C11R21 mit dem Netzwerk verbunden. Dies ist insbesondere beim Anschluss eines Kleinleistungstransformators unerwünscht, da die Induktivität der Wicklung und der C11R21-Kreis eine Reihenschaltung bilden. Dies kann unter bestimmten Bedingungen (bei minimaler Belastung des Transformators oder wenn erhöhte Spannung aus dem Netz am Eingang des Geräts ankommt) zu einer Überschreitung der Betriebsspannung der Netzwicklung des Transformators führen. Daher sollte die Möglichkeit, eine Last mit geringer Leistung an das Gerät anzuschließen, experimentell ermittelt werden. Dazu wird eine Last mit geringer Leistung über einen Kondensator mit einer Kapazität von 0,1 μF an das Netzwerk angeschlossen und die Spannung darüber gemessen. Multiplizieren Sie den Messwert mit 1,7. Wenn die resultierende Spannung nicht gefährlich ist und die reduzierte Spannung (bei Stromversorgung über einen Kondensator) keine unerwünschten Bedingungen für die Last erzeugt, kann eine solche Last an das Gerät angeschlossen werden. Wenn die Last einen Leistungstransformator enthält, wird dieser abwechselnd über einen Kondensator mit einer Kapazität von 0,01 an das Netzwerk angeschlossen. 0,05; 0,1 µF, damit aufgrund von Resonanz die Spannung an der Transformatorwicklung den maximal zulässigen Wert bei einer Netzspannung von 220 V nicht überschreitet. Geschieht dies nicht, wird die Möglichkeit des Schutzes wie oben beschrieben ermittelt . Das beschriebene Gerät wurde im Zusammenspiel mit einem Kühlschrank, einem stationären Fernseher und einem Tonwiedergabekomplex getestet. Der Fernseher verfügt über ein Schaltnetzteil (hat keinen Standby-Transformator) und wurde im Normal- und Standby-Modus getestet; Im Tonwiedergabekomplex wurde jede der Quellen zusammen mit dem Verstärker eingeschaltet. Es wurden keine Änderungen im Betrieb geschützter Geräte festgestellt. Литература:
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