Weiterentwicklung des Netzspannungsstabilisators LPS-2500RV. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz

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Die Spannung im 220-V-Stromversorgungsnetz liegt nicht immer im Normbereich und es kommt nicht selten zu Notfällen, die zu erheblichen Spannungsabweichungen führen, die für verschiedene Elektro- und Funkgeräte gefährlich sind. In solchen Situationen können Netzspannungsstabilisatoren Abhilfe schaffen. Eine davon, ihre Fähigkeiten und Nachteile sowie Verbesserungen, werden in diesem Artikel besprochen.

Das Problem des Schutzes und der Gewährleistung der Funktionsfähigkeit von Geräten mit Netzstromversorgung bei erheblichen Abweichungen der Netzspannung von der Norm bleibt relevant. Durch Unfälle in Stromnetzen fallen nicht nur „rein elektronische“ Geräte aus. Auch Elektrogeräte, die als die zuverlässigsten gelten, fallen aus. Angesichts der Tatsache, dass elektrische Bügeleisen, Waschmaschinen, Kühlschränke und andere Haushaltsgeräte heute mit elektronischen Komponenten ausgestattet sind, ist es nicht verwunderlich, dass fast alle Geräte mit Netzstrom sehr empfindlich auf starke Änderungen der Netzspannung reagieren. In diesem Zusammenhang sind verschiedene serienmäßig hergestellte Schutzgeräte auf dem Markt erschienen. Darüber hinaus werden sie von Funkamateuren entwickelt und hergestellt, wie die zahlreichen Veröffentlichungen zu diesem Thema in der Zeitschrift Radio belegen. Diese Geräte trennen das Gerät vom Stromnetz, wenn die Spannung den akzeptablen Grenzwert überschreitet. Einige schalten das Gerät nur aus, wenn die Netzspannung ansteigt, andere, wenn sie den zulässigen „Korridor“ überschreitet.

Solche Geräte haben jedoch einen gravierenden Nachteil. Sie helfen nicht, wenn die Netzspannung die Grenzen des zulässigen Korridors nicht für Sekunden oder Minuten, sondern für ganze Stunden „verlassen“ hat. Es kommt häufig vor, dass die Fehlerbehebung bei Netzwerkausfällen einen ganzen Tag oder länger dauert. Aber verschiedene Geräte müssen funktionieren, und das ist nicht nur ein Kühlschrank, sondern auch Bürogeräte und Computer. Schutzgeräte helfen hier also nicht, indem sie das Gerät vom Netzwerk trennen. Auf einen Netzspannungsstabilisator kann man nicht verzichten.

Am erschwinglichsten und am weitesten verbreitet sind heute Netzwerkspannungsstabilisatoren vom Relaistyp. Sie basieren auf einem Spartransformator und mehreren elektronisch gesteuerten Relais. Relais schalten Anzapfungen von den Wicklungen eines leistungsstarken Spartransformators und halten so die Lastspannung innerhalb normaler Grenzen. Netzstabilisatoren auf Basis von Spannungswandlern sind deutlich teurer und seltener als Relais-Stabilisatoren.

Der Autor kaufte einen Relais-Spannungsstabilisator LPS-2500RV (Abb. 1) zur Stromversorgung von Bürogeräten.

Fig. 1

Die gesamte Produktpalette dieser Geräte besteht aus den Stabilisatoren LPS-800RV (800 W), LPS-1500RV (1500 W), LPS-2000RV (2 kW), LPS-2500RV (2,5 kW), LPS-4000RV (4 kW) und LPS -6000 RV (6 kW). Abhängig vom Netzspannungsbereich sind sie mit Betriebsartenschaltern ausgestattet. Der erste beträgt 160...250 V, der zweite 120...250 V. Zur Stromversorgung des Kühlschranks ist speziell ein Verzögerungsmodus für die Bereitstellung der Ausgangsspannung (von 3 bis 5 Minuten) vorgesehen, der mit a eingeschaltet wird spezieller Schalter, der die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Kompressormotors verringert. Zusätzlich zu den angegebenen Schaltern befinden sich auf der Frontplatte zwei Zeigervoltmeter. Einer dient zur Steuerung der Eingangsspannung, der zweite für den Ausgang (stabilisiert), was im Betrieb sehr praktisch ist. Zum Schalten der Anzapfungen des Spartransformators werden fünf identische Relais verwendet, die auf einer Leiterplatte installiert sind (Abb. 2).

Die Eigenschaften dieser Stabilisatoren enden hier jedoch nicht. Die maximale Lastleistung, die an sie angeschlossen werden kann, hängt von ihrem Typ ab und wird durch den Ausdruck Pmax = Psn/K bestimmt, wobei Psn die Leistung des Spannungsstabilisators ist; K - Koeffizient, bestimmt durch die Art der Last. Zum Beispiel für einen Fernseher und Glühlampen K = 1, für eine elektrische Bohrmaschine K = 1,5, für einen Mikrowellenherd K = 2, für eine Waschmaschine und einen Bohrhammer K = 3. Die schlimmste Situation ist bei einem Kühlschrank, Luft Klimaanlage und Gefrierschrank. Für diese Verbraucher gilt K = 5. Zusätzlich muss die maximale Leistung je nach Wert der Netzspannung reduziert werden. Bei einer Netzspannung von 140 V ist der Koeffizient K = 2 und bei 160 V - 1,5. Mit zunehmender Spannung sollte auch die maximale Leistung reduziert werden, jedoch nicht so stark. Bei 240 V ist der Koeffizient K = 1,1 und bei 260 V - 1,2. Unter Berücksichtigung aller Nuancen ist es daher besser, sofort ein Stabilisatormodell mit maximaler Leistungsreserve zu kaufen. Darüber hinaus liegt es auf der Hand, dass für Verbraucher wie einen Kühlschrank ein separater Stabilisator sinnvoll ist.

Es ist zu beachten, dass es möglich ist, den Standardspartransformator durch einen leistungsstärkeren zu ersetzen. In diesem Fall muss ein Spartransformator auf einem Ringkernmagnetkreis verwendet werden, da im Gehäuse möglicherweise nicht genügend Platz für einen W-förmigen Stabilisator vorhanden ist. Dann müssen Sie jedoch das Relais durch leistungsstärkere ersetzen. Dieser Ansatz ermöglicht es Ihnen, einen leistungsstarken Stabilisator zu „kaufen“, ohne sein leistungsstarkes Modell zu einem höheren Preis zu kaufen.

Allerdings haben die betrachteten Stabilisatoren auch Nachteile. Erstens besteht der Körper aus zu dünnem Blechmaterial. Im zusammengebauten Zustand wirkt es recht stabil und langlebig. Sobald Sie jedoch die obere U-förmige Abdeckung entfernen, verschwindet die Illusion der strukturellen Festigkeit sofort. Es wird deutlich, warum die Abdeckung mit einer Vielzahl von Schrauben und selbstschneidenden Schrauben an der Karosserie befestigt wird. Das Vorhandensein eines massiven Spartransformators am Boden des Gehäuses kann zu einer Verformung des gesamten unteren Teils des Gehäuses führen. Daher ist beim Abnehmen der oberen Abdeckung Vorsicht geboten, da der untere Teil des Gehäuses so sehr „zum Leben erwacht“, dass Sie diese Struktur nicht mit einer Hand bewegen können.

Der zweite Nachteil erwies sich als schwerwiegender, da er nach dem Zusammenbau des Gehäuses nicht maskiert wird. Beim Einschalten des Stabilisators tritt ein größerer Einschaltstrom auf (Einschaltstrom). Dies führt dazu, dass die Netzspannung stark abfällt und die Beleuchtungskörper „blinken“. Es bedarf keiner Erklärung, dass sich solche Spannungsstöße negativ auf den Zustand anderer Geräte auswirken. Darüber hinaus entsteht durch die Bewegung der Elemente des Magnetkreises ein Stoß auf das Metallgehäuse, begleitet von einem lauten und unangenehmen Geräusch. Offensichtlich müssen solche Stromstöße beseitigt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, ein Gerät zu verwenden, das den Anlaufstrom begrenzt, das sogenannte „Softstartgerät“.

Ein Diagramm eines solchen Geräts ist in Abb. 3.

Bei Anschluss an das Netzwerk wird der Spartransformator des Spannungsstabilisators über den Strombegrenzungswiderstand R2 angeschlossen. Gleichzeitig wird die Netzspannung über die Ballastkondensatoren C1, C2 dem auf der Diodenbrücke VD1 montierten Gleichrichter zugeführt. Da die Relaiswicklung K2 und der Kondensator C4 durch den Widerstand R4 überbrückt sind, beginnt zunächst die Aufladung des Kondensators C3. Nach dem Laden wird das Relais K1 aktiviert, seine Kontakte K1.1 werden geöffnet und der Ladevorgang des Kondensators C4 beginnt. Nach dem Laden schaltet das Relais K2 und seine Kontakte K2.1-K2.3 schließen den Widerstand R2 und die volle Netzspannung fließt zum Spartransformator des Spannungsstabilisators. Dies gewährleistet eine Reduzierung des Anlaufstroms, d. h. eine schrittweise Aktivierung des Spannungsstabilisators.

Wenn die Netzspannung ausfällt, entlädt sich der Kondensator C3 schnell und seine Kontakte verbinden den Widerstand R4 mit dem Kondensator C4, wodurch er sich schnell entlädt und die Kontakte des Relais K2 öffnen – der Spartransformator wird über den Widerstand mit dem Netzwerk verbunden R4. Dieser Aufbau der Schaltung sorgt dafür, dass das K2-Relais schnell wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt und das Gerät somit für eine schnelle Wiederverbindung mit dem Netzwerk bereit ist. Dies ist wichtig, wenn die Netzspannung kurzzeitig ausfällt. Der Widerstand R4 begrenzt den Entladestrom des Kondensators C4 und schützt die Kontakte des Kleinleistungsrelais K1 vor Durchbrennen. Die Zenerdiode begrenzt die Spannung an den Relais K1, K2 und den Kondensatoren C3, C4, wodurch eine Überhitzung des Relais K1 bei erhöhter Netzspannung vermieden wird, da das Gerät für den Betrieb bei einer auf 120 V reduzierten Netzspannung ausgelegt ist. Schalter SA1 und Sicherung FU1 sind Standardelemente des Spannungsstabilisators.

Es wurde ein Konstantwiderstand PEV-10 (R2) verwendet, der Rest waren MLT, S2-23. Oxidkondensatoren - importiert, C1, C2 - K73-17 oder K78-2 für eine Betriebsspannung von mindestens 630 V. Um die Zuverlässigkeit des Geräts zu erhöhen, kann jeder der Kondensatoren C1 und C2 durch zwei 1 μFxb100 V-Kondensatoren ersetzt werden in Reihe geschaltet und parallel zu jedem Kondensator einen 0,5-kOhm-Widerstand (MLT-1) geschaltet. Relais K15 - RES4.591.001 (Version RS2200) mit einem Wicklungswiderstand von 18 Ohm und einer Betriebsspannung von 5 V. Die Wahl dieses Relaistyps ist sowohl auf sein Vorhandensein als auch auf die kurze Abfallzeit seiner Kontakte (ca. 2 ms) zurückzuführen ). Relais K28 - REK4.569.007 (KShch590TU) mit einem Wicklungswiderstand von 13 Ohm und einer Betriebsspannung von 28 V. Eine Kontaktgruppe des REK2,5-Relais ist für einen maximalen Strom von 15 A ausgelegt, alle drei Gruppen sind also miteinander verbunden parallel. Die Zenerdiode ist auf einem Kühlkörper mit einer Fläche von 20...2 cmXNUMX aus einer Aluminiumlegierung installiert.

Alle Teile, bis auf den Widerstand R2, sind einseitig auf einer Leiterplatte aus Glasfaserfolie verbaut. Vor der Montage wird empfohlen, den Zustand der K2-Relaiskontakte zu überprüfen. Wie die Praxis gezeigt hat, empfiehlt sich dies, da nicht nur die Kontakte gebrauchter, sondern auch neuer Relais oft einen erhöhten Übergangswiderstand aufweisen. Ein experimenteller Test bei einem Strom von 1 A von drei Kontakten des REK28-Relais ergab, dass zwei von ihnen einen Übergangswiderstand von etwas weniger als 30 mOhm und der dritte von 160 mOhm hatten. Nach der Reinigung der Oberflächen aller Kontakte sank er auf 10...20 mOhm und bei Parallelschaltung betrug der Gesamtwiderstand weniger als 5 mOhm. Das Reinigen der Kontakte stellt keine Besonderheiten dar. Sie können hierfür ein dünnes, weiches Tuch verwenden. Ebenso wichtig ist es, beim Reinigen darauf zu achten, die Kontakte nicht zu verbiegen. Ihre Verformung kann zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstandes führen. Wenn Sie nur einen Ballastkondensator C1 verwenden (Gesamtkapazität halbieren), ist das Gerät ab einer Netzspannung nicht mehr von 120 V, sondern nur noch von 180 V oder mehr betriebsbereit. Die Leiterplatte und der Widerstand R2 sind im oberen Teil der Rückwand des Spannungsstabilisatorgehäuses befestigt (Abb. 4).

Es ist bekannt, dass die Parallelschaltung von Relaiskontaktgruppen deren Belastbarkeit nicht wesentlich erhöht. Aufgrund der Variation des Widerstands der geschlossenen Kontakte (und dieser ändert sich auch im Betrieb stark, auch wenn er zunächst gleich war) wird der Strom ungleichmäßig zwischen den Gruppen verteilt. Darüber hinaus schließen und öffnen Kontaktgruppen zwangsläufig nicht gleichzeitig, was zu kurzzeitigen Überlastungen und erhöhtem Verschleiß durch Funkenbildung führt. Wir empfehlen die Verwendung eines Relais als K1 mit einem zulässigen Strom, der von einem Kontaktpaar geschaltet wird und nicht geringer ist als der, den der Stabilisator bei Volllast und minimaler Spannung im Netzwerk verbraucht.

Autor: A.Zyzyuk, Luzk, Ukraine

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