用电保护装置。方案、说明

用电保护装置。无线电电子电气工程百科全书

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保护用电设备免受不可接受的电源电压偏差的问题仍然是相关的。文献[1]中描述的装置结构简单，但在网络紧急情况消失后不提供供电电压。 [2] 中描述的设备没有这个缺点，但是，用于控制三端双向可控硅开关元件的继电器需要变压器来为设备供电。这使得难以在多个副本中重复设计，并且所应用的控制三端双向可控硅开关元件的方法不允许连接例如声音再现设备，因为背景噪声可能出现在电源频率处。

我提供一种没有电磁继电器和绕组单元的设备。当电源电压超过 220-240 V 以及电压降至设定值 160-220 V 以下时，它可确保负载与网络断开。该设备的开发目的是保护相当强大的消费者（电视、冰箱、电动工具等）。），功率可达2kW。装置框图如图1所示。

（点击放大）

该装置由整流器VD1、VD2和稳压器VD1、VD1经灭弧电路C2、C4、R5供电。控制电路的电源电路与双向可控硅VS1的控制极(CE)之间由二极管VD6隔离，以减少后者对控制电路的影响。由于该设备通过猝灭电路供电，因此当连接到网络时，电容器 C3 上的电压的增加速度比具有变压器输入的电源慢得多。这种情况导致DD2微电路中出现状态固定的晶闸管开关模式[3, pp. 243, 244]。为了消除这种影响，DD2微电路通过限流电阻R17供电。

元件 DD1.1、DD1.2 和 DD1.3、DD1.4 包含施密特触发器 (TS)，元件 DD2.3、DD2.4 包含脉冲发生器，元件 DD2.1、DD2.2 包含单振动器，设置延迟开启。晶体管VT1和VT2是输入放大器。 VT1 与 TS DD1.1、DD1.2 级联形成最低电压限值监控通道，VT2 与 TS DD1.3、DD1.4、VT3 级联构成最高电压限值监控通道。

通过二极管VD3和电阻器R2-R5，电源电压的负半周期被提供给电压控制通道的输入。它们通过 VT1 和 VT2 处的级联放大。在VT1的级联中，放大的电压由电容器C6平滑。

当市电电压正常时，其值在设定的下限和上限之间，VT1 集电极上的电压高于 TS DD1.1、DD1.2 的工作阈值，因此引脚上有高电平。 DD3的1.2并且不影响单振器的操作。引脚 8,9 DD2.1 和引脚 11 DD2.2 处为高电平。 DD1 引脚 2 上的逻辑电平“2.3”允许发生器 DD2.3、DD2.4 运行。发生器产生频率为 10 kHz 的短脉冲，通过 VT4 上的放大器馈送到双向可控硅 VS1 的 UE。在这种情况下，电流通过双向可控硅流向负载。

使用外部发电机来控制三端双向可控硅开关元件可以降低三端双向可控硅开关元件打开时发生的干扰水平。

根据电源电压的大小，VT2 集电极处存在（或不存在）正半波。如果它们的幅度不足以触发TC DD1.3、DD1.4，则在DD4的引脚1.4处将出现对数电平“0”，晶体管VT3关闭并且不影响单片机的操作。射击。

当市电电压超过设定阈值时，VT2集电极上的脉冲电平达到TS DD1.3、DD1.4的触发阈值。半波形成正脉冲，通过 VT3 作用于单振子。每个脉冲都会重新启动一次性设备。

当单触发 DD2.1、DD2.2 计算开启延迟（取决于电容器 C10 的电容）时，DD11 的引脚 2.2 处出现一个日志“0”，并禁止 DD1 和 DD2 的操作。发生器，脉冲不会到达 VS1.3 UE，并且负载与网络断开。当网络中的电压在最大极限附近波动时，VT1.4集电极上的脉冲幅度可能不稳定，因此，在TS DDXNUMX、DDXNUMX的输出端，脉冲频率也不稳定，甚至单个脉冲。脉冲是可能的。在这种情况下，负载保持与网络断开的状态，因为即使在单触发设定的开启延迟时间内出现单个脉冲，也会重新启动单触发，并再次形成延迟。

当网络电压降至最低限值以下时，集电极 VT1 上的电压电平低于 TS DD1.1、DD1.2 的响应阈值，并且 DD3 的引脚 1.2 处出现对数电平“0”，触发单次，发电机停止工作，负载与网络断开。由于单稳态不受脉冲影响，而是受恒定电平（log“0”）影响，因此延迟时间的形成在网络电压超过最小限制阈值后开始。然后TS DD1.2、DD1.3切换到日志“1”状态，并开始形成开启延迟时间，之后负载连接到网络。

电容器 C6 会在一定程度上降低设备对电压降低的响应速度，但降低负载电压的危险性比增加电压要低。

当设备连接到网络时，负载按照一次性设备设置的延迟连接。一次性设备的初始启动由两个控制通道提供。当电压接近最小值但超过最小值时，电容器 C6 和 C8 确保单振荡器的启动。在这种情况下，DD3 的引脚 1.2 处最初的日志级别为“0”，并且一次性延迟暂停计数。当C6和C8上的电压达到TS DD1.1、DD1.2的响应阈值时，后者切换到对数“1”状态，并且单触发单元开始形成开启延迟时间。

在较高电压下，电容器C6快速充电，因为VT2已经工作在饱和模式，因此电容器C8用于保持TC DD1.1、DD1.2处于零状态，直到电源电压上升结束（在C3处）。当网络电压接近最小值时，由于电容器C6放电较慢，负载接入网络的时间略有增加。

当网络电压较高时，VT2 集电极上已出现脉冲。当器件的电源电压（C3处）尚未达到标称值时，TS的开关阈值低于稳态时的阈值，因此，TS脉冲DD2和DD1.3由VT1.4集电极上的脉冲，单触发单元与TS DD1.1、DD1.2并行发射。

当电源电压升高时，设备接入网络后，甚至在单振子开始工作之前，发生器DD2.3、DD2.4可以产生多个脉冲，其幅度低于稳态时，但足够了用于 VT4 脉冲放大器的操作和双向可控硅的控制。为了消除导通时这些脉冲的影响，由于使用了稳压二极管VD4，提高了VT9上级联的导通阈值。

这些解决方案甚至可以消除在接通延迟时间到期之前在最小到最大既定网络电压限制范围内接通网络时负载上出现的短期电压。两个控制通道的迟滞均为 2-3 V。在电压为 160-170 V 的最小限制通道中，迟滞增加至 4-5 V。

最小限制通道主要对于包含电动机的装置是必要的，因为如果需要无故障运行，电子设备包含在电源电压低于设定电压时关闭设备或设备的一部分的组件，例如，电视机的电源模块。在包含电动机的装置中，有必要使用 LATR 来确定仍能确保发动机可靠启动且在轴上最大负载时不会停止的最小电压限制。如果不可能，则根据安装数据表设置最小电压限制。指定的通道可以与其他设备一起使用。

如果不需要在最低电压关断，则可以不安装元件R2、R4、R7、R8、R11、C6、VT1，而可以将图中左侧的端子R13连接至发射极连接点VT1。

由于三端双向可控硅开关元件由高频脉冲控制，因此可以将带有换向器电机的设备（例如电钻等）连接到该设备。

由于器件电源电路的参数设计可以为器件输入提供高达380V的电压，因此不建议用一个替换稳压二极管VD4、VD5，而且它们必须是金属外壳。电容C1、C2、C11的工作电压至少为630V。DD1微电路可用K561 LA7代替。 K8 型电容器 C10、C53 或类似电容器。

齐纳二极管VD9的稳定电压可以为6,8-8,2V。双向晶闸管VS1的电压等级至少为6。电阻器R14的阻值应在510kOhm-1MOhm之内。在这种情况下，对打开/关闭最大限制通道的阈值没有明显影响。电阻器 R6、R7 类型 SP-5。 VT4 级联提供对 UE 和引脚 1 之间电阻大于 40 欧姆的三端双向可控硅开关元件的控制。当使用阻值较低的双向可控硅（意味着控制电流较高）时，需要将电阻R24的阻值减小到150-160欧姆。

也可以使用 1-UE 输出电阻大于 40 欧姆的其他双向可控硅。但是，当使用电阻接近 40 欧姆的双向可控硅时，还应考虑设备工作的环境温度，因为随着温度降低，控制电流会增加，并且双向可控硅可能会稍后打开（相对于半周期的开始），并且对于不同的电压半波，这个过程是不一样的。

三端双向可控硅开关安装在有面积的散热器上

S=0,12Rn cm2,

其中 Рн 为负载功率，W。这可确保在环境温度 69-20°C 时散热器温度为 25°C。

印刷电路板布局的变体如图 2 所示，元件的位置如图 3 所示。

用电器保护装置

设置设备归结为设置关闭负载所需的阈值和打开的延迟时间。电阻R6的初始状态为最小阻值，R7为最大阻值。设置时，电容C10的电容量选择在10-22μF范围内，并打开白炽灯而不是负载。

设置时，需要考虑设备已通过电流连接到网络。

要选择最小限制通道中的关断阈值，您需要使用 LATR 设置设备输出的最小电压（针对所使用的负载），并调整 R7 以将负载与网络断开。您需要缓慢旋转 R7，因为由于电容器 C6 和 C8 的存在，如果快速旋转 R7，可能会得到高估的响应阈值。

调整最大限制通道时，设置所需的最大输入电压，并通过调整R6，关闭负载。然后，他们在输入电压变化时检查设备的运行情况。如有必要，调整通道中的关闭阈值。随着电阻器 R6 和 R7 的电阻增加，负载在较低输入电压下断开。通过改变电容C10，选择所需的开启延迟时间。近似延迟时间 (s) t=R18С10，其中 R18 为电阻（单位为欧姆）； C10——容量（单位为F）。当 R18=270 kOhm、C10=220 µF 时，延迟时间约为 1 分钟。

当使用换向器电机作为负载时，应检查设备在电机产生干扰的情况下的稳定性。如果发生干扰断开（在正常网络电压下），则需要将 C7 增加 200-1000 pF（根据经验确定）。电容C7的容量不宜增大过大，否则会影响电网电压急剧升高时的关断时间。

在没有 LATR 的情况下，来自调节器的电压可以提供给器件的输入（图 4）。在这种情况下，负载不连接到XS1插座，设置期间的控制通过DD11的引脚2处的电压表或示波器进行。级别“0”对应于断开，级别“1”对应于负载连接到网络。使用示波器时，还可以通过 VT4 集电极上的控制脉冲来进行监视。设置方法与上面描述的没有什么不同。

用电器保护装置

在图4的电路中，变压器T1是任意220V，具有次级绕组，电压UII = 30 + ΔUI，其中UII是次级绕组T1的电压； ΔUI - R=2 时初级绕组 T0 上的最小电压降。变压器T1必须有几个次级绕组，那么在调整器件时，可以更准确地设置电压，包括所需的绕组数，并且需要阻值范围较小的电阻R。

变压器 T2 可以是 220 V，但最好有一个抽头为 110-127 V 的电源绕组。次级绕组上的电压为 20-30 V。

电阻R为线绕电阻，功率25-50W，阻值20-50欧姆。 VL1灯，功率25-40W。在高灯功率时，还需要较高功率的电阻R，电路元件的具体参数根据现有的情况通过实验确定。变压器 T4 的存在确保电阻器 R 与网络的电流隔离以及调整期间的安全。

当负载连接到设备并且三端双向可控硅开关闭合时，负载通过电路 C11R21 保持连接到网络。当连接小功率变压器时，这是特别不可取的，因为绕组的电感和C11R21电路形成串联电路。在某些条件下（变压器负载最小或当来自网络的增加的电压到达设备的输入时）可能会导致超过变压器网络绕组的工作电压。因此，应通过实验确定设备连接小功率负载的可能性。

为此，低功率负载通过容量为 0,1 μF 的电容器连接到网络，并测量其两端的电压。将测量值乘以 1,7。如果产生的电压不危险，并且降低的电压（通过电容器供电时）不会给负载带来不良状况，则可以将此类负载连接到设备。

如果负载含有电源变压器，则通过容量为0,01的电容器交替接入网络； 0,05； 0,1 µF，以便由于谐振，变压器绕组上的电压不会超过 220 V 网络电压下允许的最大电压。如果没有发生这种情况，则确定设备进行保护的可能性，如上所述。

所描述的设备在与冰箱、固定电视和声音再现复合体一起工作时进行了测试。电视带有开关电源（没有待机变压器），并在正常和待机模式下进行了测试；在声音再现综合体中，任何音源都与放大器一起打开。未检测到受保护设备的操作发生变化。

参考文献：

Pakalo A. 浪涌保护装置 // 业余无线电爱好者。 -1997.-No.10.-P.30。
扎哈琴科 G.V. 针对极端电压偏差的自动网络保护 // Radioamator.-1999.-No. 2.-S38。
Horowitz P., Hill W. 电路设计艺术：共 3 卷：T.3.-M.：Mir，1993.-367 页。

作者：A.N. 卡拉库奇

查看其他文章 部分保护设备免受网络紧急运行、不间断电源的影响.

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