3.5.4. Когда напряжение сети нестабильно [1]
Предлагаемое устройство защищает радиоаппаратуру быстрым отключением ее от питающей сети при изменении ее напряжения более допустимых пределов.
Решать описанные проблемы поможет полуавтомат, схема которого приведена на рис. 3.35.
Рис. 3.35.Схема полуавтомата защиты радиоаппаратуры
Основой предлагаемого полуавтомата служит мощное электромагнитное реле K1. Для питания его обмотки постоянным током применен выпрямительный мост VD2-VD4, подключенный к сети через гасящие конденсаторы С1 и С2. Включают устройство кратковременным нажатием на кнопку SB1. При этом реле K1 срабатывает, а его замыкающиеся контакты К1.1 блокируют контакты пусковой кнопки. Конденсатор С1 обеспечивает необходимый пусковой ток реле при включении. В рабочем режиме реле удерживается током, текущим через конденсатор С2, до напряжения сети не ниже 160 В. При налаживании устройства емкость конденсатора С2 (а иногда и конденсатора С1) приходится подбирать для каждого типа реле индивидуально.
При повышении напряжения сети до 240 В открываются стабилитроны VD7 и VD8. Одновременно срабатывает оптрон U1 и открывается тринистор VS1, который блокирует цепь питания обмотки реле К1. В результате реле отпускает, его размыкающиеся контакты К1.1 отключают нагрузку устройства от питающей сети переменного тока.
Конденсатор С3, шунтирующий резистор R3 в цепи управления тринистором VS1, предотвращает срабатывание защиты от импульсных помех. Резисторы Rl, R2 ограничивают броски тока через контакты пусковой кнопки SB1, одновременно являясь "предохранителями" в случае пробоя конденсатора С1 или С2.
Диод VD5 улучшает быстродействие устройства, которое определяется в основном типом примененного реле и составляет доли секунды. Время отпускания реле РЭН33, использованного в описываемом устройстве, не превышает 4 мс, что вполне достаточно для надежного срабатывания защиты. Резистор R5 ограничивает ток, текущий через светодиод оптрона U1. Подбором его (в пределах 8…25 кОм) можно регулировать в небольших пределах (5…10 В) порог срабатывания защиты по превышению входного напряжения.
Конструктивно полуавтомат выполнен в виде переносного удлинителя (рис. 3.36).
Рис. 3.36.Конструкция полуавтомата
На его лицевой стенке-крышке установлены сетевая розетка Х2, кнопочный выключатель SB1 (КМ2-1 или П2К без фиксации) и индикатор HL1. Электромагнитное реле (РЭН33), тринистор VS1 и все другие детали смонтированы на печатной плате из одностороннего фольгированного материала, которая размещена в пластмассовом корпусе.
Реле К1 может быть любого типа на рабочее напряжение 12…60 В, а его контакты рассчитаны на ток не менее 2…3 А при напряжении сети 220 В. При этом, соответственно, должно быть и номинальное напряжение конденсатора С4.
Конденсаторы С1 и С2 - К73, МБМ, МБГО на номинальное напряжение не менее 350 В (С2 лучше на 400 В). Стабилитроны VD7 и VD8 заменимы на аналогичные, суммарное напряжение стабилизации которых может быть от 310 до 340 В при токе 10… 12 мА. При меньшем суммарном напряжении стабилизации этих приборов (250…300 В) резистор R5 должен быть сопротивлением 30…47 кОм и большей рассеиваемой мощности. В этом случае увеличится нестабильности порога срабатывания защиты.
Диодный оптрон АОД101А (U1) допустимо заменить транзисторным серии АОТПО или АОТ127, соединив резистор R4 с эмиттером фототранзистора, анод тринистора VS1 - с выводом его коллектора, а между базой и эмиттером установить резистор сопротивлением 1 МОм. При этом и тринистор может быть с большим током управления, например, серии КУ201 или КУ202.
Налаживание устройства сводится в основном к подбору конденсаторов С2 и С1. Подбирая первый из них, добиваются отключения устройства при снижении напряжения сети до 160170 В, а второй - надежного включения Пусковой кнопкой SB1. Не исключен и подбор резистора R5 - для обеспечения надежного срабатывания системы защиты при напряжении сети, превышающим 240…250 В. При настройке не следует забывать о мерах электробезопасности - ведь все элементы устройства гальванически связаны с электросетью повышенной опасности.
В заключение несколько практических советов, связанных с возможными изменениями в самом устройстве защиты.
Если возникнут трудности с подбором высоковольтных стабилитронов VD7 и VD8, то возможно применение одного стабилитрона КС533А с дополнительным транзистором КТ940А, как показано на рис. 3.37, а. Переменным резистором R8 устанавливают напряжение порога срабатывания системы защиты. Однако ее надежность при этом несколько снизится, так как транзистор VT1 может "уходить на обрыв", и устройство не отключит нагрузку в случае превышения входного переменного напряжения. Стабилитроны же, как правило, выходят из строя на "замыкание", и это приводит лишь к отключению нагрузки.
Устройство удастся упростить, если заменить тринистор VS1 и оптрон U1 оптотиристором соответствующей мощности - с выходным импульсным током не менее 1 А, например, серии ЛОУ160. Полуавтомат с таким оптроном должен надежно блокировать по питанию обмотку реле К1 быстрой разрядкой конденсатора С4. Наиболее распространенный оптрон серии ЛОУ10З выдерживает импульсный ток значением до 0,5 А, которого может оказаться недостаточно для надежной работы устройства.
Вообще же оптрон можно заменить маломощным импульсным трансформатором. Подойдет, например, согласующий трансформатор усилителя 3Ч переносного транзисторного радиоприемника или аналогичный, обмотки которого содержат по 150…300 витков провода ПЭВ-2 0,15…0,3. Обмотку с меньшим числом витков подключают к цепи управления тринистором VS1 (рис. 3.37, б), а обмотку с большим числом витков - вместо излучающего диода оптрона U1. Резисторы R3 и R4 в этом случае из устройства удаляют.
Рис. 3.37.Некоторые возможные изменения в конструкции полуавтомата
Для надежной работы устройства в качестве SB1 следует установить кнопку, рассчитанную на полный пусковой ток защищаемого устройства. В цепь анода тиристора VS1 желательно установить ограничительный резистор сопротивлением порядка 10 Ом, он предохранит тиристор от возможного пробоя разрядным током конденсатора С4.
3.5.5. Тиристорный регулятор напряжения
Этот прибор позволяет регулировать напряжение на активной нагрузке в пределах от нескольких десятков вольт до 220 В при нагрузке мощностью до 1000 Вт. Принципиальная схема регулятора приведена на рис. 3.38.