Реле защиты от аномального напряжения (дальше - устройство) предназначено для автоматического отключения бытовых электроприборов в случае повышения или понижения напряжения электрической сети выше или ниже нормы и автоматического их включения при восстановлении номинального напряжения через установленное время. Напряжение электрической сети должно находиться в пределах 198...253 В. Телевизор, радиоприёмник, стиральная машина и другая сложная электронная техника рассчитаны на максимальное сетевое напряжение не более 250 В. Бытовая техника, которая имеет электродвигатель, не допускает снижения напряжения ниже нормы и превышения напряжения.
Устройство выполнено по принципу сравнения уменьшенного амплитудного сетевого напряжения с постоянным напряжением уставки. Этим обеспечиваются быстрое сравнение значений напряжения и последующее выключение выходного электромагнитного реле. Устройство не боится дребезга напряжения и сохраняет работоспособность при напряжении в сети до 400 В. Оно не боится постоянного напряжения и может применяться для защиты от аномального постоянного напряжения при изменении некоторых параметров деталей.
Время выключения устройства составляет немного больше времени выключения выходного электромагнитного реле. Устройство разрабатывалось с учётом возможности подключения электронного реле с минимальным временем выключения.
Устройство выполнено из доступных и недорогих деталей, простое в изготовлении, налаживании и калибровке.
Недостаток этого устройства заключается в отсутствии индикатора значения напряжения. Второй недостаток - калибровка по напряжению производится при снятом кожухе.
Рис. 1. Схема соединений представлена устройства
Рис. 2. Схема узла управления
Рис. 3. Схема узла сигнализации
Устройство состоит из узла управления, узла сигнализации, узла питания, узла управления реле, электромагнитного реле, держателя с плавкой вставкой и двух розеток наружного исполнения. Схема соединений представлена на рис. 1. Схема узла управления (А3 на рис. 1) показана на рис. 2, схема узла сигнализации (А4 на рис. 1) - на рис. 3, схема узла питания (А1 на рис. 1) - на рис. 4, схема узла управления реле ( А2 на рис. 1) - на рис. 5.
Рис. 4. Схема узла питания
Рис. 5. Схема узла управления реле
Узел управления (А3 на рис. 1). Напряжение сети, выпрямленное и уменьшенное делителями R42-R44, R1, R3, поступает на инвертирующие входы двух ОУ DA1.1 и DA1.2, которые сравнивают входное напряжение с напряжением уставки. При превышении сетевым напряжением порога уставки на выходе ОУ DA1.1 формируются короткие импульсы (сигнал "больше нормы"), которые поступают через диод VD3 на таймер, собранный на транзисторе VT1 и ОУ DA1.3.
Когда напряжение в сети меньше нижнего допустимого уровня (сигнал "меньше нормы"), на в ыходе ОУ DA1.2 - высокий уровень, диод VD4 закрыт. Если напряжение находится в указанных выше пределах (сигнал "норма") или больше нормы, на выходе этого ОУ появляются короткие импульсы, которые поступают на диодный детектор сигнала на диоде VD4, конденсаторе C1 и на ОУ DA1.4, выполняющий функцию таймера с длительностью выдержки 0,02 с.
Напряжение с выхода ОУ DA1.4 поступает на диод VD5. Если на одном из выходов ОУ DА1.1 и DА1.4 низкий уровень, транзистор VT1 открывается и разряжает конденсатор С2 таймера на ОУ DА1.3.
После подачи питания на устройство конденсатор С2 заряжается через резисторы R20, R22. Когда напряжение на нём достигнет напряжения с резистивного делителя R24R25, на выходе ОУ DА1.3 появляется высокий уровень, соответствующий нормальному напряжению, что приводит к включению выходного реле K1 на рис. 1.
Когда транзистор открыт, конденсатор С2 быстро разряжается, напряжение на выходе ОУ DА1.3 уменьшается до нуля, выходное реле K1 выключается. Если напряжение сети находится в допустимых пределах, транзистор VT1 закрывается и конденсатор C2 заряжается через резисторы R20, R22. По истечении времени, примерно 9 с, на выходе ОУ DА1.3 появляется высокий уровень, выходное реле K1 включается.
Все четыре ОУ охвачены положительной обратной связью через резисторы R11, R12, R26, R29, которые устраняют линейный режим работы ОУ и превращают их в компараторы. Кроме того, в узле управления имеются две дополнительные положительные обратные связи через резисторы R28 и R30 с выхода ОУ DА1.3 на входы ОУ DА1.1 и DА1.2, устраняющие дребезг при изменении входного сетевого напряжения. Гистерезис - приблизительно 2 В сетевого напряжения.
Резистор R3 входного делителя подбирают так, чтобы амплитуда напряжения на нём при сетевом напряжении 250 В ("больше нормы") равнялась напряжению на входе ОУDА1.1, когда движок подстроечного резистора R5 находится в среднем положении. В дальнейшем при налаживании устройства резистор R3 следует подобрать точнее.
Узел питания (А1 на рис. 1). На плате узла питания установлены резисторы параметрических стабилизаторов R45-R48, резисторы R42-R44 делителя измеряемого напряжения и диодный мост для выпрямления сетевого напряжения. Для проверки работоспособности устройства в цепи делителя измеряемого напряжения применены два кнопочных микропереключателя SB1 и SB2. При нажатии на микропереключатель SB2 в измерительной цепи шунтируется резистор R44, и напряжение на инвертирующих входах ОУ DA1.1 и DA1.2 увеличивается, что приводит к выключению реле K1 и включению светодиода Н_1 "больше нормы". При нажатии на микропереключатель SB1 в измерительную цепь добавляется резистор R43, и напряжение на инвертирующих входах ОУ DA1. 1 и DA1.2 уменьшается. Реле K1 выключается, и загорается светодиод Н_2 "меньше нормы".
Резисторы R45-R48, которые являются частью параметрических стабилизаторов, в процессе работы нагреваются. Поэтому они расположены на отдельной плате.
Узел управления реле (А2 на рис. 1). В этом узле установлен диод для подачи выпрямленного напряжения питания выходного реле К1. Конденсатор C8 заряжается до напряжения больше 300 В, включающего реле K1, которое своими размыкающими контактами подключает последовательно с катушкой реле резисторы R49-R52 с суммарным сопротивлением 10 кОм.
Применено реле РП21-003 с тремя переключающими контактами и обмоткой на напряжение 230 В 50 Гц. Одна пара размыкающих контактов служит для подключения добавочного резисто ра после включения реле. Две другие пары контактов коммутируют выходные розетки, в которые включают нагрузку. После включения реле напряжение на его обмотке за счёт добавочного резистора снижается до 91 В. Для коммутации катушки реле применяется n-канальный полевой транзистор VT7.
В случае применения устройства в сети с напряжением до 690 В 50 Гц или амплитудным до 1000 В необходимо заменить конденсатор C8 и транзистор VT7 с максимальным напряжением 1000 В. При этом необходимо добавить резистор параллельно конденсатору C8.
Продолжение следует
Автор: А. Мухин, г. Донецк, ДНР