Устройство защиты потребителей электроэнергии

Недопустимые изменения сетевого напряжения в значительных пределах от номинала приводят к выходу из строя бытовой техники. Так, уменьшение напряжения ниже нормы для холодильника чревато тем, что двигателю может не хватить пускового момента и его обмотка сгорит.

Увеличение напряжения приводит к увеличению тока, протекающего через нагрузку, что также приведет к выходу ее из строя. Обрыв нейтрали на подстанции может увеличить сетевое напряжение до огромного напряжения в 380 В, которое не выдержит ни одна бытовая техника.

Принципиальная схема

Предлагаемое устройство позволяет защитить бытовую технику от аномальных изменений сетевого напряжения. Устройство работоспособно в диапазоне напряжений от 20 до 440 В. Допустимый ток порядка 16 А, зависит в основном от примененного реле.

Принципиальная схема устройства защиты потребителей электроэнергии

Рис. 1. Принципиальная схема устройства защиты потребителей электроэнергии.

Микроконтроллер, входящий в состав устройства, отслеживает сетевое напряжение и в случае изменения его более чем на 15% отключает нагрузку и сигнализирует светодиодами. Предел 15% выбран исходя не из гостовских норм, а реальных разбросов сетевого напряжения, и может легко быть подкорректирован изменением нескольких ячеек программы.

Разработаны три конструкции. Первые две собраны по схеме, показанной на рис.1. Устройство, внешний вид которого показан на рис.2,а, предназначено для встраивания в сдвоенную розетку; рис.2,6 - для навешивания на квартирный автомат.

Внешний вид защитных устройств

Рис. 2. Внешний вид защитных устройств.

Третье устройство (рис.3) было дополнено сетевым фильтром и варисторами, защищающими конструкцию, а заодно и потребителей от импульсных помех. Принцип действия устройства, схема которого показана на рис.1.

Сетевое напряжение поступает на вход X1, выпрямляется и ограничивается на уровне 15 В цепью C2R4VD1-VD3, затем стабилизируется микросхемой D2. От нее запитывается микроконтроллер. После некоторой задержки запускается внутренний генератор микросхемы D1 и начинает выполняться программа.

Схема защитного устройства с сетевым фильтром и варисторами

Рис. 3. Схема защитного устройства с сетевым фильтром и варисторами.

Напряжение, снятое с делителя R1R2, поступает на вход GP1, который настроен как аналоговый вход компаратора. Входное напряжение контролируется: если оно в зоне 15% от номинала, то включается реле К1 и светодиод HL1 "Норма"; если напряжение в любой момент времени превысит 253 В, то контроллер отключит реле и включит светодиод HL2 в режиме мигания.

Через 45 с контроллер вновь проверит сетевое напряжение и, если оно в норме, вновь включит реле. То же самое произойдет, если напряжение снизится и будет менее 187 В, с той лишь разницей, что будет мигать светодиод HL3.

В данном случае измерение минимума напряжения производится через 5 мс после перехода сетевого напряжения через нуль, то есть на максимуме синусоиды.

Конденсатор С1 совместно с резисторами R1, R2 представляют собой фильтр низкой частоты, препятствующий срабатыванию компаратора в результате импульсных помех.

Если его не установить, устройство будет срабатывать от кратковременной просадки напряжения, например, в результате включения двигателя холодильника. Следует заметить, что быстродействие срабатывания защиты зависит в основном от быстродействия примененного реле и номинала конденсатора С1.

В третьей конструкции (рис.3) добавлен сетевой фильтр на элементах L1, L2, C1-C3, R1, R2, а заодно и организована схема слежения за исправностью варисторов на элементах VD1, VD2, R3, R4, так как от больших импульсных выбросов они могут выйти из строя. В случае выхода из строя варисторов будет моргать светодиод HL2.

Детали и конструкция

Детали, показанные на рис.3. В качестве D2 можно применить микросхему 78L05. Конденсаторы С1-С3 типа К78-2, с5 типа К73-17 на напряжение 500...600 В, C7-C8 типа K50-35, остальные - КМ. Диод VD5 можно заменить Д815Д.

Диод VD5 рассчитан на напряжение 500.600 В, остальные диоды - на напряжение 25.50 В и ток 100.300 мА. Резисторы типа МЛТ. Разрядник U1 с напряжением пробоя 1 кВ. Варисторы 561KD14 можно заменить любыми с энергией поглощения 50.200 Дж.

Дроссель L1 намотан на сердечнике от магнитной антенны диаметром 8 и длиной 20 мм проводом диаметром 1,5 мм и содержит 20 витков. Дроссель L2 расположен на кольце из алсифера диаметром 50.60 мм и содержит 15-20 витков провода диаметром 1,5 мм, сложенных вдвое.

Конструкция, показанная на рис.2,б, выполнена методом поверхностного монтажа - там установлен импортный стабилитрон на напряжение 12.15 В и мощность 1,3 Вт.

Применен микроконтроллер в корпусе SOIC. Керамические резисторы и конденсаторы типоразмера 0603, 0805 и 1206. Во всех конструкциях можно применить микроконтроллеры как PIC12F675, так и PIC12F629. В первом случае записывается микропрограмма, приведенная в табл.1, во втором - в табл.2.

Таблица 1. Набор кода для прошивки микроконтроллера.

Таблица 1. Набор кода для прошивки микроконтроллера.

Таблица 2. Набор кода для прошивки микроконтроллера.

Таблица 2 - Набор кода для прошивки микроконтроллера

Налаживание

Налаживание устройства сводится к подбору резистора R1 (рис.1) или R5 (рис.3). Подключают X1 к выходу ЛАТРА, на котором устанавливают напряжение 253 В и, увеличивая сопротивление R1 (R5), добиваются включения светодиода HL2 (HL3). Зона 187 В выставится автоматически. Если необходимо сдвинуть верхнюю зону срабатывания, например, в 240 В, то нижняя изменится до 174 В.

Внимание! Во время наладки нужно соблюдать осторожность, чтобы не произошло случайного обрыва резистора R1 (R5), так как микроконтроллер может выйти из строя, несмотря на то, что внутри у него стоят защитные диоды.

Печатные платы

Печатная плата для схемы, размещаемой в двойной розетке

Рис. 4. Печатная плата для схемы, размещаемой в двойной розетке.

печатная плата устройства для размещения с квартирным автоматом

Рис. 5. печатная плата устройства для размещения с квартирным автоматом.

Печатная плата для схемы устройства размерами 78x200 мм с фильтром

Рис. 6. Печатная плата для схемы устройства размерами 78x200 мм с фильтром.

Все конструкции выполнены на печатных платах из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5.2 мм. На рис.4 показана печатная плата размерами 56x90 мм для двойной розетки; на рис.5 - печатная плата размерами 15,5x65 мм для подсоединения к квартирному автомату; на рис.6 - схема устройства размерами 78x200 мм с фильтром.

С.М. Абрамов, г. Оренбург, Россия. Электрик-2004-10.

2 30 Защита и бесперебойное питание
защита питания микроконтроллер PIC микроконтроллер
pcbway
х (мм)
Получи купон на $5.00!
Комментарии (1):
#1 root Январь 11 2018
0

Прошивки для микроконтроллеров.

Таблица 1:

:020000040000FA 
:100000000128831264008501443099009F01831602 
:1000100002309F0000308B008F308100023085005D 
:10002000FF3090008312CF30B7000430B8001E308C 
:10003000B90064008316A13099008312191F192892 
:1000400064008316A13099008312191B202883169F 
:100050008B30990083126400191F3F28B70B2B289F 
:10006000CF30B700B80B2B280430B8008316863089 
:1000700099008312191B4D280515051419288501AF 
:100080000516572005125720B90B3F281E30B9001E 
:10009000CF30B7000430B8001928850185165720E5 
:1000A00085125720B90B4D281E30B9001928FF3092 
:1000B000B4000130B5000230B6006400B50B612811 
:0A00C000B40B5D28B60B5D280800A4 
:02400E00CC3FA5 
:00000001FF

Таблица 2:

:020000040000FA 
:100000000128831264008501443099008316003072 
:100010008B008F3081000A3085008312CF30B7000B 
:100020000430B8001E30B90064008316A130990076 
:100030008312191F142864008316A13099008312BB 
:10004000191B1B2883168B30990083126400191F1B 
:100050003C28B70B2628CF30B700B80B2628043031 
:10006000B8008316863099008312191B4A2805159B 
:100070000514851954281428850105165A200512DF 
:100080005A20B90B3C281E30B900CF30B7000430DD 
:10009000B8001428850185165A2085125A20B90BFC 
:1000A0004A281E30B9001428850105145A2005106D 
:1000B0005A205428FF30B4000130B5000230B60099 
:1000C0006400B50B6428B40B6028B60B60280800E8 
:02400E004C3E26 
:00000001FF
Написать комментарий:

cashback