Данное устройство предназначено для увеличения срока службы и защиты от длительных перенапряжений в сети переменного тока промышленной или бытовой электронной аппаратуры, а так же уменьшает потребление электроэнергии во время перенапряжений за счёт предотвращения им роста напряжения, а следовательно и тока потребления нагрузкой.
Фото 1
Сетевой ограничитель длительных перенапряжений не отключает аппаратуру при превышении пределов сетевого напряжения, что может приводит к негативным последствиям в случае когда аппаратура должна работать постоянно без отключения, а понижает его до приемлемых значений, обеспечивая нормальную работу электронных устройств потребителей, не допуская их выхода из строя. Превышение максимальных пределов сетевого напряжения на некоторых участках электросетей может длиться несколько часов, а иногда и суток, что увеличивает риск повреждения электронных устройств нагрузки, импульсных блоков питания, осветительных приборов. Выдержать напряжение в пределах нормы на некоторых участках электросетей бывает практически невозможно по многим причинам, таким как большие протяженности линий электропередач и нестабильность нагрузки, в этих случаях возможна установка данных ограничителей для защиты аппаратуры.
В предлагаемой статье в качестве нагрузи защищаемой данным устройством будет являться настольный компьютер состоящий из системного блока потребляющего ток I2=0,35 A, монитора потребляющий ток I1=0,13 A и дополнительных сопровождающих устройств общий ток через которые составляет I3+I4+I5=0,1 A. Подключенные нагрузки изображены на рисунке 1. Суммарный ток нагрузки I=0,58 A общее сопротивление нагрузки составит примерно Rn≈380 Ом. От значения общего сопротивления нагрузки и тока потребления зависит предел пределы ограничения напряжения данным устройством, что является одним из недостатков, при данной конструкции сетевого ограничителя она составляет примерно 40-45 В. То есть при напряжении сети 270 В напряжение на нагрузке будет примерно 225 В, а при напряжении сети 300 В напряжение на нагрузке будет 255 В и т. д. Помимо недостатка зависимости предела ограничения напряжения от общего сопротивления нагрузки, недостатком так же является наличие нерегулируемой «мёртвой зоны» составляющей около 5 В из 45 В, от максимального предела ограничения при данной нагрузке, создаваемой так же суммарным внутренним сопротивлением мощного силового транзистора и двух диодов выпрямительного диодного моста. То есть даже при напряжении сети 220 В напряжение на нагрузке будет 215 В, при напряжении 190 В будет около 185 В.
Рис. 1
На рисунке 1 изображены:
1 — сетевой ограничитель длительных перенапряжений.
2 — шестирозеточный удлинитель.
3 — монитор.
4 — системный блок.
5 — колонки.
7, 6 — модем с блоком питания.
8 — настольная лампа.
U1 — сетевое напряжение, U2 — напряжение на нагрузке.
I1, I2, I3, I4, I5 — токи нагрузок.
На рисунке 2 представлена принципиальная схема сетевого ограничителя.
Рис. 2
Устройство состоит из двух основных узлов, непосредственно узла регулировки напряжения на нагрузке состоящего из диодного моста VD7, мощного силового транзистора VT5 с цепью его управления и узла регистрирующего сетевое перенапряжение и производящего управление вышеуказанным узлом состоящим из двух схем собранных на основе схемы сигнализатора перенапряжения представленной на сайте radiofanatic.ru.
Работает устройство по следующему принципу.
Когда напряжение сети на входе устройства находиться в пределах 230 В на узел регистрирующий перенапряжение через понижающий трансформатор T1 с предварительным выпрямлением диодным мостом на диодах VD1-VD4 и фильтрацией сглаживающим пульсации конденсатором C1 подано нестабилизированное напряжение находящееся в пределах 10В. Регулировкой переменным резистором R2 первой из регистрирующих перенапряжение схем собранной на транзисторах VT1, VT3 и оптроне U1, достигнуто состояние транзистора VT1 при котором напряжение на базе транзистора меньше чем напряжение на эмиттере (относительно анода стабилитрона) и он закрыт следовательно и транзистор VT3 база которого через резистор R10 подключена к коллектору транзистора VT1 находиться в закрытом состоянии, сигнализирующий перенапряжение светодиод HL2 не горит. Оптрон U1 обеспечивающий гальваническую развязку с узлом регулировки напряжения заперт и не производит ограниченное резистором R14 неполное открытие транзистора VT7 коммутирующего цепь коллектора эмиттера транзистора VT6 и следовательно обеспечивая в данном случае открытое состояние транзистора образованное током резистора R18, ток поступающий с коллектора этого транзистора на базу силового транзистора VT5 обеспечивает полное открытие этого транзистора. Поскольку силовой транзистор VT5 находиться в открытом состоянии и подключен эмиттером к отрицательному полюсу, а коллектором к положительному выпрямительного диодного моста VD7 обеспечивает практически полную передачу тока от сети к нагрузке, при этом напряжение на нагрузке примерно равно сетевому. В аналогичном состоянии при данном напряжении сети находиться в этот момент и вторая схема регистрирующая более высокий уровень напряжения порог её срабатывания отстроенный резистором R3 выше чем у предыдущей на напряжение сети порядка 255 В. Транзистор оптрона U2 включен в цепь базы и коллектора транзистора VT7 без ограничительного резистора, что в случае срабатывания этого регистрирующего перенапряжение узла при достижении напряжения 255 В обеспечит полное открытие транзистора VT7 с последующим запиранием транзистора VT6 и уменьшению тока поданного на базу силового транзистора, тем самым уменьшая его проводимость обеспечит снижение напряжения на нагрузке с сопротивлением Rn≈380 Ом на 45 В.
Когда уровень напряжения сети приблизиться к значению 230 В одновременно возрастает напряжения питания узлов регистрации перенапряжения превышая 10 В, при этом на базе транзистора VT1 напряжение начинает превышать напряжение на эмиттере и транзистор открывается обеспечивая открытие транзистора VT3, светодиод HL2 начинает гореть, а оптрон U1 переходит в открытое состояние и открывает транзистор VT7 на уровень заданный резистором R14, запирая при этом транзистор VT6 уменьшая ток базы транзистора VT5 уменьшая его проводимость в цепи постоянного напряжения выпрямительного диодного моста VD7 снижая при этом напряжение на нагрузке на 10 вольт поскольку резистор R14 не допускает предельной коммутации в цепи базы коллектора транзистора VT7. При превышении напряжения сети до 255 В происходит срабатывание второй схемы узла регистрации перенапряжения аналогично срабатыванию схемы первого при этом загорается светодиод HL3 и оптрон U2 полностью шунтирует цепь базы коллектора транзистора VT7 при этом понижение напряжения на нагрузке на 45 вольт от сетевого.
Стабилитроны VD5, VD6 образуют источники опорного напряжения, напряжение стабилизации которых 4,7В. Конденсатор C2 и резистор R15 защищают силовой транзистор VT5 от импульсных пусковых токов и способствуют сглаживанию пульсаций. Конденсатор C3 и резистор R19 являются дополнительной защитой транзисторов VT6,VT7. Резисторы R16, R20 ограничивают токи транзистора VT7, защищая его от пробоя. Светодиод HL1 является индикатором питания устройства. Автомат QF1 обеспечивает защиту от короткого замыкания внутри сетевого ограничителя и от короткого замыкания в нагрузке. Варисторы VDR1,VDR2 предназначены для защиты сетевого ограничителя и нагрузок от импульсных скачков напряжения сети электропитания. Гнезда XV1, XV2 предназначены для подключения мультиметров для замера напряжений на входе и выходе устройства при настройке порогов срабатывания узлов регистрации перенапряжений. Предохранитель F1 служит защитой от короткого замыкания в низковольтной цепи устройства. Вентилятор M1 осуществляет обдув радиатора силового транзистора VT5 и радиатора выпрямительного диодного моста VD7, хотя при данной нагрузке они имеют незначительный нагрев.
В качестве транзистора VT7 запирающего транзистор VT6 использован «старинный» транзистор МП42Б, который хорошо сюда вписывается поскольку имеет маленькое сопротивление коллектор эмиттер в закрытом состоянии, что не требует дополнительных деталей в цепи смещения, хотя его можно заменить другим маломощным транзистором добавив необходимые элементы. Транзисторы VT3, VT4 можно заменить маломощными с большим сопротивлением коллектор эмиттер в закрытом состоянии.
Все вышеуказанные значения напряжений и токов приблизительны и необходимы для понимания работы устройства.
Внешний вид устройства представлен на фото 1, фото 2, фото 3.
Фото 2
Фото 3
Автор: Кузнецов Александр Георгиевич, Архангельская обл Онежский р-н. п. Малошуйка
