Меню

Устройство защиты аппаратуры от аномальных напряжений сети



Устройство защиты аппаратуры от аномальных напряжений сети

Разработанное автором защитное устройство по выполняемым функциям аналогично описанному в статье И. Котова «Устройство защиты аппаратуры от аварийного напряжения сети» («Радио», 2008, № 8, с. 26, 27). Оно не содержит понижающего трансформатора, а для коммутации нагрузки применен симистор, что повышает быстродействие защиты.

Предлагаемое устройство отключает нагрузку от сети 220 В как при превышении, так и снижении сетевым напряжением заранее установленных значений. Основой устройства (рис. 1) является микроконтроллер DD1, работающий по программе, коды которой представлены в таблице. Из сетевого напряжения ограничительным диодом VD2 формируется переменное (близкое к прямоугольному) напряжение амплитудой около 18 В. Конденсатор С1 — токозадающий, резистор R3 ограничивает пусковой ток при подключении, a R1 обеспечивает разрядку конденсатора С1 при отключении устройства. Диод VD3 выпрямляет это переменное напряжение, а конденсатор СЗ сглаживает пульсации. Стабилизатор DA1 обеспечивает питание микроконтроллера напряжением 5 В. Варистор RU1 защищает симистор VS1 от бросков напряжения при коммутации нагрузки индуктивного характера.
Контроль величины сетевого напряжения осуществляет встроенный АЦП микроконтроллера DD1. Для этого напряжение сети предварительно выпрямляется диодом VD1 и через фильтр НЧ R2C2 и резистивный делитель напряжения R4R5 поступает на вход АЦП (вывод 3) микроконтроллера DD1. Конденсатор С4 дополнительно подавляет импульсные помехи. После преобразования в АЦП десятибитный результат сдвигается на один разряд вправо и младший бит игнорируется. В результате данные АЦП имеют разрядность девять бит.

Подача и отключение сетевого напряжения от нагрузки осуществляются симистором VS1. Для его открывания таймером-счетчиком 1 микроконтроллера DD1 на линии РВ1 (вывод 6) формируются импульсы частотой 10 кГц и коэффициентом заполнения 0,1 (скважность 10). После усиления по току транзистором VT1 эти импульсы через резистор R8 поступают на управляющий электрод симистора VS1. Благодаря высокой частоте управляющих импульсов он открывается в начале каждого полупериода сетевого напряжения, что уменьшает уровень коммутационных помех. Для этой же цели предназначена цепь R6C5. Отключение нагрузки обеспечивается остановкой таймера-счетчика 1 и установкой напряжения низкого уровня на линии РВ1 микроконтроллера DD1.

На десятиразрядном ЖК индикаторе HG1 в трех младших (крайние правые) разрядах отображается напряжение сети, четвертый и пятый — разделительные, они погашены. В шестом, седьмом и восьмом разрядах с периодичностью 1 с поочередно отображаются максимальное и минимальное напряжения отключения. Девятый разряд — разделительный (погашен), а в десятом — отображается время (в секундах), оставшееся до включения нагрузки в случае, когда напряжение сети находится в установленных пределах. Кнопками SB1 и SB2 осуществляют изменение значений пороговых напряжений отключения нагрузки минимального и максимального соответственно. При одновременном нажатии на эти кнопки отображается значение изменяемого сетевого напряжения, а после их отпускания — возвращается к чередованию минимального и максимального напряжений отключения.
При нажатии на кнопку SB1 «Мин.» минимальный порог отключения каждую секунду изменяется от 160 до 210 В с шагом 5 В. Если ее удерживать длительное время, после достижения максимального значения (210 В) устанавливается минимальное (160 В) и затем снова увеличивается. Аналогично при нажатии на кнопку SB2 «Макс.» периодически изменяется значение максимального порога от 230 до 255 В с шагом 5 В.
Если напряжение сети выходит за установленные пороговые значения, нагрузка в течение 10 мс отключается от сети, а в старшем — индицируется цифра 7. После возвращения напряжения в норму в этом разряде отображается обратный отсчет семисекундного временного интервала, по истечении которого нагрузка будет подключена к сети, а разряд погашен. Если во время отсчета произойдет выход сетевого напряжения за установленные пределы, нагрузка останется в выключенном состоянии, а отсчет интервала начнется заново.
Поскольку число линий порта микроконтроллера DD1 ограничено, сигналы данных и синхронизации на ЖК индикатор HG1 передаются по одно-проводному интерфейсу с времяим-пульсным кодированием (длительность передачи единичного разряда примерно в десять раз больше, чем нулевого). Напряжение питания индикатора (около 1,5 В) снимается со светодиода HL1, который работает как ограничитель напряжения.

Читайте также:  Какое напряжение согласно правилам устройства электроустановок должно применяться для питания ответ

Все детали, кроме кнопок, установлены на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5. 2 мм, чертеж которой показан на рис. 2. Кнопки крепят на передней панели корпуса, выполненного из изоляционного материала. Для них делают крепежные отверстия, а для индикатора — окно. Сам индикатор закреплен на плате с помощью стоек высотой около 40 мм.
Применены резисторы МЛТ, С2-23, оксидные конденсаторы — импортные, С1, С5 — К73-17, С4, С7 — К10-17. Дроссель — ДМ-0,1 индуктивностью 500 мкГн, кнопки — КМ-1 или аналогичные с самовозвратом.
Для налаживания устройство вместе с образцовым вольтметром подключают к сети и подборкой резистора R5 добиваются на ЖК индикаторе устройства показаний сетевого напряжения, соответствующих показаниям эталонного вольтметра. При налаживании следует учитывать, что все элементы устройства находятся под напряжением сети.

Программу микроконтроллера устройства защиты можно скачать здесь.

Автор: М. Озолин, с. Красный Яр Томской обл.

Мнения читателей

Я в шоке от этой фигни. Делал по ней кирсач чуть не здох. Лутьше презерватив буду использовать для защиты.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Источник

Устройство защиты аппаратуры от аварийного напряжения сети

Дата публикации: 30 мая 2010 .

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна

Предлагаемое устройство отключает чувствительную к изменениям питающего напряжения аппаратуру от сети в случае его выхода за установленные значения и снова подключает ее по истечении определенного временного интервала после возврата напряжения к норме. Особенностью устройстве является применение в нем микроконтроллера, который постоянно следит за напряжением сети и выводит информацию на трехразрядный индикатор.

Основа устройства — микроконтроллер DD1. Сетевое напряжение выпрямляет диод VD1, и через резистивный делитель R2R1 оно поступает на вход (вывод 3 микроконтроллера DD1) 10-разрядного аналого-цифрового преобразователя, входящего в состав микроконтроллера. Конденсаторы C1, С2 подавляют помехи, проникающие из сети, и сглаживают выпрямленное напряжение.

Читайте также:  Стабилизатор напряжения для газовых котлов солпи

Устройство защиты аппаратуры от аварийного напряжения сети - схема

В ходе работы программы микроконтроллер непрерывно сравнивает напряжение сети с предварительно установленными предельными минимальным и максимальным значениями. Если оно в этих пределах, на выводе RA5 (вывод 2) микроконтроллера высокий уровень, транзистор VT1 открыт и нагрузка через контакты реле К1 подключена к сети. В случае выхода сетевого напряжения за пределы в течение пяти последовательных измерений (общая продолжительность 100 мс) на выходе RA5 микроконтроллера DD1 установится низкий уровень, транзистор VT1 закроется, реле К1 будет обесточено и отключит нагрузку от сети. Нижний предел сетевого напряжения можно установить в интервале 170. 218 В, а верхний — в интервале 222. 255 В. После того как напряжение вернется в норму, реле снова подключит нагрузку к сети, но только спустя заранее установленный временной интервал продолжительностью 1. 30 с.

На понижающем трансформаторе Т1, диодном мосте VD2—VD5 и конденсаторе СЗ собран выпрямитель, для стабилизации напряжения питания микроконтроллера применен интегральный стабилизатор напряжения DA1. Стабилизированное напряжение используется также как образцовое для аналого-цифрового преобразователя. Для вывода информации взят трехразрядный светодиодный индикатор HG1 с общим катодом. Поскольку число свободных линий портов микроконтроллера ограничено, одну из них — RC2 (вывод 8 микроконтроллера DD1) — пришлось использовать как для управления элементом f во всех разрядах, так и общим катодом старшего разряда (вывод 12 HG1). При отображении информации в младших разрядах (выводы 8 и 9 индикатора HG1) на выходе RC2 — высокий уровень, если необходимо «засветить» элемент f-, и Z-состояние, если «погасить». Когда отображается информация в старшем разряде, на выходе RC2 присутствует низкий логический уровень. Понятно, что в этом случае элемент f в старшем разряде всегда «погашен», но для отображения цифр 1, 2 и 3 и дополнительных символов u, d он не нужен.

Установки верхнего и нижнего пределов напряжения, а также длительности задержки подключения нагрузки осуществляют кнопками SB1—SB3. При нажатии на кнопку SB3 входят в режим меню, затем нажатием на кнопку SB 1 или SB2 производят выбор устанавливаемых параметров: «uhi» (верхний предел), «ulo» (нижний предел) и «dlt» (длительность задержки). При следующем нажатии на кнопку SB3 высвечивается значение изменяемого параметра, и кнопками SB1, SB2 увеличивают или уменьшают его. При длительном нажатии на кнопки SB1 и SB2 изменение выбранного параметра в сторону увеличения или уменьшения происходит быстрее (около шести раз в секунду). Если кнопки не нажаты, по истечении 5 с устройство возвращается в рабочий режим, а установки сохраняются в энергонезависимой памяти микроконтроллера. Во время нахождения в меню контроль сетевого напряжения не производится и защита теряет работоспособность!

Читайте также:  Применение тиристорный регулятор напряжения

В рабочем режиме на индикаторе постоянно отображается текущее значение напряжения сети. Как только оно выходит за установленные пределы, нагрузка отключается и индикатор начинает мигать с частотой 4 Гц. Когда напряжение возвращается в норму, он мигает с частотой 2 Гц, индицируя то, что еще не истек установленный временной интервал задержки включения. По его окончании индикатор перестанет мигать и нагрузка будет подключена к сети. Для защиты от непредвиденных сбоев программы в микроконтроллере включен сторожевой таймер.

Большинство деталей размещены на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Реле можно применить с номинальным напряжением срабатывания 12 В и током не более 100 мА, рассчитанное на коммутацию сетевого напряжения, например TRL-12VDC-Р1С. Но необходимо убедиться, что оно будет уверенно срабатывать при изменении сетевого напряжения в установленных пользователем допустимых пределах. Следует также учитывать, что максимальная мощность коммутируемой нагрузки ограничена параметрами примененного реле. Трансформатор должен обеспечивать на выходе выпрямителя напряжение 12 В при токе до 100 мА, кроме того, он должен иметь как можно больший запас по входному напряжению. Возможно, например, использование двух трансформаторов на 220 В, первичные и вторичные обмотки которых соединены (с соблюдением фазировки) последовательно. Плату необходимо разместить в корпусе из изоляционного материала, в нем также крепят реле и гнезда для подключения нагрузки. Для толкателей кнопок и индикатора делают отверстия.

Налаживание сводится к установке правильности показаний индикатора. Для этого устройство подключают к сети вместе с образцовым вольтметром переменного тока или мультиметром. Резистором R1 добиваются совпадений показаний. Яркость свечения индикатора можно изменить подборкой резисторов R6—R12 (300. 1000 Ом).

Элементы устройства могут находиться под напряжением сети, поэтому при налаживании и дальнейшей эксплуатации следует соблюдать правила техники безопасности и правильность подключения — к фазе подключают провод, соединенный с плавкой вставкой FU1 и контактами реле К1.1.

Источник