Александр (администратор)
Руководитель и главный редактор сайта, автор статей.
Опыт работы 5 лет.

Конструкция синхронного ограничителя напряжения

Все, кто читал предыдущие сообщения о принципиально новом устройстве защиты от повышенного напряжения, — о синхронном ограничителе, и особенно те, кто хорошо знаком с импульсными источниками питания современной компьютерной и прочей аппаратуры, сразу же подумали, очевидно, о двух главных трудностях, которые не так то просто преодолеть. Это очень высокий импульс тока при включении питания, особенно если к ОНСу подключено несколько аппаратов (а это, как правило, так и есть), и, во-вторых, тепловыделения на балласте, по ассоциации с обычным балластным резистором (из опыта многих), видятся такими, что ставят под сомнение саму идею такого ограничения напряжения.

По вопросу тепловыделений разработчик уже привел некоторые разъяснения в предыдущей статье, сейчас дополнит их следующими замечаниями. Если рассмотреть классический автотрансформатор, то и в нём ведь имеются тепловыделения, да ещё и такие недостатки (по сравнению с ОНС) как вес и возможный гул при работе. Если рассмотреть современный стабилизатор на 500 вт (минимальный уровень мощности), то по КПД, — которое в среднем 97%, можно вычислить мощность, рассеиваемую на трансформаторе, — и она оказывается порядка 15 вт при номинальной нагрузке и главное при нормальном напряжении (!). В ОНСе же, на балласте, при такой нагрузке и сетевом напряжении порядка 255 в (ОНС начинает срезать амплитуду начиная с 245 в действующего напряжения) по прикидочному расчету, который автор пояснял ранее (с учетом скважности импульсов — кусков «лишней амплитуды»), будет выделяться порядка 10 вт. Это сравнение он привёл лишь для того, чтобы несколько развеять сомнения относительно рациональности использования активного балласта для синхронного ограничения напряжения. Сравнивать классический принцип с предлагаемым нужно конечно для конкретного места применения. Всё ведь определяется самой сетью, её нестабильностью, характером нагрузок, постоянных и случайных, и требованиями по напряжению на потребителях, прочими факторами. Поэтому рассмотрим далее вопрос пускового тока.

В первых опытных образцах разработчик использовал для балласта транзистор КТ818БМ, и он выдерживал пусковой ток двух телевизоров до 100 вт суммарной мощности. В последующем автор стал применять транзистор Дарлингтона на 8-10 А в корпусе ТО-220 (для малогабаритных корпусов), в том числе с параллельным включением. Задачу достижения максимального пускового тока он тогда не ставил, поскольку был этап отработки схемы по другим вопросам, в том числе по управлению релейной отсечкой и отсечкой посредством управляемого брейкера (с кнопкой включения). К концу прошлого года разработчику удалось сделать схему с возвратом реле в рабочее (отключенное) состояние при снижении напряжения до нормы. Такой ограничитель был представлен в прошлой статье. Затем к представленному корпусу был добавлен такой же корпус, но уже с кулером и трансформатором тока (от которого питается кулер) и проведены температурные испытания. Они показали, что ОНС, ориентировочно рассчитанный на 250 вт нагрузки при частых перенапряжениях до 250-255 в, соответствует этому и может выдерживать (по теплу) кратковременные перенапряжения такого уровня и при большей мощности нагрузки, — до 400-500 вт. Думаю многим понятно, что температура нагрева радиатора, а следовательно и предельная мощность, выделяемая на балласте (как часть мощности нагрузки) определяется эффективной площадью радиатора, производительностью кулера и вентиляционными характеристиками самого корпуса ограничителя. Поэтому автор и не приводит здесь конкретные результаты тепловых испытаний (как это принято в описании какого-либо изделия такого рода). Представляем лишь график, иллюстрирующий основную характеристику ОНСа для мощности нагрузки порядка 10 вт:

Характеристика синхронного ограничителя

Для большей мощности нужен мощный регулятор входного напряжения. Но, это делать совершенно незачем, так как всем должно быть понятно, что на больших токах регулировочная характеристика транзистора балласта будет более крутой, то есть верхняя часть графика будет более пологой.

Но, вернемся же к пусковому току. После тепловых испытаний разработчик, особо не задумываясь, включил через ОНС адаптер нетбука, отличающийся как раз «жестким» пуском (что запомнилось ранее по сильному искрению в розетке). Последующий тест балласта (микро кнопкой) показал, что транзистор (в ТО-220) не выдержал. Замер импульса тока специальным приспособлением показал величину порядка 20 А (учтите это в своей практике!). Тогда и пришло решение защищать транзистор, а заодно и контакты реле и термо-реле шунтирующим симистором (того же исполнения). Схема проста, между катодом и управляющим электродом включается мощный резистор порядка 0,47 Ом. При пусковом токе, который длится порядка 5 мс, симистор откроется и будет пропускать большую часть тока через себя. Но, главное что это обеспечит и надёжность указанных выше контактов. Дело в том, что контакты реле хотя и рассчитаны на 10-16 А, но все реле имеют свойство медленно «отпускать» при обесточивании, то есть контакты будут непременно искрить (как искрит розетка) и могут даже привариться друг к другу. Контакты термореле ещё слабее в этом отношении, — в наиболее удобной модели они рассчитаны на 5 А .

Таким образом, схема ОНСа окончательно (надо полагать) утвердилась в решении всех основных особенностей её применения. Как уже отмечалось, вариант с миниатюрным реле, которое может теперь возвращаться в исходное дежурное состояние, наиболее сложный в схемном плане и имеет тот существенный недостаток, что реле необходимо удерживать во включенном состоянии неопределенно долгое время. Многие знают, что вероятен случай обрыва нуля и появления в квартирной сети напряжения более 300, а то и всех 380 вольт (вероятнее, конечно, при серьёзных авариях и стихийных бедствиях в районе вашей подстанции или на длинной открытой линии). Хотя релейная схема ОНСа по расчету и должна выдержать такое перенапряжение, не допуская его в нагрузку, но тепловой режим элементов питания реле будет при этом довольно напряженный.. Поэтому автор разработки всё же склонился к варианту с управляемым брейкером, кратко – с брейк-реле (реле — расцепителем). Дело в том, что схема в этом варианте проще и не имеет элементов с тепловой нагрузкой, а брейк-реле управляется тиристором в корпусе ТО-92. Сам термо-брейкер имеет надёжные контакты, которые благодаря особой конструкции размыкаются и замыкаются (через наружную кнопку) с большой скоростью. Это изделие как раз и создано (солидными фирмами) для надёжной работы в качестве расцепителя линий питания. Всё отмеченное выше и положительный опыт доработки брейкера для обеспечения внешнего управления теперь вдохновили разработчика на дальнейшее совершенствование этого очень удобного для ОНСа изделия, — на создание полноценного брейк-реле, с управлением на отключение и включение. По результатам, которые уже видятся положительными (по опыту) автор обязательно сделает очередное сообщение. Ну, а в заключение предоставляем некоторые результаты, дополнительно иллюстрирующие преимущества ОНСа. В конструктивном плане, как видно ниже, преимуществом является и то, что его можно встраивать в большинство имеющихся корпусов, то есть нет особого смысла изготавливать специальный корпус (с привлекательными «штучками»). Как было показано ранее, ОНС может встраиваться в соединительные коробки, даже для скрытой установки. Начнем иллюстрацию с последнего испытанного комплекта, вот он:

Фото ОНС

В нижнем отсеке находится кулер с трансформатором тока, фильтрующий конденсатор (могут быть и варисторы) и шунтирующий симистор. Конструкция эта сделана только для испытаний и личного использования в дальнейшем. Для широкого потребителя она должна быть конечно иной. Например, верхние гнезда должны быть исключены, так как они опасны для детей. Никогда не делайте подобное в своих творческих мастерских! 

А вот видео, показывающее удобство кнопочных тестов, особенно перед передачей (продажей) изделия потребителю:

Кнопочный тест

А вот видео, демонстрирующее удобство «плавного» теста в одной из моих первых конструкций с брейк-реле:

Плавный тест

Теперь посмотрите, как можно встроить ОНС в корпус 9-ти розеточного фильтра-разветвителя, выпускаемого российской фирмой “V.I.-TOK”, — для трёх обособленных розеток:

Конструкция изделия

И даже в такой корпус (полосовые радиаторы с транзисторами, включенными параллельно, располагаются по бокам):

Второй вариант исполнения

А вот как может быть скомпонован ОНС в коробочке под двойной розеткой, с кулером 40х10 мм, для скрытой установки в негорючей стене:

Еще один вариант конструкции

Все электронные платы разработчик делал, конечно, с объёмным монтажом, без смд-элементов, поэтому при нормальном современном монтаже возможности компоновки будут, конечно, ещё выше.

Ну, а теперь делимся попутным опытом, который будет полезен многим. Разработчик пользуется мультиметром DT-838, поскольку он измеряет и температуру, с помощью малоинерционной термопары, — очень удобной для его испытаний. Так вот, ещё ранее часто барахлил переключатель, потом вообще перестал отключать прибор, хотя мерил нормально. Это вынудило поставить миниатюрный движковый выключатель в цепь питания. А совсем недавно (в пылу испытаний) автор разработки воткнул прибор в 220 в, измерив перед этим резистор на пределе 2000. Вовремя опомнился с помощью бега цифр, но измерения сопротивлений пропали. На других пределах ничего не нарушилось (к великому удивлению). После вскрытия был найден разрушенный смд-резистор (R15), поползал по форумам и узнал ориентировочный номинал – 1,5 к, нашелся лишь 1,87 (прецезионный), запаял и тут же замерил такой же – отклонение менее 0,01. Проверил все другие пределы и удивился ещё более – какая же потрясающая живучесть (термин из теории надёжности!). К Вашему вниманию наглядный образец:

DT-838

Так что старайтесь чаще измерять на пределе 2000 (на всякий случай)! Если Вас заинтересовал ОНС, можете обратиться за дополнительной информацией по электронной почте phil2007@list.ru (Александр Васильев, инженер-разработчик).

Нравится(0)Не нравится(0)
(3 голосов)
Загрузка...
Обсудить на форуме

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *