Выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения
Полезная модель относится к области широкой защиты, в том числе бытовых электрических и электронных устройств.
Выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения содержащее клеммы подключения устройства к источнику питания и к потребителю, электромагнитное реле с силовыми контактами и электрическую схему управления тиристором и кнопку «Пуск» механически связанную с якорем электромагнитного реле, дополнительно снабжен двухполупериодным мостовым выпрямителем, одно или двухобмоточным унифицированным дросселем и двумя последовательно включенными стабилитронами. Двухполупериодный мостовой выпрямитель устраняет явно слышимую вибрацию якоря и недостаточно качественный контакт при срабатывании в отличие от прототипа, где применен однополупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором, который заметно увеличивает габариты устройства и время отключения потребителя. Данный отличительный признак повышает потребительские свойства изделия и его надежность. При использовании в данном устройстве реле повышенной мощности появится возможность коммутировать токи повышенной величины, что обеспечит использование унифицированного двухобмоточного дросселя. В этом случае обмотки соединяются согласно и парадельно и сопротивление обмоток постоянному току уменьшается. Таким образом объем применения устройства расширяется. Для получения более высоких напряжений стабилизации, в отличие от прототипа, использовано последовательно включенное соединение двух стабилитронов рассчитанных на одинаковые токи.
Повышение напряжения на грани допустимого значения, в течение неопределенного времени может приводить к выходу из строя входных цепей электроустройств и лавинообразному развитию аварий. Предупреждающие такое развитие аварий устройства, по сравнению с токовой защитой, защищают их значительно надежнее. К ним относится и «Выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения».
Полезная модель относится к области защиты потребителя от перенапряжения, в основном бытовых электрических и электронных устройств. На воздушных линиях электропередачи случаются аварийные захлесты проводов, их касания и обрывы - напряжение в сетях может резко повышаться, что приводит к нежелательным последствиям. При несимметричной нагрузке потребителя, что во многих случаях недопустимо (см. книгу г.Рекус и др. «Сборник задач по электротехники» М., 1991, с.218) нарушается пожаробезопасность. В стационарных условиях, например при ремонтных работах, может произойти отключение нулевого провода. При этом два потребителя окажутся подключенными к разным фазам. Если распредление последовательно включенных неравнозначных нагрузок окажется под длительно действующим перенапряжением, это может создать пожароопасную ситуацию, в том числе и в городских условиях. Известно устройство защиты трехфазного потребителя от обрыва фазы (см. патент 
1279009 Н02Н 7/08, 1984) содержащее клеммы подключения устройства к источнику питания и к потребителю, электромагнитное реле с силовыми контактами и электрическую схему управления тиристором. К недостатку известного устройства следует отнести то, что оно обеспечивает защиту от перенапряжения лишь при обрыве нулевого провода.. Наиболее близким прототипом является «Выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения» (см. патент РФ 2242071, Н02Н 3/29, 7/08, 2003) содержащий электромагнитные реле с силовыми и управляющими контактами, диод, конденсатор, резистор и кнопку «Пуск» механически связанную с якорем электромагнитного реле. К недостаткам известного устройства следует отнести недостаточный уровень регулировки резистором сглаживающего фильтра устанавливаемого значения перенапряжения, а также некоторый дребезг якоря реле на этапе его срабатывания. Предложенное техническое решение устраняет указанные недостатки.
Результат технической сущности предложенного устройства достигается тем, что выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения содержит замыкающие силовые контакты электромагнитного реле входом подключенные к первой клемме питания, выходом - к первой клемме потребителя, вторую клемму питания соединенную со второй клеммой потребителя, кнопку «Пуск» механически соединенную с якорем электромагнитного реле и схему управления тиристором включающую резистор, два стабилитрона включенных последовательно и переменный резистор, дополнительно снабжен двухполупериодным мостовым выпрямителем, одно или двухобмоточным дросселем и двумя последовательно включенными стабилитронами, двухполупериодный мостовой выпрямитель входом подключен к клеммам питания потребителя, одним выходом - к первому выводу электромагнитного реле, к катоду тиристора и первому выводу переменного резистора, а выходом - ко вторым выводам дросселя и переменного резистора, средний вывод которого через катоды стабилитронов и резистор соединен с выводом управляющего электрода тиристора, анод которого подключен к первому выводу дросселя и второму выводу электромагнитного реле.
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства «Выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения» содержащая: кнопку «Пуск» - 1, клеммы питания - 2, клеммы потребителя - 3, двухполупериодный мостовой выпрямитель - 4, электромагнитное реле - 5 с силовыми замыкающими контактами 5.1 (могут быть использованы как промежуточные элементы управления), одно или двухобмоточный дроссель - 6, тиристор - 7, два последовательно соединенных стабилитрона - 8, резистор - 9 и переменный резистор - 10.
Учитывая токи самоиндукции, реле и дроссель шунтированы встречно включенными диодами, рассчитанными на повышенное напряжение (на чертеже не показаны).
Кнопка «Пуск» - 1 механически соединена с якорем электромагнитного реле 5 (конструкция не показана). Путем нажатия через кнопку «Пуск» на якорь электромагнитного реле, происходит его срабатывание и самоподхват.
Двухполупериодный мостовой выпрямитель - 4 должен выдерживать возможные максимальные напряжения сети. Стабилитроны 8 - являются пороговыми элементами. При напряжении на стабилитронах выше напряжения стабилизации, ток стабилизации резко возрастает. Положительное напряжение снимается с переменного резистора - 10 и через стабилитроны - 8 и резистор - 9 положительное воздействует на управляющий электрод тиристора - 7. который управляет током тиристора.
Выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения работает следующим образом. После подключения к сети клемм питания и нажатия кнопки «Пуск», реле 5 сработает, через контакты 5.1 подключит потребителя, и схема будет подготовлена к режиму ожидания перенапряжения.
Напряжение, выпрямленное двухполупериодным мостовым выпрямителем 4 подается на делитель напряжения образованный переменным резистором 10 которым регулируется открытие тиристора 7 при различных заданных перенапряжениях сети. При открытии тиристора 7, в случае перенапряжения, происходит шунтирование обмотки электромагнитного реле 5 тиристором 7, происходит отпускание реле 5, размыкание контактов 5.1 и отключение потребителя.
Экспериментальная модель с защитой потребителя от перенапряжения показала свою работоспособность.
Погрешность разработанного устройства лежит в пределах допустимых значений выпускаемых промышленностью электроизделий (5-10%).
Перечень существенных признаков полезной модели
(количество независимых пунктов)
1. В прототипе питание реле пульсирующим током однополупериодного выпрямителя сопряжено с вибрацией якоря ощущаемой на слух и недостаточно качественным контактом при срабатывании реле, а включение сглаживающего конденсатора заметно увеличивает габариты устройства. Предлагаемая полезная модель снабжена двухполупериодным мостовым выпрямителем собранных из двух диодных сборок. Данный отличительный признак повышает потребительские свойства изделия и его надежность. Следует отметить, что сглаживающий фильтр увеличивает время отключения потребителя, поэтому в полезной модели сглаживающий фильтр отсутствует.
2. Унифицированный одно или двухобмоточный дроссель, примененный в полезной модели вместо примененного в прототипе электромагнитного реле является добавочным сопротивлением. При использовании реле повышенной мощности может быть применен двухобмоточный дроссель Обмотки дросселя в этом случае должны соединятся согласно и параллельно. При этом сопротивление постоянному току обмоток пропорционально уменьшается, а допустимый ток увеличивается. Применение реле повышенной мощности позволит коммутировать токи повышенной величины, без применения промежуточных коммутирующих устройств. Таким образом расширяется объем применения рассматриваемого устройства.
3. Пороговым элементом в прототипе является стабилитрон. Важным параметром стабилитрона является температурный коэффициент напряжения стабилизации, который показывает, на сколько процентов изменяется напряжение стабилизации при изменении температуры стабилитрона. Для получения более высоких стабильных напряжений, в том числе в рассматриваемой полезной модели, применено последовательно включенное соединение двух стабилитронов рассчитанных на одинаковые токи.
Выключатель сети с защитой потребителя от перенапряжения, содержащий замыкающие силовые контакты и электромагнитное реле, входом подключенные к первой клемме питания, выходом к первой клемме потребителя, вторую клемму питания, соединенную со второй клеммой потребителя, кнопку «Пуск», механически соединенную с якорем электромагнитного реле, и схему управления тиристором, включающую тиристор, резистор и переменный резистор, отличающийся тем, что он снабжен двухполупериодным мостовым выпрямителем, одно- или двухобмоточным дросселем и двумя последовательно включенными стабилитронами, при этом двухполупериодный мостовой выпрямитель входом подключен к клеммам потребителя, одним выходом - к первому выводу электромагнитного реле, катоду тиристора и первому выводу переменного резистора, а другим - ко второму выводу дросселя и переменного резистора, средний вывод которого через катоды стабилитронов и резистор соединен с выводом управляющего электрода тиристора, анод которого подключен к первому выводу дросселя и второму выводу электромагнитного реле.
