Устройство для защиты потребителя от повышенного и пониженного напряжения в сети переменного тока
Изобретение предназначено для автоматического отключения бытовых электроприборов при отклонении напряжения сети как в большую, так и в меньшую сторону свыше допустимых пределов, а также включение их с задержкой после восстановления напряжения сети. Устройство содержит выпрямительный мост 1, исполнительный элемент 6, пороговый узел 7, два стабилизатора напряжения 4 и 8, делитель напряжения сети 2, узел контроля напряжения сети 3, формирователь импульсов 5, счетчик импульсов 9, узел индикации 11 и узел управления 10. Технический результат: мгновенное отключение потребителя от сети при изменении напряжения ниже 170 В и выше 250 В и включение потребителя с задержкой 5 мин при восстановлении напряжения сети выше 170 В и ниже 250 В и большая нагрузочная способность устройства. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике, а именно к аппаратуре бытового назначения и предназначено для автоматического отключения бытовых электроприборов при отклонении сети как в большую, так и в меньшую сторону свыше допустимых пределов, а также включение их с задержкой после восстановления напряжения сети.
Известно устройство для защиты потребителя от перенапряжений, содержащее пороговый элемент и подключенный к нему исполнительный орган, выполненный из двух встречно-параллельно соединенных тиристоров, которые шунтируют потребителя в случае перенапряжения, а в питающей сети наступает режим короткого замыкания, в результате чего срабатывают аппараты защиты от короткого замыкания (SU, а.с. N 630695, кл. H 02 H 3/20, 1978 г.). Однако для восстановления работоспособности устройства необходимо заменять предохранители или включать аппарат защиты. В результате подобные устройства имеют недопустимые запаздывания и недостаточно защищены от воздействия помех, т.е. надежность их работы невысока. Известно устройство для защиты потребителя от перенапряжений, содержащее пороговый элемент и подключенный к нему исполнительный орган, выполненный на двух встречно-параллельно соединенных тиристорах, имеющее трансформатор, согласующие тиристоры и защитные встречно-параллельно соединенные тиристоры, включенные последовательно с потребителем электроэнергии (SU, а.с. N 884023, кл. H 02 H 3/20, 1981 г.). При возрастании напряжения в питающей сети до предельной величины с выхода порогового элемента выдается сигнал на управляющие электроды тиристоров, которые отпираются и шунтируют вторичную обмотку трансформатора. При этом уменьшается напряжение, поступающее на управляющие электроды согласующих тиристоров, которые запираются, а следовательно, запираются и защитные тиристоры, а напряжение в питающей сети потребителя снижается до нуля, после чего работоспособность потребителя автоматически восстанавливается. Недостатки такого устройства - наличие трансформатора, работающего при срабатывании защиты в режиме максимальной нагрузки, что снижает надежность работы устройства и ограничивает возможность его работы при многократном повышении напряжения питания цепи. Известно устройство для защиты потребителя от перенапряжений в сети переменного тока, содержащее пороговый элемент и подключенный к нему исполнительный орган, который состоит из диодного моста с силовым тиристором, в цепь управления которого включен полевой транзистор. Сток полевого транзистора соединен с анодом тиристора, исток - с управляющим электродом, а затвор - через делитель напряжения на резисторах к выпрямителю сетевого напряжения, который состоит из диода с накопительным конденсатором и пороговым элементом, включенным параллельно между затвором транзистора и анодом тиристора. Исполнительный орган служит одновременно и защитным устройством (RU п. N 2074472, кл. H 02 H 9/04, 20.07.95 г.). Устройство работает следующим образом: при напряжении сети меньше предельного, силовой тиристор открыт в течение каждого полупериода, за счет тока управления, протекающего через постоянно открытый полевой транзистор и управляющий электрод, при возникновении выпрямленного диодным мостом положительного напряжения сети, приложенного между катодом и анодом тиристора, потребитель подключен к питающей сети. При этом скорость нарастания тока максимальна, т.к. до открытия тиристора между анодом и катодом в начале каждого полупериода приложено полное напряжение сети, а сопротивление - катод - управляющий электрод тиристора и перехода сток-исток полевого транзистора в открытом состоянии малы, что приводит к минимуму времени включения тиристора в начале каждого полупериода сети, а следовательно - к минимальной задержке включения потребителя. При возрастании напряжения сети выше предельного пороговый элемент разряжает накопительный конденсатор до нуля, что приводит к закрытию транзистора и силового тиристора, потребитель отключается от питающей сети, при этом предельное напряжение может многократно превышать номинальное напряжение сети и ограничено напряжением пробоя силового тиристора, полевого транзистора и диодов моста. Недостатком данного устройства является минимальная задержка включения потребителя в сеть после перенапряжений, что может привести к выходу из строя аппаратуры бытового назначения. Известно устройство для защиты потребителя от перенапряжений в сетях переменного тока, содержащее пороговый элемент, исполнительный орган, который является одновременно защитным устройством и состоит из силового симистора, управляющий электрод которого соединен с анодом через диодный мост с полевым транзистором, включенным в диагональ моста, затвор которого подключен к коллектору транзистора ключевого каскада, имеющего в цепи базы последовательно включенные резистор и стабилитрон, соединенные с истоком полевого транзистора, а его эмиттер подключен к накопительному конденсатору и пороговому элементу, включенные параллельно и соединенные через резистор с выпрямителем сетевого напряжения на диоде (RU, п. N 2095906, кл. H 02 H 3/20, H 02 M 1/08, 23.07.96 г.). Устройство работает следующим образом. При подключении к сети с нормальным напряжением, недостаточным для срабатывания порогового элемента, происходит зарядка накопительного конденсатора положительным напряжением через резистор от выпрямителя сетевого напряжения на диоде, и при достижении напряжения пробоя стабилитрона транзистор открывается. Затвор полевого транзистора подключается к накопительному конденсатору, при этом сам транзистор открывается положительным напряжением, приложенным между истоком и затвором. Управляющий электрод симистора через диодный мост и открытый полевой транзистор оказывается соединенным с анодом, в результате потребитель подключается к сети. При этом с возрастанием напряжения сети выше предельного пороговый элемент разряжает накопительный конденсатор до нуля, что приводит к закрытию полевого транзистора и силового симистора, и потребитель отключается от питающей сети, при этом предельное напряжение может многократно превышать номинальное напряжение сети и ограничено напряжением пробоя силового симистора, полевого транзистора и диодов моста. Недостатками данного устройства является минимальная задержка включения потребителя в сеть, после перенапряжений, что может привести к выходу из строя аппаратуры бытового назначения. Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для защиты потребителя от повышенного и пониженного напряжения сети, включающее выпрямительный мост, исполнительный элемент, пороговый элемент, между зажимами постоянного тока моста включены два конденсатора, резистор и диод, параллельно которому подсоединена цепочка из последовательно соединенных оптрона и резистора. Светодиод оптрона включен встречно полярности диода. Пороговый элемент выполнен на тиристоре и стабилитроне (SU, а.с. N 1653061, H 02 H 3/20, 05.07.88 г.), принято за прототип. Устройство работает следующим образом. При напряжении питания, превышающем минимально допустимое, конденсаторы заряжены до напряжения стабилизации стабилитрона. Конденсатор сглаживает пульсации напряжения на стабилитроне. Ток, протекающий через светодиод оптрона и резистор и обусловленный пульсациями, недостаточен для срабатывания оптрона. Электроустановка подключена к сети при этом колебания напряжения в допустимом диапазоне не приводит к срабатыванию оптрона и отключению устройства от сети. При плавном или скачкообразном снижении напряжения ниже минимального допустимого уровня, определяемого напряжением стабилизации стабилитрона, резко возрастают пульсации напряжения на резисторе. Возникает ток через светодиод оптрона, и он срабатывает, в результате чего установка отключается от сети. При повышении напряжения питания выше допустимого включается пороговый элемент. При этом резко возрастают пульсации напряжения на резисторе, возникает ток через светодиод оптрона и он срабатывает - установка отключается от сети. После окончания действия перенапряжения электроустановка автоматически включается повторно. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принято за прототип, относится то, что в известном устройстве отсутствует задержка на включение нагрузки после возвращения напряжения сети в норму, что недопустимо, если нагрузкой является устройство, не допускающее частых повторных включений, например холодильник. Технической задачей заявляемого устройства является отключение потребителя от сети при изменении напряжения сети как в большую, так и в меньшую сторону от заданных значений, включение потребителя при возвращении напряжения сети к заданным значениям, а также обеспечение задержки включения до 5 мин. Для достижения указанного технического результата в устройство для защиты потребителя от повышенного и пониженного напряжения в сети переменного тока, содержащее выпрямительный мост, исполнительный элемент, пороговый узел, первый стабилизатор напряжения, введены делитель напряжения сети, узел контроля напряжения сети, второй стабилизатор напряжения, формирователь импульсов, счетчик импульсов, узел индикации и узел управления исполнительным элементом. Первый вход выпрямительного моста соединен с первой входной и первой выходной клеммами устройства и со входом делителя напряжения сети, второй вход выпрямительного моста соединен со второй входной клеммой устройства, с первым входом узла контроля напряжения сети и первым входом исполнительного элемента, выходы выпрямительного моста соединены со входами первого стабилизатора напряжения, причем второй выход соединен и со вторым входом узла контроля напряжения сети, выходы которого соединены с первым и вторым входами порогового узла, третий вход которого соединен с выходом делителя напряжения сети и вторым входом формирователя импульсов, а выход порогового узла соединен со вторым входом счетчика импульсов, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, первый выход счетчика импульсов соединен со входом узла управления исполнительным элементом и первым входом формирователя импульсов, а второй его выход соединен со вторым входом узла индикации, первый вход которого соединен со вторым выходом узла управления и третьим входом исполнительного элемента, второй вход которого соединен с первым выходом узла управления исполнительным элементом, выход исполнительного элемента соединен со второй клеммой выхода устройства, выход первого стабилизатора напряжения соединен со входом второго стабилизатора напряжения. Особенность заключается также в том, что исполнительный элемент выполнен на двух оптотиристорах, тиристоры которого соединены встречно-параллельно - анод первого с катодом второго и с первым входом исполнительного элемента, а катод первого с анодом второго и с выходом исполнительного элемента, светодиоды оптотиристоров соединены последовательно - анод первого соединен с катодом второго, катод первого соединен со вторым входом исполнительного элемента, а анод второго - с третьим входом исполнительного элемента. Кроме того, пороговый узел представляет собой два пороговых элемента и триггер, первый вход порогового узла является входом первого порогового элемента, выход которого соединен со входом R-триггера, второй вход порогового узла является входом второго порогового элемента, выход которого соединен со входом D-триггера, третий вход порогового узла соединен со входом C-триггера, выходом порогового узла является выход





45,51 - КТ361В, 50,56 - КТ315Б. Светодиод - АЛ307КМ. Диоды: 32 - КД522Б, 37 - КД102А. Оптотиристоры - ТО125 - 12,5
Резисторы: 17 - МЛТ-0,125-510 м
18,43,44,47,53 - МЛТ-0,125-10 кОм,
19,46,52 - МЛТ-0,125-100 кОм,
21,22,27,29,48,54 - МЛТ-0,125-22 кОм,
23 - МЛТ-0,125-160 Ом
25 - МЛТ-0,125-680 Ом,
33,36 - МЛТ-0,125-1,2 кОм,
38 - МЛТ-1-270 кОм,
39 - СП2-5В-33 кОм,
40 - МЛТ-0,125-36 кОм,
41 - МЛТ-0,125-51 кОм,
49,55 - МЛТ - 0,125-200 кОм,
Триггеры - 5 и 57 собраны на одной микросхеме К561ТМ2. Счетчик - 9 на микросхеме К561 И Е 16. Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
- устройство, воплощающее заявленное изобретение, предназначено для использования в области электротехники, а именно для защиты аппаратуры бытового назначения, в частности холодильников, морозильников и др. - для заявленного устройства в том виде, как это охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке узлов и элементов и их связей;
- устройство, воплощающее заявленное изобретение, при его осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, т.е. решает поставленную задачу, а именно:
1) мгновенное отключение потребителя от сети при изменении напряжения ниже 170 В и выше 250 В и включение потребителя с задержкой 5 мин при восстановлении напряжения сети выше 170 В и ниже 250 В осуществляется исполнительным элементом с помощью порогового узла, формирователя импульсов, счетчика импульсов и узла управления;
2) большая нагрузочная способность устройства обеспечивается за счет исполнительного элемента. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".
Формула изобретения

РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2