Como se proteger contra flutuações de tensão

Descrição de um dispositivo simples que desconecta a carga se a tensão da rede ultrapassar os limites aceitáveis.

A tolerância da tensão da rede elétrica para alimentar equipamentos eletrônicos e apenas elétricos é de mais ou menos 10%. Mas nas condições do sistema doméstico de fornecimento de energia, esse requisito geralmente não é cumprido.

A tensão pode ser significativamente alta ou muito baixa que o normal, o que pode levar à falha do equipamento. Para impedir que isso aconteça, o artigo descreve um dispositivo simples que desconectará a carga no prazo, antes que ele tenha tempo para queimar.

Um diagrama de um dispositivo de proteção bastante simples é mostrado na Figura 1.

Princípio de ação. Descrição do circuito

A desconexão da carga da rede ocorre quando a tensão excede 242 V ou se torna menor que 170 V. Um poderoso relé na saída do dispositivo permite alternar correntes de até dez amperes, o que permite conectar uma carga com capacidade de até dois quilowatts.

No estado inicial, os contatos do relé estão na posição indicada no diagrama. O contato de comutação K1.3 conecta o LED HL1 à rede, sinalizando que a carga está desligada e que há tensão na rede. A carga é conectada à rede pressionando brevemente o botão SB1 "Iniciar".

Figura 1. Proteção contra flutuações de tensão

A tensão da rede elétrica através do capacitor de resfriamento C1 e do resistor R10 é fornecida aos diodos retificadores VD9, VD10 e carrega o capacitor C3. A tensão neste capacitor é estabilizada por um diodo Zener VD11. A partir desse retificador, é fornecido um relé de baixa potência K2, que controla a operação de um poderoso relé K1, que alterna a carga em si.

Através do diodo VD2, a tensão da rede é fornecida à unidade de comutação de relé K2. Se a tensão na rede for superior a 170 V, o diodo Zener VD7 será aberto, o que permitirá que o capacitor C2 seja carregado com uma voltagem suficiente para abrir o transistor VT1, que ativará o relé de baixa potência K2. (Um diodo VD8 é conectado em paralelo à bobina do relé K2. Seu objetivo é proteger o transistor da EMF de auto-indução que ocorre quando o relé K2 é desligado.)

Este relé com seu contato K2.1 ativará o poderoso relé K1 e, com seus contatos K1.1 ... K1.4, fornecerá a tensão da rede elétrica para a carga. O botão "Iniciar" agora pode ser liberado, o dispositivo entrou no modo de operação. Ao mesmo tempo, o LED HL2 acende, sinalizando o funcionamento normal do dispositivo. O LED HL1 apaga-se, o dispositivo entrou no modo de operação.

Proteção de subtensão

Se a tensão da rede elétrica for inferior a 170 V, o diodo Zener VD7 será fechado e o carregamento do capacitor C2 será interrompido. Isso levará ao fato de que o capacitor C2 é descarregado através do resistor R8 e do emissor de base de transição do transistor VT1. O transistor fechará e relé intermediário O K2 será desconectado e o contato K2.1 desligará o poderoso relé K1 - a carga será desenergizada.

Proteção contra sobretensão

O conjunto de proteção contra sobretensão é montado no tiristor VS1. Funciona da seguinte maneira.

A tensão da rede, ou melhor, a meia-onda positiva, é fornecida através do diodo VD2 aos diodos Zener VD3 ... VD6 conectados em série e através deles aos resistores R2 e R3 conectados em série. Se a tensão da rede subir acima de 242 V, os diodos zener serão abertos e uma queda de tensão será criada no resistor R3, cujo valor será suficiente para abrir o tiristor VS1.

Um tiristor aberto através de um resistor R5 "colocará" a tensão no capacitor C3. (Como o retificador que fornece esse capacitor é montado de acordo com o circuito com um capacitor de resfriamento, ele não tem medo de curtos-circuitos.O resistor R4 é necessário apenas para que o tiristor VS1 não seja queimado pela descarga do capacitor C3.) Essa tensão não será suficiente para reter o relé K2, ele será desligado e o relé K1 será desligado com ele e a carga será desconectada. O próprio dispositivo também será desenergizado, exceto para as correntes R1, VD1, HL1.

A reativação da carga só pode ser feita pressionando o botão "Iniciar". Nesse caso, não se deve apressar-se, mas espere um pouco, porque às vezes, quando a energia é restaurada, ocorrem quedas muito grandes, você pode até dizer picos de tensão, tensões.

Algumas palavras sobre os detalhes

Quase todas as partes do dispositivo são montadas em uma placa de circuito impresso de fibra de vidro com espessura de 1,5 ... 2 mm. A topologia da placa é tão simples que você pode cortá-la com uma faca afiada. Quase todos os detalhes estão localizados no quadro. A placa com as peças localizadas é mostrada na Figura 2.

Figura 2. Projeto da placa de circuito do dispositivo de proteção contra sobretensão

Todo o dispositivo como um todo deve ser colocado em uma caixa feita de material isolante. As peças que não se encaixam na placa são instaladas dentro do gabinete pelo método de montagem em superfície. Se o relé poderoso tiver dimensões significativas, ele também deverá ser colocado fora da placa.

Como um relé poderoso K1, é possível usar relés do tipo MKU-48, RPU-2 ou similar com uma bobina para uma tensão alternada de 220 V. Como o relé K2, você pode usar os relés RES-6, RES-22 ou outro tipo com uma tensão de resposta de cerca de 50 V e Corrente da bobina não superior a 15 mA. Este relé pode ter apenas um contato.

Ao instalar o dispositivo, você pode aplicar os seguintes tipos de peças: resistores fixos do tipo MLT, resistores de recorte do tipo SP3-3 ou SP3-19. Capacitor C1 do tipo K73-17 para tensão de operação não inferior à indicada no diagrama, capacitores de óxido do tipo K50-35 ou importados. Como os diodos VD1, VD2, VD8 ... VD10, são adequados quaisquer diodos de baixa potência com tensão reversa de pelo menos 400 V, bem como o tipo 1N4007 importado.

O transistor VT1 pode ser substituído por KT817G, KT603A, B ou KT630D.

A tensão aumentada da rede na qual o desligamento é realizado é determinada pela tensão de estabilização dos diodos Zener VD3 ... VD6, que, em vez dos indicados no diagrama, é possível usar os diodos Zener KS600A, KS620A, KS630A, KS650A, KS680A.

Com a ajuda deles, é feito um ajuste aproximado do limiar de desligamento e outro mais suave, selecionando um resistor R3. É mais fácil configurar um resistor variável com uma resistência de cerca de 10 kg em vez dele, e no final da configuração, substitua-o por uma constante, igual à resistência da parte de entrada do resistor variável.

O limiar mais baixo (tensão mínima) é definido usando o resistor do trimmer R7.

A configuração de um dispositivo é feita com mais facilidade usando LATR. Primeiro defina o limite superior. Para fazer isso, conecte o dispositivo ao LATR e aumente gradualmente a tensão, é claro, controlando-o com um voltímetro. Ao selecionar os diodos Zener VD3 ... VD6 e o ​​resistor R3, o dispositivo deve ser desligado a uma tensão de 242 V. O dispositivo - o consumidor, é claro, não deve estar conectado. Para impedir que o dispositivo seja acionado no limiar inferior, coloque o motor do resistor de sintonização R7 na posição superior, de acordo com o esquema.

Após definir o limite superior, você deve usar o resistor R7 para desligar o dispositivo quando a tensão for reduzida para 170 V.

Se a possibilidade de desligamento forçado do dispositivo for necessária, um botão com um contato aberto pode ser configurado em série com o contato de relé K2.1.

Notas de segurança

O projeto não possui isolamento galvânico com a rede de suprimento; portanto, ao configurá-lo, é preciso ter muito cuidado e seguir todas as regras de segurança ao trabalhar em instalações elétricas. É melhor usar um transformador de segurança para comissionamento: o LATR deve ser conectado depois dele.Então a configuração pode ser feita sem nenhum medo.

Boris Aladyshkin

Comments

[#1 Gregory]

Olá. Desculpe pela pergunta indecente. Por que reinventar a roda? Agora, o problema de tensão de rede de baixa qualidade é bastante agudo; portanto, nossa indústria e "não nossa" produz uma enorme variedade de estabilizadores de tensão, variando do mais barato ao mais caro. A maioria deles é baseada no princípio que você descreveu. Pode-se também mencionar a possibilidade de usar estabilizadores de rede e tronco. Os estabilizadores de tensão do tronco oferecem uma solução abrangente de fonte de alimentação eficiente e de alta qualidade para uma casa de verão, casa, chalé ou apartamento, qualquer instalação residencial e não residencial, para que o estabilizador não seja um luxo, mas uma necessidade que não deve ser construída, mas adquirida.

[#2 Alexander]

GregoryEste não é um estabilizador, mas apenas um dispositivo de corrente residual. É muito mais barato que estabilizadores "baratos". A maioria das pessoas em casa tem muito poucos aparelhos para os quais um desligamento repentino é perigoso. E para o último, vale a pena usar um no-break, independentemente da presença ou ausência de um RCD e um estabilizador.

[#3 Ruslan]

Prestes a adquirir - eu não concordo. Agora estou terminando ... Temos falhas de até 110, chame-o de comprado, o que não desligará a carga? Pode-se dizer que comprou a uma tensão de 160 V, uma potência de 5 kW e custa até 10 tr?

Além disso, ser confiável e econômico. E para ser preciso.

[#4]

melhor montar em um tiristor e não em um relé - maior velocidade

[#5]

Em primeiro lugar, não se trata de estabilizadores, mas apenas de um corte de tensão. Este dispositivo não estabiliza a tensão na rede, mas simplesmente monitora seu valor e, quando ultrapassa os limites de tolerância, simplesmente desconecta a carga. Penso que tanto o esquema como a descrição do princípio do trabalho são apresentados de tal maneira "para o desenvolvimento geral", e de modo algum para repetir o esquema. Além disso, a construção descrita não está isenta de desvantagens. Antes de tudo, ligando o dispositivo com o botão Iniciar, seria bom saber o nível de tensão na rede no momento e não é muito conveniente controlar essa tensão com um testador. E então, sem conhecer o nível real de tensão na rede e pressionando o botão "Iniciar", com os contatos desse botão fornecemos imediatamente uma tensão perigosamente alta à carga e, se mantivermos esse botão pressionado por algum tempo, temos a chance de gravar com êxito o dispositivo protegido . Além disso, mesmo com um nível de tensão normal na rede no primeiro momento, até que a automação funcione e os dois relés sejam ligados, a corrente de carga passará pelos contatos bastante fracos do botão "Iniciar" e, se a corrente de carga for bastante grande, o botão não durará muito . Bem, e em segundo lugar, a coisa mais importante. A indústria já respondeu às demandas do mercado, e hoje existem um grande número de modelos de corte diferentes à venda, como os que estão conectados e têm seus próprios soquetes de energia para conectar a carga ou que são montados em um trilho DIN. Mas a característica comum de todos os pontos de corte é que todos eles são feitos em um microcontrolador, têm uma indicação da tensão na rede e nos órgãos de programação. E mais uma coisa: todos esses pontos de corte são bastante baratos comparados aos estabilizadores de tensão. Embora, pessoalmente, eu não apóie o uso generalizado de pontos de corte. No meu consultório, muitos clientes primeiro queriam colocar o chalé inteiro de dois andares nos recortes e, depois, quando a dama começou a piscar, como uma árvore de Natal, eles mesmos removeram e jogaram fora. Penso que hoje, mesmo em áreas rurais com todos os "encantos" da fonte de alimentação aérea, faz sentido comprar dispositivos eletrônicos de consumo que, de acordo com os anúncios dos fabricantes, são capazes de trabalhar em condições de grandes flutuações na tensão da rede: de 100 a 400 Volts. E é bem real.

[#6]

É por isso que reinventar a roda. Existe uma ampla gama de dispositivos que a indústria produz. Um dispositivo que desconecta a carga se a tensão de alimentação ultrapassar o valor definido é mais barato que as peças desse circuito. Aqui está um exemplo: comprei recentemente um RN-111M por 1.400 r, para que haja uma configuração de limite mais baixo, uma configuração de limite superior, um temporizador e um voltímetro digital. E ele se levanta em um trilho. Vantagens sólidas.

[#7 MaksimovM]

Ruslan, Acho que é um desperdício de dinheiro comprar um regulador de tensão de alta potência, por exemplo, 5 kW, como você indicou. Ao comprar esse estabilizador, você está lucrando com o vendedor desses equipamentos, jogando dinheiro decente para esse dispositivo, só isso. Senso de colocar um estabilizador em todo o apartamento? Por que estabilizar a tensão de um aquecedor elétrico de água, aquecedor elétrico, forno, forno? É mais aconselhável instalar um estabilizador na parte da fiação que fornece eletrodomésticos sensíveis a surtos de tensão. Se você é guiado por esse princípio de escolher a potência do estabilizador, verifica-se que, em vez do estabilizador, são necessários 5 kW por apenas 1-2 kW, o que é muito mais barato. De fato, a maior parte da carga no apartamento são os aparelhos elétricos que não são sensíveis ou, pelo menos, menos sensíveis a picos de energia.

Também considero mais conveniente usar relés de tensão de projeto modular para proteção de fiação elétrica, que têm muitas vantagens: são confiáveis ​​o suficiente, são caracterizados por alta velocidade e precisão das configurações de operação, possuem um grupo de contatos adicional, com o qual o relé pode ser usado para implementar vários circuitos automatizados. Os relés modulares de tensão são bastante compactos: existem relés que ocupam uma posição em um trilho DIN (o tamanho de um disjuntor monofásico).

[#8]

Tudo foi inventado há muito tempo, dispositivos de proteção (relés digitais de tensão) ASP. De barato a caro, para todas as ocasiões.