Блок защиты от аномального сетевого напряжения

По опубликованным ранее описаниям автором были повторены многие устройства защиты, но все они, к сожалению, по своим характеристикам не совсем его устроили. Одни оказались слишком сложными, но при этом не обладали универсальностью. Другие же оставляли желать лучшего по своим защитным свойствам. Например, наличие индикации текущего значения напряжения в сети лишено практического смысла. Она требуется, разве что, при налаживании и испытании прибора в лабораторных условиях. Во многих случаях применяется трансформаторное питание.

Но трансформатор приходится рассчитывать на повышенное напряжение или применять два трансформатора, рассчитанных на номинальное напряжение в сети, соединив их первичные и вторичные обмотки последовательно. Это увеличивает не только стоимость, но и габариты, и вес защитного устройства. Предлагаемый блок защиты значительно проще многих, описания которых были опубликованы ранее. Однако он обладает практически всеми свойствами, необходимыми и достаточными для защиты сетевых потребителей электроэнергии. Его можно встроить в защищаемый прибор или использовать как самостоятельное устройство. Для защиты холодильной техники имеется режим четырехминутной задержки включения.

Предусмотрены защита от кратковременных повторяющихся бросков сетевого напряжения и автоматическое подключение нагрузки с заданной задержкой после нормализации напряжения в сети.
Блок защиты построен на микроконтроллере P1C16F628A (DD1) по схеме, изображенной на рисунке. Микроконтроллер работает от внутреннего RC-генератора частотой 4 МГц.
Элементы С1, VD2, VD3, VD6 и СЗ образуют выпрямитель и стабилизатор напряжения 5 В для питания микроконтроллера. На элементах VD1, R1, R4. С2, VD5 собран узел, формирующий измерительное постоянное напряжение ииэм, пропорциональное сетевому. Элементы R2, R3, VD4 (вместе с диодом VD1) формируют импульсы синхронизации. Узел коммутации нагрузки состоит из элементов R5—R7, U1 и VS1. Съемными перемычками S1 и S2 задают режимы работы блока.
Программа, записанная в память микроконтроллера DD1, использует возможность изменять в процессе работы порог срабатывания встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора. Сначала она устанавливает порог, равный напряжению иизм при максимально допустимом сетевом напряжении. Затем уменьшает его до значения, равного напряжению иизм при минимальном допустимом сетевом напряжении. Этот цикл периодически повторяется. Оценка сетевого напряжения происходит в начале каждого его периода. Это сделано, чтобы устранить влияние на результат пульсаций напряжения на сглаживающем конденсаторе С2.
Предусмотрены три режима работы. Первый (установлена только перемычка S1) применяется для отладки. Повторное включение нагрузки происходит немедленно после того, как напряжение в сети вошло в норму. Второй режим (обе перемычки отсутствуют) — стандартный. Повторное включение задержано на 5 с. В третьем режиме (установлена только перемычка S2) повторное включение задержано на 240 с (4 мин).
Как только напряжение сети выходит за допустимые пределы, нагрузка отключается и отрабатывается заданная перемычками выдержка времени. Далее возобновляется циклическая проверка напряжения сети. По возвращении напряжения в норму нагрузка вновь подключается к сети. Чтобы избежать хаотических включений и выключений нагрузки, когда напряжение в сети колеблется вблизи одного из пороговых значений, предусмотрен гистерезис. Если отключение нагрузки произошло при напряжении в сети 250 В, то она будет включена лишь при напряжении 240 В. Аналогичная ситуация с нижним порогом: отключение — 170 В, включение — 180 В.
Конденсатор С1 — К73-17или К78-2. Диоды 1N4007 можно заменить любыми маломощными выпрямительными с допустимым обратным напряжением не менее 400 В.
Изменять емкость конденсатора С2 не рекомендуется. При меньшей емкости увеличивается размах пульсации напряжения на нем, что может привести к неправильной оценке сетевого напряжения микроконтроллером. Увеличение емкости приводит к замедленной реакции на изменение напряжения в сети. Практика показала, что 20 мкФ — оптимальная емкость.
Оптосимистор МОС3023 можно заменить МОС3083 или другим подобным с входным током включения (протекающим через излучающий диод) не более 5 мА и допустимым коммутируемым напряжением не менее 300 В.
Максимальная мощность нагрузки при использовании указанного на схеме симистора ВТ134-600 — 150 Вт (без теплоотвода). Установив симистор на теплоотвод, ее можно увеличить до 800 Вт. Дальнейшее увеличение мощности нагрузки потребует применения более мощного симистора либо соответствующего электромагнитного реле.
В собранном блоке защиты следует, не устанавливая в него микроконтроллер, проверить работу узла питания. Для этого временно подключите параллельно конденсатору СЗ эквивалент нагрузки — резистор сопротивлением 1 кОм. При изменении сетевого напряжения с помощью ЛАТР от 160 до 260 В напряжение на конденсаторе должно оставаться в пределах 5,1...5,15 В. Если при снижении сетевого напряжения до 150 В напряжение питания микроконтроллера уменьшается более чем на 0,1 В, придется немного увеличить емкость конденсатора С1 и повторить проверку.
Подключив осциллограф между выводами 16 и 5 (общий провод) панели микроконтроллера, убедитесь, что напряжение здесь имеет форму прямоугольных импульсов со скважностью 2, нижним уровнем около нуля и верхним 5,1 В. При напряжении в сети ровно 220 В постоянное напряжение между выводами 17 и 5 панели микроконтроллера должно быть равно 2,3 В. Если это не так, подберите резистор R4.
Теперь можно установить в панель запрограммированный микроконтроллер, а в качестве нагрузки (для контроля) подключить лампу накаливания на 220 В. Изменяя подаваемое на блок защиты сетевое напряжение, проверьте верхний и нижний пороги выключения и включения нагрузки. При необходимости их можно немного подкорректировать подборкой резистора R4. Чтобы реакция блока на изменение напряжения во время проверки была максимально быстрой, должна быть установлена перемычка S1. В дальнейшем необходимость установки перемычек определяется условиями эксплуатации.

Журнал "Радио" №11 2010г   А. ЩУСЬ, г. Чирчик, Узбекистан

 Скачать программу микроконтроллера блока защиты