Конструкция синхронного ограничителя напряжения

Все, кто читал предыдущие сообщения о принципиально новом устройстве защиты от скачков напряжения — синхронном ограничителе, и особенно те, кто знаком с импульсными блоками питания современных компьютеров и других устройств, сразу задумались, конечно, о двух основных трудностях, которые не так просты. бить. Это очень высокие импульсные токи при включении питания, особенно если к ONS подключено более одного устройства (что обычно имеет место), и, во-вторых, рассеивание тепла в балласте в сочетании с обычным балластным резистором (по опыту многих) рассматривается как сомнение в самой идее такого снижения напряженности.

По теплоотдаче разработчик уже давал некоторые пояснения в предыдущей статье, теперь он добавит следующие комментарии. Если рассматривать классический автотрансформатор, то у него тоже есть тепловые потери, и даже такие недостатки (по сравнению с ОНС), как вес и возможный шум при работе. Если рассматривать современный регулятор мощностью 500 Вт (минимальная мощность), то можно рассчитать мощность, рассеиваемую трансформатором, которая в среднем составляет 97%, а она оказывается около 15 Вт при номинальной нагрузке и главное при нормальном напряжении (!) . В ОНС на балласте с такой нагрузкой и сетевым напряжением примерно 255В (ОНС начинает отсекать амплитуду с рабочего напряжения 245В), по приблизительным расчетам, которые приводил ранее автор (с учетом скважности импульсов — кусочки «лишней амплитуды»), все будет нормально 10Вт. Он провел это сравнение только для того, чтобы несколько развеять сомнения в рациональности использования активного балласта для ограничения синхронного напряжения. Конечно, классический принцип нужно сравнивать с тем, что предлагается для конкретного приложения. Все зависит от самой сети, от ее нестабильности, характера нагрузок, постоянных или случайных, от требований потребителей к напряжению и других факторов. Итак, давайте рассмотрим вопрос о пусковом токе дальше.

В первых прототипах в качестве балласта конструктор использовал транзистор КТ818БМ, который выдерживал пусковой ток двух телевизоров суммарной мощностью 100Вт. Затем автор стал использовать транзистор Дарлингтона 8-10 А в корпусе ТО-220 (для небольших корпусов), также в параллельном соединении. Задача получения максимального пускового тока тогда не ставилась, так как был этап доработки схемы в прочем, включая контроль выключения реле и их выключения управляемым выключателем (с кнопкой включения-выключения). В конце прошлого года удалось создать схему, в которой реле возвращается в рабочее (выключенное) состояние при падении напряжения до нормального уровня. Такой ограничитель был представлен в предыдущей статье. Затем к представленному корпусу был добавлен такой же корпус, но с кулером и трансформатором тока (от которого охладитель питается), и проведены температурные испытания. Они показали, что ОНС, рассчитанная ориентировочно на нагрузку 250 В с частыми скачками до 250-255 В, соответствует ей и выдерживает (горячие) кратковременные перенапряжения такого уровня и при более высокой нагрузке до 400-500 В. Думаю, что для многих ясно, что температура радиатора и, следовательно, предел мощности, назначенный балласту (как часть мощности нагрузки), определяется эффективной площадью радиатора, эффективностью радиатора и характеристиками вентиляции самого корпуса ограничителя. Поэтому автор не приводит здесь конкретных результатов термических испытаний (как это принято при описании каждого изделия этого типа). Мы только представляем диаграмму, иллюстрирующую основные характеристики ONS для нагрузки около 10 Вт:

Для большей мощности необходим мощный стабилизатор входного напряжения. Но в этом нет необходимости, так как всем должно быть ясно, что при более высоких токах управляющая характеристика балластного транзистора будет круче, т.е. верхняя частьграфик станет более плавным.

Но вернемся к пусковому току. После тепловых тестов разработчик, не долго думая, через ONS включил адаптер для нетбука, который отличается «жестким» запуском (который я вспомнил ранее после сильного искрения в розетке). Более поздний балластный тест (микрокнопкой) показал, что транзистор (в ТО-220) поврежден. Измерение импульса тока специальным прибором показало значение около 20 А (учтите это в своей практике!). Затем было принято решение защитить транзистор и одновременно контакты реле и теплового реле шунтирующим симистором (такой же конструкции). Схема простая, между катодом и управляющим электродом включен сильный резистор около 0,47 Ом. При пусковом токе примерно 5 мс симистор размыкается и пропускает большую часть тока. Но, что самое главное, это также обеспечит надежность вышеуказанных контактов. Дело в том, что хотя контакты реле рассчитаны на 10-16 А, все реле имеют свойство медленно «отпускать» после отключения напряжения, поэтому контакты обязательно будут искры (как искры в розетке) и даже могут свариться. Контакты теплового реле в этом плане еще слабее — в наиболее удобной модели они рассчитаны на 5 А.

Таким образом, программа ONS окончательно (надо полагать) зарекомендовала себя в решении всех основных функций своего приложения. Как уже упоминалось, версия с миниатюрным реле, которое теперь может возвращаться в исходное состояние ожидания, является наиболее сложным с точки зрения схем и имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что реле должно оставаться включенным в течение бесконечного времени. Многие знают, что весьма вероятно, что в случае обрыва цепи и напряжения более 300 В или даже 380 В в энергосистеме жилого дома (более вероятно, конечно, если произойдет крупная авария или стихийное бедствие в зоне подстанции или на длинной открытой линии) ). Хотя схема реле ОНС по расчетам должна выдерживать такое перенапряжение, не допуская нагружения, но тепловой режим элементов реле в этом случае будет достаточно герметичным. Поэтому автор исследования по-прежнему склоняется к варианту с управляемым выключателем, кратко — с автоматическим выключателем (реле-разъединитель). Дело в том, что схема в этом варианте более простая и не имеет элементов с тепловой нагрузкой, а реле отключения управляется тиристором в корпусе ТО-92. Сам термотормоз имеет надежные контакты, которые благодаря особой конструкции размыкаются и замыкаются (внешней кнопкой) на большой скорости. Этот продукт был разработан (известными компаниями) для надежной работы в качестве устройства для снятия троса. Все вышеперечисленное, а также положительный опыт улучшения автоматического выключателя с точки зрения внешнего управления вдохновили создателя на дальнейшее совершенствование этого очень удобного для ONS продукта, то есть на создание полноценного автоматического выключателя с управлением отключением и включением. По результатам, которые уже кажутся положительными (по опыту), автор обязательно сделает еще один отчет. В заключение мы представляем некоторые результаты, которые дополнительно иллюстрируют преимущества ONS. С точки зрения дизайна, как видно ниже, преимущество состоит в том, что он может быть встроен в большинство существующих корпусов, т.е. нет смысла делать специальный корпус (с привлекательными «гаджетами»). Как было показано ранее, ONS можно встраивать в распределительные коробки даже для скрытого монтажа. Начнем иллюстрацию с последнего протестированного набора, вот он:

В нижнем отсеке находится охладитель с трансформатором тока, конденсатор фильтра (можно установить варисторы) и шунтирующий симистор. Этот дизайн предназначен только для будущих испытаний и личного использования. Конечно, для широкой публики должно быть иначе. Например, следует исключить верхние розетки,потому что они опасны для детей.

Никогда не делайте этого в своих творческих мастерских!

Вот видео, показывающее удобство тестирования кнопок, особенно перед передачей (продажей) продукта потребителю:

Вот видео, демонстрирующее удобство «плавного» теста в одном из моих первых проектов реле прорыва:

Теперь посмотрим, как можно встроить ОНС в корпус 9-розеточного фильтра-разветвителя российской компании «В.И.-ТОК» — на три отдельных розетки:

И даже в этом случае (по бокам размещены ленточные радиаторы с параллельно включенными транзисторами):

Вот как можно собрать ОНС в коробке под двойной розеткой, с радиатором 40х10 мм, для скрытого монтажа в негорючей стене:

Конечно, все электронные платы создатель делал с объемным креплением, без элементов cmd, так что при нормальной современной системе крепления возможностей будет еще больше.

Теперь мы собираемся поделиться опытом, который будет полезен многим пользователям. Программист использует мультиметр DT-838, поскольку он измеряет температуру с помощью малоинерционной термопары, что очень удобно для его тестов. Таким образом, даже до того, как переключатель часто выходит из строя, он перестал выключать устройство, хотя оно измерялось нормально. Это заставило меня вставить в цепь питания миниатюрный автоматический выключатель. А недавно (в разгаре тестов) автор исследования подключил прибор к 220В, замерив перед этим резистором на пределе 2000. Со временем он пришел в сознание с помощью беговых чисел, но измерение сопротивления потерялось. На других лимитах ничего не вышло (к моему большому удивлению). После вскрытия обнаружил разрушенный резистор smd (R15), поискал по форумам и нашел примерный рейтинг — 1,5К, нашел только 1,87 (точность), припаял и потом замерил то же самое — отклонение меньше 0,01. Я проверил все остальные пределы и был еще больше удивлен — какая потрясающая живучесть (термин из теории надежности!). Вот образец для просмотра: