Устройство для защиты потребителей от превышения напряжения в сети питания

 

Изобретение относится к электротехническим устройствам защиты различной аппаратуры, преимущественно бытового назначения. Устройство обеспечивает отключение потребителя при превышении напряжения выше уровня напряжения, на который настроена пороговая схема устройства, и световой индикации. Повторное включение устройства осуществляется принудительно (нажатием кнопки). Сущность изобретения: устройство обладает повышенной помехоустойчивостью от высокочастотных единичных импульсов в сети питания, обеспечивает обесточивание потребителя при превышении напряжения в сети выше уровня настройки, что достигается введением в устройство резистивного делителя 1, 2, 3 с переменным резистором 2, исполнительного элемента с катушкой 14 электромагнитного переключателя, схемы управления с пороговым элементом 10, состоящей из двух последовательно включенных диодов 4, 6 и интегрирующей RC-цепи 5, 7. Устройство может быть эффективно использовано для автоматического отключения дорогостоящих и критичных к изменению амплитуды напряжения потребителей, например холодильников, телевизоров и т. д. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к аппаратуре преимущественно бытового назначения для защиты потребителей от недопустимого превышения напряжения в сети питания, для предотвращения их выхода из строя.

Известны устройства защиты потребителей, реагирующие на недопустимое превышение напряжения в сети питания. В устройстве по авт. св. N 1555759, принятом за прототип, при превышении напряжения в сети питания выше допустимого уровня происходит открывание порогового элемента и реле, обесточиваясь, переключается, при этом напряжение на потребителе снижается за счет подключения его к другой обмотке трансформатора.

Прототип решает задачу снижения напряжения на потребителе при превышении напряжения в сети питания, но не обесточивает потребитель, что значительно сужает его область применения. Кроме того, прототип не обеспечивает помехоустойчивость устройства при случайных импульсных всплесках напряжения выше допустимого уровня частотой свыше 120-150 Гц, возникающих, например, при включениях и выключениях потребителей в сеть питания. Для обеспечения питания бытовых потребителей общей мощностью до 2,2 кВт от напряжения 220 В требуется трансформатор больших габаритов, что значительно увеличивает габариты, массу и стоимость устройства, что также сужает область его применения. Изобретение решает задачи обесточивания потребителя при превышении напряжения выше допустимого уровня, повышения помехоустойчивости устройства с сохранением габаритов, массы и стоимости при работе с бытовыми потребителями, что значительно расширяет область его применения. Кроме того, устройство обеспечивает сигнализацию превышения напряжения в сети.

Решение этих задач достигается за счет введения в устройство резистивного делителя с переменным резистором, обеспечивающего необходимый режим работы порогового элемента, исполнительного элемента с катушкой электромагнитного переключателя, обеспечивающего обесточивание потребителя и подключение цепи сигнализации и схемы управления пороговым элементом, состоящей из двух последовательно включенных диодов по схеме анод-катод и интегрирующей RC-цепи. Интегрирующая RC-цепь исключает прохождение кратковременных импульсов выше допустимого уровня к пороговому элементу и обеспечивает постоянную готовность устройства к переключению.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит входные выводы для подключения к сети питания, выходные выводы для подключения к потребителю, одна пара которых соединена через нормально замкнутые контакты 18 электромагнитного переключателя, диод 8 выпрямителя, резистивный делитель, выполненный на резисторах 1-3, последовательно соединенные в прямом направлении диоды 4, 6, пороговый элемент (динистор) 10, интегрирующую RC-цепь, выполненную на резисторе 7 и конденсаторе 5, исполнительный элемент (тиристор) 13, управляющий электрод которого через делитель на резисторах 11, 12 соединен с катодом порогового элемента 10.

Исполнительный элемент 13 соединен последовательно с катушкой 14 электромагнитного переключателя, зашунтированной диодом 15, и резистором 9. RC-цепь в динамике образует интегрирующую цепь с постоянной времени нарастания сигнала 3-4,5 мс, отсекая в частотной передаточной характеристике порогового элемента 10 кратковременные высокочастотные импульсы частотой выше 120-140 Гц. Диод 4 препятствует разряду конденсатора 5 через резисторы 2, 3. Диод 6 синхронизирует момент открывания порогового элемента 10 с моментом поступления положительной полуволны на диод исполнительного элемента 13, что исключает задержку в работе устройства. Делитель на резисторах 1-3 позволяет исключить поступление больших токов в цепь порогового элемента 10, а переменный резистор 2 подобрать открывающее напряжение на аноде порогового элемента 10. Резистор 9 регулирует режим работы исполнительной цепи.

Кроме того, устройство содержит цепь сигнализации превышения напряжения, включенную через разомкнутый контакт 18 электромагнитного переключателя, резистор 17, светодиод 16 и диод 8 параллельно сети питания. Эта цепь обеспечивает подключение светодиода 16 в момент переключения контактов 18. Кнопка 19 предназначена для возврата контактов в исходное положение.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства в сеть питания однополупериодное напряжение через диод 8, резисторы 1, 2 и диод 4 поступает на конденсатор 5 интегрирующей RC-цепи, заряжая его. Конденсатор 5 имеет возможность разряжаться только через высокоомное сопротивление 7. В условиях наличия в сети питания напряжения ниже допустимого уровня пороговый элемент 10 не открывается, при этом светодиод не светится, контакты 18 не переключаются и потребитель может быть подключен к устройству.

В случае наличия в сети питания напряжения выше допустимого уровня напряжение на конденсаторе 5 превышает напряжение отпирания порогового элемента 10, последний открывается и напряжение через резистор 11 поступает на управляющий электрод исполнительного элемента 13, открывая его. Вследствие этого включается катушка 14 электромагнитного переключателя, контакт 18 которого переключается, обесточивая потребитель и подключая цепь сигнализации со светодиодом 16 к сети питания.

Для повторного включения потребителя в сеть необходимо отключить потребитель и нажать кнопку 19.

Устройство может быть эффективно использовано для автоматического отключения дорогостоящих и критичных к изменению амплитуды напряжения потребителей, например холодильников, телевизоров, аудио- или видеоаппаратуры, кондиционеров, электродвигателей и других от питающей сети.

Наиболее широкое применение устройство имеет в садоводствах и сельской местности, а также в жилых массивах и промышленных предприятиях, где имеют место колебания амплитуды напряжения выше допустимого уровня.

Устройство работает в импульсном режиме и не требует большого энергопотребления в режиме работы потребителя.

Испытания экспериментальных образцов показали положительные результаты.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТИ ПИТАНИЯ, содержащее входные выводы для подключения к сети питания, выходные выводы для подключения к потребителю, исполнительный элемент в виде электромагнитного переключателя с переключающими контактами, последовательно с катушкой которого включен токоограничивающий элемент, а также пороговый орган, отличающееся тем, что параллельно выводам сети питания через диод включен резистивный делитель с переменным резистором, а последовательно катушке исполнительного элемента дополнительно включен реагирующий орган в виде тиристора, управляющий электрод которого через резистор соединен с пороговым элементом, схема управления которым включена между анодом порогового элемента, переменным резистором делителя и катодом тиристора и состоит из двух последовательно включенных диодов и интегрирующей RC-цепи, при этом катод тиристора и резистивный делитель соединены с выводами сети питания через размыкающий контакт исполнительного элемента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем параллельно выводам сети питания через диод и замыкающий контакт электромагнитного переключателя включена цепь индикации со светодиодом.

РИСУНКИ

Рисунок 1