5. Защита электронных устройств от перенапряжения
Для защиты радиоэлектронного оборудования традиционно применяют плавкие предохранители. Обычно в них используют тонкие неизолированные проводники калиброванного сечения, рассчитанные на заданный ток перегорания. Наиболее надежно эти приспособления работают в цепях переменного тока повышенного напряжения. С понижением рабочего напряжения эффективность их применения снижается. Обусловлено это тем, что при перегорании тонкой проволоки в цепи переменного тока возникает дуга, распыляющая проводник. Предельным напряжением, при котором может возникнуть такая дуга, считается напряжение 30…35 6. При низковольтном питании происходит просто плавление проводника. Процесс этот занимает более продолжительное время, что в ряде случаев не спасает современные полупроводниковые приборы от повреждения.
Тем не менее, плавкие предохранители и поныне широко используют в низковольтных цепях постоянного тока, там, где от них не требуется повышенное быстродействие.
Там, где плавкие предохранители не могут эффективно решить задачу защиты радиоэлектронного оборудования и приборов от токовых перегрузок, их можно с успехом использовать в схемах защиты электронных устройств от перенапряжения.
Метод защиты аппаратуры от перенапряжения за счет принудительного пережигания предохранителя, конечно, не является идеальным, но получил достаточно широкое распространение благодаря своей простоте и надежности. При использовании этого метода и выбора оптимального варианта защиты стоит учитывать, насколько быстродействующим должен быть автомат защиты, стоит ли пережигать предохранитель при кратковременных бросках напряжения или ввести элемент задержки срабатывания. Желательно также ввести в схему индикацию факта перегорания предохранителя.
Простейшее защитное устройство [4.1], позволяющее спасти защищаемую радиоэлектронную схему, показано на рис. 4.1. При пробое стабилитрона включается тиристор и шунтирует нагрузку, после чего перегорает предохранитель. Тиристор должен быть рассчитан на значительный, хотя и кратковременный ток. В схеме совершенно не допустимо использование суррогатных предохранителей, поскольку в противном случае могут одновременно выйти из строя как защищаемая схема, так и источник питания, и само защитное устройство.
Рис. 4.1. Простейшая защита от перенапряжения
Рис. 4.2. Помехозащищенная схема защиты нагрузки от превышения напряжения
Усовершенствованная схема защиты нагрузки от превышения напряжения, дополненная резистором и конденсатором [4.2], показана на рис. 4.2. Резистор ограничивает предельный ток через стабилитрон и управляющий переход тиристора, конденсатор снижает вероятность срабатывания защиты при кратковременных бросках питающего напряжения.
напряжения питания, что нередко бывает при неисправности генератора в автомобиле [4.3].
При правильной полярности и номинальном напряжении питания диод VD1 и тиристор VS1 закрыты, и ток через предохранитель FU1 поступает на выход устройства.
Рис. 4.3. Схема защиты радиоаппаратуры с индикацией аварии
Если полярность обратная, то диод VD1 открывается, и сгорает предохранитель FU1. Лампа EL1 загорается, сигнализируя об аварийном подключении.
При правильной полярности, но входном напряжении, превышающем установленный уровень, задаваемый стабилитронами VD2 и VD3 (в данном случае — 16 Б), тиристор VS1 открывается и замыкает цепь накоротко, что вызывает перегорание предохранителя и зажигание аварийной лампы EL1.
Элементы ГТЛ-логики обычно работоспособны в узком диапазоне питающих напряжений (4,5…5,5 Б). Если аварийное снижение питающего напряжения не столь опасно для «здоровья» микросхем, то повышение этого напряжения совершенно недопустимо, поскольку может привести к повреждению всех микросхем устройства.
На рис. 4.4 приведена простая и довольно эффективная схема защиты 7777-устройств от перенапряжения, опубликованная в болгарском журнале [4.4]. Способ защиты предельно прост: как только питающее напряжение превысит рекомендуемый уровень всего на 5% (т.е. достигнет величины 5,25 Б) сработает пороговое устройство и включится тиристор. Через него начинает протекать ток короткого замыкания, который пережигает плавкий предохранитель FU1. Разумеется, в качестве предохранителя нельзя использовать суррогатные предохранители, поскольку в таком случае может выйти из строя блок питания, защищающий схему тиристор, а затем и защищаемые микросхемы.
Рис. 4.4. Схема защиты микросхем ТТЛ от перенапряжения
Рис. 4.5. Схема устройства защиты от перенапряжения, работающего на переменном и постоянном токе
Схема устройства, которое в случае аварии в электросети защитит телевизор, видеомагнитофон, холодильник и т.д. от перенапряжения, приведена на рис. 4.5 [4.5].
Напряжение срабатывания защиты определяется падением напряжения на составном стабилитроне VD5+VD6 и составляет 270 Б.
Схема работает следующим образом. При напряжении в сети до 270 В стабилитроны VD3, VD4 закрыты. Также закрыты и тиристоры VS1, VS2. При действующем напряжении более 270 В открываются стабилитроны VD3, VD4, и на управляющие электроды тиристоров VS1, VS2 поступает открывающее напряжение. В зависимости от полярности полупериода сетевого напряжения ток проходит либо через тиристор VS1, либо через VS2. Когда ток превышает 10 А, срабатывают автоматические выключатели (пробки, плавкие предохранители), отключая электроприборы от электросети. Нагрузка (на рисунке не показана) подключается параллельно тиристорам. Проверить работоспособность устройства можно с помощью ЛАТРа.
Устройство работоспособно и на постоянном токе.
Рис. 4.6. Схема релейного устройства защиты от перенапряжения с самоблокировкой
Устройство защиты от перенапряжения (рис. 4.6) выгодно отличается от предыдущих тем, что в нем не происходит необратимого повреждения элемента защиты [4.6]. Вместо этого при напряжении свыше 14,1 В пробивается цепочка стабилитронов VD1 — VD3, включается и самоблокируется тиристор VS1, срабатывает реле К1 и своими контактами отключает цепь нагрузки.
Восстановить исходное состояние устройства защиты можно только после вмешательства оператора — для этого следует нажать на кнопку SB1. Устройство также переходит в рабочий ждущий режим после кратковременного отключения источника питания. К числу недостатков данного устройства защиты относится его высокая чувствительность к кратковременным перенапряжениям.
Устройство (патент DL-WR 82992) [4.7], принципиальная схема которого приведена на рис. 4.7, может применяться для защиты нагрузки от недопустимо высокого выходного напряжения. В нормальных условиях транзистор VT1 работает в режиме, когда напряжение между его коллектором и эмиттером небольшое, и на транзисторе рассеивается небольшая мощность (ток базы определяется резистором R1). Сопротивление стабилитрона VD2 в этом случае большое и тиристор VS1 закрыт.
Рис. 4.7. Схема полупроводникового реле защиты нагрузки от перенапряжения
При возрастании напряжения на выходе устройства выше определенной величины через стабилитрон начинает протекать ток, который приводит к открыванию тиристора. Транзистор VT1 при этом закрывается, и напряжение на выходе устройства становится близко к нулю. Отключить защиту можно только отключением источника питания.
Описанное устройство должно включаться в выходную цепь стабилизаторов так, чтобы сигнал обратной связи подавался из цепи, расположенной за системой защиты. При номинальном выходном напряжении 12 В и токе 1 А в устройстве можно применить транзистор КТ802А, тиристор КУ201А — КУ201К, стабилитрон — Д814Б. Сопротивление резистора R1 должно быть 39 Ом (мощность рассеивания при отсутствии системы автоматики, отключающей стабилизатор от сети, составляет 10 Вт), R2 — 200 Ом, R3 — 1 кОм.
Допустим, у вас есть некое устройство, питаемое от внешнего аккумулятора. Для определенности скажем, от это LiIon или LiPo, часто используемые в квадракоптерах. При питании от внешнего источника всегда есть неплохие шансы сжечь устройство. Самый простой способ это сделать — перепутать полярность. Еще можно запитать устройство от блока питания и, случайно крутанув ручку, превысить допустимое напряжение. Давайте рассмотрим классическую схему, защищающую от таких ошибок при помощи компонентов общей стоимостью менее 5$.
Вот эти компоненты:
Компоненты были выбраны в предположении, что устройство может потреблять до 25 А тока. Если ваше устройство потребляет меньше, можно обойтись аналогичными компонентами, рассчитанными на меньший ток. Они обойдутся вам дешевле.
Схема защиты:
При нормальном питании устройства положенными 12-ю вольтами стабилитрон D1 имеет высокое сопротивление. Управляющий электрод тиристора D2 притянут к земле через резистор R1. Тиристор находится в закрытом состоянии. Диод D3 также закрыт, поскольку к нему приложено обратное напряжение. В итоге нагрузка получает питание.
Если напряжение питания превышает напряжение пробоя стабилитрона, ток через стабилитрон резко возрастает. Тиристор переходит в открытое состояние. Фактически, происходит короткое замыкание. В результате предохранитель перегорает и цепь размыкается. При нарушении полярности питания к диоду D3 прикладывается прямое напряжение и диод становится открыт. Опять-таки, происходит КЗ и сгорает предохранитель. Таким образом, цепь защищается как от перенапряжения, так и от переполюсовки.
Примечание: Как вариант, для защиты от переполюсовки вместо диода можно использовать МОП-транзистор. Этот способ ранее был описан в посте Шпаргалка в картинках по использованию MOSFET’ов.
Интересно, что устройство, собранное по приведенной схеме, можно сделать очень компактным. Вид спереди (без предохранителя):
Вид сзади:
Такую конструкцию можно упаковать в термоусадку и поместить прямо в корпус устройства, если в нем имеется немного свободного места. Предохранитель имеет смысл поместить не в корпус, а снаружи, на кабеле питания. Так будет легче заменять сгоревший предохранитель. Само собой разумеется, можно разместить все компоненты защиты и на кабеле. Если не вскрывать корпус, вы сохраните гарантию на устройство.
Схема была протестирована на стабилизаторе LM7805, светодиоде и резисторе в роли нагрузки, а также лабораторном блоке питания и LiPo аккумуляторе 3S в роли источников питания. Защита продемонстрировала безотказную работу во всех сценариях. В моем случае защита от перенапряжения срабатывала при 15.8 В. При необходимости, защиту можно настроить на любое напряжение, подобрав подходящий стабилитрон.
Такая вот простенькая, но надежная схема. Само собой разумеется, никакого срыва покровов здесь нет, поскольку приведенную схему можно найти в каждой второй книжке по электронике.
Метки: Электроника.
В статье мы расскажем как собрать самодельное устройство защиты от перенапряжения, объясним принцип работы и покажем схему данного устройства.
Сетевое перенапряжение
Скачок напряжения сети переменного тока может быть определен как мгновенное повышение напряжения, которое обычно может происходить из-за колебаний напряжения. Такие пики напряжения могут сохраняться в течение очень короткого промежутка времени, но все же могут быть смертельно опасными для бытового электрического и электронного оборудования.
Повышение напряжения в соответствии с законом Ома вынудит устройство или подключенную нагрузку потреблять эквивалентную избыточную величину тока за пределами диапазона допуска конкретного гаджета. Таким образом, всплеск, вызванный скачком напряжения, может мгновенно и навсегда повредить ценные приборы.
Обычно электронные устройства, такие как телевизоры, музыкальные системы и т. Д., Как правило, подвержены опасности таких скачков напряжения. Несмотря на то, что они в основном оснащены встроенными системами защиты, такими как стабилизатор / регулятор напряжения SMPS, предохранители и т. Д., Внезапный толчок, вызванный всплеском, возникающим из-за скачка напряжения, может привести к сгоранию критических частей. Также весьма тревожно, что дорогие электромеханические устройства, такие как холодильники, кондиционеры, водяные насосы и т. Д., Подвергаются еще большему риску при таких нарушениях питания. Эти устройства могут быть весьма уязвимы к сбоям напряжения и обычно «не любят» резких изменений входных напряжений и токов. Скачок напряжения не только вызывает ухудшение состояния компонентов машины, но иногда может даже мгновенно обжечь обмотки соответствующего двигателя. Более того, ремонт такого оборудования довольно дорогостоящий, и можно даже предпочесть покупку нового, чем ремонт при высоких затратах. Короче говоря, последствия могут привести к ненужным потерям денег и времени.
На рынке может быть несколько сложных сетевых устройств защиты от перенапряжений; однако вышеупомянутая ситуация может быть эффективно решена даже с помощью очень простой концепции.
Описание цепи
ВНИМАНИЕ: ЦЕПЬ, ПРЕДСТАВЛЕННАЯ ЗДЕСЬ, НАХОДИТСЯ НА ПОТЕНЦИАЛЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ПОЭТОМУ ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО ДОТРАГИВАТЬСЯ К ПЕРЕКЛЮЧЕННОЙ ПОЗИЦИИ. РЕКОМЕНДУЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ДЕРЕВЯННУЮ ПЛАНКУ ПОД ВАШИМИ НОГАМИ. Новички, пожалуйста, держитесь подальше.
Мы знаем, что свойство металлического железа проводить электричество не очень хорошее по сравнению с некоторыми другими электрическими проводниками, такими как алюминий и медь.
Теперь, если мы пойдем по закону Ома, мы обнаружим, что сопротивление проводника и тока, проходящего через него, прямо пропорционально приложенному напряжению, подразумевается, что по мере увеличения напряжения ток также увеличивается, а в случае железа в качестве проводника — увеличение тока через это заставило бы его действовать пропорциональное количество растущего сопротивления против него. Это противоположное сопротивление железа поможет устранить опасные всплески внезапных колебаний напряжения.
Давайте подробно разберемся в схеме и в ее деталях.
Обращаясь к схеме, C1, R1, D1, D2 и D3 вместе образуют твердотельный источник питания без трансформатора. D1 и D2 эффективно удаляют переходные напряжения входного напряжения, создавая безопасное напряжение для предыдущих электронных компонентов. C2 делает все остальное, отфильтровывая любые остаточные помехи переменного тока.
Вышеупомянутое напряжение подается в цепь, в основном включающую транзисторы T1, T2 и симистор TR1 в качестве активных компонентов.
Предварительная установка P1 регулируется таким образом, что T1 просто начинает проводить с пороговым значением напряжения (DC), которое может быть эквивалентным приложенному сетевому переменному току. Например, предположим, что при нормальном напряжении вход постоянного тока в Т1 составляет около 9 вольт, увеличение на 25% сети переменного тока приведет к увеличению потенциала постоянного тока пропорционально примерно до 11,25. Таким образом, здесь P1 можно установить так, чтобы T1 просто проводил на этом пороге.
Обычно, пока T1 выключен, T2 остается включенным и подает требуемое напряжение затвора на симистор TR1. В течение этого времени сетевое напряжение к приборам подается через TR1, и оно получает полное нормальное входное напряжение без каких-либо ограничений, R5 остается неактивным.
Если случайно входной сигнал выходит за пределы установленного порога, как объяснено выше, T1 проводит, T2 выключается и симистор так же выключается, отключая нормальное неограниченное электропитание переменного тока для нагрузки или приборов. Однако в этот момент происходит интересная вещь: нагрузку начинает получать переменный ток через R5, который является резистором низкого значения, состоящим из железной катушки.
Внедрение R5 мгновенно устраняет опасно растущее напряжение, гарантируя, что приборы не будут повреждены. Также переход плавный, безопасный и без перерывов.
В соответствии с максимальной нагрузкой на дом, R5 должен иметь соответствующие размеры.
Эта простая и недорогая конструкция цепи сетевого фильтра очень эффективна, безопасна, проста в сборке и поэтому должна быть встроена в каждый дом.
УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ
Рекомендуется собрать несложное устройство защиты от перенапряжения, позволяющее обезопасить работу низковольтных схем. Мы рассмотрим простые схемы защиты нагрузки от повышенного напряжения, которое может появиться на выходе блока питания при его неисправности. Первая схема построена на тиристоре.
При номинальном напряжении питания стабилитрон VD1 заперт. Соответственно, в непроводящем (выключенном) состоянии находится и тиристор VS1. Как только входное напряжение превысит уро¬вень, определяемый напряжением «пробоя» стабилитрона VD1, он отпирается и открывает тиристор VS1. Тот закорачивает шины питания, и за счет этого перегорает предохранитель FU1. Тогда пьезоизлучатель со встроенным генератором НА1 начинает сигнализировать об аварии. Соглашаясь с автором по принципу работы основной схемы, хочу высказать свои сомнения по поводу индикации. Ток через пьезоизлучатель НА1 носит импульсный характер, т.е. периодически существуют моменты, когда ток в цепи НА1 ничтожно мал, поскольку внутренний генератор НА1 выполнен на МОП-транзисторах. У тиристоров есть такой параметр, как минимальный ток удержания. Если ток через открытый тиристор становится меньше некоторого значения, тиристор закрывается (переходит в непроводящее состояние). Естественно, чем мощнее используется тиристор, тем больший ток удержания он имеет. Экспериментально проверено, что указанные на рис.1 тиристоры типа КУ202 не могут обеспечить работу пьезоизлучателя НА1 типа КР1-4332-12 (и аналогичных) в схеме. После перегорания предохранителя FU1 тиристор VS1 запирается. Но выход прост: достаточно зашунтировать излучатель НА1 резистором, как это изображено на рис.3.
По сравнению с базовой схемой (рис.1) количество элементов не изменилось, просто резистор R1 перенесен в другую цепь. Шунтирование входа блока защиты резистором, как это было сделано, вряд ли оправдано. Схеме на рис.2 присущ аналогичный недостаток. При срабатывании защиты и перегорании предохранителя FU1 относительно большое сопротивление излучателя НА1, включаемое последовательно со стабилитроном VD1, приводит к размыканию «контактов» 4-6 оптореле VU1. Повторного включения светодиода оптореле не произойдет, а излучатель НА1 не будет подавать звуковых сигналов. Выход из положения — изменить включение резистора R1, как это сделано на рис.4.
При исправном предохранителе FU1 R1 практически не влияет на работу схемы. Но как только перегорит предохранитель, ток излучателя НА1 и светодиода HL1 будет протекать именно через этот резистор. Индикаторный светодиод HL1 будет светиться только после перегорания предохранителя FU1. Добавленный диод VD2 в обеих схемах исключает протекание тока через нагрузку после перегорания предохранителя. Этот диод в схеме на рис.3 должен выдерживать такой же ток, как и использованный тиристор VS1, а в схеме на рис.4 может быть маломощным, например, типа КД522. Существенным моментом всех схем является выбор типа стабилитрона VD1. Если взять стабилитрон на 15 В, то считая, что для отпирания тиристора VS1 (рис.3) или засветки излучающего светодиода оптопары VU1 (рис.4) необходимо напряжение не менее 1,5 В, получаем выходное напряжение блока питания, при котором срабатывают описанные схемы защиты, не менее 16,5 В. Включение последовательно со стабилитроном VD1 балластного сопротивления еще более повышает порог срабатывания защиты. Поэтому в каждом случае, когда задается напряжение срабатывания защиты, необходимо выбирать соответствующий тип стабилитрона VD1 (с конкретным напряжением стабилизации). Например, если требуется, чтобы защита сработала при напряжении 11… 12 В, необходим стабилитрон с напряжением стабилизации порядка 9,5… 10 В. Это может быть, например, Д814В или аналогичные. Учитывая кратковременность протекания тока через резистор R2 в схеме на рис.3, его допустимая мощность рассеивания может быть значительно снижена.
Не следует забывать, что и тиристоры, и оптореле — очень быстродействующие элементы, чего нельзя сказать о плавких предохранителях. На их пережигание требуется относительно большое время. В зависимости от превышения тока через предохранитель по сравнению с его номинальным, время перегорания плавкой вставки может колебаться от долей секунды до нескольких секунд. Зависимость времени срабатывания предохранителя от силы тока через него — один из основных параметров предохранителя. К сожалению, эта зависимость для большинства типов предохранителей широкой массе радиолюбителей неизвестна. Может получиться так, что предохранитель в схеме защиты перегорит, но за такое время, которого, увы, хватит тиристору или оптореле, чтобы «расстаться с жизнью» (если использовать тиристоры или оптореле без ограничения максимального тока через них). Как выход из положения, на рис.4 показан защитный резистор R3. Его сопротивление определяется, исходя из максимально допустимого тока через защитный элемент (тиристор или оптореле) и максимально допустимого напряжения. Аналогичный резистор стоит предусмотреть и в схеме на рис.3.
СХЕМА УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ
СХЕМА УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ
Продолжение темы самодельных устройств защиты аппаратуры от превышения сетевого напряжения. Предлагаю очередную испытанную схему защитного устройства. Простота данной конструкции обусловлена тем, что отключение нагрузки происходит только в случае превышения сетевого напряжения выше заданного значения. Для того, чтобы автомат отключал приборы и при понижении напряжения сети, есть более сложные схемы. Но считаю, что низкое сетевое напряжение не приносит столько проблем, сколько высокое, поэтому можно не усложнять конструкцию и реализовать её на одном транзисторе и симисторе. Схема из журнала радиолюбитель.
В данной схеме выключение сети производится симистором. Отпирание симистора производится транзистором, подающим на управляющий электрод отрицательное относительно катода напряжение. Резистор R5 ограничивает ток управления, облегчая режим работы транзистора. В качестве источника опорного и управляющего напряжений используется параметрический стабилизатор, образованный элементами VD1, R1,C1, дополненный однополупериодным выпрямителем на диоде VD2. С этого выпрямителя снимается нестабилизированное однополярное напряжение, используемое для управления транзистором при изменениях напряжения сети. При нормальном напряжении сети, напряжение на делителе R2-R4-C2 и, соответственно, на базе транзистора ниже, чем стабилизированное напряжение на эмиттере. Соответственно, транзистор открыт, и симистор пропускает напряжение фазы к потребителю.
По мере увеличения напряжения сети, напряжение на резистивном делителе возрастает, и в какой-то момент времени становится равным напряжению на эмиттере. Эмиттерный ток транзистора уменьшается до нуля, транзистор и симистор запираются, а напряжение перестаёт поступать к нагрузке. Для более резкого переключения, в схеме присутствует цепь положительной обратной связи R3, VD3, R6. Ток, протекающий через нее при запирании симистора, суммируется с током резистора R2, дополнительно повышая напряжение на делителе R2-R4-C2, обеспечивая тем самым более надежное выключение транзистора.
Устройство защиты собирал навесным монтажом. Резистор R2 определяет напряжение отключения нагрузки: чем больше номинал – тем выше напряжение. Резистор R3 определяет напряжение гистерезиса: чем меньше номинал – тем шире разброс между напряжениями включения и выключения. Номинал резистора R5 необходимо уменьшать в случае неустойчивого включения симистора. Симистор устанавливается на теплоотвод площадью 100 см2. В качестве него можно использовать симистор с рабочим напряжением более 400 В и током порядка 10 А (ТС106-10-5, ТС112-10-5, ТС125-10-5). В качестве транзистора подойдет любой n-p-n транзистор с током коллектора более 0.1 А. Диоды VD2, VD3 – низкочастотные выпрямительные диоды с обратным напряжением 400 В.
В устройстве можно использовать и более мощные симисторы с рабочими токами до 50 А. При этом следует вдвое уменьшить сопротивления резисторов R1 и R5, соответственно увеличив мощность R1 до 20 Вт, и заменить транзистор на мощнее, с током коллектора более 0.3 А. Настройку устройства защиты аппаратуры можно проводить с помощью аналога автотрансформатора.
Если чего не понятно – вопросы задавайте на ФОРУМЕ Схемы блоков питания
В техподдержке интернет-магазина «АСберг АС» клиенты часто задают вопросы о том как защитить дом от перепадов напряжения, что такое устройства защиты от перенапряжения, какие они бывают и как их подбирать. Класс продукции УЗИП известен покупателям значительно меньше чем автоматические выключатели или УЗО и игнорирование защиты от перенапряжения часто служит причиной пожаров и выхода из строя дорогостоящего электронного оборудования в частных домах. Хотелось бы восполнить этот пробел в знаниях покупателей и рассказать более подробно о том, что такое УЗИП, для чего он нужен и как его подобрать.
УЗИП: особенности выбора и применения
Даже кратковременные импульсные броски напряжения, в несколько раз превышающие номинальное, могут нанести непоправимый ущерб дорогостоящей электротехнике и электронике, а то и стать причиной пожара. Перенапряжение в сетях может возникать из-за грозы, аварий или переходных процессов. Например, импульсные перенапряжения могут стать следствием попадания молнии в систему молниезащиты или линию электропередач, переключения мощных индуктивных потребителей, таких как электродвигатели и трансформаторы, коротких замыканий.
Что такое УЗИП и для чего оно нужно?
Широкое распространение получили УЗИП с быстросъемным креплением для установки на DIN-рейку
Ограничитель перенапряжения в электроустановках напряжением до 1 кВ называют устройством защиты от импульсных перенапряжений — УЗИП. Устройства защиты от импульсных перенапряжений — как раз и призваны защитить электрооборудование от подобных ситуаций. Они служат для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсов тока на землю, снижения амплитуды перенапряжения до уровня, безопасного для электрических установок и оборудования. УЗИП применяются как в гражданском строительстве, так и на промышленных объектах.
Основной российский документ, определяющий, что такое УЗИП, это ГОСТ Р 51992-2002, «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах».
УЗИП призваны обеспечить защиту от ударов молнии в систему молниезащиты здания (объекта) или воздушную линию электропередач (ЛЭП), защитить высокочувствительное оборудование и технику от импульсных перенапряжений и коммутационных бросков питания. Широкое распространение получили УЗИП с быстросъемным креплением для установки на DIN-рейку.
Аппараты защиты от импульсных напряжений включают в себя устройства нескольких категорий:
| Тип устройства | Для чего предназначено | Где применяется |
|---|---|---|
| I класс | Для защиты от непосредственного воздействия грозового разряда. Защищают от импульсов 10/350 мкс: попадание молнии в систему внешней молниезащиты и попадание молнии в линию электропередач вблизи объекта. Амплитуда импульсных токов с крутизной фронта волны 10/350 мкс находится в пределах 25-100 кА, длительность фронта волны достигает 350 мкс. | Устанавливаются на вводе питающей сети в здание (ВРУ/ГРЩ). Данными устройствами должны укомплектовываться вводно- распределительные устройства административных и промышленных зданий и жилых многоквартирных домов. |
| II класс | Обеспечивают защиту от перенапряжений, вызванных коммутационными процессами, а также выполняющие функции дополнительной молниезащиты. Предназначены для защиты от импульсов 8/20 мкс. Они защищают от ударов молнии в ЛЭП, от переключений в системе электроснабжения. Амплитуда токов — 15-20 кА. | Монтируются и подключаются к сети в распределительных щитах. Служат дополнительной защитой от импульсов, которые не были полностью нейтрализованы УЗИП I класса. |
| III класс | Для защиты от импульсных перенапряжений, вызванных остаточными бросками напряжений и несимметричным распределением напряжения между фазой и нейтралью. Также работают в качестве фильтров высокочастотных помех. Предназначены для защиты от остаточных импульсов 1,2/50 мкс и 8/20 мкс импульсов после УЗИП I и II классов. | Используются для защиты чувствительного электронного оборудования, поблизости от которого и устанавливаются. Характерные области применения — ИТ- и медицинское оборудование. Также актуальны для частного дома или квартиры — подключаются и устанавливаются непосредственно у потребителей. |
Конструкция УЗИП постоянно совершенствуется, повышается их надежность, снижаются требования по техническому обслуживанию и контролю.
Как работает УЗИП?
УЗИП устраняет перенапряжения:
- Несимметричный (синфазный) режим: фаза — земля и нейтраль — земля.
- Симметричный (дифференциальный) режим: фаза — фаза или фаза — нейтраль.
В несимметричном режиме при превышении напряжением пороговой величины устройство защиты отводит энергию на землю. В симметричном режиме отводимая энергия направляется на другой активный проводник.
Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S. В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП. В нем нет контакта для подключения нулевого проводника.
Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S. В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП.
В нем нет контакта для подключения нулевого проводника
В разрядниках при воздействии грозового разряда в результате перенапряжения пробивает воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы с заземляющим контуром, и импульс высокого напряжения уходит в землю. В вентильных разрядниках гашение высоковольтного импульса в цепи с искровым промежутком происходит на резисторе.
УЗИП на основе газонаполненных разрядников рекомендуется к применению в зданиях с внешней системой молниезащиты или снабжаемых электроэнергией по воздушным линиям.
В варисторных устройствах варистор подключается параллельно с защищаемым оборудованием. При отсутствии импульсных напряжений, ток, проходящий через варистор очень мал (близок к нулю), но как только возникает перенапряжение, сопротивление варистора резко падает, и он пропускает его, рассеивая поглощенную энергию. Это приводит к снижению напряжения до номинала, и варистор возвращается в непроводящий режим.
УЗИП имеет встроенную тепловую защиту, которая обеспечивает защиту от выгорания в конце срока службы. Но со временем, после нескольких срабатываний, варисторное устройство защиты от перенапряжений становится проводящим. Индикатор информирует о завершении срока службы. Некоторые УЗИП предусматривают дистанционную индикацию.
Как выбрать УЗИП?
При проектировании защиты от перенапряжений в сетях до 1 кВ, как правило, предусматривают три уровня защиты, каждая из которых рассчитана на определенный уровень импульсных токов и форму фронта волны. На вводе устанавливаются разрядники (УЗИП класса I), обеспечивающие молниезащиту. Следующее защитное устройство класса II подключается в распределительном щите дома. Оно должно снижать перенапряжения до уровня, безопасного для бытовых приборов и электросети. В непосредственной близости от оборудования, чувствительного к броскам в сети, можно подключить УЗИП класса III. Предпочтительнее использовать УЗИП одного вендора.
Для координации работы ступеней защиты устройства должны располагаться на определенном расстоянии друг от друга — более 10 метров по питающему кабелю. При меньших дистанциях требуется включение дросселя, возмещающего недостающие активно-индуктивные сопротивления проводов. Также рекомендуется защищать УЗИП с помощью плавких вставок.
При каскадной защите требуется минимальный интервал 10 м между устройствами защиты.
При каскадной защите требуется минимальный интервал 10 м между устройствами защитыКлассы УЗИП не являются унифицированными и зависят от конкретной страны. Каждая строительная организация может ссылаться на один из трех классов испытаний. Европейский стандарт EN 61643-11 включает определенные требования по стандарту МЭК 61643-1. На основе МЭК 61643 создан российский ГОСТ Р 51992.
Оценка значимости защищаемого оборудованияНеобходимость защиты, экономические преимущества устройств защиты и соответствующие устройства защиты должны определяться с учетом факторов риска: соответствующие нормы прописаны в МЭК 62305-2. Критерии проектирования, монтажа и техобслуживания учитываются для трех отдельных групп:
| Группа | Что включает | Где определяется |
|---|---|---|
| Первая | Меры защиты для минимизации риска ущерба имуществу и вреда здоровью людей | МЭК 62305-3 |
| Вторая | Меры защиты для минимизации отказов электрических и электронных систем | МЭК 62305-4 |
| Третья | Меры защиты для минимизации риска ущерба имуществу и отказов инженерных сетей (в основном электрические и телекоммуникационные линии) | МЭК 62305-5 |
Оценка риска воздействия на объектНормы установки молниезащитных разрядников прописаны в международном стандарте МЭК 61643-12 (принципы выбора и применения). Несколько полезных разделов содержит международный стандарт МЭК 60364 (электроустановки зданий):
- МЭК 60364-4-443 (защита для обеспечения безопасности). Если установка запитывается от воздушной линии или включает в себя такую линию, должно предусматриваться устройство защиты от атмосферных перенапряжений, если грозовой уровень для рассматриваемого объекта соответствует классу внешних воздействий AQ 1 (более 25 дней с грозами в год).
- МЭК 60364-4-443-4 (выбор оборудования установки). Этот раздел помогает в выборе уровня защиты для разрядника в зависимости от защищаемых нагрузок. Номинальное остаточное напряжение устройств защиты не должно превышать выдерживаемого импульсного напряжения категории II.
Выбор оборудования по МЭК 6036В качестве первой ступени лучше применять УЗИП на базе разрядников без съемного модуля. Вряд ли вам удастся найти варисторное устройство с номинальным током Iimp более 20 кА. Шкаф, в котором установлено УЗИП такого типа, должен быть из несгораемого материала.
Важнейшим параметром, характеризующим УЗИП, является уровень напряжения защиты Up. Он не должен превышать стойкость электрооборудования к импульсному напряжению. Для УЗИП I-го класса Up не превышает 4 кВ. Уровень напряжения защиты Up для устройств II-го класса не должен превышать 2,5 кВ, для III-го класса — 1,5 кВ. Это тот уровень, который должна выдерживать техника.
Ещё несколько важных параметров, которые необходимо знать для выбора УЗИП. Максимальное длительное рабочее напряжение Uc — действующее значение переменного или постоянного тока, которое длительно подаётся на УЗИП. Оно равно номинальному напряжению с учетом возможного завышения напряжения в электросети.
Минимальное требуемое значение Uc для УЗИП в зависимости от системы заземления сетиНоминальный ток нагрузки IL — максимальный длительный переменный (действующее значение) или постоянный ток, который может подаваться к нагрузке. Этот параметр важен для УЗИП, подключаемых в сеть последовательно с защищаемым оборудованием. УЗИП обычно подключаются параллельно цепи, поэтому данный параметр у них не указывается.
Выбор защитной аппаратуры: чувствительное оборудование и оборудование здания 
Выбор защитной аппаратуры: бытовая техника и электроника 
Выбор защитной аппаратуры: производственное оборудование 
Выбор защитной аппаратуры: ответственное оборудованиеСегодня многие крупные потребители электрической энергии с успехом используют на территории России высококачественные элементы УЗИП. Положительные результаты испытаний и эффективность применения УЗИП в России позволяют говорить о том, что их использование в российских условиях выгодно и удобно. Остается подобрать нужную модель устройства и установить ее на объекте.
Защита от перенапряжения электронных схем
Защита от перенапряжения электронных устройств
Защита от перенапряжения электронных схем — если пройтись по радио-рынкам, то там можно увидеть огромное количество всевозможных устройств защищающих бытовые приборы от бросков сетевого напряжения.
Эффективное быстродействие
Увы, большинство из них имеют существенный недостаток, а именно: незначительное по быстроте срабатывание, особенно если коммутация выполняется через электромагнитное реле. Помимо этого, нет функции мягкого включения, после того, как сработала система защиты от резкого перепада напряжения. А вот как раз такие нюансы очень полезны, в особенности это актуально для импульсных источников питания установленных в приборах бытовой технике.
Здесь мы предлагаем к повторению рабочую схему прибора защиты, которое не имеет выше перечисленных недоработок и обладает высоким быстродействием. Принцип ее работы такой: при увеличении напряжения свыше указанных значений (минимальный порог устанавливается подстроечным резистором R4, а максимальный — подстроечным сопротивлением R6) включается легендарный прибор установки интервалов времени NE555P, это одна из самых популярных интегральных микросхем.
Принцип работы защиты
Далее, на третьем выводе таймера создается малый уровень напряжения, светодиод зеленого свечения VD6 начинает погасать, симметричный тиристор (симистор) ТС106, рассчитанный на 10А 600В, разъединяет нагрузку. Малый уровень на седьмом выводе NE555P NE555P дает команду счетчику выполненному на микросхеме К176ИЕ5.
И тот, в свою очередь начинает работать, по существу выполняя действия дублирующего счетчика времени, то-есть формирует задержку включения нагрузки на определенное время. Длительность задержки определяется значением цепи R14 — C6, указанные в схеме номиналы этой цепочки, определяют задержку в пределах четырех минут.
По истечении четырех минут через дифференциальный тракт С5 R15 и Т2 появляется мгновенный импульсный сигнал, дающий команду сброса таймеру NE555P. И в случае нормализации сетевого напряжения, на третьем выводе таймера появится высокое значение уровня.
При этом начнет светится зеленый светодиод, а симметричный тиристор ТС106 включится и соединит цепь с нагрузкой. В случае сохранения нестабильного сетевого напряжения, через четыре минуты весь цикл повторится. Такое действие будет происходить до того момента, пока напряжение электросети не придет в норму.
Простота в сборке и наладке
Светодиод красного свечения VD7 сигнализирует о начале работы таймера на микросхеме К176ИЕ5. Если нет никаких проблем, то он будет мигать в промежутке двух-трех секунд.
Что касается комплектующих для этой схемы, то защита от перенапряжения специальных требований не имеет, разве, что некоторые исключения: постоянный резистор R2 должен выдерживать мощность не менее 1 Вт, емкость C3 должна иметь наименьший ток утечки. Симисторный оптрон VD9 МОС 3022, в случае необходимости можно заменять на МОС 3020-3062. Емкость С1 должна быть с рабочим напряжением 400v или более.
С помощью симистора ТС-106 можно подключать нагрузку рассчитанную на рабочий ток 10А, естественно ТС106 должен быть установлен на подходящем теплоотводе. При необходимости увеличения рабочего ток для модуля защиты, то в таком случае нужно увеличить и мощность симистора, можно поставить больший по мощности ТС132.
Приведенная здесь схема защиты от перенапряжения, способна работать в круглосуточном режиме без каких либо проблем. Единственное, что ей не нравится, так это короткого замыкания в нагрузке. При начальном включении устройства через схему защиты, нагрузка будет подключена по прошествии четырех минут, а потом уже все будет работать на автомате.
Схема защиты от перенапряжения
Защитные цепи, такие как защита от обратной полярности, защита от короткого замыкания и защита от перенапряжения и напряжения, используются для защиты любого электронного устройства или цепи от любого непредвиденного сбоя. Обычно предохранитель или MCB используется для защиты от перенапряжения, здесь в этой схеме мы построим схему защиты от перенапряжения без использования предохранителя.
Защита от перенапряжения – это функции источника питания, которые отключают источник питания, когда входное напряжение превышает заданное значение.Для защиты от перенапряжения мы всегда используем схему защиты от перенапряжения или лома. Схема защиты от лома – это тип защиты от перенапряжения, который чаще всего используется в электронных цепях.
Существует много разных способов защиты вашей цепи от перенапряжения. Самый простой способ – подключить предохранитель со стороны входного питания. Но проблема в том, что это одноразовая защита, потому что, когда напряжение превышает заданное значение, провод внутри предохранителя сгорит и разорвёт цепь.Затем вы должны заменить поврежденный предохранитель на новый, чтобы снова выполнить подключение.
Здесь, в этой схеме, стабилитрон и биполярный транзистор используются для автоматической защиты от перенапряжения. Это можно сделать двумя способами,
1. Цепь стабилизатора напряжения стабилитрона: Этот метод регулирует входное напряжение и защищает цепь от перенапряжения путем подачи регулируемого напряжения, но не отключает выходную часть , когда напряжение превышает пределы безопасности .Мы всегда будем получать выходное напряжение, меньшее или равное номинальному значению стабилитрона.
2. Цепь защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона: Во втором методе защиты от перенапряжения, когда входное напряжение превышает заданный уровень, отключает выходную часть или нагрузку от цепи.
Схема стабилизатора напряжения стабилитрона
Регулятор напряжения Зенера защищает цепь от перенапряжения, а также регулирует входное напряжение питания.Принципиальная схема защиты от перенапряжения с использованием стабилизатора напряжения Зенера приведена ниже:
Предварительно установленное значение напряжения цепи является критическим значением, при превышении которого питание либо отключается, либо не допускает превышения напряжения этим значением. Здесь предустановленное значение напряжения является рейтингом стабилитрона. Мол, мы используем стабилитрон 5.1В, тогда напряжение на выходе не будет превышать 5.1В.
Когда выходное напряжение увеличивается, напряжение базового эмиттера уменьшается, из-за этого транзистор Q1 проводит меньше.Поскольку Q1 проводит меньше, это уменьшает выходное напряжение, следовательно, поддерживает постоянное выходное напряжение.
Выходное напряжение определяется как:
VO = VZ - VBE
Где,
VO – выходное напряжение
– напряжение пробоя стабилитрона
VBE – напряжение базы-эмиттера
Цепь защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона
Ниже приведена принципиальная схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона и PNP-транзистора. Эта схема отключает выход, когда напряжение превышает заданный уровень . Предварительно установленное значение является номинальным значением стабилитрона, подключенного к цепи. Вы даже можете изменить стабилитрон в соответствии с вашим подходящим значением напряжения. Недостатком схемы является то, что вы не можете найти точное значение стабилитрона, поэтому выберите тот, который имеет ближайший рейтинг к вашему заданному значению.
Требуемый материал
- FMMT718 PNP Транзистор – 2 шт. Стабилитрон
- 5.1V (1N4740A) – 1nos.
- резисторов (1 кОм, 2,2 кОм и 6,8 кОм) – 1nos. (каждый)
- макет
- Соединительные провода
Схема защиты от перенапряжения
Работа цепи защиты от перенапряжения
Когда напряжение меньше, чем предварительно установленный уровень , базовая клемма Q2 является высокой и, поскольку это транзистор PNP, она выключается.И когда Q2 находится в выключенном состоянии, базовая клемма Q1 будет НИЗКОЙ, и это позволяет току течь через него.
Теперь, когда напряжение превышает заданное значение , диод Зенера начинает проводить, который соединяет базу Q2 с землей и включает Q2. Когда Q2 включается, базовая клемма Q1 становится ВЫСОКОЙ, а Q1 включается, что означает, что Q1 ведет себя как открытый выключатель. Следовательно, Q1 не позволяет току течь через него и защищает нагрузку от превышения напряжения.
Теперь нам также необходимо учесть падение напряжения на транзисторах, оно должно быть низким для правильной точности схемы.Таким образом, мы использовали FMMT718 PNP-транзистор , которые показывают очень низкое значение насыщения VCE, из-за этого падение напряжения на транзисторах является низким.
Далее проверьте наши другие схемы защиты.
,Для удовлетворительной работы всех электрических и электронных устройств рекомендуется разрешать напряжение в установленных пределах. Колебания напряжения в электроснабжении, безусловно, оказывают неблагоприятное воздействие на подключенные нагрузки. Эти колебания могут быть перенапряжения и понижения напряжения, которые вызваны несколькими причинами, такими как скачки напряжения, молнии, перегрузки и т. Д. Перенапряжения являются напряжениями, которые превышают нормальные или номинальные значения, которые вызывают повреждение изоляции электрических приборов, что приводит к коротким замыканиям.Аналогичным образом, пониженное напряжение вызывает перегрузку оборудования, что приводит к мерцанию лампы и неэффективной работе оборудования. Таким образом, данная статья предназначена для предоставления схем защиты от пониженного и повышенного напряжения с различными структурами управления.
Повышенное или пониженное напряжениеЧтобы понять эту концепцию и понять ее лучше, необходимо пройти три различных типа схем защиты от повышенного напряжения, которые используют компараторы и таймеры.
1. Схема защиты от пониженного и повышенного напряжения с использованием компараторов
Эта схема защиты от напряжения предназначена для разработки механизма отключения при низком и высоком напряжении для защиты нагрузки от любых повреждений.Во многих домах и на промышленных предприятиях колебания в подаче переменного тока происходят часто. Электронные устройства легко повреждаются из-за колебаний. Чтобы преодолеть эту проблему, мы можем реализовать механизм отключения цепи защиты от пониженного / повышенного напряжения, чтобы защитить нагрузки от чрезмерного повреждения.
Блок-схема защиты от перенапряжения и пониженного напряженияРабота схемы
2. Схема защиты от перенапряжения и перенапряжения с использованием таймеров
Это еще одна схема защиты от перенапряжения и перенапряжения для разработки механизма защиты от низкого и высокого напряжения для защиты нагрузки от повреждение.Эта простая электронная схема использует таймеры вместо компаратора, как в приведенном выше случае, в качестве механизма управления. Сочетание этих двух таймеров обеспечивает вывод ошибки для переключения механизма реле, когда напряжение выходит за установленные пределы. Таким образом, он защищает приборы от неблагоприятного воздействия напряжения питания.
Защита от перенапряжения с использованием таймеровРабота схемы:
Это две разные цепи защиты от перенапряжения и пониженного напряжения. Обе схемы работают одинаково, но используемые компоненты имеют значение между ними.Эти схемы просты, дешевы и просты в реализации, и, следовательно, теперь вы сможете выбирать между этими двумя для лучшего и надежного управления с простотой реализации. Так что напишите свой выбор и для любой другой технической помощи по созданию схем электронных проектов в разделе комментариев ниже.
Photo Credits:
- Повышенное или пониженное напряжение статическим
- Схема защиты от перенапряжения с использованием компараторов от blogspot
- Схема защиты от перенапряжения с использованием таймеров с помощью электронных схем
с использованием стабилитрона
Как изготовить схему защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона?
Электрические схемы и компоненты, которые используются в наши дни, отдают большое предпочтение и время, чтобы сделать его максимально безопасным. Современные источники питания в наши дни очень надежны, но всегда есть вероятность отказа. Блок питания может выйти из строя во многих отношениях, но одна особенно тревожная возможность состоит в том, что элемент последовательного регулирования, т.е.е. транзистор или полевой транзистор могут выйти из строя таким образом, что он станет коротким замыканием. Это короткое замыкание элементов приводит к появлению очень большого напряжения в цепи, которая получает питание, что приводит к ужасному повреждению всего оборудования. Повреждение компонента и цепи в целом можно свести к минимуму или полностью устранить, предоставив схему защиты в виде защиты от перенапряжения .
Защита от короткого замыкания, защита от обратной полярности и защита от повышенного и пониженного напряжения – вот некоторые из схем защиты, которые используются для защиты любого электронного устройства или цепи от любых непредвиденных неисправностей.Как правило, плавкий предохранитель или MCB используется для защиты от перенапряжения, однако в этом проекте наша цель состоит в том, чтобы создать цепь, которая может работать лучше, чем плавкий предохранитель или MCB, и преодолеть ограничения большинства основных защитных устройств, упомянутых выше.
Защита от перенапряжения является характеристикой системы электропитания, которая так или иначе имеет дело с напряжением на стороне нагрузки, когда входное напряжение превышает предварительно установленное значение. В некоторых ситуациях, когда входное напряжение выше ожидаемого, мы всегда используем схему защиты от перенапряжения или лома.Схема защиты от лома является одной из наиболее часто используемых схем защиты от перенапряжения.
Блок питания может выйти из строя разными способами; аналогичным образом, существует много способов защиты цепи от перенапряжения. Самый простой способ – это подключить предохранитель на стороне источника питания. Но недостаток использования предохранителя состоит в том, что он является одноразовой защитой, потому что, когда напряжение превышает заданное значение, провод предохранителя перегорает, вызывая размыкание цепи. Тогда единственный способ возобновить работу цепи – это заменить предохранитель на новый и переделать всю цепь, относящуюся к предохранителю.
Случаи сбоя блока питания обычно наблюдаются, когда блок питания перестает работать и выходной сигнал отсутствует. Однако есть несколько редких случаев отказа, когда имеется короткое замыкание и на выходе могут появиться очень высокие напряжения. Для линейного регулятора мы можем взять пример очень простого стабилизатора на основе стабилитрона. Мы можем сделать более сложную схему для достижения лучших результатов, эти схемы используют ту же идею прохождения тока через транзистор.
Основным отличием является способ подачи напряжения регулятора на базу транзистора.Как правило, напряжение на входной стороне таково, что на элемент последовательного регулятора падает несколько вольт. Следовательно, это позволяет последовательному транзистору надлежащим образом регулировать выходное напряжение. Обычно такой транзистор попадает в состояние разомкнутой цепи, но при некоторых обстоятельствах транзистор может создавать короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Если это произойдет, то на выходе появится полное нерегулируемое входное напряжение.
Если на выходе появилось полное напряжение, это может повредить многие микросхемы, которые находятся в цепи и питаются.В этом случае схема может оказаться за пределами экономического ремонта. Способ работы переключающих регуляторов сильно отличается, но существуют ситуации, когда на выходе источника питания может появиться полный выход.
Мы можем создать схему защиты от перенапряжения, используя стабилитрон и биполярный транзистор двумя способами.
Цепь стабилизатора напряжения стабилитрона :
эта схема использует стабилитрон для обеспечения регулируемого выхода на стороне нагрузки, защищая цепь.Но соединения таковы, что поток энергии на сторону нагрузки не прерывается, даже когда напряжение превышает пределы безопасности. Выход всегда будет получать напряжение, которое зависит от номинального значения стабилитрона.
Схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона:
Этот метод является более простым, в котором схема предназначена для отключения питания на стороне нагрузки, когда напряжение превышает заданные заданные значения.
Необходимые материалы
- 1N4740A Стабилитрон
- FMMT718 PNP-транзистор
- Резисторы – 1 кОм, 2.2k и 6k
- 2N2222 NPN-транзистор
Похожие сообщения: Автоматический дверной звонок с обнаружением объектов Arduino
Стабилитрон
Стабилитрон представляет собой тип диода, который позволяет току течь через него в обоих направлениях в отличие от обычного диод, который пропускает ток только в одном направлении от анода к катоду. Этот поток тока в противоположном направлении происходит только тогда, когда напряжение на клеммах превышает пороговое напряжение, называемое напряжением стабилитрона.Это напряжение Зенера является характеристикой устройства, которое управляет эффектом Зенера, который, в свою очередь, управляет работой диода.
Принципиальная схема стабилитрона, обычно используемого в цепях, приведена ниже.
Стабилитроны имеют сильно легированный p-n переход, который позволяет устройству функционировать должным образом, даже если через него подается обратное напряжение. Однако многие стабилитроны полагаются вместо этого на лавинный пробой. Оба типа пробоя происходят в устройстве, единственное различие заключается в том, что эффект Зенера преобладает при более низких напряжениях, тогда как лавинный пробой происходит при более высоких напряжениях.Они используются для генерации стабилизированных источников питания с низким энергопотреблением. Они также используются для защиты цепей от перенапряжения и электростатического разряда.
2N2222 NPN-транзистор
2N2222 – это очень распространенный биполярный NPN-транзистор, используемый в основном для маломощных усилителей общего назначения или коммутации. 2N222 предназначен для умеренной работы на высокой скорости. Это очень распространенный транзистор и используется как образец NPN-транзистора.
Принципиальная схема транзистора приведена ниже.
Распиновка для 2N2222 NPN транзистора приведена ниже.
| 2N2222 | |
| 1 | Эмитент |
| 2 | База |
| 3 | Коллектор, подключенный к корпусу |
Из-за низкой стоимости и небольшого размера, это наиболее часто используемый транзистор. Одной из его ключевых особенностей является способность обрабатывать высокие значения токов по сравнению с другими подобными маленькими транзисторами.Он состоит из материала кремния или германия и легирован положительно или отрицательно заряженным материалом. При выполнении приложений усиления он получает аналоговый сигнал через коллекторы, а другой сигнал подается на его базу. Аналоговым сигналом может быть речевой сигнал, имеющий аналоговую частоту почти 4 кГц (человеческий голос).
FMMT718 PNP-транзистор
FMMT718 является PNP-транзистором, поэтому коллектор и эмиттер будут закрыты (смещено вперед), когда базовый вывод удерживается на земле, и будут открыты (смещены в обратном направлении), когда будет подан сигнал на базовый вывод ,В этом отличие PNP-транзистора от NPN-транзистора; логический вентиль используется для переключения между напряжениями сигнала заземления.
Принципиальная схема PNP-транзистора приведена ниже.
Распиновка для FMMT718 приведена в табличной форме ниже.
| FMMT718 | ||
| 1 | Коллектор | Ток протекает через коллектор |
| 2 | База | Управляет смещением транзистора |
| 3 | Излучатель | Ток эмиттера через эмиттер |
Цепь стабилизатора напряжения стабилитрона
Это одна из двух конфигураций цепей защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона.Эта схема не только защищает цепь со стороны нагрузки, но и регулирует входное напряжение питания для поддержания постоянного напряжения. Принципиальная схема защиты от перенапряжения с использованием стабилизатора напряжения стабилитрона приведена ниже.
Пороговое напряжение, выше которого цепь отключает питание на стороне нагрузки, называется предварительно установленным значением напряжения цепи. Конструкция схемы такова, что заданное значение схемы соответствует номиналу стабилитрона.Таким образом, пороговое значение, по которому цепь не проводит, составляет приблизительно 5,1 В.
Проводимость транзистора Q1 зависит от базового напряжения эмиттера транзистора. Когда выходное напряжение цепи начинает повышаться, это увеличивает Vbe транзистора, и он проводит меньше. Это, в свою очередь, снижает выходное напряжение, поддерживая выходное напряжение практически постоянным.
Принципиальная схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона
Принципиальная схема защиты от перенапряжения приведена ниже.
Сначала рассмотрим работу схемы, когда источник питания работает нормально. В надлежащем рабочем состоянии клемма базы транзистора Q2 имеет высокий уровень, что приводит к выключению этого транзистора. Когда Q2 выключен, базовая клемма транзистора Q1 находится на низком уровне и начинает проводить. Таким образом, нагрузка подключается к источнику питания, когда напряжение питания ниже установленного порогового напряжения.
Теперь, когда напряжение питания превышает пороговое значение, происходит пробой стабилитрона и начинается стабилизация стабилитрона D2.Это делает базовый терминал Q2, который был ранее высоко к земле. Теперь, когда базовый терминал Q2 подключен к земле, он начинает проводить. База транзистора Q1, которая подключена к выходу Q2, теперь высока и перестает проводить. Это изолирует нагрузку от источника питания, защищая ее от возможных повреждений, которые могли быть вызваны скачком напряжения.
Работа приведенных выше цепей также зависит от падения напряжения каждого транзистора. В идеале, он должен быть низким, чтобы схема соответствовала своему теоретическому аналогу.Чтобы свести к минимуму падение напряжения на транзисторе, мы использовали PNP-транзистор FMMT718, который имеет очень низкое значение насыщения эмиттера коллектора. Это низкое значение Vce допускает падение напряжения на транзисторах низкое.
Похожие сообщения:
.Когда напряжение в системе поднимается выше номинального напряжения, оно называется перенапряжением. Это перенапряжение может иметь временный или постоянный характер. Основная причина, из-за которой в энергосистеме возникает перенапряжение, может быть удобно сгруппирована в две категории, а именно: внутренняя и внешняя. Внутреннее перенапряжение возникло в самой системе, а внешнее перенапряжение – из-за молнии на линиях.
Это перенапряжение может привести к повреждению изоляторов и оборудования подстанции. Поэтому необходимо предусмотреть средства для защиты изоляторов и других устройств от вредного воздействия перенапряжения. Некоторые устройства доступны для уменьшения амплитуды и крутизны фронта скачков. Ниже будет описано
- Зазор между стержнями
- перенапряжения Провод заземления
Провод заземления или провод заземления является одним из наиболее распространенных устройств, используемых для защиты линий от молнии.Это проволока, несущая линию опор и проходящая по фазным проводникам. Назначение заземляющего провода состоит в том, чтобы блокировать прямые удары молнии, которые в противном случае ударяли бы по фазным проводникам. Волны молний достигают соседних башен, которые безопасно передают их на землю.
В случае, если сопротивление электрической башни или заземления мало, освещение будет поднято до очень высокого напряжения, что приведет к вспышке от башни к одному или нескольким фазным проводникам. Такая вспышка называется черной вспышкой.Обратную вспышку на линии можно свести к минимуму, уменьшив сопротивление основания колонны с помощью приводных стержней и противовеса, где удельное сопротивление грунта высокое.
Разрыв между стержнями
Зазор между стержнями является одной из самых распространенных рам защитных устройств. Это воздушный зазор между концами двух стержней. Заданное значение зазора должно быть таким, чтобы оно разрушалось при любых условиях до того, как будет защищено оборудование. Главными достоинствами этого устройства являются простота, надежность и дешевизна.
Зазор между стержнями имеет некоторые ограничения, например, они не могут предотвратить поток энергии, который течет в зазоре после поломки. Он используется в местах, где непрерывность поставок не имеет большого значения. В таких случаях (где важна непрерывность) используются автоматические выключатели с повторным включением.
Перенапряжения
Перенапряжения Устройства для защиты от перенапряжений или грозовые разрядники – это устройства, используемые для отвлечения ненормального высокого напряжения на землю без влияния на непрерывность питания.Перенапряжения трех типов
- Разрядник импульсного типа
- Выпускной вентиль
- Металлооксидный разрядник
Название перенапряжения, кажется, правильнее, чем молниеотвод.
,Больше новостей
