Устройство включения ламп накаливания с защитой от перегрузок

September 18, 2011 by admin Комментировать »

Это устройство, собранное на ППП, предназначено для защиты ламп накаливания бытовых светильников и продления срока их службы в несколько раз. Оно значительно превосходит по своим характеристикам применявшиеся другие схемные решения, так как обладает повышенными быстродействием и кпд, меньшими габаритами, большей универсальностью применения, но одновременно устройство и очень чувствительно к перегрузкам. При первоначальном включении устройства в сеть все выпрямительные схемы с емкостными фильтрами, когда конденсатор полностью разряжен, являются короткозамкну- той цепью и через диоды выпрямителя протекает ток, значение которого згметно превышает ток диодов в установившемся режиме работы. Это состояние устройства продолжается в течение очень короткого отрезка времени, долей секунды, и заканчивается тогда, когда напряжение на конденсаторе фильтра С/ достигнет определенного уровня, который условно можно считать равным половине установившегося значения выходного напряжения. Вследствие своей малой инерционности ППП очень чувствительны к броскам тока и могут выйти из строя при первоначальном включении устройства. Поэтому в УЭП с высоким и средним уровнями выходных напряжений предусматриваются специальные защитные меры.

Как отмечалось ранее, существуют различные методы предотвращения токовых перегрузок, возникающих при первоначальном включении ламп накаливания. Если в схеме выпрямительного устройства предусмотрен сетевой понижающий трансформатор питания, то последовательно с первичной обмоткой трансформатора включается управляющий дроссель. В первый момент после включения сетевого напряжения дроссель обладает большим сопротивлением, которое с течением времени постепенно уменьшается. Вследствие этого напряжение на первичной обмотке трансформатора медленно возрастает, что и обеспечивает уменьшение токовых перегрузок диодов схемы выпрямления.

Применение управляемого дросселя заметно усложняет и удорожает схему устройства и его конструкцию. Гораздо проще можно добиться положительных результатов при применении электромагнитного реле К1 и гасящего резистора RI.

На рис. 3.4 приведена принципиальная электрическая схема устройства включения ламп накаливания с мягкой

Рис. 3.4. Схема устройства с мягким включением ламп накаливания и защитой от коротких замыканий.

нагрузкой и защитой от коротких замыканий. Устройство состоит из выходных цепей, узла релейной защиты и узла защиты от перегрузок в выходной цепи. Резистор R1 с переменным сопротивлением большой мощности включен на входе устройства.

Принцип действия релейной защиты основан на ограничении тока в первичной цепи и, следовательно, на входе выпрямителя, собранного по однофазной двухполупериод- ной мостовой схеме на выпрямительных диодах VD1— VD4y путем включения последовательного сопротивления резистора /?/. При включении устройства в сеть переменного тока с действующим напряжением 220 В напряжение на входе будет меньше этого значения, так как протекающий в первичной цепи ток вызывает падение напряжения на резисторе /?/. Это обстоятельство приводит к уменьшению напряжения и на выходе выпрямителя. Вследствие этого резистор R1 с течением времени должен быть отключен. Этот резистор необходим только в первые доли секунды после включения устройства в сеть для того, чтобы предотвратить возможный выход выпрямительных диодов из строя. Как следует из схемы, отключение резистора R1 осуществляется автоматически с помощью электромагнитного реле К1. Обмотка реле включена параллельно нагрузке. Нормально разомкнутые контакты /(/./ реле подключены к выводам резистора R1. Когда ток в обмотке реле достигнет определенного значения, контакты К1.1 замыкаются и шунтируют резистор R1. Любое электромагнитное реле при подаче на его обмотку полного напряжения также срабатывает не мгновенно, а с некоторым запаздыванием относительно момента подачи напряжения. Присутствие резистора R1 приводит к замедлению скорости нарастания тока в обмотке реле, что обусловливает увеличение задержки срабатывания реле /С/. В конечном итоге нормально разомкнутые контакты К1.1 замыкаются, и после этого на входе выпрямителя и обмотке реле действует полное напряжение сети переменного тока. К этому времени конденсатор фильтра, установленный на выходе, частично заряжается. Поэтому появление полного напряжения на входе не вызывает таких больших выбросов тока в диодах выпрямителя, которые возникли бы при полностью разряженном конденсаторе С/. После замыкания контактов реле К/ устройство защиты начинает работать в нормальном режиме и обеспечивать требуемые уровни выходного напряжения и тока. Отключение устройства от сети вызывает размыкание контактов реле — и снова устройство подготовлено к эксплуатации.

Эта схема защиты универсальна, ее можно применять в любых других устройствах, но наиболее целесообразно использовать ее в устройствах с высоким и средним уровнями выходных напряжений. Электрические параметры электромагнитного реле определяются значением тока в первичной цепи. Контакты реле К1 должны быть способны коммутировать такой же ток, что и контакты однополюсного переключателя S1. Рекомендуется выбирать номинальное значение тока, которое может протекать через контакты реле, в 1,5 раза больше тока первичной цепи. Если ток первичной цепи равен 5 А, то реле Л7 должно быть рассчитано на коммутацию тока 7,5 А. Большинство электромагнитных реле рассчитаны на ток до 10 А, и они хорошо подходят для наших целей. В устройстве использован проволочный переменный резистор R1 типа ППЗ мощностью 25 Вт и сопротивлением 100 Ом. Это позволяет подключить к устройству люстру из пяти электрических ламп. Практически в устройстве можно использовать резистор мощностью 10 Вт, поскольку в нормальном режиме работы этот резистор находится в обесточенном состоянии. Если по каким-либо причинам реле не сработало и его контакты останутся открытыми после включения питания, резистор R1 будет работать в цепи предохранителя и нагреваться. Перегорание резистора R1 может свидетельствовать о медленном срабатывании реле KI и необходимости его замены, а также замены предохранителя F1. При сборке и монтаже устройства необходимо следить за тем, чтобы переключатель был установлен точно по схеме. При размыкании его контактов сетевое напряжение должно отключаться от обмотки реле Л7. Если переключатель S1 установить в цепи резистора /?/, то сетевое напряжение будет присутствовать на обмотке реле независимо от положения переключателя. В этом случае переключение S1 приведет к включению и выключению устройства, но схема защиты при этом не будет работать, так как контакты реле будут постоянно замкнуты.

Выпрямленное напряжение постоянного тока подается на электронную схему защиты от коротких замыканий, собранную на транзисторах VT1 и VT2. В случае превышения тока в цепи нагрузки падение напряжения на резисторе R7 открывает транзистор VT1 и его коллекторный переход блокирует транзистор VT2.

После замыкания контактов переключателя S1 и подачи напряжения с выпрямителя на конденсатор С/ (через резистор R3) постепенно открывается транзистор VT2 и ток коллектора плавно нарастает до значения, определяемого соотношением сопротивлений резисторов R3 и R4. Этот процесс продолжается по мере зарядки конденсатора С/. Вторая ступень защиты ламп накаливания позволяет увеличить время задержки включения ламп накаливания до 0,2 с. Ток, при котором срабатывает вторая защита, зависит от сопротивления резистора /?7, включенного в эмиттерную цепь транзистора VT2.

При изготовлении устройства защиты использованы следующие комплектующие ЭРЭ: транзисторы VT1 типа КТ826А, VT2 — КТ826А; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа КДЮ5Б; конденсатор С/ типа K50-3-450B-200 мкФ; резисторы R1 типа СП5-30-25Вт-100 Ом, R2 — МЛТ-2-51 Ом; R3 — МЛТ-0,25-100 Ом, R4 — МЛТ-0,5-300 Ом, R5 — МЛТ-0,25-5,6 кОм, R6 — МЛТ-0,25-2,2 кОм, R7 — МЛТ-0,5-100 Ом; электромагнитное реле К1 типа МКУ-48-С (паспорт PA4.506.248); предохранители Fl, F2 тина ПМ-1-2 А; переключатель S/ типа П1Т-1-1; электрический соединитель XI типа «вилка».

Лампы накаливания подключаются проводниками из электрического кабеля в точках А и Б.

После сборки и монтажа необходимо убедиться, что устройство работает нормально и обеспечивает требуемые уровни выходного напряжения и тока. Если при включении перегорает резистор /?/, то это верный признак некачественного состояния реле. При нормальной работе контакты реле должны быть замкнуты после включения, а напряжение на резисторе R1 должно быть равно нулю. При настройке можно применить другие аналогичные ЭРЭ с заменой номиналов и типов.

Техническая характеристика

устройства включения ламп накаливания с защитой от перегрузок

Номинальное напряжение питающей сети

переменного тока, В ……………………………….. 220

Номинальная частота питающей сети

переменного тока, Гц ……………………………… 50

Пределы изменения напряжения питающей сети

переменного тока, В ……………………………….. 187—242

Пределы изменения частоты питающей сети

переменного тока, Гц ……………………………… 49—51

Выходное напряжение питания ламп

накаливания, В ………………………………………. 220

Время срабатывания системы защиты ламп

накаливания, с……………………………………….. 0,3

Длительность процесса включения, с …………….. 0,8

Напряжение срабатывания реле /С/, В ……………. 187

Напряжение отпускания реле /С/, В ……………………. 91

Рабочее напряжение на реле /С/, В …………………….. 220

Сопротивление обмотки реле /(/, Ом ………………….. 1900 ± 285

Максимальная мощность, Вт……………………………… 800

Количество ламп накаливания, включаемых

одновременно, мощностью по 75 Вт, шт …………….. 8

Мощность рассеяния на транзисторах, Вт, не менее . 10 Помехозащищенность устройства при воздействии внешнего электромагнитного поля, дБ, не менее . . .120

Литература:

  Сидоров И. Н. С34 Самодельные электронные устройства для дома: Справочник домашнего мастера.— СПб.: Лениздат, 1996.- 352 е.. ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты