Устройство защиты ламп накаливания с включением стабилитрона тлеющего разряда

September 14, 2011 by admin Комментировать »

На приусадебных и садово-огородных участках, а также в сельской местности наблюдаются колебания сетевого напряжения переменного тока в очень широких пределах. Иногда напряжение понижается до 160 В и ниже, т. е. на 30% меньше номинального, и очень часто напряжение превышает номинальное на 40%, достигая 250—280 В. Такие скачки напряжения сети отрицательно действуют практически на все электронные и электротехнические изделия, и в первую очередь на лампы накаливания, и могут вывести из строя эти устройства. Пониженное напряжение негативно сказывается на работе таких бытовых изделий, как холодильники, стиральные машины, пылесосы, термостаты, РЭА и приборы. Повышение напряжения в принципе недопустимо для многих РЭУ и бытовой аппаратуры. Поэтому устройствам, регулирующим сетевое напряжение, которое поступает на электро- и радиоизделия, уделяется большое внимание. Эти устройства, как правило, являются довольно простыми в конструктивном исполнении, имеют высокую экономическую эффективность при эксплуатации и дают определенный навык начинающим радиолюбителям при их сборке и мойтаже.

К числу наиболее простых схемно-технических решений относится устройство защиты ламп накаливания с применением в нем самого простого стабилитрона тлеющего разряда типа СГ. Оно предназначено для применения в аппаратуре освещения рабочих мест радиолюбительских лабораторий, в бытовых осветительных приборах, бра различных конструктивных исполнений, люстрах и светильниках. В технической литературе описаны десятки различных устройств, защищающих электроосветительные приборы от перенапряжения сети, но большинство из них не могут быть реализованы в конкретные изделия в основном из-за недостаточной информации и незаконченности показанных схемно-технических решений, но в некоторых случаях и из-за применения остродефицитных ЭРЭ.

На принципиальной электрической схеме (рис. 3.2) показано известное в теории устройство с двойной защитой ламп накаливания, используемых в бытовых осветительных приборах. Оно включает в свой состав входные цепи, устройство защиты и цепи подключения ламп накаливания.

Подключение устройства к сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц осуществляется с помощью электрического соединителя XI. Плавкий предохранитель F1 защищает устройство от коротких замыканий при неправильном монтаже и ошибках при сборке.

После замыкания контактов переключателя S1 напряжение сети через замкнутые контакты /(/./ реле /С/ и

Рис. 3.2. Схема устройства защиты ламп накаливания с включением стабилитрона тлеющего разряда.

двухполюсник поступает постепенно на нити ламп накаливания. Двухполюсник, выполняющий роль защитного устройства, собран на биполярном транзисторе VT1, четырех выпрямительных диодах VDI—VD4, делителе напряжения и электролитическом конденсаторе С2, который выполняет важную роль в процессе постепенного нарастания напряжения на холодной нити лампы накаливания. В процессе постепенного открывания транзистора 1/77 при зарядке конденсатора С2 ток коллектора плавно нарастает до значения, ограниченного сопротивлением резисторов R2 и R3. Это обстоятельство приводит к плавному возрастанию тока в нагрузке на лампах накаливания HI и Н2.

При выключении напряжения сети конденсатор С2 разряжается через резистор R3 и переход база—эмиттер транзистора VT1. Ток нагрузки плавно снижается до нуля.

Таким образом, при включении холодная нить лампы накаливания получает сначала ток от нуля до максимального значения в течение примерно 0,1 с. За этот период нить лампы успевает нагреться, уменьшив свое сопротивление в несколько раз, а значит, и бросок тока за это время становится неопасным для лампы накаливания. Все параметры элементов, входящих в устройство, рассчитываются на максимальную мощность нагрузки таким образом, чтобы падение напряжения на транзисторе К 77 и мощность рассеяния на нем поддерживались на оптимальном уровне при включенном состоянии ламп накаливания.

При изготовлении устройства учтена возможность выхода из строя ламп накаливания из-за появления в сети переменного тока напряжения, превышающего номинальное на 30—40%. Решается эта проблема с помощью устройства релейной защиты, которое включает в свой состав диод VD1, электромагнитное реле К1 и стабилизатор DAI. При нормальном значении напряжения сети величина выпрямленного напряжения на электролитическом конденсаторе С/ пропорциональна напряжению сети и рассчитана таким образом, что его недостаточно для зажигания стабилитрона. Ток в электрической цепи VD1, /?/, Kl, DA1 в обычных условиях эксплуатации не позволяет сработать реле /(/.

Если напряжение в сети увеличивается до значения, при котором зажигается стабилитрон DA1, ток через цепочку /?/, Kl, DA1 резко возрастает и реле срабатывает, размыкая свои контакты К1.1 и снимая напряжение, опасное для ламп накаливания. Реле будет находиться во включенном состоянии до тех пор, пока напряжение сети не вернется к нормальному значению 220 В. Подбором значения сопротивления резистора R1 регулируется напряжение зажигания стабилитрона и срабатывания реле /(/.

При изготовлении данного устройства использованы следующие комплектующие ЭРЭ широкого применения: транзистор VT1 типа КТ826А; выпрямительные диоды VDI типа Д234Б, VD2—VD5 типа Д232А; конденсаторы С/ типа K50-3-500B-10 мкФ, С2 — K50-6-160B- 1000 мкФ; резисторы RI типа МЛТ-2-100 Ом, R2 — МЛТ-1-5,6 кОм, R3 — МЛТ-0,5-820 Ом; стабилитрон DA1 типа СГ-1П; реле электромагнитное KI типа РЭС-9; предохранитель F1 типа ПМ-1-0,25 А; лампы накаливания HI и Н2 мощностью по 75 Вт каждая; электрический соединитель XI типа «вилка» с электрическим кабелем.

Подключение ламп накаливания производится в точках А и Б.

При регулировке устройства необходимо на входе его подключить автотрансформатор, позволяющий увеличивать входное напряжение до 250 В. Могут быть применены и другие комплектующие ЭРЭ, не ухудшающие качества работы устройства: вместо диода типа Д234Б — любой другой диод, у которого выпрямленный ток должен быть не менее 50 мА, а допустимое обратное напряжение — не менее 450 В; конденсатор С/ рассчитывается на рабочее напряжение также 450 В. Электромагнитное реле К1 должно срабатывать при токе до 10 мА, что и определяет его выбор. Из числа имеющихся в наличии стабилитронов можно выбрать любой, но напряжение на конденсаторе С/ для его зажигания должно быть в пределах от 250 до 280 В. В табл. 3.2 приведены основные электрические параметры стабилитронов тлеющего разряда, которые могут быть использованы в рассматриваемой схеме. В устройстве можно применить электромагнитное реле К1 типа РЭС-9 (паспорт РС4.523.626 или паспорты РС4.624.204, РСЗ.225.901-6).

Мощный транзистор VT1 должен быть установлен на радиатор охлаждения с активной площадью охлаждения не менее 8 см2.

В процессе сборки, монтажа и ремонта данного устройства можно использовать вместо выпрямительного диода типа Д234Б диод типа Д238А, вместо диодов типа Д232А — диоды типа Д237Б или диодные сборки.

Таблица 3.2. Основные электрические параметры стабилитронов тлеющего разряда

Тип стабилитрона

Напряжение зажигания, В

Напряжение стабилизации, В

Ток стабилизации, мА

Af/CTf В

min

max

СГ1П

180

143-155

5,0

30

3,5

СГ2П

150

104—112

5,0

30

2,5

СГ2С

105

70—81

5,0

20

2,5

сгзс

127

105—112

5,0

25

2,8

СГ4С

180

145—160

3,0

25

2,8

СГ5Б

180

141 — 157

5,0

10

4,0

спзп

175

143—155

5,0

30

3,5

СГ15П-2

150

104—112

5,0

30

3,0

СГ16П

150

80—86

5,0

30

3,0

СГ17П

1350

850—950

10,0

60

50,0

СГ18С

1500

950—1050

10,0

60

55,0

СГ19С

1650

1050—1150

10,0

60

72,0

СГ20Г

135

85—91

4,0

15

2,5

СГ201С

150

86—92

4,0

15

2,5

СГ202Б

135

81—86

1,5

5

4,5

СГ203К

150

79—86

1,0

10

2,0

СГ204К

220

160—168

1,0

15

4,0

СГ205Б

135

81—84

9,0

11

0,5

Техническая характеристика устройства защиты ламп накаливания с включением стабилитрона тлеющего разряда

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

Пределы регулирования напряжения питания

при срабатывании защиты от перенапряжения, В . .240—300 Мощность устройства при максимальной

нагрузке, Вт ……………………………………………….. 210

Количество одновременно включаемых ламп

накаливания мощностью по 100 Вт, шт…………………. 2

Время срабатывания защиты при повышении

напряжения сети, мс, не более ………………………… 0,2

Время задержки включения ламп накаливания после замыкания контактов переключателя S/,

с, не менее ……………………………………………. 0,1

Ток срабатывания реле К1, мА …………………….. 10—15

Время выключения ламп накаливания, мс………… 0,6

Вероятность безотказной работы, не менее……… 0,92

Помехозащищенность устройства при напряженности

внешнего электромагнитного поля, дБ ………… 60

Кпд, %, не менее ………………………………………. 85

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