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.
- Предыдущая запись: Устройство защиты ламп накаливания с релейным управлением
- Следующая запись: Химический состав материалов для корпусов светодиодов
- Чем отличается ток от напряжения? (2)
- Связь тока и напряжения (0)
- ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО РАДИОПРИЕМНИКА (0)
- ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛЯТОРА (0)
- ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИТИЙ-НОННОГО ЭЛЕМЕНТА КОНТРОЛЛЕР ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА (0)
- ОГРАНИЧИТЕЛЬ ЗАРЯДНОГО TOKA АККУМУЛЯТОРА (0)
- УСТРОЙСТВО ЗАРЯДА И КОРРЕКЦИИ ДЛЯ НИКЕЛЬ-КАДМИЕВОГО АККУМУЛЯТОРА (0)