Cómo protegerse contra fluctuaciones de voltaje

Descripción de un dispositivo simple que desconecta la carga si el voltaje de la red supera los límites aceptables.

La tolerancia a la tensión de red para alimentar equipos electrónicos domésticos y solo eléctricos es más o menos 10%. Pero en las condiciones del sistema de suministro de energía doméstica, este requisito a menudo no se cumple.

El voltaje puede ser significativamente demasiado alto o mucho más bajo de lo normal, lo que puede provocar fallas en el equipo. Para evitar que esto suceda, el artículo describe un dispositivo simple que desconectará la carga a tiempo antes de que tenga tiempo de agotarse.

En la Figura 1 se muestra un diagrama de un dispositivo de protección bastante simple.

Principio de acción. Descripción del circuito

La desconexión de la carga de la red ocurre cuando el voltaje excede los 242 V o llega a ser inferior a 170 V. Un potente relé en la salida del dispositivo permite conmutar corrientes de hasta diez amperios, lo que le permite conectar una carga con una capacidad de hasta dos kilovatios.

En el estado inicial, los contactos del relé están en la posición indicada en el diagrama. El contacto de conmutación K1.3 conecta el LED HL1 a la red, lo que indica que la carga está apagada y que hay voltaje en la red. La carga se conecta a la red presionando brevemente el botón SB1 "Inicio".

Figura 1. Protección contra fluctuaciones de voltaje

La tensión de red a través del condensador de enfriamiento C1 y la resistencia R10 se suministra a los diodos rectificadores VD9, VD10 y carga el condensador C3. El voltaje en este condensador es estabilizado por un diodo Zener VD11. Desde este rectificador, se suministra un relé de baja potencia K2, que controla el funcionamiento de un potente relé K1, que conmuta la carga en sí.

A través del diodo VD2, la tensión de red se suministra a la unidad de conmutación del relé K2. Si el voltaje en la red es superior a 170 V, el diodo Zener VD7 se abrirá, lo que permitirá que el capacitor C2 se cargue a un voltaje suficiente para abrir el transistor VT1, que activará el relé de baja potencia K2. (Un diodo VD8 está conectado en paralelo a la bobina del relé K2. Su propósito es proteger el transistor del EMF de autoinducción que ocurre cuando el relé K2 está apagado).

Este relé con su contacto K2.1 activará el potente relé K1, y con sus contactos K1.1 ... K1.4 suministrará la tensión de red a la carga. Ahora se puede soltar el botón "Inicio", el dispositivo ha entrado en modo operativo. Al mismo tiempo, el LED HL2 se ilumina, lo que indica el funcionamiento normal del dispositivo. El LED HL1 se apagará, el dispositivo ha entrado en modo operativo.

Protección contra subtensión

Si el voltaje de la red llega a ser inferior a 170 V, el diodo Zener VD7 se cerrará y la carga del condensador C2 se detendrá. Esto conducirá al hecho de que el condensador C2 se descarga a través de la resistencia R8 y la base de transición - emisor del transistor VT1. El transistor se cerrará y relé intermedio K2 se desconectará y el contacto K2.1 apagará el potente relé K1; la carga se desactivará.

Protección contra sobretensión

El conjunto de protección contra sobretensiones se ensambla en el tiristor VS1. Funciona de la siguiente manera.

La tensión de red, o más bien su media onda positiva, pasa a través del diodo VD2 a los diodos Zener VD3 ... VD6 conectados en serie, y a través de ellos a las resistencias R2 y R3 conectadas en serie. Cuando el voltaje de la red se eleva por encima de 242 V, los diodos zener se abren y aparece una caída de voltaje en la resistencia R3, cuyo valor será suficiente para abrir el tiristor VS1.

Un tiristor abierto a través de una resistencia R5 "pondrá" el voltaje a través del condensador C3. (Dado que el rectificador que suministra este condensador se ensambla de acuerdo con el circuito con un condensador de enfriamiento, no tiene miedo incluso de cortocircuitos.La resistencia R4 solo se necesita para que el tiristor VS1 no se queme por la descarga del condensador C3.) Este voltaje no será suficiente para mantener el relé K2, se apagará y el relé K1 se apagará con él, y la carga se desconectará. El dispositivo en sí también se desactivará, a excepción de las cadenas R1, VD1, HL1.

Vuelva a habilitar la carga solo se puede hacer presionando el botón "Inicio". En este caso, uno no debe apresurarse, pero espere un momento, porque a veces, cuando se restablece la energía, ocurren caídas bastante grandes, incluso puede decir sobretensiones, voltajes.

Algunas palabras sobre los detalles.

Casi todas las partes del dispositivo están montadas en una placa de circuito impreso hecha de papel de fibra de vidrio con un espesor de 1.5 ... 2 mm. La topología del tablero es tan simple que puede cortarla con un cuchillo afilado. Casi todos los detalles se encuentran en el tablero. La tabla con las partes ubicadas en ella se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Diseño de la placa de circuito del dispositivo de protección contra sobretensiones

Todo el dispositivo en su conjunto debe colocarse en una carcasa hecha de material aislante. Las piezas que no encajan en el tablero se instalan dentro de la caja por el método de montaje en superficie. Si un relé potente tendrá dimensiones significativas, entonces también debe colocarse fuera del tablero.

Como un poderoso relé K1, es posible usar relés de los tipos MKU-48, RPU-2 o similares con una bobina para un voltaje alterno de 220 V. Como relé K2, puede usar los relés RES-6, RES-22 u otro tipo con un voltaje de respuesta de aproximadamente 50 V y corriente de bobina no más de 15 mA. Este relé solo puede tener un contacto.

Al instalar el dispositivo, puede aplicar los siguientes tipos de piezas: resistencias fijas tipo MLT, resistencias de ajuste tipo SP3-3 o SP3-19. Condensador C1 del tipo K73-17 para un voltaje de funcionamiento no inferior al indicado en el diagrama, condensadores de óxido del tipo K50-35 o importados. Como diodos VD1, VD2, VD8 ... VD10, son adecuados los diodos de baja potencia con un voltaje inverso de al menos 400 V, así como el tipo importado 1N4007.

El transistor VT1 se puede reemplazar por KT817G, KT603A, B o KT630D.

El voltaje aumentado de la red en la que se realiza el apagado está determinado por el voltaje de estabilización de los diodos Zener VD3 ... VD6, que, en lugar de los indicados en el diagrama, es posible usar diodos Zener KS600A, KS620A, KS630A, KS650A, KS680A.

Con su ayuda, se realiza un ajuste aproximado del umbral de apagado y se realiza un ajuste más suave seleccionando una resistencia R3. Es más fácil configurar una resistencia variable con una resistencia de aproximadamente 10 kilogramos en su lugar, y al final de la configuración, reemplazarla con una constante, igual a la resistencia de la parte de entrada de la resistencia variable.

El umbral inferior (voltaje mínimo) se establece utilizando la resistencia de corte R7.

La configuración de un dispositivo se realiza más fácilmente con LATR. Primero establezca el umbral superior. Para hacer esto, conecte el dispositivo al LATR y aumente gradualmente el voltaje, por supuesto, controlándolo con un voltímetro. Al seleccionar los diodos Zener VD3 ... VD6 y la resistencia R3, el dispositivo debe apagarse a un voltaje de 242 V. El dispositivo, el consumidor, por supuesto, no debe conectarse. Para evitar que el dispositivo se active en el umbral inferior, configure el motor de la resistencia de sintonización R7 en la posición superior de acuerdo con el esquema.

Después de establecer el umbral superior, debe usar la resistencia R7 para apagar el dispositivo cuando el voltaje se reduce a 170 V.

Si se requiere la posibilidad de un apagado forzado del dispositivo, se puede configurar un botón con un contacto abierto en serie con el contacto de relé K2.1.

Notas de seguridad

El diseño no tiene aislamiento galvánico con la red de suministro, por lo tanto, al configurarlo, uno debe ser extremadamente cuidadoso y cuidadoso, siga todas las reglas de seguridad cuando trabaje en instalaciones eléctricas. Lo mejor es usar un transformador de seguridad para la puesta en servicio: LATR debe conectarse después.Entonces la configuración se puede hacer sin temor.

Boris Aladyshkin

Comments

[#1 Gregory]

Hola Perdón por la pregunta inmodesta. ¿Por qué reinventar la rueda? Ahora el problema de la tensión de red de baja calidad es bastante grave, por lo tanto, nuestra industria y "no nuestra" produce una gran variedad de estabilizadores de tensión, que van desde los más baratos hasta los bastante caros. La mayoría de ellos se basan en el principio que describiste. También se podría mencionar la posibilidad de utilizar estabilizadores de red y troncales. Los estabilizadores de voltaje troncal ofrecen una solución integral de suministro de energía eficiente y de alta calidad para una residencia de verano, hogar, casa de campo o apartamento, cualquier local residencial y no residencial, por lo que el estabilizador no es un lujo, sino una necesidad que no debe ser construida, sino comprada.

[#2 Alexander]

GregoryEsto no es un estabilizador, sino solo un dispositivo de corriente residual. Es mucho más barato que los estabilizadores "baratos". La mayoría de las personas en el hogar tienen muy pocos electrodomésticos para los cuales un apagado repentino es peligroso. Y para este último, vale la pena usar un UPS, independientemente de la presencia o ausencia de un RCD y un estabilizador.

[#3 Ruslan]

A punto de adquirir, no estoy de acuerdo. Ahora lo estoy terminando ... Tenemos fallas de hasta 110, llamémoslo comprado, ¿cuál no apagará la carga? ¿Se llama comprado que a un voltaje de 160 V tiene una potencia de 5 kW y cuesta hasta 10 tr?

Además, para ser confiable y económico. Y para ser exactos.

[#4]

mejor ensamblar en un tiristor y no en un relé - mayor velocidad

[#5]

En primer lugar, no se trata de estabilizadores, sino solo de un corte de voltaje. Este dispositivo no estabiliza el voltaje en la red, sino que simplemente monitorea su valor y cuando va más allá de los límites de tolerancia, simplemente desconecta la carga. Creo que tanto el esquema como la descripción del principio del trabajo se dan de tal manera "para el desarrollo general", y no para repetir el esquema. Además, la construcción descrita no está exenta de inconvenientes. En primer lugar, incluido el dispositivo con el botón Inicio, sería bueno saber el nivel de voltaje en la red en este momento, y no es muy conveniente controlar este voltaje con un probador. Y luego, sin conocer el nivel de voltaje real en la red y presionando el botón "Inicio", con los contactos de este botón suministramos inmediatamente un voltaje peligrosamente alto a la carga, y si también mantenemos presionado este botón por un tiempo, tenemos la oportunidad de quemar con éxito el dispositivo protegido . Además, incluso con un nivel de voltaje normal en la red, en el primer momento, hasta que los sistemas automáticos funcionen y ambos relés se enciendan, la corriente de carga pasará a través de los contactos bastante débiles del botón "Inicio", y si la corriente de carga es bastante grande, entonces el botón no durará mucho . Bueno, y en segundo lugar, lo más importante. La industria ya ha respondido a las demandas del mercado, y hoy hay una gran cantidad de modelos de corte diferentes a la venta, como los que están enchufados y tienen sus propios enchufes para conectar la carga, o que están montados en un riel DIN. Pero la característica común de todos los puntos de corte es que todos están hechos en un microcontrolador, tienen una indicación del voltaje en la red y los elementos de programación. Y una cosa más: todos estos puntos de corte son bastante baratos en comparación con los estabilizadores de voltaje. Aunque, personalmente, no soy partidario del uso generalizado de los límites. En mi práctica, muchos clientes primero querían poner toda la cabaña de dos pisos en los recortes, y luego, cuando la mujer comenzó a parpadear, como un árbol de Navidad, ellos mismos la quitaron y la tiraron. Creo que hoy, incluso en áreas rurales con todos los "encantos" de la fuente de alimentación aérea, tiene sentido comprar dispositivos electrónicos de consumo que, según los anuncios de los fabricantes, pueden trabajar en condiciones de grandes fluctuaciones en el voltaje de la red: de 100 a 400 voltios. Y es bastante real.

[#6]

Eso es realmente por qué reinventar la rueda. Existe una amplia gama de dispositivos que produce la industria. Un dispositivo que desconecta la carga si la tensión de alimentación supera el valor establecido es más barato que las partes de este circuito. Aquí hay un ejemplo, recientemente compré un RN-111M por 1,400 r, por lo que hay una configuración de umbral inferior, una configuración de umbral superior, un temporizador y un voltímetro digital. Y se levanta en un riel din. Ventajas sólidas.

[#7 MaksimovM]

Ruslan, Creo que es una pérdida de dinero comprar un regulador de alto voltaje, por ejemplo, 5 kW, como usted indicó. Al comprar un estabilizador de este tipo, está obteniendo ganancias para el vendedor de dicho equipo, arrojando dinero decente para este dispositivo, eso es todo. ¿Tiene sentido poner un estabilizador en todo el apartamento? ¿Por qué estabilizar el voltaje de un calentador de agua eléctrico, calentador eléctrico, horno, horno? Es más recomendable instalar un estabilizador en esa parte del cableado que suministra electrodomésticos que son sensibles a las sobretensiones. Si se guía por este principio de elegir la potencia del estabilizador, resulta que en lugar del estabilizador, se necesitan 5 kW para solo 1-2 kW, lo cual es mucho más barato. Después de todo, de hecho, la parte abrumadora de la carga en el apartamento son aquellos electrodomésticos que no son sensibles o, al menos, menos sensibles a las sobretensiones.

También considero que es más conveniente usar relés de voltaje de diseño modular para la protección del cableado eléctrico, que tienen muchas ventajas: son lo suficientemente confiables, se caracterizan por la alta velocidad y precisión de los ajustes de operación, tienen un grupo de contacto adicional, con el cual el relé se puede usar para implementar varios circuitos automatizados. Los relés de voltaje modulares son bastante compactos: hay relés que ocupan una posición en un riel DIN (del tamaño de un interruptor de circuito monofásico).

[#8]

Todo ha sido inventado, dispositivos de protección (relés de voltaje digital) ASP. De barato a caro, para todas las ocasiones.