Автомат защиты сети от превышения напряжения
Как-то поздней осенью вечером сорвался я на дачу (устал от жены, наверное). Включил рубильник и свет в гостиной — яркая вспышка, и все лампы (обыкновенные накаливания) перегорели. Я пошёл искать мультиметр. Ба, да у меня в сети 285 В! А если бы на подстанции отгорел «0», все 380 В были бы мои! Чтобы было, если бы я не выключил рубильник и оставил включёнными в сеть холодильник или телевизор? В лучшем случае — сгорели бы. А так мог произойти пожар из-за короткого замыкания. Так и просидел весь вечер при свечах и ел подогретые на Шмеле (да, остался у меня такой девайс) консервы. Проблему как-то надо решать.
В город я приехал на следующий день. Я знал, что существуют приборы, вырубающие сеть при повышении напряжения. Не понравились они мне ценой — до 6000 руб. (цена зависит от того, на какой ток они рассчитаны). К тому же, исполняющим элементом у них является реле — сгорит моя электроника на даче, пока они будут отключать энергию.
А если сделать самому такой прибор на базе сильноточного симистора? Я порылся в сети и нашёл подходящую схему. Мне не понравилось только, что в качестве ключа использовался симистор КУ208Г. Они очень капризны в работе, да и по мощности мне не подходит. Я решил заменить его на BT 139-800E.127 (он недорогой и надёжный). Заодно надо поменять и управляющий транзистор на ST13003 (который больше подходит по параметрам) и стабилитрон на 1N5349BRLG. Мощность сопротивления R1 необходимо увеличить до 5 Вт, а диод VD2 поменять на 1N5408. Тогда можно выжать порядка 10 кВт, что мне и нужно.
Ключевым элементом является симистор VS1, на управляющий электрод которого транзистором VT1 подаётся отрицательное напряжение. Резистор R5 служит для ограничения тока. С параметрического стабилизатора VD1-R1-C1 снимается опорное и управляющее напряжения. В цепочке с ним стоит диод VD2, который и подаёт управляющее напряжение, изменяющееся в зависимости от напряжения в сети.
Когда напряжение в сети (и соответственно, на резистивном делителе R3-R4-C2 ) уменьшает эмиттерный ток транзистора до нуля, симистор закрывается. Положительная обратная связь, построенная на цепочке R7-VD3, даёт надёжное переключение транзистора. Ток через обратную связь суммируется с током на резисторе R3, повышая напряжение на делителе R3-R4-C2. Это надёжно выключает транзистор и, естественно, симистор.
Номинал резистора R3 определяет напряжение отключения. Номинал резистор R7 — разброс между включением и выключением.
Для индикации режима работы на входе и на выходе решил поставить две светодиодные цепочки. Цепочка на выходе будет ещё и подгружать симистор на холостом ходу (тогда R6 можно будет исключить).
Что необходимо:
1. Паяльник.
2. Набор электронных компонентов + печатная плата.
3. Радиатор для симистора.
4. Корпус для изделия.
5. ЛАТР для настройки схемы.
6. Отвертка, пинцет, скальпель, бокорезы.
7. Бормашина.
8. Мультиметр.
Недостающие (5-ти ваттный резистор R1 и симистор VS1) я купил в магазине «Чип и Дип» за 50 руб. Остальные детали были в наличии. Для охлаждения симистора использовал радиатор HS 304-50. Его площади более чем достаточно . Да, купил ещё в Кастораме за 57 руб. монтажную коробку для корпуса будущего прибора.
Печатную плату рисовал в программе Sprint-Layout 6.0.
Печатал на струйном принтере на обычной бумаге зеркально, затем наклеил на кусок стеклотекстолита, подходящих размеров. Предварительно стеклотекстолит был обработан мелкой шкуркой с моющим средством Сиф. Сверлом Ø1,0 мм просверлил отверстия для деталей и технологических отверстий и смыл тёплой водой бумагу.
Специальным маркером нарисовал печатную плату. Затем поместил плату в раствор хлорного железа на полчаса.
Хлорное железо с трудом смывается с рук, поэтому из малярного скотча сделал своеобразную ручку. Ацетоном смыл краску. Досверлил технологические отверстия до необходимого диаметра и паяльником залудил проводники платы. С платой я закончил.
Крайние части шинок для заземления, где есть перпендикулярные отверстия с резьбой для крепления, подошли в качестве контакторов. Выпилил два уголка, чтобы закрепить плату к радиатору. Радиатор не влезал в корпус буквально на 2 мм. Бормашиной срезал с двух сторон по полке. При площади 230 кв./мм это не критично.
Убрал со дна монтажной коробки бормашиной приливы, которые только мешали.
К радиатору на двух уголках закрепил плату, причём рассчитал так, что индикаторные светодиоды могли выходить через крышку. Симистор закрепил на радиатор через пасту КПТ-8. База 2 симистора соединена с охлаждающей площадкой, поэтому контакт радиатора с входящими/выходящими контакторами чреват коротким замыканием, так же, как и с проводниками на плате.
Затем впаял остальные детали. Вместо конденсатора 20 мкФ × 25 В (у меня его просто не было) поставил два по 10 мкФ × 50 В в параллель. Индикаторные цепочки впаял так, чтобы светодиоды чуть выходили наружу через заранее просверленные отверстия в крышке.
R3 выставил на среднее значение порога срабатывания защиты. Подключил ЛАТР и мультиметр и провёл более точную настройку. R5 заменил на 10 Ом для стабильности включения симистора.
Резистора R на 28к на 2 Вт для цепочки на выходе с красным светодиодом у меня не было. Поставил параллельно два по 56k на 1 Вт. Цепочка на входе с зелёным светодиодом на работу схемы не влияет, поэтому на схеме не показана.
При напряжении 180–250 В горят оба светодиода. При повышении напряжения до 255 В симистор отключает фазу (горит только один зелёный светодиод). Симистор опять подаёт фазу на нагрузку, когда напряжение упадёт до уровня приблизительно 235-240 В.
Размеры конструкции 60 х 90 х 90 мм. Специально вскрыты все отверстия в монтажной коробке для улучшения охлаждения схемы. Потратил на прибор немногим более 100 руб, да несколько дней работы. Я думаю, это стоит того!
Источник