Ontwerp van synchrone spanningsbegrenzer

Iedereen die eerdere berichten heeft gelezen over een fundamenteel nieuw overspanningsbeveiligingsapparaat synchrone limiter, en vooral degenen die bekend zijn met het schakelen van voedingen van moderne computers en andere apparatuur, dachten natuurlijk meteen aan de twee belangrijkste problemen die niet zo gemakkelijk te overwinnen zijn. Dit is een zeer hoge stroompuls wanneer de stroom wordt ingeschakeld, vooral als er meerdere apparaten zijn aangesloten op de ONS (en dit is in de regel), en ten tweede warmteafvoer op de ballast, in combinatie met een conventionele ballastweerstand (uit ervaring van velen), ze worden gezien als twijfel aan het idee van zo'n spanningsbeperking.

Over de kwestie van warmte heeft de ontwikkelaar in het vorige artikel al enkele verklaringen gegeven, nu zal hij deze aanvullen met de volgende opmerkingen. Als we kijken naar een klassieke autotransformator, dan heeft deze ook warmteafvoer en zelfs zulke nadelen (vergeleken met ONS) als gewicht en mogelijk gezoem tijdens bedrijf. Als we een moderne stabilisator beschouwen voor 500 watt (het minimale vermogensniveau), dan kunnen we volgens de efficiëntie, die gemiddeld 97% is, het door de transformator gedissipeerde vermogen berekenen en het blijkt ongeveer 15 watt te zijn bij nominale belasting en vooral bij normale spanning (!) . In de ONS, op ballast, met een dergelijke belasting en een netwerkspanning van ongeveer 255 V (de ONS begint de amplitude te verminderen vanaf 245 in de effectieve spanning) volgens de geschatte berekening, die de auteur eerder uitlegde (rekening houdend met de duty cycle van pulsen - stukjes van "overtollige amplitude"), zullen er zijn opvallen ongeveer 10 watt. Hij maakte deze vergelijking alleen om twijfels weg te nemen over de rationaliteit van het gebruik van actieve ballast voor synchrone spanningsbeperking. Vergelijk natuurlijk het klassieke principe met het voorgestelde voor een specifieke plaats van toepassing. Alles wordt immers bepaald door het netwerk zelf, de instabiliteit, de aard van de belastingen, constant en willekeurig, en de eisen aan spanning op consumenten, andere factoren. Daarom gaan we verder in op de inschakelstroom.

In de eerste prototypes gebruikte de ontwikkelaar de KT818BM-transistor voor ballast, en hij doorstond de startstroom van twee tv's tot 100 watt totaal vermogen. Vervolgens begon de auteur de Darlington-transistor op 8-10 A te gebruiken in het TO-220-pakket (voor kleine gevallen), inclusief met parallelle verbinding. Hij stelde zich toen niet het doel om een ​​maximale startstroom te bereiken, omdat er een fase was van het testen van het circuit op andere kwesties, waaronder het regelen van het uitschakelen en uitschakelen van het relais door middel van een gecontroleerde schakelaar (met een aan / uit-knop). Eind vorig jaar slaagde de ontwikkelaar erin een circuit te maken waarbij het relais terugkeerde naar de werkende (losgekoppelde) staat terwijl de spanning naar normaal werd verlaagd. Zo'n limiter werd in een vorig artikel geïntroduceerd. Vervolgens werd dezelfde koffer toegevoegd aan de gepresenteerde koffer, maar al met een koeler en een stroomtransformator (van waaruit de koeler wordt aangedreven) en werden temperatuurtests uitgevoerd.Ze toonden aan dat de ONS, voorlopig ontworpen voor een belasting van 250 watt met frequente overspanningen tot 250-255 V, hiermee correspondeert en op korte termijn (door hitte) overspanningen van dit niveau en met een hoger laadvermogen, tot 400-500 watt, kan weerstaan. Ik denk dat velen begrijpen dat de verwarmingstemperatuur van de radiator, en dus het uiteindelijke vermogen dat vrijkomt op de ballast (als onderdeel van het laadvermogen), wordt bepaald door het effectieve gebied van de radiator, de koelere prestaties en de ventilatie-eigenschappen van de limiterbehuizing zelf. Daarom geeft de auteur hier geen specifieke resultaten van thermische tests (zoals gebruikelijk in de beschrijving van een dergelijk product). We presenteren alleen een grafiek die het belangrijkste kenmerk van ONS illustreert voor een laadvermogen van ongeveer 10 W:

Voor meer vermogen heb je een krachtige ingangsspanningsregelaar nodig. Maar dit is absoluut niet nodig, omdat het voor iedereen duidelijk moet zijn dat bij hoge stromen de regelkarakteristiek van de ballasttransistor steiler zal zijn, dat wil zeggen dat het bovenste deel van de grafiek zachter zal zijn.

Maar terug naar de startstroom. Na de thermische tests zette de ontwikkelaar zonder enige aarzeling de netbook-adapter aan via de ONS, die zich onderscheidde door zijn "harde" start-up (die ik me eerder herinnerde door zijn sterke vonken in de uitlaat) Een daaropvolgende ballasttest (met een microknop) toonde aan dat de transistor (in TO-220) er niet tegen kon. Het meten van de stroompuls met een speciaal apparaat toonde een waarde van ongeveer 20 A (overweeg dit in uw praktijk!). Toen kwam de beslissing om de transistor te beschermen, en tegelijkertijd de relaiscontacten en het thermorelais door een shunt-triac (van dezelfde versie). Het circuit is eenvoudig, tussen de kathode en de stuurelektrode, een krachtige weerstand in de orde van 0,47 Ohm is ingeschakeld. Met een startstroom die ongeveer 5 ms duurt, zal de triac openen en zal het grootste deel van de stroom door zichzelf gaan. Maar het belangrijkste is dat dit de betrouwbaarheid van de bovenstaande contacten zal waarborgen. Het is een feit dat hoewel de relaiscontacten zijn ontworpen voor 10-16 A, alle relais de mogelijkheid hebben om langzaam "los te laten" wanneer de stroom is uitgeschakeld, dat wil zeggen, de contacten zullen zeker vonken (zoals een sprankelend stopcontact) en kunnen zelfs aan elkaar worden gelast. De thermische relaiscontacten zijn in dit opzicht nog zwakker - in het handigste model zijn ze ontworpen voor 5 A.

Het ONS-schema is dus eindelijk (vermoedelijk) vastgesteld om alle belangrijke kenmerken van de toepassing ervan op te lossen. Zoals reeds opgemerkt, is de optie met een miniatuurrelais, die nu kan terugkeren naar de oorspronkelijke stand-bystatus, de meest complexe in het schakelschema en heeft het aanzienlijke nadeel dat het relais voor onbepaalde tijd moet worden aangehouden. Veel mensen weten dat een zaak waarschijnlijk is. nul klif en het verschijnen in het appartementsnetwerk van een spanning van meer dan 300, of zelfs alle 380 volt (hoogstwaarschijnlijk natuurlijk in geval van ernstige ongevallen en natuurrampen in de buurt van uw onderstation of op een lange open lijn). Hoewel het ONS-relaiscircuit, door berekening, zo'n overspanning moet kunnen weerstaan, waardoor het niet kan worden geladen, zal de thermische modus van de relaisvermogenselementen behoorlijk stressvol zijn. Daarom leunde de auteur van de ontwikkeling toch naar de optie met een gecontroleerde onderbreker, kort - met een onderbrekingsrelais ( relais - trip). Het feit is dat het circuit in deze uitvoeringsvorm eenvoudiger is en geen elementen heeft met een thermische belasting, en het onderbrekingsrelais wordt bestuurd door een thyristor in het TO-92-pakket. De thermo-breaker zelf heeft betrouwbare contacten, die dankzij het speciale ontwerp met hoge snelheid openen en sluiten (via de externe knop). Dit product is zojuist gemaakt (door gerenommeerde bedrijven) voor een betrouwbare werking als stroomlijnversie. Al het bovenstaande en de positieve ervaring met het verfijnen van de breker om externe controle te bieden, inspireerde de ontwikkelaar nu om dit product, dat erg handig is voor de ONS, verder te verbeteren om een ​​volwaardig onderbrekingsrelais te creëren, met controle voor het in- en uitschakelen.Op basis van de resultaten die al als positief (uit ervaring) worden gezien, zal de auteur zeker nog een bericht maken. Tot slot geven we enkele resultaten die de voordelen van ONS verder illustreren. Wat het ontwerp betreft, zoals hieronder te zien is, is het voordeel dat het in de meeste bestaande gebouwen kan worden ingebouwd, dat wil zeggen dat het weinig zin heeft om een ​​speciaal geval te maken (met aantrekkelijke "dingen"). Zoals eerder getoond, kan ONS in inbouwdozen worden ingebouwd, zelfs voor verzonken montage. Laten we beginnen met de illustratie met de laatst geteste kit, hier is het:

In het onderste compartiment bevindt zich een koeler met een stroomtransformator, een filtercondensator (er kunnen varistoren zijn) en een shunt-triac. Dit ontwerp is alleen gemaakt voor testen en persoonlijk gebruik in de toekomst. Voor de algemene consument moet het natuurlijk anders zijn. Zo moeten de bovenste nesten worden uitgesloten, omdat ze gevaarlijk zijn voor kinderen. Doe dit nooit in je creatieve workshops! 

En hier is een video die het gemak van knoptests laat zien, vooral voordat een product wordt overgedragen (verkocht) aan een consument:

Drukknop test

En hier is een video die het gemak van een 'soepele' test laat zien in een van mijn eerste breekrelaisontwerpen:

Vlotte test

Kijk nu hoe het mogelijk is ONS te integreren in de behuizing van een 9-outlet filter-splitter vervaardigd door V.I.-TOK, voor drie afzonderlijke uitgangen:

En zelfs in een dergelijk geval (stripradiatoren met parallel geschakelde transistors bevinden zich aan de zijkanten):

En hier is hoe ONS kan worden gerangschikt in een doos onder een dubbele uitlaat, met een koeler van 40x10 mm, voor verborgen installatie in een onbrandbare muur:

De ontwikkelaar deed alle elektronische kaarten natuurlijk met volumetrische installatie, zonder smd-elementen, daarom zullen bij normale moderne installatie de lay-outopties natuurlijk nog hoger zijn.

Welnu, nu delen we de incidentele ervaring die voor velen nuttig zal zijn. De ontwikkelaar gebruikt de DT-838 multimeter, omdat deze ook de temperatuur meet met behulp van een thermo-element met lage inertie, wat erg handig is om het te testen. Dus, zelfs eerder, de schakelaar was vaak rommel en stopte over het algemeen met het uitschakelen van het apparaat, hoewel het normaal gemeten was. Dit dwong om een ​​miniatuurschuifschakelaar in het stroomcircuit te plaatsen. En onlangs (in het heetst van de test) stak de auteur van de ontwikkeling een 220 V-apparaat vast en meet daarvoor een weerstand op de grens van 2000. Hij kwam op tijd tot bezinning met een reeks cijfers, maar de weerstandsmetingen verdwenen. Op andere limieten werd niets gestoord (tot mijn verbazing). Na de autopsie werd de vernietigde smd-weerstand (R15) gevonden, door de forums gekropen en herkende de geschatte waarde van 1,5 k, vond slechts 1,87 (precisie), soldeerde het en gemeten hetzelfde - de afwijking is minder dan 0,01. Hij controleerde alle andere limieten en was nog meer verrast - wat een geweldige overlevingskans (een term uit de theorie van betrouwbaarheid!). Ter attentie een visueel voorbeeld: