УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ХОЛОДИЛЬНИКОВ, КОНДИЦИОНЕРОВ И ДРУГОЙ АППАРАТУРЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ ОТ ПОВЫШЕННОГО И ПОНИЖЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, А ТАКЖЕ ПРИ ПРОПАДАНИИ И ПОВТОРНОМ ПОЯВЛЕНИИ НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТИ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к аппаратуре бытового назначения, и предназначена для автоматического отключения бытовых электроприборов при устойчивом отклонении напряжения сети как в большую, так и в меньшую сторону свыше допустимых пределов, а также при пропадании и повторном появлении напряжения в сети и включения их с задержкой после устойчивого восстановления напряжения сети. Это позволяет исключить влияние импульсных помех на отключение электроприборов, представляющих для сети индуктивную нагрузку, которой не страшны импульсные помехи, а вредными являются частые включения. Примерами таких электроприборов являются холодильники, кондиционеры и др. Причем холодильники, которым противопоказаны частые включения, в момент разгона компрессора сами потребляют большой пусковой ток и таким образом являются источником достаточно длительной (до 2 сек.) просадки напряжения.
Известно устройство для защиты потребителя от ненормированного напряжения в сетях переменного тока (Н 02 Н 3/20 RU 2113046), содержащее пороговые элементы верхнего и нижнего уровня, исполнительный орган, накопительный конденсатор, выпрямитель сетевого напряжения. Устройство работает следующим образом: после выпрямления напряжения сети с помощью выпрямительного диода и накопительного конденсатора если величина выпрямленного напряжения находится в пределах между уровнями срабатывания пороговых устройств, исполнительный орган открыт. При изменении напряжения сети выше или ниже предельного пороговый элемент разряжает накопительный конденсатор до нуля, что приводит к закрытию исполнительного органа.
Недостатком данного устройства является принцип амплитудного измерения напряжения сети, что приводит к неточностям измерения напряжения при искажении его формы. Величина искажений формы синусоиды напряжения оговорена ГОСТ 13109-87, откуда следует, что данное устройство может не защитить аппаратуру потребителя от повреждения при наличии
искажений формы напряжения сети. Не исключена также возможность ложного отключения аппаратуры потребителя при попытке ее включения из-за просадки напряжения, образующейся за счет пускового тока самой аппаратуры потребителя. Кроме того, в нем отсутствует задержка на включение нагрузки после возвращения напряжения сети в норму, что не допустимо, если нагрузкой является устройство, не допускающее частых повторных включений, например, холодильник.
Известно устройство для отключения сетевого переменного напряжения от нагрузки при повышении сетевого напряжения выше допустимого (Н 02 Н 3/20 RU 2177199), содержащее ключ, выпрямитель сетевого напряжения, фильтр, измерительный делитель напряжения, пороговый элемент, таймер и триггер.
Устройство работает следующим образом. До тех пор, пока напряжение с измерительного делителя не превышает порога, установленного в пороговом элементе, триггер, по сигналу с выхода таймера, удерживает ключ в открытом состоянии. Но как только напряжение с измерительного делителя превысит порог срабатывания порогового элемента, на выходе последнего появляется сигнал, обнуляющий таймер и устанавливающий триггер без всякой задержки в состояние размыкания ключа. Отсюда следует, что любая кратковременная импульсная помеха, амплитуда которой превышает порог порогового элемента, будет снимать напряжение питания с нагрузки, а это может привести к выходу нагрузки из строя. Частота и длительность подобных помех ГОСТом не регламентируется.
Известно устройство для защиты потребителя от повышенного и пониженного напряжения в сети переменного тока, включающее выпрямительный мост, исполнительный элемент, пороговый узел, стабилизаторы напряжения, делитель напряжения сети, формирователь импульсов, счетчик импульсов, узел управления (RU 2136097 С1, Н 02 Н 3/20, 3/24, 17.03.98 г.).
Устройство работает следующим образом. Однополупериодное напряжение, выпрямленное диодным мостом, через узел контроля напряжения сети поступает на входы порогового узла, т.е. тем самым осуществляется сравнение амплитудного значения напряжения сети с заданным порогом. При превышении амплитудным значением напряжения сети верхнего порогового уровня или при понижении амплитудного значения напряжения сети ниже нижнего порогового уровня происходит обнуление счетчика импульсов и мгновенное отключение потребителя от сети. При нахождении амплитудного значения напряжения сети в пределах между нижним и верхним пороговыми уровнями происходит заполнение до заданного значения счетчика
импульсами, поступающими из формирователя импульсов. Время заполнения определяет задержку на подключение потребителя к сети.
Амплитудное значение напряжения в реальных сетях из-за искажения формы синусоиды, как правило, не отражает величины действующего значения переменного напряжения, оговоренного стандартами и требованиями к электропитанию установок потребителя. Для промышленной и бытовой аппаратуры допустимый диапазон напряжений питания всегда задается в действующем значении величины напряжения.
Одним из недостатков указанного устройства является измерение амплитудного значения напряжения сети, что может привести к отключению потребителя от сети, когда действующее напряжение находится в допустимых для аппаратуры пределах и неотключению аппаратуры в обратном случае в зависимости от вида искажений формы синусоиды. Кроме того, наличие в сетях даже одиночных импульсных помех может привести к отключению потребителя от сети и невозможности его повторного включения. Также отключение аппаратуры потребителя или невозможность ее включения может происходить из-за кратковременной просадки напряжения, возникающей, например, при включении холодильника из-за больших пусковых токов электродвигателя компрессора.
Наиболее близким устройством к заявленной полезной модели по технической сущности, принятым за прототип, является устройство защиты холодильников и другой аппаратуры потребителя от повышенного и пониженного напряжения в сети переменного тока, содержащее выпрямитель сетевого напряжения, исполнительный элемент, пороговые устройства верхнего и нижнего значений допустимых величин сетевого напряжения, стабилизаторы напряжения, формирователь импульсов, таймер задержки на включение аппаратуры потребителя, узел управления исполнительным элементом, управляемый интегратор напряжения сети, таймер цикла измерения, двусторонний ограничитель величины сетевого напряжения (RU 25654 U1, 7 Н 02 Н 3/20 от 05.06.2002).
Устройство работает следующим образом. С помощью управляемого интегратора напряжения сети в устройстве формируется сигнал, пропорциональный действующему значению напряжения сети, который поступает на входы пороговых устройств верхнего и нижнего значений, где сравнивается с соответствующими пороговыми напряжениями. С выходов пороговых устройств сигналы поступают на таймер задержки на включение аппаратуры потребителя. Если напряжение сети
находится вне пределов допустимых значений, сигналами с пороговых устройств производится запуск таймера задержки и с помощью исполнительного элемента снимается напряжение с аппаратуры потребителя.
Однако, холодильники и другая аппаратура потребителя могут выходить из строя не только из-за пониженного или повышенного напряжения сети, но и из-за пропадания и повторного появления напряжения в сети. Недостатком данного устройства является отсутствие защиты аппаратуры потребителя от пропаданий и повторных появлений напряжения в сети.
Технической задачей заявленного устройства является отключение аппаратуры потребителя от сети при изменении напряжения в сети, как в большую, так и в меньшую сторону от заданных значений, а также при пропадании и повторном появлении напряжения в сети и включение аппаратуры потребителя через определенное время задержки после возвращения напряжения в сети к заданным значениям.
Кроме того, заявленное устройство позволяет не отключать аппаратуру потребителя (например, холодильники, кондиционеры и др.) при наличии в электрической сети импульсных помех, не вызывающих нарушения работы аппаратуры.
Для достижения указанного технического результата в устройство для защиты аппаратуры потребителя от повышенного и пониженного напряжения в сети переменного тока, а также при пропадании и повторном появлении напряжения в сети, содержащее выпрямитель сетевого напряжения, исполнительный элемент, пороговые устройства верхнего и нижнего значений допустимых величин сетевого напряжения, стабилизаторы напряжения, формирователь импульсов, таймер задержки на включение аппаратуры потребителя, узел управления исполнительным элементом, управляемый интегратор напряжения сети, двусторонний ограничитель величины сетевого напряжения, введен формирователь сигнала запуска таймера задержки на включение аппаратуры потребителя. Первый вход устройства соединен с первыми входами выпрямителя, исполнительного элемента, управляемого интегратора напряжения сети и входом двустороннего ограничителя величины сетевого напряжения, второй вход устройства соединен со вторым выходом устройства и вторым входом выпрямителя, первый выход выпрямителя соединен с общими цепями питания всех узлов, второй выход выпрямителя соединен со входом первого стабилизатора, выход которого соединен со входом второго стабилизатора, выход двустороннего ограничителя величины сетевого напряжения соединен со входом формирователя импульсов, выход формирователя импульсов
соединен со вторым входом управляемого интегратора напряжения сети и первым входом таймера задержки на включение аппаратуры потребителя, выход второго стабилизатора соединен со вторыми входами пороговых устройств верхнего и нижнего значений допустимых величин сетевого напряжения, первые входы которых соединены с выходом управляемого интегратора напряжения сети, выход порогового устройства верхнего значения допустимой величины сетевого напряжения соединен со вторым входом таймера задержки на включение аппаратуры потребителя, выход порогового устройства нижнего значения допустимой величины сетевого напряжения соединен с третьим входом таймера задержки на включение аппаратуры потребителя, выход которого соединен со входом узла управления исполнительным элементом, выход узла управления исполнительным элементом соединен со вторым входом исполнительного элемента, а выход исполнительного элемента соединен с первым выходом устройства, выход формирователя сигнала запуска таймера задержки на включение аппаратуры потребителя соединен с четвертым входом таймера задержки на включение аппаратуры потребителя.
Управляемый интегратор напряжения сети выполнен, например:
1) в виде управляемого однополупериодного интегратора напряжения сети,
2) в виде двухканального интегратора, выходы каналов которого соединены с первыми входами пороговых устройств верхнего и нижнего значений допустимых величин сетевого напряжения.
Формирователь сигнала запуска таймера задержки на включение аппаратуры потребителя выполнен, например, в виде детектора повышения напряжения.
Проведенные патентные исследования подтверждают новизну, изобретательский уровень и промышленную применимость заявленного решения.
На рис.1 изображена блок-схема заявленного устройства, которая содержит исполнительный элемент 1, выпрямитель сетевого напряжения 2, первый стабилизатор напряжения 3, второй стабилизатор напряжения 4, узел управления исполнительным элементом 5, управляемый интегратор напряжения сети 6, пороговые устройства верхнего и нижнего значений допустимых величин сетевого напряжения 7 и 8, таймер задержки на включение аппаратуры потребителя 9, двусторонний ограничитель величины сетевого напряжения 10, формирователь импульсов 11, формирователь сигнала запуска таймера задержки на включение аппаратуры потребителя 12.
Напряжение сети поступает на входы исполнительного элемента, выпрямителя, управляемого интегратора и двустороннего ограничителя величины сетевого напряжения. К выходу выпрямителя подключены два стабилизатора для питания узлов устройства и формирования стабильных порогов верхнего и нижнего значений допустимых величин сетевого напряжения. Напряжение с выхода двустороннего ограничителя величины сетевого напряжения поступает на формирователь импульсов, с выхода которого прямоугольное напряжение подается на входы управляемого интегратора напряжения сети и таймера задержки на включения аппаратуры потребителя. В управляемом интеграторе напряжения сети происходит интегрирование полуволн синусоиды сетевого напряжения с периодичностью, определяемой формирователем импульсов. Проинтегрированное напряжение поступает на входы пороговых устройств верхнего и нижнего значения, где сравнивается с соответствующими пороговыми напряжениями. Если проинтегрированное напряжение сети лежит в пределах между верхним и нижним значениями порогов, т.е. срабатывает только пороговое устройство нижнего значения, то таймер задержки на включение аппаратуры потребителя спустя заданное время задержки производит включение исполнительного элемента через его узел управления. Если же проинтегрированное напряжение сети окажется или ниже нижнего порога, или выше верхнего порога, т.е. или не сработает ни одно пороговое устройство, или сработают оба пороговых устройства, то таймер задержки на включение аппаратуры потребителя выключает исполнительный элемент.
В момент подачи напряжения на устройство формирователем сигнала запуска таймера задержки на включение аппаратуры потребителя формируется сигнал, запускающий таймер задержки. Таким образом, при любом появлении напряжения в сети происходит запуск таймера задержки, а аппаратура потребителя оказывается обесточенной на время этой задержки.