Устройство защиты от перенапряжений

Полезная модель относится к области электротехники приборостроению и преобразовательной технике и может быть использована при создании защит электрооборудования от повышенного напряжения сети.
Известно устройство (А. Гончаров, г. Самара, «Радиолюбитель», №7 2000 г., с. 13), в котором устройство, содержащее однофазную сеть, плавкий предохранитель, силовой симистор для коммутации, два последовательно соединенных стабилитрона, полярный конденсатор, активное сопротивление для регулирования тока управления и настенную розетку, при повышении порогового напряжения открываются стабилитроны и на управляющий электрод симистора поступает открывающее напряжение. Симистор срабатывает и «прожигает» защитный предохранитель, вызывая тем самым отключение нагрузки.
Недостатками данного устройства является отсутствие гальванической развязки между силовой нагрузкой, которая коммутирует симистор и схемой его управления, которая также требует постоянного воздействующего импульса управления каждые полпериода на промышленной частоте, некорректность работы при небольшом искажении питающего напряжения, низкий КПД.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство защиты оборудования от перенапряжений (Патент RU №2457596, класс Н02Н 3/20, 2012 г. - прототип), содержащее однофазную сеть переменного тока, исполнительный орган, мостовой двухполупериодный выпрямитель, к которому подключены резистивный делитель и конденсатор, транзистор и регулирующий элемент.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и ограниченность сферы применения.
Техническим результатом полезной модели является упрощение схемы при одновременном улучшении эксплуатационных характеристик и срока службы устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство защиты от перенапряжений, содержащее однофазную сеть переменного тока, исполнительный орган, мостовой двухполупериодный выпрямитель, к которому подключены резистивный делитель и конденсатор, транзистор и регулирующий элемент, согласно полезной модели имеет дополнительные резистивные делители, резистор управляющий током базы транзистора, стабилитрон, включенный между резистором, управляющим током базы транзистора и одним из дополнительных резистивных делителей, стабилизатор, включенный параллельно конденсатору и одним выводом подключенный к коллектору транзистора, при этом в качестве исполнительного органа использовано твердотельное реле, а в качестве регулирующего элемента - интегральная микросхема, которая подключена одним выводом к общему минусу схемы, вторым к общей точке второго дополнительного резистивного делителя, включенного параллельно стабилизатору, третьим выводом к исполнительному органу, четвертым выводом к эмиттеру транзистора.
Новизна заявляемой полезной модели заключается в том, что в качестве регулирующего элемента использована интегральная микросхема, которая работает только в бистабильном состоянии и требует на порядок меньшую величину тока управления, а в качестве исполнительного органа использована твердотельное реле, что, в отличие от симистора, позволяет упростить схему управления и коммутировать силовые нагрузки малым током управления.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре 1 представлена схема устройства.
Устройство защиты от перенапряжений содержит однофазную сеть переменного тока 1, к выводам которой подключен вывод 2 твердотельного реле 3 и мостовой двухполупериодный выпрямитель 4, к выводам которого присоединен резистивный делитель напряжения 5, параллельно к которому подключен конденсатор 6, стабилизатор 7, дополнительные резистивные делители, образованные резисторами 8 и 9, и резисторами 10 и 11. К общей точке второго дополнительного резистивного делителя подключен стабилитрон 12, к выходу которого присоединен резистор 13, который управляет током базы биполярного транзистора 14. Коллектор биполярного транзистора 14 присоединен к выходу стабилизатора 7, а эмиттер - к выводу 15 интегральной микросхемы 16, вывод 17 которой подключен к общей точке сопротивлений 8 и 9, вывод 18 подключен к общему «минусу» схемы, вывод 19 соединен с выводом 20 твердотельного реле 3. Вывод 21 твердотельного реле соединен с одним из выводов защищаемой нагрузки 22, второй вывод которой подключен к одному из выводов сети 1, а вывод 23 - с выпрямителем 4.
Устройство защиты от перенапряжений работает следующим образом.
Напряжение из сети 1 выпрямляется однофазным мостовым двухполупериодным выпрямителем 4 и уменьшается на резистивном делителе напряжения 5. Входное напряжение фильтруется конденсатором 6 и поступает к стабилизатору напряжения 7, который формирует смещение интегральной микросхемы 16 с помощью транзистора 14. Нестабилизированное напряжение, изменяющееся пропорционально сетевому напряжению, поступает к резисторам 8 и 9, которыми устанавливаются верхнее и нижнее значение уставок срабатывания интегральной микросхемы 16.
В номинальном режиме, когда питающее напряжение находится в заданных пределах, нестабилизированное напряжение на среднем выводе резистивного делителя, образованного резисторами 10 и 11, открывает стабилитрон 12 и вводит транзистор 14 в проводящее состояние. Напряжение на выводе 15 интегральной микросхемы 16 резко возрастает, стремясь к номинальному значению и, когда оно достигает 2/3 напряжения смещения нуля интегральной микросхемы, потенциал на выводе 19 повышается и подает напряжение на включение твердотельного реле 3 (выводы 20 и 23).
Если напряжение сети переменного тока меньше установленного нижнего предела, напряжение на среднем выводе резистивного делителя, образованного резисторами 10 и 11, слишком мало для включения стабилитрона 12, и поэтому твердотельное реле 3 обесточено. Когда сетевое напряжение превышает верхний предел, напряжение постоянного тока на выводе 17 интегральной микросхемы 16 превышает 1/3 питающего напряжения, в результате чего понижается потенциал вывода 20, твердотельного реле 3, и оно отключается.