УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК H02H3/20 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в быту и на производстве при защите от периодических суточных перенапряжений и токового импульса при включении нагрузки, использующей импульсные источники питания (телевизоры, компьютеры, кассовые аппараты, ряд видеомагнитофонов, мониторы и т.п.), лампы накаливания и т.п., и предотвращения их выхода из строя.

Известно устройство для защиты от перенапряжений, содержащее индуктивно-емкостный фильтр, варистор и биметаллический предохранитель [Реальная защита: сетевой фильтр Surge Arrest^TM. Проспект фирмы APC, 1997 г.].

Недостатком данного устройства является низкое быстродействие биметаллического предохранителя при воздействии на нагрузку с импульсным источником питания или лампы накаливания, токового импульса включения и неэффективная защита от суточных периодических перенапряжений сети питания вследствие использования варисторов и пассивных LC-фильтров.

Известно устройство защиты радиоаппаратуры от превышения сетевого напряжения, содержащее симистор, схему измерения и управления с импульсным трансформатором, отключающую нагрузку в цепи симистора при превышении предельно допустимого значения напряжения питания для нагрузки с последующим включением при его понижении [Устройство защиты радиоаппаратуры от превышения сетевого напряжения. -Радио, N 6, 1997, с. 44].

Недостатком данного устройства является отключение нагрузки при превышении предельно допустимого значения напряжения питания для нагрузки на входе устройства защиты, что прерывает работу, например, телевизора, компьютера, кассового аппарата, видеомагнитофона и т.п., то есть нагрузки, отключение которой при естественных суточных колебаниях сетевого напряжения питания (25% выше номинального) нежелательно. А так же отсутствует защита от воздействия на нагрузку с импульсным источником питания или лампы накаливания - токового импульса при включении.

Известно устройство для защиты от перенапряжений нагрузки, питающейся от однофазного источника переменного тока, содержащее управляющие тиристоры со схемой управления, коммутирующие реле и ограничительные резисторы [А.с. СССР N 1312674 A1, МКИ⁴ H 02 H 3/20], которое обеспечивает включение ограничительных резисторов при превышении допустимого напряжения питания нагрузки.

Недостатком данного устройства является повышенная мощность рассеяния на ограничительных резисторах при их подключении, сложность устройства, наличие токового импульса в нагрузке при ее включении, если в качестве нагрузки используется потребитель с импульсным источником питания или лампы накаливания и т.п. и неэкономичность в связи с потреблением тока устройством для защиты от перенапряжений при отключенной нагрузке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для защиты цепи переменного тока от понижения (и повышения) напряжения, содержащее полупроводниковый ключ, выполненный в виде симистора, который включен последовательно с нагрузкой, в цепь управляющего электрода которого включен резистор, второй симистор и два конденсатора, соединенные с другой шиной питания [А.с. СССР N 1350734 A1, МКИ⁴ H 02 H 3/24, H 02 H 3/20] .

Недостатком прототипа является отключение нагрузки при превышении напряжением питания предельно допустимого значения при суточных периодических колебаниях сетевого напряжения, наличие токового импульса при включении нагрузки с импульсным источником питания, например, или лампы накаливания и т. п., а также неэкономичность устройства для защиты при отключенной нагрузке в связи с потреблением тока через цепи управления симисторов.

Цель изобретения - обеспечение возможности работы нагрузки при периодических суточных колебаниях сетевого напряжения питания без ее отключения, устранение токового импульса в нагрузке при ее включении и повышение экономичности устройства для защиты от перенапряжений.

Указанная цель в предлагаемом устройстве достигается тем, что в него дополнительно введены регулирующий транзистор, включенный согласно в диагональ диодного моста, подключенного в цепь управляющего электрода и электрода управления (катода или анода) симистора, причем база регулирующего транзистора подключена к средней точке RC-цепи, резистивный вход которой подключен к коллектору транзистора, а емкостный выход RC-цепи - к эмиттеру транзистора.

Схема предлагаемого устройства представлена на чертеже.

Устройство для защиты от перенапряжений содержит: полупроводниковый ключ, выполненный в виде симистора 1, включенного последовательно с нагрузкой 2, регулирующий транзистор 3, включенный согласно в диагональ диодного моста 4, включенного в цепь управляющего электрода и электрода управления (катода или анода) симистора 1, причем, база регулирующего транзистора 3 подключена к средней точке RC-цепи 5, резистивный вход которой подключен к коллектору транзистора 3, а емкостный выход RC-цепи 5 - к эмиттеру регулирующего транзистора 3.

Устройство работает следующим образом:
при включении устройства для защиты от перенапряжений в сеть однофазного переменного тока симистор 1 закрыт и через нагрузку, выполненную, например, с импульсным источником питания, лампу накаливания и т.п., ток не проходит. По мере заряда емкости RC-цепи 5 током цепи управляющего электрода симистора 1 и плавного открывания регулирующего транзистора 3 происходит плавное открывание симистора 1 (скорость открывания симистора 1 определяется и подбирается по постоянной времени RC-цепи 5), причем базовый ток регулирующего транзистора подбирается таким образом, что момент открывания симистора 1 происходит не в момент перехода фазы питающего напряжения через ноль, а позже, с учетом гашения на симисторе части входного питающего напряжения, что позволит погасить избыточное напряжение питания нагрузки при периодических суточных перенапряжениях сети питания, превышающих максимально-допустимое напряжение питания нагрузки без отключения нагрузки. При этом плавное открывание симистора 1 обеспечивает плавный заряд накопительного конденсатора, например, импульсного источника питания нагрузки и т.п. или плавное возрастание напряжения на активной нагрузке, например, лампе накаливания. Это, в свою очередь, исключит выход из строя нагрузки от токового импульса при включении. В свою очередь, при отключении нагрузки происходит разряд емкости RC-цепи 5, закрывание регулирующего транзистора 3 и симистора 1, ток потребления устройством для защиты от перенапряжений отсутствует, что повышает его экономичность.

Изобретение предназначено для использования при защите от периодических суточных колебаний сетевого напряжения, при включении нагрузки, использующей импульсный источник питания. Технический результат заключается в обеспечении возможности работы нагрузки при периодических суточных колебаниях сетевого напряжения питания без ее отключения, устранении токового импульса в нагрузке при ее включении и повышении экономичности устройства для защиты от перенапряжений. Устройство содержит полупроводниковый ключ, выполненный в виде симистора, который включен последовательно с нагрузкой, в него дополнительно введены регулирующий транзистор, включенный в диагональ диодного моста, подключенного в цепь управляющего электрода и катода или анода симистора, причем база регулирующего транзистора подключена к средней точке RC-цепи, резистивный вход которой подключен к коллектору транзистора, а емкостный выход RC-цепи - к эмиттеру транзистора. 1 ил.

Устройство для защиты от перенапряжений, содержащее полупроводниковый ключ, выполненный в виде симистора, который включен последовательно с нагрузкой, отличающееся тем, что в него дополнительно введены регулирующий транзистор, включенный в диагональ диодного моста, подключенного в цепь управляющего электрода и катода или анода симистора, причем база регулирующего транзистора подключена к средней точке RC-цепи, резистивный вход которой подключен к коллектору транзистора, а емкостный выход RC-цепи - к эмиттеру транзистора.