Защита от помех пусковых токов электродвигателей

При включении в сеть бытовых электроприборов на экране телевизоров и мониторов компьютеров иногда просматриваются импульсные помехи снижающие качество и устойчивость изображения. Импульсные помехи возникающие в момент замыкания контактов пусковых реле или выключателей электродвигателей, амплитудой в несколько тысяч вольт, при пятикратным пусковым токе длительностью в несколько миллисекунд, безприпятственно проникают в цепи питания радиоэлектронной аппаратуры, выводя их из строя. Входные фильтры бытовой радиоэлектроники не всегда могут защитить электронные компоненты радиоаппаратуры.

Желательно создать препятствие для выхода импульсных перенапряжений из бытовых электроприборов, оснащенных мощными электродвигателями. При пониженном, в момент запуска электродвигателя, сетевом напряжении пусковой ток нагрузки уменьшить до рабочего состояния, что предотвратит возникновение радиопомех и перенапряжений в электросети.

Понизить пусковой ток можно несколькими методами; уменьшить мощность нагрузки или напряжение на контактах пускового реле, в момент размыкания. Возможно выполнить начальный разгон оборотов электродвигателя током меньше пускового, перевести его из статического в динамический режим - уровень помех будет незначительным. Вариант электронного устройства по снижению импульсных помех электродвигателей выполнен на рис.1.

Электронная схема имеет цепи отрицательной обратной связи для стабилизации выходного напряжения.

Характеристики устройства:
Напряжение электросети 190-230 Вольт.
Мощность нагрузки 1000 Ватт
Время пуска 5-30 мск
Потребляемая мощность 10 Ватт
Уровень помех 5%
Амплитуда помех макс. 50В
Напряжение на нагрузке 210-220 Вольт

Схема устройствасостоит из входного и выходного сетевых фильтров состоящих из LC цепей, ограничителя коротких по времени импульсных перенапряжений на светодиоде HL2, программируемом таймере пуска электродвигателя - DA1 и ключевом регуляторе тока на тиристоре VS1. Устройство работает в автоматическом режиме.

Таймер включается только в момент появления нагрузки на выводах Х3,Х4. Падение сетевого напряжения на диодном мосте VD1 включит в работу трансформатор Т1. Выпрямленное диодным мостом VD2 вторичное напряжение поступит через ограничительный резистор R 4 на питание таймера DA1.Стабилитрон VD3 поддерживает напряжение на уровне 13 Вольт.

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения установлен конденсатор С5, светодиод HL1 указывают на наличие питающего напряжения.

Работой всего устройства управляет программируемый таймер на микросхеме DA1 типа NE555P, назначение его; генерирование прямоугольных импульсов управления ключевым устройством на тиристоре VS1, включение устройства с задержкой времени от начала замыкания контактов пускового реле нагрузки и подача напряжения по экспоненте с повышением до номинального значения и стабилизация напряжения на нагрузке. Резистором R15 устанавливается при необходимости скважность импульса, а R12 - время задержки включения.

Описание схемы

Генератор прямоугольных импульсов, созданный на таймере DA1, выдаёт прямоугольные импульсы с изменяемой скважностью в зависимости от номиналов RC –цепи: R14, R15, C8.

Конденсатор С7, подключенный к выводу 4DA1 - сброса таймера, позволяет через 5-30 мсек. поднять напряжение на нагрузке, через ключевой транзисторVT1, по экспоненте, до номинального значения, управляя через тиристорную оптопару - U1 углом отпирания силового тиристора VS1. Плавный рост напряжения от нулевого до максимального значения устраняет возможность создания на контактах пускового реле нагрузки электродуги с последующими радиопомехами и перенапряжениями в электросети.

В тоже время происходит сброс напряжения на выходе 3 таймера в нулевое состояние, независимо от состояния других выходов.

Рост напряжения ошибки, созданной при повышении входного сетевого напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т1, приводит к открытию транзистораVT2 – обратной связи. Напряжение на выводе 5DA1 – модификации схемы таймера уменьшается, что повлияет на скважность. Частота импульсов на выходе 3 таймера возрастёт, из-за уменьшения время паузы в цикле импульсного напряжения генератора.

Напряжение на нагрузке несколько снизится, что компенсирует повышение входного сетевого напряжения.
Перепады сетевого напряжения длительностью менее 5 мс не повлияют на работу цепей стабилизации.

Для создания начального напряжения в цепях нагрузки, транзистор VT1- ключевого регулятора напряжения, открывает тиристор VS1 не с нулевого уровня, а с большего значения, определяемого значением сопротивления резистором R9 - смещения напряжения базы.

В силовой цепи питания нагрузки установлен сетевой фильтр, состоящий из индуктивностей L1,L2 и конденсаторов С1, С2,С3,С6 для ограничения импульсных помех преобразования, их частичного погашения и снятия импульсных перенапряжений. Фильтр нагрузки представляет собой трансформатор Т2 со встречно- параллельными обмотками и конденсатором С6. Предохранители FU1, FU2 защищают линию электросети от случайных коротких замыканий в нагрузке.

Конденсатор С4 устраняет помехи от переключений диодов моста VD1.
Резистор R1 параллельной цепи сетевого диодного моста VD1 облегчает переключение тиристора VS1 под нагрузкой.
Лабораторные исследования показали, что импульсные перенапряжения величиной в 1500-2000 Вольт, длительностью несколько миллисекунд снижаются в 30-40 раз, при использовании такой защиты.

Радиодетали

В схеме не требуется проводить специальные регулировки. Незначительные изменения номиналов элементов не влияют на работу устройства. Тиристор желательно установить на радиатор 50*50 мм.
Сетевой фильтр выполнен по рекомендации в [1]. Катушки L1,L2 по 6 витков о 0,8мм, Т2 - по 10 витков того же провода на катушке диаметром 10 мм -подходят двухобмоточные трансформаторы из сетевых фильтров блоков питания мониторов и компьютеров.

 Аналогом интегрального таймера является микросхема КР1006ВИ1.
Резисторы типа МЛТ-0,12, R1 -2 ватта.
Электролитические конденсаторы К50-35 или « TAICON» остальные - КМ..
Конденсаторы фильтра С4,С6 - высоковольтные типа К73-2 или К73-17 на напряжение не ниже 600 Вольт.

 Тиристор установлен плоского исполнения типа КУ 202Е1, МCR-106, но при наличии свободного места в корпусе можно установить и КУ202Н с бюджетным радиатором.
ТрансформаторT1 типаТП112-7,ТП121-7 с выходным напряжением 12,6 Вольта при токе 500 мА.

Настройка

При проверке устройства вместо нагрузки можно подключить электролампу 220 Вольт 100 ватт, включить блок в электросеть и замерить напряжение на выводах ХТ3 и ХТ4, оно не должно быть ниже сетевого более чем на 5 вольт, в ином случае заменить тиристор или изменить скважность импульса подстроечным резистором R15.

Силовой трансформатор Т1 может применён от сетевого адаптера на мощностью до 15 ватт, со вторичным напряжением 13-15 вольт.
Испытания защитного устройства при работе бытовых электроприборов показали, что время пуска электродвигателей несколько увеличилось, на доли секунды, но на рабочий режим это не отразилось.

Помехи с экрана телевизора и монитора компьютера полностью исчезли, уменьшилось падение сетевого напряжения от мощных пусковых токов.
Схема устройства защиты смонтирована в пластмассовом корпусе типа БП-1. На верхней крышке установлены светодиоды и гнездо для нагрузки, принципиальная схема собрана на печатной плате, часть радиокомпонентов установлены навесным монтажом.

Литература:
1. Радиомир № 7 /2003.А.Кашкаров. Сетевой фильтр не только для ПК.
2. Радиомир № 12/ 2005. И.Попович. Устройство включения освещения в салоне.
3. Радиомир 5/2007 В.Коновалов. Защита от импульсных помех холодильника.

Теги:

• Sprint-Layout