И снова о защите бытовых электроприборов

[Alex9797]

Все знают, что телевизоры, музыкальные центры, и прочая "мелкая электроника" не терпят повышенного напряжения в сети. А как защитить эти электроприборы от перенапряжений? В продаже есть множество защитных устройств, красивых, и с цифровой индикацией. Можно самому выставить верхний и нижний пороги напряжения. И он отключит потребителя при выходе за допустимый порог. Но...

Проверка нескольких моделей этих устройств показывает, что инерционность у них огромная. В некоторых достигает нескольких периодов сети, пока сработает отключение. Понятно, что при резком повышении напряжения эта штука не спасет. В основном сейчас используются импульсные блоки питания. И если в сеть попадет 380 вольт, то электролиты после выпрямителя успеют зарядиться (вернее, попытаются) до напряжения порядка 500 вольт, и взорвутся. Вместе с силовыми транзисторами, и прочим.

Но даже если попадется самое быстрое устройство защиты - что оно сделает? Просто отключит питание. А если в это время идет финальный матч по футболу? Или, что еще хуже - идет очередная серия "Кармелиты", в которой наконец главный герой делает что-то важное? Куча бабушек получат инфаркт.

В общем, все это была предыстория. А проблема возникла, когда в селе, где живут родственники, летом был сильный ветер. Провода на столбах начали касаться друг друга, при этом поочередно на некоторых фазах возникало напряжение 380В, и практически у всех сгорели телевизоры. Когда я приехал ремонтировать, то привез с собой описанное выше "изделие", рассчитывая после ремонта обеспечить защиту телевизора на будущее.

Каково же было мое удивление, когда оказалось, что в сети напряжение "гуляет" в очень широких пределах, и может пологу, часами, держаться на уровне 250...270 вольт. Понятно, что это означает обрыв нулевого провода в силовом трансформаторе, питающем село. Но все надежды на то, что его отремонтируют - напрасны. Село умирающее, и никому нет дела до него. И что толку с этой защиты, если она практически все время будет держать телевизор отключенным?

Поэтому я решил сделать схему, которая при перенапряжении не отключала бы потребителя от сети, а просто ограничивала напряжение на выходе, и телевизор можно спокойно смотреть при любом напряжении в сети. Идея заманчивая. Но встал вопрос - на какую мощность рассчитывать это устройство? Вроде неплохо поставить его сразу на входе в квартиру, и защитить вообще все.

В принципе, почему бы и нет? Может быть в ближайшем будущем я так и сделаю. Но пока надо срочно защитить только телевизор. Мощность его небольшая, порядка 30 ватт. Поэтому габариты устройства предполагались небольшими, способными поместиться внутрь телевизора.

Этот ограничитель напряжения я предполагал сделать по схеме импульсного понижающего преобразователя. Для экономии деталей рассчитывал использовать выпрямительный мост от самого телевизора, разрезать дорожку с его выхода, затем подать выпрямленное на свою плату, где два последовательно включенных электролита, способных выдержать выпрямленные 380, а с них - на ключ, обратный диод и дроссель. Ну, и обратная связь по напряжению выхода. Питание драйвера ключа предполагалось простейшее, через пару мощных высокоомных резисторов.
(На первом рисунке - упрощенный вариант схемы, без цепей обратной связи и обвязки драйвера).

Все было хорошо, пока я не открыл заднюю стенку телевизора. Эти китайцы так умудрились скомпоновать внутренности, что ничего туда уже не всунешь. Можно, конечно, но близость дросселя к кинескопу не радует, луч будет летать не в ту сторону.

Пришлось вынести это устройство наружу. В принципе, мне такой вариант даже больше понравился. Это придавало некоторую универсальность. Можно было использовать с любым телевизором, не приспосабливаясь к свободному месту внутри.

Вначале я продолжил работать над первоначальной схемой. Но потом вспомнил - блин, этот телевизор ведь с кинескопом! И при каждом включении в сеть срабатывает система размагничивания. Вся ее суть в том, что через петлю размагничивания в первый момент проходит переменный ток, быстро затухающий со временем. Несколько преиодов сети. А у моей схемы ведь постоянное напряжение на выходе! Вместо размагничивания, первое же включение так намагнитит маску, что смотреть будет тошно.

Пришлось срочно менять схему. Ее упрощенный вариант приведен на втором рисунке. Вроде никаких особых изменений, кроме способа включения в цепь, и уменьшенных номиналов электролитов после моста. Если в первой схеме их большая емкость создавала проблемы только диодам моста, то во второй - у меня появились сомнения. А что произойдет, если резко подскочит напряжение? Если емкость этих электролитов будет соизмерима с емкостью того, который внутри телевизора, то приличная доля скачка напряжения достанется и ему. Кроме того, эти емкости могут сводить к нулю все усилия транзистора по стабилизации напряжения, и пропускать через себя броски по питанию.

В общем, вот в двух словах и все, что у меня есть на данный момент. Было бы интересно послушать критические замечания и по схеме, и по выбранному способу защиты телевизора. От предложений отказываться тоже не буду!

P.S. Особо подчеркиваю: цель создания этого устройства не только в защите телевизора от перенапряжения, но и в том, чтобы при этом он продолжал работать, а не просто отключался.
Серийные стабилизаторы не подходят, потому что они и сами не рассчитаны на входное напряжение 380 вольт.

[a_leha]

зачем изобретать велосипед? Если нужна защита от высокого напряжения - в продаже есть отсекатели (на 30А стоит около 10$), если нужно чтоб техника работала не зависимо от пониженного или повышенного напряжения - тогда требуется стабилизатор (цены разные, скажем 80$ за 1.5кВт, 300$ за 7кВт).

[Alex9797]

зачем изобретать велосипед? Если нужна защита от высокого напряжения - в продаже есть отсекатели (на 30А стоит около 10$), если нужно чтоб техника работала не зависимо от пониженного или повышенного напряжения - тогда требуется стабилизатор (цены разные, скажем 80$ за 1.5кВт, 300$ за 7кВт).

О скорости срабатывания отсекателей я уже писал. Они не гарантируют безопасность при резком скачке напряжения.

Стабилизаторы по такой цене - это дерьмо. При случае загляните внутрь. Я могу примерно рассказать, что там можно увидеть.
Год назад я купил один такой, мощностью 1кВт. Когда взял в руки - поразился его весу. Я примерно знал, сколько может весить киловаттный транс. А этот против него - как пушинка! Включил в сеть в магазине, чтобы проверить качество стабилизации. На дисплее - ровно 220 вольт! Включили на его выход нагрузку, фен, на разные пределы переключаем - а показания даже не шевелятся, так 220 и показывают! Я даже зауважал этот стабилизатор. Пока нес домой, все пытался угадать, как такие чудесные параметры удалось обеспечить.

Дома, конечно же, сразу разобрал. Смотрю мультиметром напряжение на входе, и на выходе. А они равны между собой, и при этом совсем не 220 вольт! Сначала я заподозрил, что дисплей в принципе ничего другого не может показывать, что сегменты жестко скоммутированы в положении "220". Действительно, когда начал ЛАТРом гонять вход в небольших пределах, показания вообще не менялись. Более того, когда начал уменьшать входное до 180 и менее, начали щелкать реле, коммутирующие обмотки, при этом ожидалось скачкообразное изменение на выходе. Но все равно показания были 220. И только когда на входе напряжение снизилось ниже, чем этот стабилизатор может скорректировать, показания на дисплее стали показывать реальное напряжение на выходе. Справедливости ради - измерял он довольно точно.

То есть, разработчики поступили хитро и мудро - чтобы не нервировать пользователя, если выходное напряжение не выходило за допустимые пределы -15% +10% от номинального, то они просто выводили на дисплей номинал - 220 вольт. Красиво!

Коммутация обмоток оказалась примитивнейшей, довольно грубой. Всего три отвода.

Что касается веса. Я как посмотрел, каким проводом намотан автотрансформатор - плакать захотелось! Ни о каком киловатте в нагрузку не могло быть и речи! И размеры самого сердечника, и сечение провода - даже при нагрузке 300Вт все угрожающе грелось.

На первый взгляд - чистейшей воды обман покупателя. Оставалось удивляться, как это изготовители не боятся продавать это фуфло, да еще и гарантию на него давать. Загадка прояснилась случайно, когда на радиорынке услышал разговор продавца с покупателем такого же "стабилизатора". Когда покупатель спросил:
- Так что, теперь я могу к нему подключать киловаттную нагрузку, и он будет стабилизировать?

Продавец ответил:
- Понимаете, та номинальная мощность, которая указана в паспорте и в названии, обеспечивается только при условии, что в сети при этом будет напряжение 220 вольт. А при снижении или повышении сетевого напряжения - выходная мощность будет снижаться. А как же вы хотели?

Покупателя этот ответ вполне устроил. А мне открыл глаза. Можно запросто в том же корпусе сделать и 2-киловаттный, и 5-киловаттный стабилизатор! Ведь эта мощность обеспечивается при условии, что в сети 220 вольт. А это значит, что входное напряжение транзитом идет на выход. И мощность будет определяться только допустимым током контактов реле, и сечением провода в шнуре. А если напряжение сети выйдет за пределы, и допустимый ток будет ограничен тонюсеньким проводом обмотки - мы скажем покупателю: - а что же вы хотели???

Кроме того, эти стабилизаторы тоже не спасут от скачка в сети до 380 вольт. И скорости срабатывания не хватит, и диапазона регулирования.

А настоящие стабилизаторы, с аккумулятором и инвертором, которые рисуют на выходе синусоиду, стоят заметно дороже 80 баксов. Но и они тоже не спасут от напряжения сети 380.

[firew0rker]

Идея: включить последовательно с нагрузкой быстродействующий ключ (например IGBT транзистор). При превышении мгновенного значения напряжения (например 340В) закрывать ключ. Как только стало меньше - открывать. При 220В на входе будут те же 220В на выходе. При более 244В на входе будет рваная синусоида на выходе. При её выпрямлении в импульсном БП будет напряжение не более 340В. Преимущества: транзистор будет меньше греться, т.к. будет переключаться всего 2 раза за полупериод. Не нужны индуктивные элементы. Минус: заточено под импульсный БП, не будет нормально работать с трансформаторами, электродвигателями, и т.п.

[alexgap]

Проверка нескольких моделей этих устройств показывает, что инерционность у них огромная. В некоторых достигает нескольких периодов сети, пока сработает отключени

Поставить несколько мощных варисторов после выхода "устройства" (по сути реле напряжения), и проблемы нет

[Alex9797]

Идея: включить последовательно с нагрузкой быстродействующий ключ

Так во втором варианте схемы так и сделано. Только одного прерывания цепи транзистором недостаточно, без дросселя тут не обойтись. Да и без обратного диода, и прочего, что на схеме.

[Alex9797]

Поставить несколько мощных варисторов после выхода "устройства" (по сути реле напряжения), и проблемы нет

Способ радикальный, и эффективный. Против мощных варисторов не попрешь. Только проблема в том, что телевизор этот вариант защитит, гарантированно. А что дальше? Сериал как бабушка посмотрит, при отключенной фазе? В этом же вся соль. Чтобы не отключать питание, а ограничивать его на безопасном уровне.

[_Serg_]

Поставить несколько мощных варисторов после выхода "устройства" (по сути реле напряжения), и проблемы нет

Таки да,от коротких и мощных выбрасов варисторы и применяются, есь куча пром. образцов..http://www.etimoskva.ru/files/userfi...EC%2038-42.pdf многие цепляются на дин рейку. Там вроде как три ступени разделяют: от очень мощных разрядники, далее блоки варисторов с дросселями, и самая последняя ступень эт варисторы в спец разетках либо сетевых фильтрах. Тока эта вся тема заточена под защиту от попадания молнии в линию питания(или смежные линии) а с остальным вроде и правильный стабилизатор должен справицца..

[Alex9797]

Таки да,от коротких и мощных выбрасов варисторы и применяются

Спасибо за полезную ссылку! В любом случае варисторы будут нелишними, пригодятся.
Но цель создания этого устройства не только в защите телевизора от перенапряжения, но и в том, чтобы при этом он продолжал работать, а не просто отключался. То есть, должен получиться не отсекатель, а ограничитель напряжения.
Серийные стабилизаторы не подходят, потому что они и сами не рассчитаны на входное напряжение до 380 вольт.

[firew0rker]

Так во втором варианте схемы так и сделано. Только одного прерывания цепи транзистором недостаточно, без дросселя тут не обойтись. Да и без обратного диода, и прочего, что на схеме.

Обратный диод для защиты ключа - это само собой разумеется. А зачем дроссель на второй схеме? Ограничение броска тока при включении нагрузки? А R5=1k не ошибка?