устройство для защиты от перенапряжения

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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.