Захранване със защита. Домашно захранване със система за защита от късо съединение Най-простата защита от късо съединение

Представен е дизайн на защита за всеки тип захранване. Тази защитна верига може да работи заедно с всяко захранване - мрежово, импулсно и DC батерии. Схематичното отделяне на такъв защитен блок е относително просто и се състои от няколко компонента.

Верига за защита на захранването

Захранващата част - мощен транзистор с полеви ефекти - не прегрява по време на работа, следователно не се нуждае и от радиатор. Веригата е в същото време защита срещу претоварване на мощността, претоварване и късо съединение на изхода, токът на работа на защитата може да бъде избран чрез избор на съпротивление на шунтовия резистор, в моя случай токът е 8 ампера, 6 резистора по 5 използвани са вата 0,1 Ohm, свързани паралелно. Шунтът може да бъде направен и от резистори с мощност 1-3 вата.

Защитата може да се регулира по-точно чрез избиране на съпротивлението на тримиращия резистор. Верига за защита на захранването, регулатор на ограничение на тока. Верига на защита на захранването, регулатор на ограничение на тока

~~~В случай на късо съединение и претоварване на изхода на уреда, защитата незабавно ще се задейства, изключвайки източника на захранване. LED индикатор ще покаже, че защитата е задействана. Дори ако изходът е накъсо за няколко десетки секунди, полевият транзистор остава студен

~~~Транзисторът с полеви ефекти не е критичен; всички превключватели с ток от 15-20 ампера или по-висок и работно напрежение от 20-60 волта са подходящи. Идеални са ключове от линията IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 или по-мощни - IRF3205, IRL3705, IRL2505 и други подобни.

~~~Тази схема също е чудесна за защита на зарядно устройство за автомобилни акумулатори; ако полярността на връзката внезапно се обърне, нищо лошо няма да се случи на зарядното устройство; защитата ще спаси устройството в такива ситуации.

~~~Благодарение на бързата работа на защитата, тя може успешно да се използва за импулсни вериги; в случай на късо съединение защитата ще работи по-бързо, отколкото силовите превключватели на импулсното захранване имат време да изгорят. Схемата е подходяща и за импулсни инвертори, като токова защита. Ако има претоварване или късо съединение във вторичната верига на инвертора, силовите транзистори на инвертора незабавно излитат и такава защита ще предотврати това да се случи.

Коментари
Защита от късо съединение, обръщане на полярността и претоварване се сглобяват на отделна платка. Силовият транзистор е използван в серията IRFZ44, но при желание може да бъде заменен с по-мощен IRF3205 или с друг превключвател на захранването с подобни параметри. Можете да използвате ключове от линията IRFZ24, IRFZ40, IRFZ46, IRFZ48 и други ключове с ток над 20 ампера. По време на работа полевият транзистор остава леден. следователно не се нуждае от радиатор.

Вторият транзистор също не е критичен, в моя случай беше използван биполярен транзистор с високо напрежение от серията MJE13003, но има голям избор. Защитният ток се избира въз основа на съпротивлението на шунт - в моя случай, 6 резистора 0,1 Ohm в паралел, защитата се задейства при натоварване от 6-7 ампера. Можете да го настроите по-точно, като завъртите променливия резистор, така че настроих работния ток на около 5 ампера.

Мощността на захранването е доста прилична, изходният ток достига 6-7 ампера, което е напълно достатъчно за зареждане на автомобилна батерия.
Избрах шунтиращи резистори с мощност 5 вата, но може и 2-3 вата.

Ако всичко е направено правилно, устройството започва да работи веднага, затворете изхода, трябва да светне светодиодът за защита, който ще свети, докато изходните проводници са в режим на късо съединение.
Ако всичко работи както трябва, тогава продължаваме по-нататък. Сглобяване на индикаторната верига.

Веригата е копирана от зарядно за акумулаторна отвертка.Червеният индикатор показва, че има изходно напрежение на изхода на захранването, зеленият индикатор показва процеса на зареждане. При това разположение на компонентите зеленият индикатор постепенно ще изгасне и накрая ще изгасне, когато напрежението на батерията е 12,2-12,4 волта; когато батерията е изключена, индикаторът няма да свети.

Терминът "късо съединение" в електротехниката се отнася до аварийна работа на източници на напрежение. Възниква при нарушаване на технологичните процеси за пренос на електрическа енергия, при късо съединение на изходните клеми на работещ генератор или химичен елемент.

В този случай цялата мощност на източника незабавно се прилага към късото съединение. През него протичат огромни токове, които могат да изгорят оборудването и да причинят електрически наранявания на близки хора. За да се спре развитието на подобни аварии, се използват специални защити.

Какви са видовете късо съединение?

Естествени електрически аномалии

Те се появяват по време на мълнии, придружени от.

Източниците на тяхното образуване са високи потенциали на статично електричество с различни знаци и стойности, натрупани от облаците, когато се преместват от вятъра на големи разстояния. В резултат на естественото охлаждане при издигане на надморска височина, влагата в облака кондензира, образувайки дъжд.

Влажната среда има ниско електрическо съпротивление, което създава разрушаване на въздушната изолация за преминаване на ток под формата на мълния.

Електрическият разряд прескача между два обекта с различен потенциал:

при наближаващи облаци;

между гръмотевичен облак и земята.

Първият вид мълния е опасен за самолетите и изхвърлянето на земята може да унищожи дървета, сгради, промишлени съоръжения и въздушни електропроводи. За защита срещу него са монтирани гръмоотводи, които последователно изпълняват следните функции:

1. приемане, привличане на потенциал на мълния към специален уловител;

2. пропускане на резултантния ток през токопровода към заземителния контур на сградата;

3. разреждане на високоволтовия разряд с тази верига към земния потенциал.

Къси съединения в постояннотокови вериги

Източниците на галванично напрежение или токоизправителите създават разлика от положителни и отрицателни потенциали на изходните контакти, което при нормални условия осигурява работата на веригата, например блясък на електрическа крушка от батерия, както е показано на фигурата по-долу.

Протичащите в този случай електрически процеси се описват с математически израз.

Електродвижещата сила на източника се разпределя за създаване на товар във вътрешните и външните вериги чрез преодоляване на техните съпротивления “R” и “r”.

В авариен режим възниква късо съединение с много ниско електрическо съпротивление между клемите на акумулатора “+” и “-”, което на практика елиминира протичането на ток във външната верига, което прави тази част от веригата неработеща. Следователно по отношение на номиналния режим можем да приемем, че R=0.

Целият ток циркулира само във вътрешната верига, която има ниско съпротивление и се определя по формулата I=E/r.

Тъй като величината на електродвижещата сила не се е променила, стойността на тока нараства много рязко. Такова късо съединение протича през съединения на късо проводник и вътрешната верига, причинявайки огромно генериране на топлина вътре в тях и последваща структурна повреда.

Къси съединения в AC вериги

Всички електрически процеси тук също са описани от закона на Ом и протичат по подобен принцип. Характеристики на тяхното преминаване са наложени:

използването на еднофазни или трифазни мрежови схеми с различни конфигурации;

наличие на заземен контур.

Видове къси съединения във вериги с променливо напрежение

Токове на късо съединение могат да възникнат между:

фаза и земя;

две различни фази;

две различни фази и земя;

три фази;

три фази и земя.

За предаване на електроенергия чрез въздушни електропроводи, захранващите системи могат да използват различни схеми на неутрално свързване:

1. изолиран;

2. здраво заземен.

Във всеки от тези случаи токовете на късо съединение ще формират свой собствен път и ще имат различни величини. Следователно всички изброени опции за сглобяване на електрическа верига и възможността за възникване на токове на късо съединение в тях се вземат предвид при създаването на конфигурация за текуща защита за тях.

Късо съединение може да възникне и вътре в електрически консуматори, като електрически двигател. В еднофазни конструкции потенциалът на фазата може да пробие изолационния слой до корпуса или нулевия проводник. В трифазно електрическо оборудване повреда може допълнително да възникне между две или три фази или между техните комбинации с рамка/земя.

Във всички тези случаи, както при късо съединение в DC вериги, много голям ток на късо съединение ще тече през полученото късо съединение и цялата свързана към него верига до генератора, причинявайки авариен режим.

За да се предотврати това, се използва защита, която автоматично премахва напрежението от оборудването, изложено на високи токове.

Как да изберем работните граници на защитата от късо съединение

Всички електрически уреди са проектирани да консумират определено количество електроенергия в своя клас на напрежение. Обичайно е натоварването да се оценява не по мощност, а по ток. По-лесно се измерва, контролира и създава защита върху него.

На снимката са показани графики на токовете, които могат да възникнат в различни режими на работа на оборудването. За тях се избират параметрите за настройка и настройка на защитни устройства.

Графиката в кафяво показва синусоидалната вълна на номиналния режим, която е избрана като първоначална при проектиране на електрическа верига, като се вземе предвид мощността на електрическото окабеляване и избор на токови защитни устройства.

Честотата на индустриална синусоида в този режим винаги е стабилна и периодът на едно пълно трептене се извършва за 0,02 секунди.

Работният режим на синусоида на снимката е показан в синьо. Обикновено е по-малко от номиналния хармоник. Хората рядко използват напълно всички резерви от власт, които са им предоставени. Например, ако в една стая виси полилей с пет рамене, тогава за осветление те често включват една група крушки: две или три, а не всичките пет.

За да могат електрическите уреди да работят надеждно при номинален товар, се създава малък токов резерв за настройка на защитите. Количеството ток, при което те са настроени да се изключват, се нарича настройка. Когато се достигне, превключвателите премахват напрежението от оборудването.

В диапазона на синусоидалните амплитуди между номиналния режим и зададената точка електрическата верига работи в режим на леко претоварване.

Възможната времева характеристика на тока на повреда е показана в черно на графиката. Амплитудата му надвишава защитната настройка и честотата на трептенията се е променила рязко. Обикновено има апериодичен характер. Всяка полувълна варира по големина и честота.

Всяка защита от късо съединение включва три основни етапа на работа:

1. постоянно наблюдение на състоянието на синусоидата на управлявания ток и определяне на момента на възникване на неизправност;

2. анализ на текущата обстановка и издаване на команда от логическата част към изпълнителния орган;

3. Освободете напрежението от оборудването с помощта на превключващи устройства.

Много устройства използват друг елемент - въвеждане на времезакъснение за работа. Използва се за осигуряване на принципа на селективност в сложни, разклонени вериги.

Тъй като синусоидата достига амплитудата си за 0,005 секунди, поне този период е необходим за измерването й от защити. Следващите два етапа на работа също не се случват моментално.

Поради тези причини общото време на работа на най-бързите токови защити е малко по-малко от периода на едно хармонично трептене от 0,02 секунди.

Конструктивни характеристики на защитата от късо съединение

Електрическият ток, преминаващ през всеки проводник, причинява:

термично нагряване на проводника;

индукция на магнитно поле.

Тези две действия са взети като основа за проектиране на защитни устройства.

Защита на принципа на термично въздействие на тока

Топлинният ефект на тока, описан от учените Джаул и Ленц, се използва за защита чрез предпазители.

Защита с предпазител

Тя се основава на инсталиране на предпазител вътре в токовия път, който оптимално издържа на номиналния товар, но изгаря, когато бъде превишен, прекъсвайки веригата.

Колкото по-висока е величината на аварийния ток, толкова по-бързо се създава прекъсване на веригата - освобождаване на напрежението. Ако токът е леко превишен, изключване може да настъпи след дълъг период от време.

Предпазителите успешно работят в електронни устройства, електрическо оборудване на автомобили, домакински уреди и промишлени устройства до 1000 волта. Някои от техните модели се използват във вериги на оборудване за високо напрежение.

Защита на принципа на електромагнитното влияние на тока

Принципът на индуциране на магнитно поле около тоководещ проводник направи възможно създаването на огромен клас електромагнитни релета и прекъсвачи, които използват спирачна намотка.

Неговата намотка е разположена върху сърцевина - магнитна верига, в която се сумират магнитните потоци от всеки оборот. Подвижният контакт е механично свързан с арматурата, която е люлеещата се част на сърцевината. Притиска се към трайно фиксиран контакт с пружинна сила.

Номинален ток, преминаващ през навивките на спирачната намотка, създава магнитен поток, който не може да преодолее силата на пружината. Следователно контактите са постоянно в затворено състояние.

Когато възникнат аварийни токове, котвата се привлича към неподвижната част на магнитната верига и прекъсва веригата, създадена от контактите.

Един от видовете прекъсвачи, работещи на базата на отстраняване на електромагнитно напрежение от защитената верига, е показан на снимката.

Той използва:

автоматично изключване на аварийни режими;

система за гасене на електрическа дъга;

ръчно или автоматично активиране.

Цифрова защита от късо съединение

Всички защити, разгледани по-горе, работят с аналогови стойности. В допълнение към тях напоследък в индустрията и особено в енергетиката започнаха активно да се въвеждат цифрови технологии, базирани на работата на статични релета. Същите устройства с опростени функции се произвеждат за битови нужди.

Големината и посоката на тока, преминаващ през защитаваната верига, се измерва чрез вграден понижаващ токов трансформатор с висок клас на точност. Измереният от него сигнал се дигитализира чрез суперпозиция, използвайки принципа на амплитудна модулация.

След това се преминава към логическата част на микропроцесорната защита, която работи по определен, предварително конфигуриран алгоритъм. Когато възникнат аварийни ситуации, логиката на устройството издава команда към задействащия механизъм за изключване за премахване на напрежението от мрежата.

За да работи защитата, се използва захранване, което поема напрежение от мрежата или автономни източници.

Цифровата защита от късо съединение има голям брой функции, настройки и възможности, включително запис на предаварийното състояние на мрежата и нейния режим на изключване.

Устройствата изискват захранващ блок (PSU), който има регулируемо изходно напрежение и възможност за регулиране на нивото на свръхтокова защита в широк диапазон. Когато защитата се задейства, товарът (свързаното устройство) трябва автоматично да се изключи.

Търсене в интернет даде няколко подходящи схеми за захранване. Спрях се на един от тях. Веригата е лесна за производство и настройка, състои се от достъпни части и отговаря на посочените изисквания.

Предложеното за производство захранване се основава на операционния усилвател LM358 и има следните характеристики:
Входно напрежение, V - 24...29
Изходно стабилизирано напрежение, V - 1...20 (27)
Ток на работа на защитата, A - 0,03...2,0

Снимка 2. Захранваща верига

Описание на захранването

Регулируемият стабилизатор на напрежението е монтиран на операционния усилвател DA1.1. Входът на усилвателя (щифт 3) получава референтно напрежение от двигателя на променливия резистор R2, чиято стабилност се осигурява от ценеровия диод VD1, а инвертиращият вход (щифт 2) получава напрежението от емитера на транзистора VT1 през делителя на напрежение R10R7. С помощта на променлив резистор R2 можете да промените изходното напрежение на захранването.
Блокът за защита от свръхток е направен на операционния усилвател DA1.2, той сравнява напреженията на входовете на операционните усилватели. Вход 5 през резистор R14 получава напрежение от сензора за ток на натоварване - резистор R13. Инвертиращият вход (щифт 6) получава референтно напрежение, чиято стабилност се осигурява от диод VD2 със стабилизиращо напрежение около 0,6 V.

Докато спадът на напрежението, създаден от тока на натоварване през резистора R13, е по-малък от примерната стойност, напрежението на изхода (щифт 7) на операционния усилвател DA1.2 е близо до нула. Ако токът на натоварване надвиши допустимото зададено ниво, напрежението на токовия сензор ще се увеличи и напрежението на изхода на операционния усилвател DA1.2 ще се увеличи почти до захранващото напрежение. В същото време светодиодът HL1 ще се включи, сигнализирайки за излишък, и транзисторът VT2 ще се отвори, шунтирайки ценерови диод VD1 с резистор R12. В резултат на това транзисторът VT1 ще се затвори, изходното напрежение на захранването ще намалее почти до нула и товарът ще се изключи. За да включите товара, трябва да натиснете бутона SA1. Нивото на защита се регулира с помощта на променлив резистор R5.

Производство на PSU

1. Основата на захранването и неговите изходни характеристики се определят от източника на ток - използвания трансформатор. В моя случай беше използван тороидален трансформатор от пералня. Трансформаторът има две изходни намотки за 8V и 15V. Свързвайки двете намотки последователно и добавяйки токоизправителен мост с помощта на налични диоди със средна мощност KD202M, получих източник на постоянно напрежение от 23V, 2A за захранването.

Снимка 3. Трансформатор и токоизправителен мост.

2. Друга определяща част от захранването е тялото на устройството. В този случай детски слайд проектор, висящ в гаража, намери приложение. Чрез отстраняване на излишъка и обработка на отворите в предната част за монтиране на показващ микроамперметър се получава празен корпус на захранващия блок.

Снимка 4. Заготовка на тялото на PSU

3. Електронната схема се монтира на универсална монтажна плоча с размери 45 х 65 мм. Разположението на частите на дъската зависи от размерите на компонентите, намиращи се във фермата. Вместо резистори R6 (задаване на работния ток) и R10 (ограничаване на максималното изходно напрежение), на платката са монтирани подстригващи резистори със стойност, увеличена 1,5 пъти. След настройка на захранването те могат да бъдат заменени с постоянни.

Снимка 5. Платка

4. Пълно сглобяване на платката и дистанционните елементи на електронната схема за тестване, настройка и настройка на изходните параметри.

Снимка 6. Блок за управление на захранването

5. Изработване и настройка на шунт и допълнително съпротивление за използване на микроамперметър като амперметър или захранващ волтметър. Допълнителното съпротивление се състои от постоянни и регулиращи резистори, свързани последователно (на снимката по-горе). Шунтът (на снимката по-долу) е включен в основната токова верига и се състои от проводник с ниско съпротивление. Размерът на проводника се определя от максималния изходен ток. При измерване на ток устройството е свързано паралелно на шунта.

Снимка 7. Микроамперметър, шунт и допълнително съпротивление

Регулирането на дължината на шунта и стойността на допълнителното съпротивление се извършва с подходящо свързване към устройството с контрол за съответствие с помощта на мултицет. Устройството се превключва в режим Амперметър/Волтметър с превключвател в съответствие със схемата:

Снимка 8. Схема на превключване на режима на управление

6. Маркиране и обработка на предния панел на захранващия блок, монтаж на отдалечени части. В тази версия предният панел включва микроамперметър (превключвател за превключване на режима на управление на A/V отдясно на устройството), изходни клеми, регулатори на напрежение и ток и индикатори за режим на работа. За намаляване на загубите и поради честа употреба е допълнително осигурен отделен стабилизиран 5 V изход. Защо напрежението от намотката на трансформатора 8V се подава към втория токоизправителен мост и типична схема 7805 с вградена защита.

Снимка 9. Преден панел

7. PSU монтаж. Всички захранващи елементи са монтирани в корпуса. В това изпълнение радиаторът на управляващия транзистор VT1 е алуминиева плоча с дебелина 5 mm, фиксирана в горната част на капака на корпуса, която служи като допълнителен радиатор. Транзисторът е фиксиран към радиатора чрез електроизолиращо уплътнение.

Верига за защита на захранването

Много домашни модули имат недостатъка, че нямат защита срещу обратна полярност на захранването. Дори опитен човек може по невнимание да обърка полярността на захранването. И има голяма вероятност след това зарядното устройство да стане неизползваемо.

Тази статия ще обсъди 3 опции за защита срещу обратен поляритет, които работят безупречно и не изискват никакви настройки.

Опция 1

Тази защита е най-простата и се различава от подобни по това, че не използва никакви транзистори или микросхеми. Релета, диодна изолация - това са всички негови компоненти.

Схемата работи по следния начин. Минусът във веригата е често срещан, така че ще се вземе предвид положителната верига.

Ако към входа няма свързана батерия, релето е в отворено състояние. Когато батерията е свързана, плюсът се подава през диода VD2 към намотката на релето, в резултат на което контактът на релето се затваря и основният заряден ток протича към батерията.

В същото време зеленият LED индикатор светва, което показва, че връзката е правилна.

И ако сега извадите батерията, тогава ще има напрежение на изхода на веригата, тъй като токът от зарядното устройство ще продължи да тече през диода VD2 към намотката на релето.

Ако полярността на свързване е обърната, диодът VD2 ще бъде заключен и към намотката на релето няма да се подава захранване. Релето няма да работи.

В този случай ще светне червеният светодиод, който умишлено е свързан неправилно. Това ще покаже, че полярността на връзката на батерията е неправилна.

Диодът VD1 предпазва веригата от самоиндукция, която възниква, когато релето е изключено.

Ако такава защита се въведе в , струва си да вземете реле 12 V. Допустимият ток на релето зависи само от мощността . Средно си струва да използвате реле 15-20 A.

Тази схема все още няма аналози в много отношения. Едновременно предпазва от обръщане на захранването и късо съединение.

Принципът на работа на тази схема е следният. По време на нормална работа плюсът от източника на захранване през светодиода и резистора R9 отваря транзистора с полеви ефекти, а минусът през отворения преход на „превключвателя на полето“ отива към изхода на веригата към батерията.

Когато възникне обръщане на полярността или късо съединение, токът във веригата се увеличава рязко, което води до спад на напрежението през „превключвателя на полето“ и през шунта. Този спад на напрежението е достатъчен, за да задейства транзистора с ниска мощност VT2. Отваряйки, последният затваря транзистора с полеви ефекти, затваряйки портата към земята. В същото време светодиодът светва, тъй като захранването за него се осигурява от отворения преход на транзистора VT2.

Благодарение на високата си скорост на реакция, тази верига гарантира защита за всеки проблем на изхода.

Веригата е много надеждна при работа и може да остане в защитено състояние за неопределено време.

Това е особено проста схема, която дори не може да се нарече верига, тъй като използва само 2 компонента. Това е мощен диод и предпазител. Тази опция е доста жизнеспособна и дори се използва в индустриален мащаб.

Захранването от зарядното устройство се подава към батерията чрез предпазителя. Предпазителят се избира въз основа на максималния ток на зареждане. Например, ако токът е 10 A, тогава е необходим предпазител 12-15 A.

Диодът е свързан паралелно и е затворен при нормална работа. Но ако полярността е обърната, диодът ще се отвори и ще възникне късо съединение.

И предпазителят е слабото звено в тази верига, което ще изгори в същия момент. След това ще трябва да го промените.

Диодът трябва да бъде избран според листа с данни въз основа на факта, че максималният му краткотраен ток е няколко пъти по-голям от тока на изгаряне на предпазителя.

Тази схема не осигурява 100% защита, тъй като има случаи, когато зарядното устройство изгаря по-бързо от предпазителя.

Долен ред

От гледна точка на ефективност първата схема е по-добра от останалите. Но от гледна точка на гъвкавостта и скоростта на реакция най-добрият вариант е схема 2. Е, третият вариант често се използва в промишлен мащаб. Този тип защита може да се види например на всяко автомобилно радио.

Всички вериги, с изключение на последната, имат функция за самовъзстановяване, т.е. работата ще бъде възстановена веднага след отстраняване на късото съединение или промяна на полярността на връзката на батерията.

Прикачени файлове:

Как да направите обикновена Power Bank със собствените си ръце: диаграма на домашна Power Bank