Контрольная работа на тему: «Настройка и регулировка предохранителя»

ВВЕДЕНИЕ

Предохранитель — коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи размыканием или разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определённое значение.

Защита разработанных схем, которые инженеры создали своим «кровью, потом и слезами», является осознанной необходимостью. Она должна интегрироваться как основная характеристика и функция самой разработки.

Защита цепи должна обладать следующими характеристиками:

1. Защита от короткого замыкания.
2. Ограничение тока.
3. Горячая замена.
4. Плавное включение.
5. Электронный прерыватель цепи.
6. Горячее включение.
7. Контроль пускового импульса.
8. Ограничение мощности нагрузки.
9. Максимальная защита по напряжению (OVP).
10. Ограничение FET SOA (т.е. защита самого защитного устройства).
11. Защита от обратного тока (ORing).

Электронный предохранитель является больше активным, чем пассивным устройством защиты цепи, который обеспечивает ограничение пускового тока, предотвращает повреждение при обрыве нагрузки или отключении входного источника, и имеет внутренний FET-транзистор для управления током нагрузки. Электронный предохранитель также обеспечивает фиксированную или регулируемую защиту по напряжению (OVP), регулируемое время нахождения в неисправном состоянии и/или ограничение тока, гарантирует управление сигнальными лампами для таких состояний как Fault-Неисправность, PG (Power good — Корректность уровня выходного напряжения), и многих других, предоставляет контроль максимальной скорости нарастания выходного напряжения при включении, управляет индикатором выходного тока нагрузки, защитой на стороне коннектора источника или нагрузки, или выполняет другие функции.

НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Ощутимым недостатком плавких предохранителей является их одноразовость, необходимость последующей ручной замены на другой предохранитель, рассчитанный на тот же ток защиты. Зачастую, когда под рукой нет подходящего, используют предохранители на другой ток или более того, ставят самодельные (суррогатные) предохранители или просто массивные перемычки, что крайне негативно отражается на надежности работы аппаратуры и небезопасно в пожарном отношении.

Обеспечить автоматическую многоразовую защиту устройства и одновременно повысить ее быстродействие можно за счет использования электронных предохранителей. Эти устройства можно подразделить на два основных класса: первые из них самовосстанавливают цепь питания после устранения причин аварии, вторые — только после вмешательства человека. Известны также устройства с пассивной защитой — при аварийном режиме они только индицируют световым или звуковым сигналом о наличии опасной ситуации.

Ключевым элементом схемы является транзистор VT2, который в нормальном состоянии открыт и падение напряжения на нем минимально. Светодиод VD1 погашен. При увеличении потребляемого тока  падение напряжения на транзисторе увеличивается и начинает открывать транзистор VT1.

В результате лавинного процесса VT1 быстро открывается, а VT2 зарывается и отключает нагрузку от источника питания. Загорается индикатор перегрузки (светодиод VD1). При указанных номиналах устройство срабатывает при токе 1А и напряжении питания 9В.

В электронном предохранителе можно применить любой операционный усилитель (ОУ), работоспособный при нулевом напряжении на обоих входах, при условии однополярного питания (LM358, KP1040УД1A, K1464УД1P) в корпусе DIP8.

TL431 — любой из этой серии. Полевой транзистор любой N- канальный (IRLR2905, IRL1404, IRF1010N, IRLZ44, IRF840). Указанный на схеме ПТ – в корпусе D-Pak.

Остальные детали ЭП:

Резисторы:

• R1 — 10кОм типа СП3-19а, СП3-28 или аналогичные;
• R2 — 200 кОм;
• R3 – 3 кОм;
• R4-R5-1 кОм — 0,125 Вт.

Диоды:

VD1,VD2-1N4148, КД522Б

Конденсатор: С1 — 0,1 мкФ — К10-17В

Светодиод: АЛ307.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИЗДЕЛИЯ

Данный электронный предохранитель подключается в разрыв цепи между источником питания и защищаемой нагрузкой. Схема обеспечивает защиту при напряжении 5…20 вольт при нагрузке, доходящей до 40 ампер.

На операционном усилителе LМ358 (DA1) построен компаратор, на вход 3 которого подается опорное напряжение со стабилизатора TL431 (DA2). Полевой транзистор VT1 воплощает сразу две функции: датчика тока и мощного электронного ключа. Как уже отмечалось выше, специфика электронного предохранителя заключается в применении сопротивления канала полевого транзистора в роле датчика тока.

В схеме возможно использовать произвольный ОУ (DA1), который может работать при нулевом напряжении на обоих входах в режиме однополярного питания, а именно К1464УД1Р, КР1040УД1А, К1464УД1Т. Линейный стабилизатор DA2 может быть заменен на отечественный КР142ЕН19. Подстроечный резистор марки СПЗ-28, СПЗ-19а. Все постоянные резисторы С2-33, МЛТ. Не оксидный конденсатор С1 типа К10-17В

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

При наличии тока в цепи более-10 А устройство автоматически срабатывает и нагрузка, подключенная к разъему Х2, обесточивается.

При подключении электронного предохранителя к сети 220 В на его узел управления подается питающее напряжение — 12 В. Ток течет через резистор R6 и светоизлучатель оптрона U1, так как транзистор VT1 и тринистор VS2 закрыты.

В этот момент открывается фотодинистор оптрона и ток начинает течь через него и резистор R3. Напряжение, выпрямленное мостом VD1…VD4, подается на управляющий электрод тринистора VS1.

После открытия тринистор VS1 замыкает диагональ моста и открывает путь сетевому напряжению к нагрузке. В момент превышения тока нагрузки или коротком замыкании в ее цепях падение напряжения на резисторе R10 приводит к открытию транзистора VT1 и тринистора VS2.

Тринистор своим малым сопротивлением шунтирует цепь питания светоизлучающего оптрона, что приводит к закрытию фотодинистора оптрона и тринистора VS2.

В результате происходит обесточивание нагрузки, о чем свидетельствует загорание светодиода HL1. Для включения электронного предохранителя служит кнопка SB1.

В момент нажатия кнопки SB1, когда ее контакты замыкаются тринистор VS2 закрывается, но электронный предохранитель еще остается невключенным, так как цепь питания светоизлучающего оптрона зашунтирована.

И лишь при отпускании кнопки, когда ее контакты размыкаются, сетевое напряжение подается на нагрузку. Такое построение схемы позволяет не допустить выхода из строя устройства, а также в случае попытки его включения при коротком замыкании.

Для необходимости ручного отключения нагрузки в электронном предохранителе имеется кнопка SB2.

РАЗРАБОТКА ИНСТРУКЦИЙ ПО НАСТРОЙКЕ И РЕГУЛИРОВКЕ

Налаживание устройства сводится к установке порогов переключения ком ­ параторов DA3 и DA4 подстроечными резисторами R7 и R14. К входу подклю­ чают лабораторный блок питания, к выходу — последовательно соединен­ ные амперметр и реостат, установлен­ ный в положение максимального со противления. К выходу компаратора DA3 (вывод 9) относительно вывода 2 подключают осциллограф, гальваниче­ ски развязанный по питанию. Движок подстроечного резистора R7 устанав­ ливают в верхнее по схеме на рис. 1 положение, движок R14 — в нижнее и включают питание. Предохранитель должен подключить нагрузку, что опре­ деляют по свечению индикатора HL1 и показаниям амперметра . Осцилло­ граф — показать наличие коротких импульсов амплитудой около 9 В. Уменьшают сопротивление реостата до тех пор, пока амперметр не покажет ток срабатывания защиты. После этого перемещают движок подстроечного резистора R14 вверх по схеме.

до отключения нагрузки. Светодиод HL1 должен погаснуть. Затем перемещают движок подстроечного резистора R7 вниз по схеме) до исчезно вения импульсов на выходе компарато­ ра DA3. Увеличивая сопротивление на­ грузки, проверяют, что устройство ав томатически подключает ее к источни­ ку питания. Уменьшение сопротивле­ ния нагрузки, в том числе до короткого замыкания, должно вызвать ее отклю­ чение за время около 10 мкс . При перегрузке в момент включения пи ­ тания электронный предохранитель не должен подключать нагрузку.

Электронный предохранитель, со ­ бранный по схеме на рис. 2, налажи­ вают аналогично, с той лишь разницей, что движок подстроечного резистора R7 предварительно устанавливают в нижнее по схеме положение и переме­ щают вверх, а движок подстроечного резистора R14 — в верхнее по схеме положение и перемещают вниз.

Параметры запускающих импульсов можно изменять подбором резисторов R4 и R5. Если нет необходимости кон­ тролировать сопротивление отключен­ ной нагрузки каждые 2 мс, то можно увеличить сопротивление резистора R4 вплоть до 2 МОм. При этом пропорцио­ нально возрастет период запускающих импульсов. Снижением сопротивления резистора R5 желательно уменьшить длительность импульсов до минималь­ но достаточного значения, при котором устройство надежно подключает на­ грузку во всем интервале напряжения питания. Желательно измерить время открытого состояния транзистора VT2 в режиме короткого замыкания выхода при максимальном напряжении питания и рассчитать рассеиваемую энергию импульса тока. Если она превышает допустимый предел, уменьшают сопро­тивление резистора R5, а если устрой­ство перестает запускаться, то снижают максимально допустимое напряжение питания или выбирают более мощный транзистор VT2. Возможна такая настройка элект­ронного предохранителя, что компара­ торы DA3 и DA4 будут переключаться при разных сопротивлениях нагрузки. Не­ обходимость в этом может возникнуть при подключении нагрузки с нелиней­ной вольт-амперной характеристикой.

 

ХАРАКТЕРНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ

Из разнообразных неисправностей остановимся на наиболее распространенных.

Короткое замыкание в обмотке ротора. Признак неисправности: включение происходит рывком, обороты двигателя не зависят от позиции контроллера. Для проверки отсоединяют ротор двигателя от пускорегулирующего сопротивления. Если при включении статора двигатель будет работать, обмотка ротора закорочена.

Короткое замыкание в обмотке статора. Признак неисправности: двигатель при включении не вращается, срабатывает максимальная защита.

Обрыв одной из фаз статора при соединении двигателя звездой. Признаки неисправности: двигатель не создает вращающего момента и, следовательно, механизм не проворачивается. Чтобы обнаружить неисправность, двигатель отсоединяют от сети и каждую фазу в отдельности проверяют контрольной лампой. Для проверки используют низкое напряжение (12 В). Если обрыва нет, лампа будет гореть полным накалом, а при проверке фазы, имеющей обрыв, лампа гореть не будет.

Обрыв в цепи одной фазы ротора. Признак неисправности: двигатель вращается с половинной скоростью и сильно гудит. При обрыве фазы статора или ротора у грузовой и стреловой лебедок возможно падение груза (стрелы) независимо от направления включения контроллера.

АЛГОРИТМ ПОИСКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ

Основные концепции поиска неисправностей:

1. Действие не должно наносить вреда исследуемому устройству.
2. Действие должно приводить к прогнозируемому результату: — выдвижение гипотезы о исправности или неисправности блока, элемента и пр. — подтверждение или опровержение выдвинутой гипотезы и, как следствие, локализации неисправности.
3. Необходимо различать вероятную неисправность и подтвержденную (обнаруженную неисправность), выдвинутую гипотезу и подтвержденную гипотезу.
4. Необходимо адекватно оценивать ремонтопригодность изделия. Например, платы с элементами в корпусе BGA имеют очень низкую ремонтопригодность вследствие невозможности или ограниченной возможности применения основных методов диагностики.
5. Нужно адекватно оценивать выгодность и необходимость ремонта. Зачастую ремонт не выгоден с точки зрения затрат, но необходим с точки зрения отработки технологии, изучения изделия или по каким-то иным причинам.

Методы поиска неисправностей:

• Выяснение истории появления неисправностей;
• Внешний осмотр;
• Прозвонка;
• Снятие рабочих характеристик;
• Наблюдение прохождения сигналов по каскадам.

• Сравнение с исправным блоком

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В отличие от плавких предохранителей, электронные предохранители имеют большее быстродействие благодаря полупроводниковым компонентам, но их схема устройства гораздо сложнее, поэтому если электронный узел не сможет выдержать кратковременную перегрузку по току, необходимо использовать именно электронные предохранители.

ЛИТЕРАТУРА

1. И.П. Шелестов — Радиолюбителям полезные схемы, книга 3.
2. В.М. Пестриков. — Энциклопедия радиолюбителя.
3. Радио № 6, 2005 г. Стр.25
4. Интернет-ресурс: http://esxema.ru/?p=2332
5. High Speed Fuse Application Guide, Cooper Industries plc, USA, 2010.
6. Намитоков К.К.и др. Аппараты для защиты полупроводниковых устройств. М.: Энергоатомиздат, 1988г.
7. Ж. Радиосхема 2006-5 Автор: А.А. Сидорович, г. Львов
8. Интернет-ресурс: wikipedia.org
9. Интернет-ресурс: platan.ru
10. Интернет-ресурс: te.com
11. Интернет-ресурс: led-e.ru
12. Интернет-ресурс: terraelectronica.ru
13. Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier. — Радио, 2001, № 5, с. 45.
14. Нечаев и. Электронный предохранитель. — Радио, 2004, № 3, с. 37