RU2097894C1 - Ac mains electrical safety device - Google Patents

Ac mains electrical safety device Download PDF

Info

Publication number
RU2097894C1
RU2097894C1 RU94041171A RU94041171A RU2097894C1 RU 2097894 C1 RU2097894 C1 RU 2097894C1 RU 94041171 A RU94041171 A RU 94041171A RU 94041171 A RU94041171 A RU 94041171A RU 2097894 C1 RU2097894 C1 RU 2097894C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
zener diode
transistor
current
mode
Prior art date
Application number
RU94041171A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94041171A (en
Inventor
Адольф Ходосович Слободкин
Лев Алексеевич Иванов
Original Assignee
Адольф Ходосович Слободкин
Лев Алексеевич Иванов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Адольф Ходосович Слободкин, Лев Алексеевич Иванов filed Critical Адольф Ходосович Слободкин
Priority to RU94041171A priority Critical patent/RU2097894C1/en
Publication of RU94041171A publication Critical patent/RU94041171A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2097894C1 publication Critical patent/RU2097894C1/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering; automatic electrical safety devices for personnel. SUBSTANCE: newly introduced are resistors 9-11 and second voltage regulator diode 12 connected so that output of rectifier bridge 7 becomes connected via first resistor 9 to coil of output relay 4 and via second resistor 10, to base of transistor 3. EFFECT: improved noise immunity of device. 2 cl, 1 dwg

Description

Устройство относится к электротехнике, в частности к автоматическим устройствам защиты людей от поражения электрическим током. Известны и широко используются устройства защитного отключения (УЗО), например, УЗОШ [1] УЗО-В [2] УЗО-В [3] и другие, содержащие датчик тока утечки 1, полупроводниковый пороговый элемент 2, транзисторный ключ 3, выходное реле 4, стабилитрон 5, конденсатор фильтра 6, выпрямитель 7 для питания порогового элемента и реле и токоограничивающий конденсатор 8 в цепи переменного тока выпрямителя. У всех известных устройств катушка выходного реле подключена через ключ параллельно цепям питания порогового элемента. The device relates to electrical engineering, in particular to automatic devices for protecting people from electric shock. Protective shutdown devices (RCDs) are known and widely used, for example, RCD [1] RCD-V [2] RCD-B [3] and others containing a leakage current sensor 1, a semiconductor threshold element 2, a transistor switch 3, an output relay 4 , a zener diode 5, a filter capacitor 6, a rectifier 7 for powering a threshold element and a relay, and a current-limiting capacitor 8 in the rectifier's AC circuit. For all known devices, the output relay coil is connected via a key parallel to the power supply circuits of the threshold element.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является устройство типов УЗОШ, принятое нами за прототип. Closest to the technical nature of the proposed device is a device of types UZOSH, adopted by us as a prototype.

Функциональная схема прототипа приведена на чертеже. Functional diagram of the prototype is shown in the drawing.

В прототипе напряжение 220 В через токоограничивающий конденсатор 8 с большим емкостным сопротивлением Xc подается на мостовой выпрямитель 7.In the prototype, a voltage of 220 V through a current-limiting capacitor 8 with a large capacitance X c is supplied to the bridge rectifier 7.

Выпрямленное и сглаженное конденсатором фильтра 6 напряжение подается на две параллельные ветви: катушку реле 4 с последовательно включенным транзисторным ключом 3; стабилизатор напряжения на стабилитроне 5 и полупроводниковый пороговый элемент 2. The voltage rectified and smoothed by the filter capacitor 6 is supplied to two parallel branches: a relay coil 4 with a transistor switch 3 connected in series; voltage stabilizer on a zener diode 5 and a semiconductor threshold element 2.

Недостаток прототипа заключается в большой мощности, потребляемой от сети переменного тока, и недостаточной надежности устройства. Это объясняется тем, что устройство работает в двух режимах: режим А, при котором цепь катушки реле разомкнута и из сети через токоограничивающий конденсатор 8 идет ток IА, равный сумме тока Iпэ, идущего через пороговый элемент, и тока Iст.А, текущего через стабилитрон в режиме А (IА Iпэ + Iст.А); режим В, при котором цепь катушки реле замкнута и суммарный потребляемый ток Iв больше IА приблизительно на величину тока Iр обмотки реле (Iв=Iпэ + Iст.в + Iр), где Iст.в новое значение тока, идущего через стабилитрон, в режиме В.The disadvantage of the prototype is the high power consumed from the AC network, and the lack of reliability of the device. This is because the device operates in two modes: mode A, in which the relay coil circuit is open and a current I A is supplied from the network through a current-limiting capacitor 8, equal to the sum of the current I pe passing through the threshold element and the current I st.A , current through a zener diode in mode A (I A I pe + I st. A ); In the mode in which the coil of the relay circuit is closed and the total current I A to I over approximately a current value I p of the relay coil (I = I a + I Peh st.v + I p), where I st.v new current value going through a zener diode in mode B.

Очевидно, что сопротивление Xс токоограничивающего конденсатора 8 должно обеспечить прохождение наибольшего тока, соответствующего режиму В. В режиме А из сети будет течь в схему ток Iа≈Iв, так как величина этого тока определяется главным образом сопротивлением Xс конденсатора 8, а оно выбрано из условий режима В. При этом приращение тока ΔI Iв -Iа ≈ Iр добавится к току через стабилитрон 5 и вызовет повышенный его нагрев и, как следствие, снижение надежности всего устройства.Obviously, with the current-limiting resistance X of the capacitor 8 must permit passage largest current corresponding to the mode B. In mode A will flow from the network to the circuit current I and in ≈I, since the magnitude of this current is mainly determined by the resistance of the capacitor 8 with X, and it is selected from the conditions of mode B. In this case, the current increment ΔI I in -I а ≈ I р will be added to the current through the zener diode 5 and will cause its increased heating and, as a result, a decrease in the reliability of the entire device.

Другим серьезным общим недостатком аналогов и прототипа является их низкая помехоустойчивость, проявляющаяся в том, что устройство реагирует на электромагнитные колебания, возникающие при искрении коммутируемых электроприборов в параллельных розетках, и дает ложные отключения. При этом снижается надежность электроснабжения защищаемой электроустановки. Another serious common drawback of analogues and prototype is their low noise immunity, which is manifested in the fact that the device responds to electromagnetic waves that occur when sparking switched electrical appliances in parallel outlets, and gives false shutdowns. This reduces the reliability of the power supply of the protected electrical installation.

Целью изобретения является уменьшение потребляемой от сети мощности, повышение надежности и помехоустойчивости устройства. The aim of the invention is to reduce the power consumed from the network, increasing the reliability and noise immunity of the device.

Указанная цепь достигается тем, что в устройство дополнительно введены первый, второй и третий резисторы и второй стабилитрон, включенные так, что точка соединения первого вывода конденсатора фильтра с выходом выпрямительного моста соединена через первый введенный резистор с катушкой выходного реле и через второй введенный резистор с базой транзистора, другой конец катушки реле соединен с первым выводом первого стабилитрона, параллельно катушке реле с учетом полярности присоединены коллектор и эмиттер транзистора, база которого присоединена через последовательно соединенные третий резистор и второй стабилитрон к выходу порогового элемента. Повышение помехоустойчивости устройства достигается тем, что дополнительно вводится конденсатор, который одним выводом присоединен к выходу порогового элемента, а другим к одному из выходных контактов реле. This circuit is achieved by the fact that the first, second and third resistors and the second zener diode are additionally inserted into the device, so that the connection point of the first output of the filter capacitor with the output of the rectifier bridge is connected through the first input resistor to the output relay coil and through the second input resistor to the base transistor, the other end of the relay coil is connected to the first output of the first zener diode, parallel to the relay coil, taking into account the polarity, the collector and emitter of the transistor are connected, the base of which is attached One through series-connected the third resistor and a second zener diode to the output of the threshold element. Improving the noise immunity of the device is achieved by the fact that an additional capacitor is introduced, which is connected to the output of the threshold element with one output, and the other to one of the relay output contacts.

Устройство, схема которого приведена на чертеже, содержит датчик 1, пороговый элемент 2, транзистор 3, реле 4, стабилитрон 5, конденсатор фильтра 6, выпрямительный мост 7, токоограничивающий конденсатор 8 и введенные вновь резисторы 9 11, стабилитрон 12 и противопомеховый конденсатор 13. The device, the circuit of which is shown in the drawing, contains a sensor 1, a threshold element 2, a transistor 3, a relay 4, a zener diode 5, a filter capacitor 6, a rectifier bridge 7, a current-limiting capacitor 8 and newly introduced resistors 9 11, a zener diode 12 and an anti-noise capacitor 13.

Предложенное устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

При подаче на входные клеммы устройства напряжения 220 В в цепи переменного тока выпрямительного моста 7 устанавливается переменный ток, эффективное значение которого определяется из выражения:

Figure 00000002

где U~ и Uст.5 напряжение соответственно сети и стабилитрона 5;
R9 и R4 сопротивление резистора 9 и катушки реле 4;
X8 емкостное сопротивление конденсатора 8.When applying 220 V voltage to the input terminals of the device, an alternating current is established in the alternating current circuit of the rectifier bridge 7, the effective value of which is determined from the expression:
Figure 00000002

where U ~ and U st.5 voltage respectively of the network and the zener diode 5;
R 9 and R 4 the resistance of the resistor 9 and the relay coil 4;
X 8 capacitance of the capacitor 8.

Выпрямленный переменный ток, постоянная составляющая, (среднее значение) которого равно I-= I~/Kф, где Кф коэффициент формы, зависящей от степени фильтрации конденсатором 6, течет по двум параллельным цепям. Одна цепь, условно назовем ее "силовой", состоит из резистора 9, катушки реле 4, стабилитрона 5, напряжение Uст.5 которого осуществляет питание порогового элемента 2. Другая цепь, назовем ее "управляющей", состоит из резистора 10, резистора 11 и стабилитрона 12.A rectified alternating current, a constant component (average value) of which is I - = I ~ / K f , where K f the form factor, which depends on the degree of filtration by the capacitor 6, flows through two parallel circuits. One circuit, let's call it "power", consists of a resistor 9, a relay coil 4, a zener diode 5, voltage U, article 5 of which powers a threshold element 2. Another circuit, let's call it "control", consists of a resistor 10, resistor 11 and zener diode 12.

Рассмотрим поочередно процессы в каждой цепи, начиная с "силовой", учитывая при этом, что ток в силовой цепи в 20 30 раз больше тока в цепи управления. На этом основании при рассмотрении процессов в силовой цепи ток в цепи управления не учитывается. Let us consider in turn the processes in each circuit, starting with the "power" circuit, taking into account that the current in the power circuit is 20-30 times greater than the current in the control circuit. On this basis, when considering processes in the power circuit, the current in the control circuit is not taken into account.

Из выражения (1) видно, что в тех случаях, когда X8 > RΣ R9 + R4, значение I~ и I= мало зависят от изменения RΣ. Поэтому, если коммутацию катушки реле 4 осуществлять шунтированием ее с помощью транзисторного ключа 3, то изменение токов I~ и I= будут незначительными. Проиллюстрируем изложенное числовым примером, в котором числовые значения номиналов компонентов схемы соответствуют номиналам в реальном изделии: R9 820 Ом, R4 1400 Ом, C8 0,47 мФ, X8 6770 Ом, U~= 220 B,, Uст.5 30 В. Для этих значений имеем: в режиме А, когда катушка реле зашунтирована открытым транзистором, RΣ R9 и I~= 27,8 мА; в режиме В, когда транзистор закрыт, RΣ R9 + R4 и I~= 26,6 мА.
Из этого примера видно, что в предложенном устройстве приращение тока в стабилитроне 5 при переходе из режима А в режим В незначительно (всего лишь 1,2 мА), а в прототипе это приращение в зависимости от примененного реле, составляет 25,30 мА.
From the expression (1) it can be seen that in those cases where X 8 > R Σ R 9 + R 4 , the value of I ~ and I = depend little on the change in R Σ . Therefore, if the relay coil 4 is switched by shunting it using a transistor switch 3, then the current changes I ~ and I = will be insignificant. We illustrate the above with a numerical example, in which the numerical values of the nominal values of the components of the circuit correspond to the ratings in a real product: R 9 820 Ohm, R 4 1400 Ohm, C 8 0.47 mF, X 8 6770 Ohm, U ~ = 220 V ,, U Art. 5 30 V. For these values we have: in mode A, when the relay coil is shunted by an open transistor, R Σ R 9 and I ~ = 27.8 mA; in mode B, when the transistor is closed, R Σ R 9 + R 4 and I ~ = 26.6 mA.
This example shows that in the proposed device, the current increment in the zener diode 5 during the transition from mode A to mode B is insignificant (only 1.2 mA), and in the prototype this increment, depending on the relay used, is 25.30 mA.

Переходим к рассмотрению цепи управления транзистором. Как видно из схемы на фиг.2, непосредственное соединение выхода порогового элемента 2 с базой транзистора 3 не обеспечит переключение транзистора и состояние "открыто" из-за того, что потенциал на выходе элемента 2 в любом режиме ниже потенциала эмиттера. Поэтому заявляется схема управления транзистором, позволяющая смещать потенциал базы относительно эмиттера в интервале от -5 В при U2.А≈0 В до +1,0 1,5 В при U2.В ≥20 В.We turn to the consideration of the transistor control circuit. As can be seen from the diagram in figure 2, the direct connection of the output of the threshold element 2 with the base of the transistor 3 will not provide switching of the transistor and the state is "open" due to the fact that the potential at the output of the element 2 in any mode is lower than the potential of the emitter. Therefore claimed transistor control circuit, which allows to displace the base potential relative to the emitter in the range of -5 V with U 2.A ≈0 V to +1.0 V at 1.5 U 2.B ≥20 W.

Рассмотрим, как и в случае с прототипом, два режима: режим А, когда напряжение на выходе порогового элемента не превышает 2 В (U2.А ≅ 2 В); режим В, когда U2.В≈Uст.5, т.е. когда пороговый элемент пришел в состояние логической единицы, (элемент "сработал").Consider, as in the case of the prototype, two modes: mode A, when the voltage at the output of the threshold element does not exceed 2 V (U 2.A ≅ 2 V); Mode when U ≈U 2. In Article 5, ie when the threshold element has entered the state of a logical unit, (the element "worked").

В любом режиме в цепи с элементами 10-11-12-2 устанавливается ток:

Figure 00000003

где U6, Uст.12, U2 напряжение соответственно на элементах 6, 12 и 2;
R10, R11 сопротивление резисторов 10 и 11.In any mode, the current is set in the circuit with elements 10-11-12-2:
Figure 00000003

where U 6 , U Art. 12 , U 2 voltage respectively on the elements 6, 12 and 2;
R 10 , R 11 resistance of resistors 10 and 11.

Выразим потенциалы базы и эмиттера транзистора 3 относительно минусового полюса выпрямителя:

Figure 00000004

Напряжение между базой и эмиттером равно
Figure 00000005

При выборе определенных значений входящих в выражение (4) составляющих, например, для режима А, U2.А 2 В, Uст.12 8,2 В, U ст.5 30 B, U6 60 В, R10 47 кОм, R11 20 кОм, получаем напряжение Uбэ.А -4,934 В. При этом напряжении в режиме А транзистор закрыт, а реле включено, так как через катушку проходит полностью ток I== I~/Kф.
В режиме В выходное напряжение порогового элемента U2.В≥28 В. Подставив U2.В 28 В в выражение (4) при прочих неизмененных значениях, получим Uбэ.В +13,3 В. Таким образом, в режиме В произошло изменение полярности напряжения на базе транзистора и он перешел в насыщенное состояние (открылся), зашунтировав катушку реле. Контакты реле при этом размыкаются.Express the potentials of the base and emitter of transistor 3 relative to the negative pole of the rectifier:
Figure 00000004

The voltage between the base and the emitter is
Figure 00000005

When choosing certain values of the constituents included in expression (4), for example, for mode A, U 2.A 2 V, U st. 12 8.2 V, U st. 5 30 V, U 6 60 V, R 10 47 kOhm , R 11 20 kOhm, we obtain a voltage of U be.A -4.934 V. At this voltage in mode A, the transistor is closed and the relay is turned on, since the current passes completely through the coil I = = I ~ / K f .
In mode B, the output voltage of threshold element U 2.B ≥28 W. Substituting U 2.B 28 in the expression (4) with other values unaltered obtain 13.3 U be.V B. Thus, B-mode occurred a change in the polarity of the voltage at the base of the transistor and it went into a saturated state (opened) by shunting the relay coil. The relay contacts open.

Реально напряжение Uбэ.В не доходит до 13,3 В, а устанавливается на уровне напряжения p-n переход база-эмиттер транзистора, но для рассмотрения работы предложенного устройства это несущественно.Actually, the voltage is U BeV. It does not reach 13.3 V, but the base-emitter junction of the transistor is installed at the voltage level pn, but this is not essential for considering the operation of the proposed device.

Предложенная схема обеспечивает практически неизменяемое потребление из сети тока в режимах А и В, в результате чего уменьшено значение номинала конденсатора В, исключена перегрузка стабилитрона 5, в целом повышена надежность устройства и снижены массогабаритные показатели. The proposed circuit provides a virtually unchanged current consumption from the mains in modes A and B, as a result of which the value of the capacitor B is reduced, overload of the zener diode 5 is excluded, overall reliability of the device is increased, and overall dimensions are reduced.

Чувствительность устройства к электромагнитным помехам расчетным путем проанализировать не представляется возможным, поэтому повышение помехоустойчивости ведется опытным путем на основе лабораторных испытаний макетных и опытных образцов. Опытным путем установлено, что соединение через конденсатор 13 выхода порогового элемента 2 с землей или с любым проводом сети повышает помехоустойчивость устройства в режиме "готов" (режим А) и снижает помехоустойчивость в режиме "отключено" (режим В). Поэтому противопомеховый конденсатор 13 подключается к сети в режиме В, благодаря чему сохраняется помехоустойчивость и в этом режиме. It is not possible to analyze the sensitivity of the device to electromagnetic interference by calculation, therefore, the increase in noise immunity is carried out empirically on the basis of laboratory tests of prototypes and prototypes. It has been experimentally established that the connection through the capacitor 13 of the output of the threshold element 2 to the ground or to any network wire increases the noise immunity of the device in the "ready" mode (mode A) and reduces the noise immunity in the "off" mode (mode B). Therefore, the anti-interference capacitor 13 is connected to the network in mode B, due to which the noise immunity is maintained in this mode.

Технико-экономическая эффективность выражается в минимальном потреблении тока из сети, снижении рассеиваемой стабилитроном мощности и за счет этого повышение надежности устройства, а также повышения надежности электроснабжения защищаемой электроустановки за счет повышения помехоустойчивости устройства. Technical and economic efficiency is expressed in the minimum current consumption from the network, reducing the power dissipated by the zener diode, and thereby increasing the reliability of the device, as well as increasing the reliability of power supply of the protected electrical installation by increasing the noise immunity of the device.

Claims (2)

1. Устройство для защитного отключения в электрической сети переменного тока, содержащее датчик, соединенный своим выходом с входом порогового элемента, транзистор, выходное реле, первый стабилитрон, соединенный с конденсатором фильтра, подключенного параллельно выходу выпрямительного моста, в цепь переменного тока которого включен последовательно токоограничивающий конденсатор, отличающееся тем, что дополнительно введены первый, второй и третий резисторы и второй стабилитрон, включенные так, что выход выпрямительного моста соединен через первый резистор с катушкой выходного реле и через второй резистор с базой транзистора, другой конец катушки реле соединен с другим выводом первого стабилитрона, параллельно катушке выходного реле с учетом полярности подключен коллекторно-эмиттерный переход транзистора, база которого присоединена через последовательно соединенные третий резистор и второй стабилитрон к выходу порогового элемента. 1. A device for protective shutdown in an alternating current electric network, comprising a sensor connected to an input of a threshold element by its output, a transistor, an output relay, a first zener diode connected to a filter capacitor connected in parallel with the output of the rectifier bridge, whose alternating current circuit is connected in series with a current limiting a capacitor, characterized in that the first, second and third resistors and the second zener diode are included so that the output of the rectifier bridge is connected through the first resistor with the output relay coil and through the second resistor with the base of the transistor, the other end of the relay coil is connected to the other output of the first zener diode, parallel to the output relay coil, taking into account the polarity, the collector-emitter junction of the transistor is connected, the base of which is connected through a third resistor and a second Zener diode to the output of the threshold element. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введен конденсатор, который соединен одним выходом с выходом порогового элемента, а другим с одним из выходных контактов реле. 2. The device according to claim 1, characterized in that a capacitor is introduced into it, which is connected by one output to the output of the threshold element, and the other with one of the output contacts of the relay.
RU94041171A 1994-11-11 1994-11-11 Ac mains electrical safety device RU2097894C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94041171A RU2097894C1 (en) 1994-11-11 1994-11-11 Ac mains electrical safety device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94041171A RU2097894C1 (en) 1994-11-11 1994-11-11 Ac mains electrical safety device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94041171A RU94041171A (en) 1996-09-20
RU2097894C1 true RU2097894C1 (en) 1997-11-27

Family

ID=20162368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94041171A RU2097894C1 (en) 1994-11-11 1994-11-11 Ac mains electrical safety device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2097894C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Устройство защитного типа УЗОШ 10.2.010. VXII 4. Паспорт ИЖТШ 656.111.001 ПС, 1987. 2. Устройство защитного отключения УЗО-В. Руководство по эксплуатации ИЖТШ. 656.111.058. РЭ, 1988. 3. Устройство защитного отключения УЗО-В. Руководство по эксплуатации 633.006РЭ, 1992. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU94041171A (en) 1996-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1156977C (en) solid-state electric switch
US6509658B1 (en) Device for the automatic shut-off of equipment's stand-by power
CN112736856A (en) Method for protecting load circuit
CA2553777C (en) Dv/dt-detecting overcurrent protection circuit for power supply
KR20100014787A (en) Circuit arrangement and method for increasing the safety of an electonic operating device
KR940005049B1 (en) Induction heating systems
WO1998010338A1 (en) Universal input circuit
RU2661311C2 (en) Electronic circuit and method of operation of electronic circuit
CN110829364A (en) Electric leakage protection circuit, electric leakage protection device and electric equipment
RU2097894C1 (en) Ac mains electrical safety device
CA1216041A (en) Proximity switch circuit
JP3030156B2 (en) Household step-down device having overvoltage protection circuit
US3378748A (en) Speed regulating system including a rectifier bridge with a controlled rectifier connected from its poles
KR890008925Y1 (en) Over voltage protective circuit
GB2136233A (en) Circuit for sensing the status of a voltage input over a wide range of voltage levels and waveforms
CN218124387U (en) Compatible power supply circuit
CN110139443B (en) Net clearing device of electrical equipment, lamp equipment and net clearing control method
SU1132322A1 (en) Device for protective de-energizing operating in system with solidity earthed neutral and voltage up to 1000 volt
SU792440A1 (en) Device for protecting shaft contact dc system from current leakage
KR0147219B1 (en) Low voltage protection circuit of power supply system
KR200241430Y1 (en) Noise and alternation electromagnetic waves reduction apparatus in electric matte
KR200154084Y1 (en) Protecting circuit for output error of switching mode power supply
KR970001691A (en) Rapid braking device of washing machine
KR0107819Y1 (en) Power source device with overvoltage input prevention circuits
KR910003618Y1 (en) Over voltage protective circuit