Wskaźnik zaniku fazy.pdf

Wskaźnik zaniku fazy

Do czego to służy?

Wiele urządzeń elektrycznych więk−

szej mocy zasilanych jest z sieci trójfazo−

wej. Warunkiem poprawnego działania

wielu z tych urządzeń, na przykład silni−

ków trójfazowych, jest obecność napię−

cia wszystkich trzech faz. Brak jednej fa−

zy powoduje radykalny spadek mocy

i jednocześnie pobór dużego prądu z po−

zostałych faz, i w krótszym lub dłuższym

czasie uszkodzenie (spalenie) silnika.

Co prawda przy każdym silniku monto−

wane są urządzenia zabezpieczające przez

uszkodzeniem – wyłączniki termiczne,

zwane termikami. Dobrze dobrany termik

powinien skutecznie chronić silnik. Życie

pokazuje jednak, że często termik nie za−

działa na czas i trzeba zawieźć spalony sil−

nik do przewinięcia. Dotyczy to zwłaszcza

nowszych silników, o konstrukcji określa−

nej przez praktyków jako „wyżyłowana”

(mało żelaza i mało miedzi). Choćby z ta−

kiego powodu w wielu przypadkach celo−

we jest zastosowanie układu monitorują−

cego stan napięcia wszystkich faz.

Całkowity zanik jednej fazy jest bardzo

łatwy do wykrycia. Jednak silniki pracują−

ce w trudnych warunkach narażone są na

dodatkowe niebezpieczeństwo. Miano−

wicie może się zdarzyć, że podczas pracy

silnika ulegnie przerwaniu jeden bez−

piecznik. Po uszkodzeniu bezpiecznika

silnik prawdopodobnie nadal będzie pra−

cował (o ile obciążenie nie będzie zbyt

duże) – wzrośnie tylko znacznie prąd po−

bierany z dwóch czynnych faz. Jeżeli wy−

łącznik termiczny nie zadziała na czas, sil−

nik zostanie powoli „zamęczony” i po ja−

kimś czasie się uszkodzi.

W takiej sytuacji warunki są szczegól−

ne. Przed bezpiecznikami wszystkie na−

pięcia są w porządku. A na zaciskach sil−

nika? Niezorientowani powiedzą, że na

jednym z zacisków silnika nie będzie na−

pięcia. To nieprawda. Pracujący silnik jest

też swego rodzaju transformatorem. Na

odłączonym zacisku silnika występować

będzie napięcie rzędu 150V lub nawet

nieco większe.

Najprostszy wskaźnik zaniku fazy, wy−

krywający jedynie całkowity brak napię−

cia, na nic tu się nie zda.

Potrzebny jest układ wykrywający nie

tylko zanik fazy, ale też zachwianie sy−

metrii napięć wszystkich faz.

Opisany dalej układ wyposażony jest

w kontrolki obecności poszczególnych

faz. Wykrywa zaburzenia symetri−

i faz i sygnalizuje to dźwiękiem. Dodatko−

wo zapamiętuje fakt zaburzenia i po przy−

wróceniu normalnych napięć sygnalizuje

to miganiem diod LED.

2169

Jak to działa?

Schemat blokowy, pokazany na rysun−

ku 1 ułatwi zrozumienie działania układu.

Wskaźnikami obecności napięć fazowych

są diody LED D4 – D6. Zarówno te diody,

jak i układ czujnikowo−wykonawczy są za−

silane beztransformatorowo, a elementa−

mi ograniczającymi prąd są kondensatory

C1 – C3. Należy zauważyć, że dodatnie

połówki przebiegów z kolejnych faz zasi−

lają kontrolki LED (D4 – D6), natomiast

ujemne połówki , wyprostowane przez

diody D1 – D3 wytwarzają napięcie zasi−

lające dla układu czujnikowo−wykonaw−

czego. To napięcie zasilające jest ujemne

w stosunku do przewodu zerowego, ale

oczywiście nie ma to żadnego znaczenia.

Układ czujnikowy kontroluje napięcie

na gwieździe, zbudowanej z rezystorów

R R ,R S ,iR T . Tu wyjaśnienie dla początku−

jących: ponieważ napięcia przemienne

poszczególnych faz są wzajemnie przesu−

nięte w fazie o 120° ,. więc w każdej chwi−

li suma napięć wszystkich faz jest równa

zeru. Właśnie trzy jednakowe rezystory

służą do dodawania tych napięć. A więc,

gdy napięcia wszystkich faz są równe, na−

pięcie w punkcie połączenia tych trzech

rezystorów (oznaczony X) ciągle jest rów−

ne zeru. Gdy występuje pewna nierówno−

mierność (niesymetria) napięć poszcze−

gólnych faz, wtedy w punkcie X pojawia

się pewne napięcie (sinusoidalnie zmien−

ne). Wartość tego napięcia wskazuje na

stopień niesymetrii napięć fazowych. Na−

pięcie z punktu X jest podawane na układ

czujnikowy, a następnie na układ zapa−

miętujący i wykonawczy. Sygnał dźwięko−

wy jest włączany tylko wtedy, gdy wystę−

puje niesymetria, natomiast układ zapa−

miętujący włącza współpracujący genera−

tor powodujący miganie wszystkich

trzech kontrolek D4 – D6. Kontrolki te mi−

gają stale, informując, że miał miejsce za−

nik fazy lub niesymetria napięć. Wyłącze−

nie migotania nastąpi dopiero po naciśnię−

ciu przycisku zerującego, który po prostu

zwiera zasilanie układu i powoduje wyze−

rowanie układu pamiętającego.

Wyjaśnienia wymaga jeszcze obec−

ność kondensatora C4. Czułość układu

czujnikowego jest bardzo duża i koniecz−

ne jest zmniejszenie napięcia z punktu X.

Można to zrobić włączając między punkt

X a przewód zerowy (N) rezystor. Ale mo−

że to także być kondensator, który prze−

cież dla prądu zmiennego też stanowi so−

Wykaz elementów

Rezystory

R1−R6: 470k

R7−R9: 1k Ω

R10−R15: 100k

R16−R21: 100k Ω 5%

R22: nie montować

R23−R27: 1M Ω

Kondensatory

C1−C3: 68nF/630V

C4: 47nF

C5: 100µF/25V

C6,C7: 470nF

C8: 100nF

C9: 1µF stały

Półprzewodniki

D1−D3,D7−D9: Diody 1N4148

D4−D6: LED 5mm czerw.

D10: dioda Zenera 12V

T1−T5: dowolny PNP np.BC558

U1: 4093

Pozostałe

Y1 piezo z generatorem np. PCA−06

płytka wg rysunku 2

Ω

Rys. 1. Schemat blokowy

Uwaga! Przycisk S1 i obudowa nie wchodzą

w skład kitu AVT−2169.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/97

Ω

Rys. 2. Schemat ideowy

bą jakąś oporność. Kondensator ma jesz−

cze dodatkową zaletę, bo filtruje ewentu−

alne chwilowe zakłócenia, jakie mogłyby

występować w przewodach fazowych.

Szczegółowy schemat urządzenia po−

kazany jest na rysunku 2. Można na nim

bez trudu odnaleźć elementy pokazane

na rysunku 1. A oto szczegóły.

Rezystory R7 – R9 są potrzebne, żeby

ograniczyć prąd udarowy, jaki mógłby po−

płynąć przy włączeniu zasilania w momen−

cie, gdy napięcie danej fazy ma wartość

bliską szczytowej. Rezystory R1 – R6 roz−

ładują kondensatory C1 – C3 po wyłącze−

niu zasilania, zapobiegając nieprzyjemnym

udarom przy ich późniejszym dotknięciu.

Ujemne połówki napięcia, przepuszcza−

ne przez diody D1 – D3, dają ujemne na−

pięcie zasilające, filtrowane przez konden−

sator C5 i ograniczane przez diodę Zenera

D10. Podczas normalnej pracy dodatnie

połówki zasilają diody LED D4 – D6, powo−

dując ich nieprzerwane świecenie.

Rezystory R10 – R15 tworzą gwiazdę

pomiarową. Ze względu na dużą czułość

układu, dobrze, by były to rezystory o to−

lerancji 1%. Potrzebne są dwa rezystory

popularnej wartości 100k Ω – moc strat

wydzielona na każdym z nich wynosi

0,12W, a w przypadku zastosowania tyl−

ko jednego rezystora 100k Ω , moc strat

wyniosłaby 0,484W, trochę za dużo, jak

na precyzyjny miniaturowy rezystor.

Podwójne rezys−

tory R10 – R15 i R1

– R6 zastosowano

także ze względu

na ograniczoną wy−

trzymałość napię−

ciową miniaturo−

wych rezystorów

o mocach poniżej

0,5W.

Kondensator

C4 zmniejsza na−

pięcie niesymetrii

i filtruje przebieg.

Na płytce przewi−

dziano także miej−

sce na dodatkowy

rezystor R22 – nor−

malnie nie będzie

on montowany.

Jeśli amplituda

napięcia niesymet−

rii w punkcie X (w stosunku do przewodu

zerowego N) będzie większa niż 0,6V, to

ujemne połówki tego przebiegu będą po−

wodować otwieranie tranzystora T5. Na−

pięcie na kondensatorze C9 będzie stop−

niowo rosnąć, i w końcu wzrośnie powy−

żej górnego progu bramki Schmitta U1C.

Odblokuje to generator (o częstotliwości

ok. 2...3Hz) zbudowany na tej bramce.

Przebieg z generatora uruchomi piszczyk

piezo (z generatorem).

Rys. 3. Schemat montażowy

Obwód opóźniający R26C9 jest ko−

nieczny, by układ nie reagował na krótkie

zakłócenia, a tylko na niesymetrię utrzy−

mującą się przynajmniej przez sekundę.

Pierwsze pojawienie się stanu niskiego na

wyjściu generatora (nóżka 10) przerzuci do

stanu przeciwnego przerzutnik RS, zbudo−

wany na bramkach U1B i U1D. Przerzut−

nik ten zapamięta fakt zaniku fazy (niesy−

metrii) i na stałe włączy drugi generator

Dokończenie na str. 67

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/97

Rys. 3. Schemat montażowy

nąć go kilkoma zwojami

cienkiego przewodu, przy−

lutowanego następnie do

metalowego mostka, lub

bezpośrednio do wypro−

wadzenia transformatora

zapłonowego.

Przechodzimy teraz do

najważniejszego chyba

etapu montażu strobosko−

pu – obudowy. Palnik wraz

z transformatorem najle−

piej zamocować we wspo−

mnianej już obudowie od

samochodowego światła

cofania (stosowana

w FIAT126). Natomiast

sam układ elektroniczny bezwzględnie

musimy zamontować w bardzo solidnej

obudowie, metalowej lub z tworzywa

sztucznego. Jakiekolwiek prowizorki czy

przysłowiowe „pudełka od butów” są

absolutnie niedopuszczalne i mogą gro−

zić nieszczęśliwym wypadkiem! W ofer−

cie AVT znajduje się co najmniej kilka ro−

dzajów obudów, które mogą nadawać

się do wykorzystania przy budowie na−

szego stroboskopu. Prototyp został

umieszczony w obudowie plastykowej

Rys. 4. Schemat montażowy

typu KM . Natomiast stosowanie obudo−

wy metalowej wymaga szczególnie sta−

bilnego i pewnego zamocowania płytki

i wykonania nieco trudniejszych niż

w przypadku obudowy z tworzywa prac

mechanicznych.

Obie płytki układu lampy strobosko−

powej muszą być ze sobą połączone za

pomocą krótkiego odcinka przewody

trzy żyłowego. Tu także jakiekolwiek

prowizorki i stosowanie przewodów

zbyt cienkich i w kiepskiej izolacji jest

absolutnie niedopuszczalne! Najbardziej

odpowiednim rodzajem przewodu jest

trójżyłowy kabel stosowany przy dołą−

czaniu urządzeń elektrycznych do sieci

energetycznej.

Zbigniew Raabe

Komplet podzespołów z płytką jest

dostępny w sieci handlowej AVT jako

„kit szkolny” AVT−2260.

ciąg dalszy ze str. 63

zbudowany z bramką U1A. Ten drugi

generator będzie na przemian włączał

i wyłączał tranzystory T1 – T3. Gdy tran−

zystory będą przewodzić, przejmą na

siebie prąd diod LED D4 – D6, powodu−

jąc ich gaśnięcie. Tym samym diody

LED będą migać w rytm generatora

U1A. Miganie diod można wyłączyć,

zwierając na chwilę zasilanie przycis−

kiem S1. Powrót przerzutnika U1B, U1D

do stanu spoczynkowego zapewniają

elementy R24, C8.

obudowie, skutecznie zabezpieczają−

cej przed porażeniem.

Zastosowanie kondensatora

C4 o pojemności 47nF daje

dużą czułość układu. Syg−

nalizacja zostanie włą−

czona, gdy napięcie

jednej z faz zmniej−

szy się już o około 20V

w stosunku do pozosta−

łych. Czułość tę można zmie−

niać, dobierając pojemność kon−

densatora (mniejsza pojemność C4

= większa czułość), ewentualnie sto−

sując R22 dla zmniejszenia czułości.

Skuteczność zabezpieczenia można

sprawdzić w „warunkach bojowych”, do−

łączając układ do zacisków silnika trójfa−

zowego i wykręcając jeden bezpiecznik

w czasie pracy tego silnika – sygnalizacja

powinna się włączyć Gdyby było inaczej,

należy zmniejszyć pojemność C4.

Uwaga!

W urządzeniu

występują napięcia

mogące stanowić śmiertel−

ne zagrożenie dla życia! Osoby

niepełnoletnie mogą wykonać i uru−

chomić opisany układ tylko

pod opieką wykwalifi−

kowanych osób

dorosłych.

Należy pamiętać, że na elemen−

tach układu występują napięcia

do 400V (międzyfazowe na−

pięcie sieci), dlatego nale−

ży zachować szczegól−

ną ostrożność i ni−

gdy nie ekspery−

mentować z ukła−

dem bez podjęcia

skutecznych środków

bezpieczeństwa (nie doty−

kać w żadnym wypadku płyt−

ki, gdy układ jest dołączony do

sieci; obowiązkowa obecność dru−

giej osoby).

Montaż i uruchomienie

Wskaźnik można zmontować na płyt−

ce pokazanej na rysunku 3. Montaż jest

klasyczny: najpierw elementy bierne, po−

tem półprzewodniki. Układ zmontowany

ze sprawnych elementów nie wymaga

uruchamiania i od razu pracuje popra−

wnie. Układ należy umieścić w solidnej

Piotr Górecki

Zbigniew Orłowsk

Komplet podzespołów z płytką jest

dostępny w sieci handlowej AVT jako

„kit szkolny” AVT−2169.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/97

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: