Устройство, контролирующее напряжение сети

А. Еркин, Радио №8/1965, ст. 37

Обычно величину напряжения питания контролируют вольт­метром. Однако в тех случаях, когда достаточно контролировать три уровня напряжения (нижний предел — номинальное — верхний пре­дел), можно применить устройства на лампах тлеющего разряда. Об уровне напряжения судят в этом слу­чае по интенсивности свечения газо­вого разряда.

В предлагаемых устройствах ис­пользуется тиратрон с холодным ка­тодом МТХ-90. Эта лампа представ­ляет собой совокупность двух газо­разрядных диодов (сетка-катод и анод—катод), напряжение зажигания которых различно. Промежуток уп­равляющая сетка — катод этой лам­пы зажигается при напряжении 65— 83 в, а участок анод—катод (при сво­бодной сетке) — при напряжении выше 150 в. Но при возникновении разряда в цепи сетки напряжение зажигания анодного промежутка становится регулируемым и может быть понижено вплоть до напряжения зажигания по цепи сетки. Интенсивность и объем свечения газа в этих промежутках могут быть также различными. Последнее достигается тем, что в цепи диодов (про- межутков) включают разные по ве­личине ограничительные сопротив­ления. Эти свойства лампы МТХ-90 положены в основу работы предла­гаемых устройств.

В устройстве, схема которого при­ведена на рис. 1, при номинальном напряжении зажигается промежуток сетка—катод. Так как сопротивле­ние R2 в цепи сетки велико, то све­чение газа незначительной сосредото­чено в глубине лампы. При увеличе­нии напряжения выше верхнего пре­дела зажигается промежуток анод— катод и газ ярко светится практически по всему объему колбы МТХ-90. При понижении напряжения ниже нижнего предела свечения в лампе МТХ-90 не наблюдается.

При налаживании устройства сна­чала устанавливают напряжение, со­ответствующее минимально допусти­мому напряжению сети (например, 200 в) и потенциометром R1 подби­рают момент зажигания тиратрона по цепи сетки. Затем устанавливается верхний предел (например, 230 в) и потенциометром R₄ подбирают мо­мент зажигания анодного промежут­ка.

Достоинством другого контроль­ного устройства (рис. 2) является то, что при номинальном напряжении наблюдается такое яркое свечение, которое хорошо видно практически при любом естественном освещении. Однако в этом случае необходимы две лампы МТХ-90. Если напряже­ние равно номинальному, загорается лампа Л₁, если оно ниже нижнего предела, Л₁ гаснет, а если оно выше- верхнего предела, зажигается тира­трон Л₂. Ток в цепи сетки в период, предшествующий зажиганию анод­ного промежутка, создает началь­ную ионизацию в лампе и стабили­зирует напряжение зажигания анодного промежутка. Этот ток называют подготовительным.

Возможен и такой вариант (рис. 3). Напряжение зажигания разрядного промежутка анод — катод лампы МТХ-90 при различных полярностях питающего напряжения различно. При положительном анодном напря­жении оно на 20—40 в выше, чем при отрицательном. Отрицательное анод­ное напряжение вызывает свечение газа в глубине лампы около цент­рального электрода, а положитель­ное — по всему объему колбы. Та­ким образом по отрицательному по- лупериоду можно контролировать номинальную величину напряжения, а по положительному полупериоду— его верхний предел. Полупроводни­ковый диод Д₁ ограничивает ток в лампе при отрицательном анодном напряжении до нескольких микро­ампер. Налаживая устройство, на вход подают максимальное напряже­ние и с помощью потенциометра R₁ определяют момент зажигания лампы во время положительного полупериода.

Следующее устройство (рис. 4) может автоматически выключать аппаратуру, если напряжение в сети превысит максимально допустимое.

Конденсатор С₁ заряжается через полупроводниковый диод и сопро­тивление R₃. Параллельно С₁ под­ключен потенциометр R₅, с помощью которого можно регулировать напря­жение на сетке МТХ-90.

Напряжение на конденсаторе при­близительно равно амплитудному значению сетевого напряжения, по­данного на Вх₁ и составляет 1,4* U_Эфф. Пропорционально напряжению на входе растет напряжение и на кон­денсаторе и электродах МТХ-90. Как только напряжение на сетке достигнет потенциала зажигания про­межутка сетка—катод, последний зажигается, и в цепи сетки течет ток подготовки (около 10-⁵ а). Этот ток не вызывает срабатывания реле, он только стабилизирует напряжение зажигания анодного промежутка. По мере дальнейшего повышения напряжения сети, напряжение на аноде растет, а ток подготовки уве­личивается. При некотором порого­вом напряжении зажигается про­межуток анод—катод, и конденсатор С₁ разряжается через горящий ти­ратрон и обмотку реле (PC-13, 8000 ом, 28000 витков). При этом реле срабатывает, его контакты замы­каются, и обмотка реле через сопро­тивление R₃ подключается к сети. Закороченный тиратрон МТХ-90 гас­нет. Вторая группа контактов от­ключает аппаратуру и включает соответствующую ‘ сигнализацию. Уменьшив напряжение питания, ап­паратуру можно снова включить на­жатием кнопки Кн1

Если напряжение в сети 220 в, то последнее подают на Вх₂, то есть че­рез делитель R₂R1

При налаживании на вход устрой­ства подают максимально допустимое напряжение и, плавно вращая руч­ку потенциометра R₅, устанавли­вают момент срабатывания реле.

Если мощность, потребляемая при­бором, мала, то для автоматического отключения его при перенапряжении можно применять устройство, схема которого изображена на рис. 5. В нем используется поляризованное реле типа РП-7, РП-5, РП-4. Слабое свечение разряда по цепи сетки по­казывает, что контролируемое на­пряжение находится в пределах но­минального. Если напряжение выше максимально допустимого,— зажига­ется анодный промежуток, ток в об­мотке реле возрастает, и реле сраба­тывает. При этом аппаратура отклю­чается, а лампа МТХ-90 продолжает ярко светиться, сигнализируя о по­вышении напряжения в сети сверх нормы. При уменьшении напряжения до номинального лампа гаснет, и ап­паратура снова автоматически вклю­чается.

Первые несколько десятков часов новые лампы МТХ-90 работают не­стабильно. На рис. 6 приведены экспериментальные графики, пока­зывающие, как изменяется напряже­ние зажигания промежутка анод— катод лампы МТХ-90 при токе под­готовки 10 мка за 500 час непре­рывной работы. Средний график характеризует дрейф напряжения за­жигания при работе лампы на посто­янном токе (величина анодного тока составляла 5 ма). В других случаях лампа включалась в сеть переменно­го тока через диод Д7Ж, который пропускал прямой ток, а обратный ограничивал до нескольких микро­ампер. Амплитудные значения пря­мого тока указаны на графиках. Средний график имеет прямое отно­шение к работе ламп МТХ-90 в уст­ройствах, схемы которых приведены на рис. 1, 2, 4, 5. В этих устройствах тиратрон во время отрицательного полупериода не зажигается, так как значительная часть напряжения па­дает на полупроводниковом диоде, обратное сопротивление которого по­рядка 10⁶ ом. Остальные графики ил­люстрируют работу устройства, схе­ма которого изображена на рис. 3. Прежде чем налаживать устройст­ва, необходимо лампы МТХ-90 под­вергнуть тренировке. Для этого с помощью потенциометров на лампы подают максимальное напряжение и выдерживают их в горящем состоянии в течение 30—60 час