Поэтапное включение защиты для релейных стабилизаторов

       Китайские релейные стабилизаторы очень популярны среди потребителей. Решающим фактором является дешевизна. 10000ВА рекламной мощности обходятся покупателю всего 7000...7500 рублей! Немаловажный фактор популярности этой конструкции - относительно высокий уровень электро- и пожарной безопасности.           Дешевизна релейных стабилизаторов определяется использованием алюминия для обмотки автотрансформатора и нехитрой силовой схемой. Для продления ресурса силовых контакторов, переключающих отводы автотрансформатора, используются искрогасящие RC-цепи. Блок управления переключает отводы при прохождении синусоиды через ноль.

   Всё это во многом перевешивает такие недостатки этого класса стабилизаторов, как ступенчатость переключения выходного напряжения, и большая ширина интервала стабилизации. Ничего не поделаешь - "бесплатный сыр только в мышеловке".  

   Кто-то использует релейные стабилизаторы, как основные, кто-то - как вспомогательные. Я на своих объектах использую их для питания насосов, бойлеров, саун, оборудования бассейна, электроотопления.

   Однажды я заметил неприятную особенность этого класса стабилизаторов - при включении они выдают такой бросок потребляемого тока, что автоматы с время-токовой характеристикой С с номиналом ниже габаритного потребления стабилизатора, в подавляющем большинстве случаев, сразу отключаются, даже когда стабилизатор без нагрузки. 

   Основой стабилизатора является тороидальный трансформатор. 

   Подобный "бросок" тока свойственен именно тороидальным трансформаторам. Естественно, ни о каком плавном пуске в дешёвых стабилизаторах речи нет.

    Несколько дней назад я закончил работу, в которой реализовал алгоритм, но не плавного пуска, а поэтапного изменения параметров защиты. В описываемом случае речь идёт не о стабилизаторе, а о тороидальном автотрансформаторе.

    Контекст работы следующий. Изготавливается стенд для проверки светодиодных светильников в режимах номинального, пониженного и повышенного напряжений. Нагрузка в рабочем режиме ограничивается потребляемым током 3А. Экстремальные точки должны быть подвижны в небольших пределах.. Очевидно, лучше регулируемых автотрансформаторов ничего нет. Но! Подойдёт человече и крутанёт ручку от всей русской (или азиатской) души. Для этого сделаны механические упоры, ограничиваюшие поворот и передвжение токосъёмной щётки сектором в 30В - fool proof, так сказать.

   Но заказчику мало 250В, надо 275! Вот здесь и понадобился 5кВа тороид, аналогичный тому, что в стабилизаторах. После комбинирования напряжения на ЛАТРе и отводов тороидального автотрансформатора удалось получить максимальное напряжение на выходе 275В, при этом увеличив за счёт только схемы подключения, количество витков на 1В с 3 до 4.5, что всегда технически оправдано. Напряжение сети, пониженное и повышенное контролируется по стрелочным приборам.

   Итак, на входе регулируемого автотрансформатора автоматический выключатель С10А, на выходе С6А в цепи формирования пониженного напряжения 150...180В. Если поставить на входе автомат С8А, его выбивает при включении - ЛАТР - тот же тороид, но с токосъёмником. 

   В цепи формирования повышенного напряжения на входе также автоматический выключатель С10А, но если включить цепь с подключенным повышающим трансформатором, даже без нагрузки, "выбьет" всё. Был проверен вариант с покаскадным включением трансформаторов. Автоматический выключатель С8А, который технически оправдан между регулируемым и повышающим трансформаторами, отключался в момент подключения повышающего трансформатора. 

   После ряда экспериментов удалось подобрать номинал автоматического выключателя. выдерживаюшего индуктивный импульс - С20А. Это вполне закономерно - на входе стабилизаторов 5кВА ставят автоматы 20А или 25А. Учитывая такую специфику тороидальных автотрансформаторов, было решено разнести включение трансформаторов по времени - сначала цепь формирования повышенного напряжения, затем - пониженного. 

   Возникает вопрос - на выходе повышающего трансформатора будет стоять относительно чувствительная защита С6А, а на входе - С20А? А если межвитковое КЗ или ещё что-то? Лучше всё-таки в стационарном режиме - С8А.

    Для того, чтобы выдержать пусковой режим, но потом перейти на стационарный, был использован следующий алгоритм. После включения регулируемого автотрансформатора через некоторое время подключается повышающий трансформатор через автоматический выключатель С20А. Через определённый прмежуток времени параллельно этому автомату подключается автоматический выключатель С8А, а С20А - отключается. 

Реализация в железе: первый таймер через время t1 подключает регулируемый трансформатор, второй таймер через несколько секунд t2 подключает повышающий трансформатор

и формирователь импульса t3, по переднему фронту импульса через t4 запускается триггер, подключающий цепь защиты С8А, затем, по прошествии t3 цепь пусковой защиты С20А отключается (уставка t3 больше на 2...3 секунды уставки t4)

После включения цепи формирования повышенного напряжения через несколько секунд t5 включается цепь формирования пониженного напряжения.

Для силовой коммутации использованы модульные контакторы на 63А с попарным параллельным включением контактов. Питание катушек контакторов - через встроенный выпрямитель

с перекоммутацией двух параллельно включенных катушек при срабатывании контактора на последовательное соединение в режиме удержания. Это позволило использовать штатные контакты таймеров без включения промежуточных реле (предполагается, что система будет включаться один, максимум - два раза в день).

   Для защиты контактов в контакторах и защиты нагрузок от коммутационных импульсов параллельно силовым контактам включены варисторы соответствующих номиналов.

Внешний вид всего изделия

   Следует отметить, что этот способ был продуман и предложен одному из заказчиков несколько раньше, но по каким-то причинам заказчик отказался. Очевидно, после выполнения работ с относительно солидным бюджетом, финансировать "мягкое" включение 13 стабилизаторов было уже неохота - по-человечески я к нему отнёсся с пониманием. 

   Подобный алгоритм поэтапного включения грубой и чувствительной защиты рекомендую применять для подключения к сети релейных стабилизаторов с тороидальными автотрансформаторами.