Diagrama esquemático de la fuente de alimentación de respaldo. Cuatro circuitos de energía de respaldo

En este artículo, veremos cómo crear una fuente de alimentación de respaldo de batería para dispositivos electrónicos pequeños para que nunca pierdan energía.

Existen muchos dispositivos electrónicos que deben ser alimentados con energía de forma continua y sin interrupción. Un buen ejemplo de este tipo de dispositivos son los despertadores. Si se corta la luz en medio de la noche y la alarma no suena a tiempo, podría perderse una reunión importante. La solución más sencilla a este problema es un sistema de energía de respaldo de batería. Por lo tanto, si la energía de una fuente externa cae por debajo de un cierto umbral, las baterías automáticamente se hacen cargo de la carga y continúan alimentando todo hasta que se restablezca la energía externa.

Componentes

• fuente de alimentación CC;
• baterías;
• compartimento de la batería;
• estabilizador de voltaje (opcional);
• resistencia de 1 kOhmio;
• 2 diodos (con corriente directa permitida que excede la corriente de la fuente de alimentación);
• conector macho para tensión constante;
• Conector hembra para tensión constante.

Diagrama esquemático

Hay muchos tipos diferentes de sistemas de respaldo de batería y el tipo de sistema que elija depende en gran medida de lo que esté alimentando. Para este proyecto, diseñé un circuito simple que se puede usar para alimentar dispositivos electrónicos de baja potencia que funcionan con 12 voltios o menos.

Primero, necesitamos una fuente de alimentación de CC. Estas fuentes son muy comunes y vienen en una variedad de voltajes y corrientes nominales. La fuente de alimentación se conecta al circuito a través del conector de alimentación CC. Luego se conecta al diodo de bloqueo. El diodo de bloqueo evita que la corriente fluya desde el sistema de batería de respaldo a la fuente de energía. A continuación, se conecta la batería a través de una resistencia y otro diodo. La resistencia permite que la fuente de alimentación cargue lentamente la batería, y el diodo proporciona una ruta de corriente de baja resistencia entre la batería y el circuito final, de modo que la batería puede alimentar el circuito final si el voltaje de salida de la fuente de alimentación cae demasiado. Si el circuito que está alimentando requiere una fuente de alimentación regulada, simplemente puede agregar un regulador de voltaje al final.

Si está alimentando un Arduino o un microcontrolador similar, debe tener en cuenta que el pin V in ya está conectado al regulador de voltaje integrado. Por lo tanto, puede aplicar cualquier voltaje entre 7 y 12 voltios al pin V in.

Seleccionar un valor de resistencia

La elección del valor de la resistencia debe hacerse con cuidado para no sobrecargar accidentalmente la batería. Para determinar qué valor de resistencia usar, primero debe considerar la fuente de alimentación. Cuando se trabaja con una fuente de alimentación no regulada, el voltaje de salida no es constante. Cuando el circuito que lo alimenta se apaga o desconecta, el voltaje en los terminales de salida de la fuente aumenta. Esta tensión en circuito abierto puede alcanzar un valor una vez y media superior a la tensión indicada en la caja de la fuente de alimentación. Para verificar esto, tome un multímetro y mida el voltaje en los terminales de salida de la fuente de alimentación cuando no haya nada conectado. Este será el voltaje máximo de la fuente de energía.

Una batería de NiMH se puede cargar de forma segura con una corriente de carga de C/10, o una décima parte de la capacidad de la batería por hora. Sin embargo, aplicar la misma cantidad de corriente después de que la batería se haya cargado completamente puede dañarla. Si se espera que la batería se cargue continuamente durante un período de tiempo indefinido (como en un sistema de respaldo de batería), entonces la corriente de carga debe ser muy baja. Idealmente, la corriente de carga debería ser igual a C/300 o incluso menos.

En mi caso, usaré una caja de baterías de tamaño AA con baterías de 2500 mAh. Por razones de seguridad, necesito una corriente de carga de 8 mA o menos. En base a esto, podemos calcular qué valor de resistencia necesitamos.

Para calcular la resistencia requerida de su resistencia, comience determinando el voltaje del circuito abierto de la fuente de alimentación, luego reste el voltaje de la batería completamente cargada. Esto le dará el voltaje a través de la resistencia. Para determinar la resistencia, divida la diferencia de voltaje por la corriente máxima. En mi caso, el voltaje del circuito abierto de la fuente de alimentación es de 9 V y el voltaje de la batería es de aproximadamente 6 V. Esto da una diferencia de voltaje de 3V. Al dividir estos 3 voltios por la corriente de 0,008 amperios, se obtiene un valor de resistencia de 375 ohmios. Por tanto, el valor de nuestra resistencia debe ser de al menos 375 Ohmios. Para mayor seguridad utilicé una resistencia de 1 k ohm. Sin embargo, tenga en cuenta que el uso de una resistencia de mayor valor ralentizará significativamente la carga de la batería. Pero esto no es un problema si el sistema de energía de respaldo se usa muy raramente.

Para reservar energía para los consumidores de energía críticos, se utiliza la conexión en paralelo de varias fuentes de energía, eliminando al mismo tiempo la influencia mutua de una fuente sobre otra.
Si uno de varios dispositivos de suministro de energía se daña o se desconecta, la carga se conectará automáticamente y sin interrumpir el circuito de energía a la fuente de energía cuyo voltaje sea mayor que los demás. Normalmente, en los circuitos de CC, se utilizan diodos semiconductores para separar los circuitos de alimentación. Estos diodos evitan que una fuente de alimentación influya en otra. Al mismo tiempo, estos diodos desperdician parte de la energía del suministro eléctrico. En este sentido, en circuitos redundantes conviene utilizar diodos con una caída de tensión mínima en la unión. Normalmente se trata de diodos de germanio.
En primer lugar, la energía se suministra a la carga desde la fuente principal, que generalmente tiene un voltaje más alto (para implementar la función de autoconmutación a energía de respaldo). La tensión de red (a través de una fuente de alimentación) se utiliza con mayor frecuencia como fuente de este tipo. Como fuente de energía de respaldo se suele utilizar una batería o acumulador, teniendo un voltaje obviamente menor que el de la fuente de energía principal.
Los esquemas de redundancia más simples y obvios para fuentes de CC se muestran en la Fig. 10.1 y 10.2. De esta manera, puede conectar una cantidad ilimitada de fuentes de energía a equipos electrónicos críticos.
El esquema de redundancia de la fuente de alimentación (Fig. 10.2) se diferencia en que la función de los diodos que separan las fuentes de alimentación la desempeñan los LED. El LED se ilumina para indicar la fuente de alimentación activa (normalmente un voltaje más alto). La desventaja de esta solución de circuito es que la corriente máxima consumida por la carga es pequeña y no excede la corriente directa máxima permitida a través del LED.

Arroz. 10.1. Esquema básico de redundancia de suministro de energía.

Arroz. 10.2. Esquema de redundancia de suministro de energía mediante LED.

Arroz. 10.3. Circuito de redundancia de alimentación del dispositivo de seguridad.

Además, el LED baja unos dos voltios necesarios para su funcionamiento. La indicación luminosa es inestable cuando la diferencia de voltaje de suministro es insignificante.
El diagrama de redundancia automática de la fuente de alimentación para equipos críticos (un dispositivo de seguridad) se muestra en la Fig. 10.3. El diagrama muestra convencionalmente el principal: la fuente de alimentación principal. En su salida, carga RH y condensador C2, ¡se forma un voltaje estable de 12 6 o más! La batería de respaldo GB1 está conectada a la resistencia de carga a través de una cadena de diodos VD1 y VD2. Dado que la diferencia de voltaje entre estos diodos es mínima, no fluye corriente a través de los diodos hacia la carga. Sin embargo, vale la pena apagar el suministro principal.
a la fuente de tensión de alimentación, a medida que se abren los diodos. De este modo, se suministra energía a la carga sin interrupción.
El LED HL1 indica el estado de servicio de la fuente de energía de respaldo y el diodo VD2 no permite que el LED se alimente desde la fuente de energía principal.
El circuito se puede modificar para que dos LED indiquen de forma independiente el estado de funcionamiento de ambas fuentes de alimentación. Para ello basta con complementar el circuito (Fig. 10.3) con elementos indicadores.
En la patente de la RDA nº 271600 se describe un dispositivo para encender automáticamente una batería de respaldo, y su circuito se muestra en la Fig. 10.4.

Arroz. 10.4. Diagrama del dispositivo para encender automáticamente la batería de respaldo

En el modo inicial (estándar), la corriente de la fuente de alimentación principal Ea fluye hacia la carga a través del indicador LED de corriente de carga. El transistor VT1 está abierto, el transistor VT2 está cerrado, la batería de respaldo Eb está desconectada. Tan pronto como se apague la fuente de alimentación principal, el LED HL1 se apagará, el transistor VT1 se cerrará y, en consecuencia, se abrirá el transistor VT2. La batería Eb se conectará a la carga.
La desventaja del dispositivo es que la corriente máxima a través de la carga no puede exceder la corriente máxima permitida a través del LED. Además, se pierden hasta 2 V en el propio LED. Si sacrifica la función de indicación y reemplaza el LED con un diodo de germanio diseñado para aumentar la corriente, esta limitación se eliminará.
Para el funcionamiento normal de los identificadores automáticos de llamadas telefónicas (ANI), una condición necesaria es
uso de una fuente de energía de respaldo. El diagrama de uno de ellos se muestra en la Fig. 10.5.
Cuando se enciende la fuente de alimentación, se activa el relé K1, que también es un sensor de descarga de la batería GB1. A través de la resistencia R2 fluye una corriente de carga de 5... 10 mA. Cuando se apaga la tensión de red, el dispositivo recibe energía de la batería GB1; sin embargo, si la tensión de la batería cae por debajo de 6,5 V, el relé se apagará. Los contactos del relé abrirán el circuito de alimentación y así protegerán la batería de una mayor descarga.

Arroz. 10.5. Esquema para encender automáticamente una fuente de alimentación de respaldo para el identificador de llamadas

La batería consta de seis celdas D-0,55. Su recurso es suficiente para que el teléfono funcione de forma autónoma durante una hora.
El circuito utiliza un relé RES-64A RS4.569.724.
El dispositivo se configura seleccionando la resistencia R1, que establece el voltaje de liberación del relé K1. Seleccionando R2, se determina el valor de la corriente de carga. Para evitar sobrecargar la batería, se recomienda reducir la corriente de carga a 0,2 mA.
La transferencia automática de la fuente de alimentación de la carga, por ejemplo, un receptor de radio, a la energía de la batería de respaldo cuando se apaga la fuente de alimentación principal, permite implementar el dispositivo de acuerdo con el diagrama de la Fig. 10.6. El modo de funcionamiento del dispositivo se indica mediante la iluminación LED: color verde: funcionamiento en modo normal; rojo - en modo de emergencia (con baterías).
Una característica especial del indicador es que cuando funciona con batería, su descarga a través de la fuente de alimentación principal conectada se elimina debido al uso de un diodo en el circuito de compuerta del transistor de efecto de campo.
Para evitar que la carga se alimente desde la batería cuando el dispositivo está funcionando desde la fuente de alimentación, el voltaje de salida de la fuente de alimentación debe ser 0,7... 0,8 V mayor que el voltaje de la batería.

Arroz. 10.6. Esquema de cambio automático de carga a energía de respaldo con indicación.

Arroz. 10.7. Circuito de interruptor de alimentación automático.

Un desarrollo adicional del dispositivo anterior es un interruptor de alimentación automático (Fig. 10.7). El dispositivo está diseñado para su instalación en cualquier dispositivo portátil y portátil (receptores, reproductores, grabadoras) que tenga fuentes de energía internas. El interruptor de alimentación automático le permite cambiar automáticamente de alimentación interna a externa y viceversa.
En el estado inicial, cuando se apaga la fuente de alimentación externa, el relé K1 se desactiva y, a través de sus contactos normalmente cerrados, se suministra voltaje desde la batería GB1 a la carga RH y a través del diodo VD1 al diodo inferior (rojo) HL1 en el circuito. Cuando se conecta una fuente de alimentación externa, el relé K1 se activa, sus contactos K1.1 se colocan en la posición más baja de acuerdo con el diagrama y se suministra energía a la carga desde una fuente externa. Dado que el ánodo del diodo superior HL1 (verde) recibe un voltaje 2 V mayor que el ánodo del diodo inferior HL1 (rojo), el LED bicolor de dos ánodos HL1 se ilumina en verde, lo que indica el modo de funcionamiento de la red. Cuando falla la tensión de red, el devanado del relé K1 se desactiva y la carga cambia automáticamente al funcionamiento desde la batería GB1. Esto lo indica el indicador HL1, que cambia el color del brillo de verde a rojo. El diodo VD1 debe tomarse del tipo KD503, KD521 o KD510. La caída de voltaje a través de él en conexión directa debe ser de al menos 0,7 b. Luego, cuando el LED verde esté encendido, el rojo no se encenderá.
La resistencia R2 establece la corriente a través de HL1 en 20 mA. Relé K1 tipo RES-15 (pasaporte RS4.591.005) u otro con una tensión de funcionamiento no superior a 5 V. Normalmente, el relé funciona a una tensión que es un 30...40% menor que su tensión de funcionamiento.
Al configurar el dispositivo, la resistencia R1 se selecciona de tal valor que el relé K1 funcione de manera confiable a un voltaje de 4 V. Cuando se utilizan relés K1 de otros tipos con un voltaje de operación cercano a 4,5 V, se puede eliminar la resistencia R1.
Cuando se suministra alimentación de red a relojes electrónico-mecánicos, se observa un efecto desagradable: cuando se corta la tensión de red, el reloj deja de funcionar.
Más confiables y cómodas de usar son las fuentes de alimentación combinadas: fuentes de alimentación de red en combinación con baterías de níquel-cadmio D-0.1 o D-0.125 (Fig. 10.8).
Aquí, los condensadores C1 y C2 realizan la función de elementos reactivos de balasto que amortiguan el exceso de tensión de la red. La resistencia R2 sirve para descargar los condensadores C1 y C2 cuando el dispositivo está desconectado de la red.
Si los contactos del interruptor SA1 están cerrados, entonces, con una media onda negativa de la tensión de red en el cable superior (según el diagrama), se abrirá el diodo VD2 y los condensadores C1 y C2 se cargarán a través de él. Con medias ondas positivas, los condensadores comenzarán a recargarse, la corriente fluirá, en primer lugar, a través del diodo abierto VD3 y la batería GB1 y el condensador S3 comenzarán a recargarse. El voltaje en una batería completamente cargada será de al menos 1,35 V, en el LED HL1, aproximadamente 2 V. Por lo tanto, el LED comenzará a abrirse y, por lo tanto, limitará la corriente de carga de la batería. Por lo tanto, la batería siempre estará cargada.

Arroz. 10.8. Fuente de alimentación combinada para relojes electrónicos-mecánicos.

Si hay voltaje en la red, el reloj se alimenta de él durante los semiciclos positivos y durante los semiciclos negativos de la energía almacenada en la batería GB1 y el condensador SZ. Cuando falla la tensión de red, la batería se convierte en la fuente de energía.
La iluminación del dial se enciende abriendo los contactos del interruptor SA1. En este caso, la corriente de carga y descarga de los condensadores C1 y C2 fluye a través de los filamentos de las lámparas EL1 y EL2 y comienzan a brillar. Y el diodo zener VD1 de dos ánodos, anteriormente cerrado, ahora realiza dos funciones: limita el voltaje de las lámparas a un valor en el que brillan con una ligera subtensión, y si el filamento de una de las lámparas se quema, pasa la carga. -descarga de corriente de los condensadores a través de sí mismo, lo que evita la interrupción del suministro eléctrico en general.
El diodo zener de dos nodos VD1 tipo KS213B se puede sustituir por dos diodos zener de serie contraria D814D, KS213Zh, KS512A. LED HL1 - AL341 con caída de tensión continua a una corriente de 10 mA - 1,9...2,1 V. Lámparas incandescentes EL1 y EL2 tipo SMN6.3-20 (para tensión 6,3 V y corriente y m/h; o similar, la El cuerpo del conmutador SA1 debe estar aislado de forma fiable de la red.
En la fuente de alimentación de un reloj electrónico (Fig. 10.9), las resistencias R1 y R2 suprimen el exceso de tensión de red. Ésta no es la solución más económica al problema, pero con un bajo consumo de corriente está bastante justificada. Además, si se toca accidentalmente la salida del rectificador, la corriente máxima a través del cuerpo humano no alcanzará valores peligrosos (no más de 4 mA), ya que el valor de las resistencias limitadoras de corriente es bastante grande.

Arroz. 10.9. Circuito de alimentación redundante para relojes electrónicos.

Desde la salida del estabilizador (análogo a un diodo zener y, al mismo tiempo, un indicador de encendido - LED HL1), se suministra tensión de alimentación al reloj electrónico a través de un diodo de germanio VD5. En caso de corte de energía, el reloj se alimenta de la batería GB1; si hay tensión de red, la corriente del rectificador recarga la batería. El circuito no utiliza un condensador de filtro. La función de un condensador de filtro de alta capacidad la realiza la propia batería.
Los relojes electrónicos-mecánicos generalmente funcionan con una sola celda galvánica con un voltaje de 1,5 V. La fuente de alimentación ininterrumpida propuesta (Fig. 10.10) para un reloj electrónico-mecánico de cuarzo produce un voltaje de 1,4 V con una corriente de carga promedio de 1 mA. . El voltaje eliminado del divisor capacitivo C1 y C2 rectifica el nodo en los elementos VD1, VD2, SZ. Sin carga, la tensión en el condensador SZ no supera los 12 V.
Los dispositivos discutidos anteriormente para cambiar automáticamente a energía de respaldo en caso de una falla de la fuente principal usaban una fuente de corriente continua como fuente base (principal). Menos conocidos son los esquemas de redundancia para dispositivos que funcionan con corriente alterna. A continuación se muestra el esquema de uno de ellos, capaz de funcionar tanto en circuitos de corriente continua como de corriente alterna.

Arroz. 10.10. Circuito de alimentación ininterrumpida de bajo voltaje.

Arroz. 10.11. Diagrama de circuito para conectar una fuente de energía de respaldo con aislamiento galvánico.

El circuito para encender una fuente de energía de respaldo con aislamiento galvánico (IR/7) se alimenta desde una fuente de señal de control (Fig. 10.11), mientras consume una corriente mínima (fracciones de mA). La señal de control se suministra al divisor resistivo R1, R2. El diodo Zener VD6 y los diodos VD1 - VD5 protegen la entrada del dispositivo contra sobretensiones y conexiones de polaridad incorrecta. IR/7 se desactiva mediante los contactos de relé K1.1. El voltaje eliminado de la resistencia R2 y del diodo Zener VD6 se suministra a través del diodo VD5 al condensador electrolítico de alta capacidad C1. Cuando el dispositivo se enciende por primera vez, este condensador se carga a 9... 10 V en 2... 3 minutos, después de lo cual el circuito está listo para funcionar. La velocidad de carga y la corriente consumida por el dispositivo están determinadas por la resistencia R1. El transistor VT1 se cierra por la caída de voltaje en VD5.

A través del diodo VD7 y la resistencia R4, el dispositivo se conecta a IR/7.
Cuando se apaga el voltaje de control, la unión emisor-base del transistor de entrada del dispositivo ya no se pasa por alto. Transistores VT1 y VT2 abiertos. El condensador C1 se descarga a través del relé K1 y el transistor VT2. Se cierran los contactos K1.1 del relé, incluido el IRP. La energía al circuito proviene del IRP. Al mismo tiempo, los contactos de relé K1.2 pueden controlar otra carga. Si el voltaje de control reaparece en la entrada del dispositivo, el transistor VT1 se apaga. En consecuencia, el transistor VT2 también está bloqueado. El relé K1 se desenergiza, apagando K1.1 IRP con sus contactos. El voltaje en el condensador C1 permanece en 9... 10 B y el circuito entra en modo de espera.

Muy a menudo es necesario proporcionar energía de respaldo a su dispositivo. Este artículo analiza 4 formas de proporcionarlo.

lo mas simple

La forma más sencilla de cambiar a energía de respaldo es con 2 diodos.

Sólo estará abierto uno de los diodos, procedente de la fuente de alimentación cuyo voltaje sea mayor. Las ventajas del esquema son la simplicidad y el bajo costo. Las desventajas del circuito son obvias: la dependencia del voltaje de carga de la corriente, el tipo de diodo (Schottky o regular) y la temperatura. El voltaje siempre será menor que el de la fuente por la cantidad de caída de voltaje a través del diodo.

Un poco mas complicado

Este circuito es un poco más complicado, funciona de la siguiente manera: cuando el voltaje VCC está presente y es mayor que el voltaje de la fuente de respaldo (en este caso es la batería BT2), entonces el mosfet se cierra, porque el El voltaje en la Puerta es mayor que en la Fuente, el paso de voltaje a la carga y a la Fuente está asegurado por el diodo abierto D3. Cuando VCC desaparece, el voltaje en la Puerta desaparecerá con él, pero el diodo dentro del Mosfet se abrirá, proporcionando voltaje en la Fuente, y como ahora hay voltaje en la Fuente, pero no en la Puerta, el transistor se abrirá. completamente, asegurando el encendido de la batería sin pérdida de tensión. Este método es excelente para cambiar la alimentación del módulo GSM, seleccionamos el voltaje externo de 4,5 V, luego llegarán 4,2-4,3 V al módulo a través del diodo D3 y el voltaje fluirá desde la batería sin pérdida.

Caro pero sin pérdida

Sin pérdidas de voltaje, puede cambiar las fuentes utilizando microcircuitos especiales, en particular la hoja de datos de descarga LTC4412. Sin embargo, este microcircuito puede ser escaso y costoso.

Óptimo sin pérdidas

Bueno, hemos llegado al método óptimo, sin pérdidas. Primero, veamos el diagrama de bloques del LTC4412.

Inmediatamente queda claro que no tiene nada de complicado, así que ¿por qué no repetirlo en elementos discretos? El bloque PowerSorceSelector es una matriz de dos diodos que proporciona energía al resto del circuito, A1 es un comparador, AnalogController no está claro qué, pero podemos suponer que no hace nada particularmente importante, más adelante quedará claro por qué.

Intentemos representar esto.

DA3 es un comparador. Compara los voltajes en dos fuentes. Alimentado por diodo D4 o D5. Cuando el voltaje en VCC es mayor que el de la batería, la salida del comparador sube, esto cierra VT2 y abre VT3 porque está conectado a la salida a través del inversor. Así, VCC pasa a la carga sin pérdidas. En el caso de que VCC sea menor que la batería, el nivel bajo en la salida del comparador cerrará VT3 y abrirá VT2.

Debo decir algunas palabras sobre la elección de piezas. DA3, DD1 deben tener un consumo aceptable en un sistema determinado; la elección es muy amplia, desde unos pocos miliamperios hasta cientos de nanoamperios (por ejemplo, MCP6541UT-E/OT y 74LVC1G02). Los diodos son necesariamente Schottky, si la caída en el diodo es superior al umbral de apertura del transistor (y para el IRLML6402TR puede ser -0,4 V), entonces no podrá cerrarse por completo.

Garantizar un suministro de energía fiable e ininterrumpido es de suma importancia. Y, por supuesto, uno de los principales medios para resolver este problema es la automatización del encendido de la fuente de alimentación de respaldo (ABP). Los circuitos ATS se utilizan ampliamente en sistemas de energía y redes de distribución de todos los voltajes.

A continuación se describen tres opciones para realizar interruptores de transferencia automática en redes eléctricas simples con voltajes de hasta 1000 V, con las que los electricistas tendrán que lidiar con mayor frecuencia.

El circuito ATS en redes de dos hilos con voltajes de hasta 220 V (Fig.1) está diseñado para la presencia de dos líneas, una de las cuales está en funcionamiento, la otra es de respaldo, y se utiliza tanto en redes de CA monofásicas como en redes CC de dos hilos.

La aplicación práctica de un sistema de dos líneas desde un ATS se extiende a redes eléctricas críticas con una pequeña potencia de pantógrafos conectados, como, por ejemplo, circuitos de alumbrado de emergencia, control y alarma, etc. En los casos de alimentación exclusivamente de lámparas incandescentes con igual voltajes de las líneas de operación y de reserva, el circuito se puede usar juntos para corrientes alternas y continuas, por ejemplo, con la línea de trabajo alimentada desde una fuente de corriente alterna y la línea de respaldo desde una fuente de corriente continua.

El circuito ATS más simple se lleva a cabo utilizando un relé para monitorear la presencia de voltaje RKN, cuyos contactos están conectados directamente a las líneas eléctricas operativas y de respaldo. En redes de dos hilos de 220 V CA, se puede utilizar un relé del tipo EP-41/33B como relé RKN. Los contactos de este relé están clasificados para corrientes de funcionamiento de hasta 20 A, lo que a 220 V corresponde a una potencia de 4,4 kW, suficiente para la mayoría de pequeñas instalaciones de CA monofásicas. Con corriente continua, es necesario seleccionar un relé correspondiente de otro tipo, teniendo en cuenta que es mucho más difícil abrir el circuito con corriente continua que con corriente alterna. En consecuencia, incluso con corrientes relativamente bajas, será necesario utilizar no un relé, sino un contactor con cámaras de extinción de arco.

La acción del circuito se muestra en pequeño 1. El relé RKN recibe energía de la línea operativa y tiene contactos de bloqueo en la misma línea que las líneas de interrupción de la fuente de alimentación de respaldo. Por lo tanto, si hay energía en la línea operativa, se utiliza el relé RKN y desde él se alimenta la carga; la línea de respaldo (independientemente de si hay voltaje en ella o no) está desconectada de la carga. Si no hay voltaje en la línea operativa, los contactos del relé RKN se conmutan, es decir, los contactos en el circuito de alimentación de la línea operativa se abren y los contactos se bloquean en el circuito de alimentación de respaldo.

Figura 1. Esquema de conmutador de transferencia automática en redes de dos hilos.

Cuando se restablece el voltaje en la línea operativa, se produce la conmutación inversa.

Circuito ATS en redes trifásicas AC para 380/220V sin monitorización de pérdida de fase (Fig. 2). Como en el caso anterior, el circuito está diseñado para tener dos líneas, una de las cuales está funcionando y la otra es de respaldo.

En términos generales, los circuitos ATS en redes CA trifásicas con energía eléctrica o cargas mixtas de energía eléctrica y alumbrado requieren monitoreo de pérdida de fase. Esto se explica por el hecho de que los motores eléctricos trifásicos no pueden funcionar bajo carga en dos fases: se detendrán y sus devanados pueden quemarse (los fusibles en este caso no se funden a tiempo). Sin embargo, en algunos casos, aunque bastante comunes, no es necesario realizar ningún control. Esto ocurre cuando se protegen líneas con disyuntores automáticos, que apagan las tres fases simultáneamente en caso de cualquier daño en la red eléctrica que se protege, sin fusibles, y cuando las líneas eléctricas se realizan con cables de tres o cuatro núcleos, en que es poco probable que se produzca una interrupción en una fase. La ausencia de monitoreo de pérdida de fase permite simplificar significativamente el circuito ATS.

A diferencia del esquema descrito anteriormente para redes de dos hilos, donde la conmutación en los circuitos de las líneas de trabajo y de reserva se realizó directamente mediante contactos de relé, en el circuito ATS para redes trifásicas de corriente alterna, contactores magnéticos o tripolares. Se utilizan como actuadores. Esto le permite ampliar significativamente el ámbito de aplicación del circuito, ya que las corrientes de funcionamiento nominales para arrancadores magnéticos de la serie P oscilan entre 15 y 135 A, y para contactores tripolares (tipos KTE y KTV), de 75 a 600 A.

Modos de funcionamiento del circuito. En el circuito considerado, cada una de las cuatro posibles posiciones del interruptor de modo PP (conmutador de paquetes) determina uno de los cuatro modos de funcionamiento del circuito.

Posición del AVR-1: la línea No. 1 está funcionando, la línea No. 2 es de respaldo con encendido automático de la reserva.

Posición AVR-2: la línea No. 2 está funcionando, la línea No. 1 es de respaldo con encendido automático de la reserva.

Posición de lugar (control local): las líneas se conmutan mediante los interruptores por lotes 1B y 2B.

Posición 0 (cero): ambas líneas están desconectadas del circuito de control de los contactores 1K y 2K y privadas de energía.

Antes de pasar a un examen detallado del circuito, es necesario prestar atención a que en el circuito de control de ambas líneas se introducen los contactos del mismo interruptor Pp. Por tanto, sus contactos, que corresponden a una u otra posición, en los circuitos de las bobinas 1K y 2K de ambos contactores se cierran simultáneamente. Entonces, por ejemplo, cuando el contacto del interruptor 1-7 de la Línea No. 1 está cerrado, el contacto 11-13 de la Línea No. 2 se cierra simultáneamente, como lo indican los círculos negros en las líneas de puntos del AVR-1.

Arroz. 2. Circuito ATS en redes CA trifásicas con tensión hasta 380/220V sin monitorización de pérdida de fase.

Pero los contactos 1-3 y, en consecuencia, 11-17, así como los contactos 1-5 y 11-15 están abiertos. Los contactos 1-3 y 11-17 se cerrarán en la posición LVR-2, mientras que los contactos 1-7, 11-13, 1-5 y 11-15 estarán abiertos. Los contactos 1-5 y 11-15 están cerrados en la posición Colocar y finalmente en la posición 0 todos los contactos están abiertos, como lo indica la ausencia de círculos negros en la línea de puntos 0.

Funcionamiento automático del circuito. En la posición AVR-1, la bobina del contactor de alimentación 1K de la Línea N°1 recibe energía a través del circuito 1-7-0. En este caso, los contactos principales 1K están cerrados y la carga es alimentada por la Línea No. 1, mientras que la bobina del contactor 2K de la Línea No. 2 (cuyo circuito está abierto por el bloque de contactos 1K) queda privada de energía. . Por lo tanto, la Línea N°2 está desconectada de los buses y es de respaldo.

Ahora es aceptable que la Línea N°1 permanezca sin voltaje. En este caso, el contactor 1K se liberará, sus contactos principales desconectarán la Línea No. 1 de los buses y el contacto de bloqueo cerrará el circuito de la bobina 2K (11-13-17-0). Si hay voltaje en la Línea No. 2, el contactor 2K se encenderá y se restablecerá la energía a los autobuses. En otras palabras, se producirá ATS, es decir, el encendido automático de la reserva.

Cuando se restablece la energía a lo largo de la Línea No. 1, se crea una conmutación inversa, es decir, el contactor 1K se encenderá automáticamente y luego el contactor 2K se apagará, porque cuando se enciende el contactor 1K, su contacto de bloqueo 13-17 abre el circuito. de la bobina 2K.

Por tanto, el circuito considerado pertenece a la categoría de circuitos de autorretorno.

Cabe destacar que este tipo de reinicio automático no siempre es aceptable, especialmente en redes complejas de alto voltaje. En estos casos, el circuito vuelve a su posición original tras una serie de operaciones previas, realizadas manualmente o mediante mando a distancia.

Si el interruptor PP está en la posición AVR-2, entonces la Línea No. 2 es la de trabajo y la Línea No. 1 es la de respaldo. La bobina del contactor 2K se conecta a través del circuito 11-17-0, mientras que la bobina del contactor K1 se desactiva mediante el bloque de contactos 2K 3-7. Cuando desaparece el voltaje en la Línea No. 2, la Línea No. 1 se enciende automáticamente de la misma manera que se describe anteriormente.

Operación del circuito mediante control local (reparación, “manual”). En la posición del interruptor de posición, los circuitos ATS están abiertos. El contactor 1K es guiado por el interruptor de 1V a lo largo del circuito 1-5-7-0, el contactor 2K. - Conmutador de 2V en el circuito 11-15-17-0. Este modo está destinado a probar y comprobar el funcionamiento de todo el dispositivo posteriormente o durante las reparaciones, así como en caso de mal funcionamiento de los circuitos de control automático.

Finalmente, la posición 0 del interruptor corresponde al apagado completo tanto de los circuitos principales como de los circuitos de control, lo cual es necesario durante los trabajos de reparación.

Alarma de advertencia. La acción del ATS restablece la energía a la instalación eléctrica a través de la línea de respaldo, pero al mismo tiempo indica una violación del modo de funcionamiento normal y la necesidad de tomar medidas para eliminar la causa que provocó la acción del ATS. Por tanto, es necesario notificar inmediatamente al personal de servicio del punto responsable de la instalación eléctrica sobre la conmutación. Para la notificación se utiliza una alarma de aviso, especialmente necesaria en instalaciones totalmente automatizadas que funcionan sin personal de servicio, donde una anomalía en el suministro eléctrico que provocó la acción del AVR puede permanecer sin detectar durante mucho tiempo.

Para la señalización de advertencia se utiliza el tercer polo del interruptor de modo PP, a través del cual se encienden los bloques de contactos 1K y 2K. El esquema funciona de esta manera. Cuando los autobuses reciben alimentación normal, el circuito de advertencia está abierto.

Cuando las entradas se cambian automáticamente a la posición del interruptor PP AVR-1, la Línea No. 2 se encenderá, el contacto de bloqueo 2K se cerrará, por lo que se envía una señal de advertencia al lugar de destino. En la posición del interruptor AVR-2, cuando la Línea No. 1 está encendida, el circuito de advertencia está bloqueado por un bloque de contactos 1K.

Alarma. Un sistema de alarma le avisa del apagado completo de la instalación. Para una alarma que funciona cuando no hay voltaje en ambas líneas, se utiliza un circuito especial con bloques de contactos de los contactores de ambas líneas conectados en serie. Si al menos una de las líneas está en funcionamiento, el circuito de alarma es interrumpido por el bloque de contactos correspondiente 1K o 2K. Si el voltaje en ambas líneas desaparece, ambos bloques de contactos se cerrarán y se enviará una señal al lugar de destino a través del circuito de alarma.

Nota importante. El circuito considerado, al igual que el circuito con monitoreo de pérdida de fase que se analiza a continuación, permite la posibilidad de alimentar simultáneamente los buses a través de dos líneas durante el tiempo muy corto necesario para el proceso de conmutación. Aunque este tiempo se calcula en fracciones de segundo, se deben cumplir las condiciones para un funcionamiento igual para ambas líneas (el mismo tipo de corriente - continua o alterna, igual voltaje, cumplimiento de fases).

El circuito ATS en redes CA trifásicas para 380/220V con monitoreo de pérdida de fase (Fig. 3) se utiliza en los casos en que es posible interrumpir una o dos fases sin desconectar toda la línea de suministro.

Esto ocurre con mayor frecuencia en redes eléctricas con fusibles donde un cortocircuito o una sobrecarga hacen que el fusible se funda en solo una o dos fases. Un fenómeno similar es posible cuando uno o dos cables se rompen como resultado del viento, hielo, descuido del personal de mantenimiento, etc.

Como en el diagrama de la Fig. 2, los buses de la instalación eléctrica reciben una alimentación independiente de una a través de dos líneas trifásicas, una de las cuales está en funcionamiento y la segunda de respaldo. En las entradas de línea se instalan arrancadores magnéticos o contactores tripolares.

El modo se selecciona mediante el interruptor de modo PP, que realiza la misma función que en el circuito descrito anteriormente.

Relé de monitoreo de pérdida de fase. Para monitorear la falla de fase, use un relé especial tipo E-511 de la Planta de Automatización y Relés de Kiev. Consta de dos relés de tensión electromagnética: el relé principal 2PP para la línea No. 1 (4PP para la línea No. 1) y el relé auxiliar 1PP (3PP), y además contiene los condensadores C1, C2 y los soportes activos R1 y R2. Como se puede ver en el diagrama, el condensador C1 y la resistencia R1 están conectados en serie y conectados entre las fases A1 y B1 de la línea No. 1 (A2, B2 de la línea No. 2). El condensador C2 y la resistencia R2 también están conectados en serie y conectados entre las fases B1 y C1 (U2, C2).

Los valores de resistencias y condensadores se seleccionan de tal manera que en ausencia de falla de fase (modo normal) entre los puntos X1 e Y1 para el relé de línea No. 1 (X2 e Y2 para el relé de línea No. 2), el voltaje es cero. En consecuencia, el relé 1PP (3PP, pasa entre los puntos X1 e Y1 (X2 e Y2), se libera y su contacto en el circuito del relé 2PP (4PP) se cierra: el relé 2PP (4PP) es atraído.

Cuando una de las fases se rompe, se rompe la simetría de los voltajes. Como resultado, surge una diferencia de potencial entre los puntos X1 e Y1 (X2 e Y2), suficiente para activar el relé 1PP (3PP). Cuando se activa el relé 1PP (3PP), su contacto abre el circuito de la bobina del relé 2PP (4PP), el relé se libera, lo que, como se explicará a continuación, provoca la acción del ATS.

Arroz. 3. Circuito ATS en redes AC trifásicas con tensión hasta 380/220V con monitorización de pérdida de fase. Las líneas de puntos delimitan los elementos que forman parte del relé tipo E-511.

Si se rompen dos fases, por ejemplo A1 y B1, el relé 2PP también se libera, porque permanece conectado a una sola fase C1. Si se rompen las fases U1 y C1, el relé 2PP se libera porque permanece conectado sólo en una fase A1. Y finalmente, si se rompen las fases A1 y C1, el relé 2PP queda completamente privado de energía.

Interacción del relé de pérdida de fase con el circuito ATS. Para que el circuito funcione, es necesario colocar el interruptor de modo PP en la posición AVR-1 y luego encender el interruptor 1P. En este caso, funcionará el relé 2PP y encenderá la bobina del contactor 1K: los buses recibirán tensión de la línea N°1. Luego debes encender el interruptor 2P. Cuando enciende el interruptor 2P, el contactor 2K no se enciende, porque el circuito de su bobina ya está abierto por el bloque de contactos 11-13 del contactor 1K previamente encendido, pero el relé 4PP funcionará y cerrará su contacto. 15-13.

Si los fusibles se funden y los cables se rompen en una, dos o tres fases de la línea No. 1, el relé 2PP se liberará y el contacto 1-3 apagará el contactor 1K, después de lo cual el contactor 2K se encenderá a través del contacto de bloque, que es cerrado, 1K 11-13: se reanudará la energía a los autobuses desde la línea No. 2.

Cuando se restablezca la energía normal a través de la línea No. 1, el circuito volverá automáticamente a su posición original: el contactor 1KO se encenderá, después de lo cual el contactor 2K se apagará.

En la posición del interruptor PP AVR-2 se producirá una conmutación similar.

Cabe destacar especialmente lo siguiente:

a) Durante el proceso de restablecimiento del suministro eléctrico tras la actuación del ATS, ambas líneas se conectan brevemente a través de autobuses.

b) Al cambiar el interruptor PP de la posición AVR-1 (AVR-2) a la posición AVR-2 (AVR-1), existe una posible interrupción de la alimentación del bus durante el tiempo necesario para encender el 2K ( 1K) contactor.

c) Antes de pasar el circuito a control local, es necesario encender el interruptor de 1V o 2V, dependiendo de qué línea seguirá alimentando los buses.

Razones para utilizar relés tipo E-511 en el circuito. Un relé del tipo E-511, como se puede ver en la descripción anterior, es un dispositivo relativamente complejo y, naturalmente, surge la pregunta: ¿es posible controlar la falla de fase por medios más simples? La respuesta viene dada por la Fig. 4. Se muestra que en sistemas trifásicos de corriente alterna en presencia de motores eléctricos conectados a la red, la rotura de una fase no provoca una ausencia total de tensión en esta fase del lado de la carga. Parte del voltaje en la fase rota Urest se mantendrá a través de los devanados del motor eléctrico no conmutado, y es lo suficientemente grande como para mantener accionada la armadura de un relé intermedio simple (que tendría que ser liberado para monitorear la fase rota). fase). Resulta que el control, incluso con la ayuda de tres relés intermedios, no logra el objetivo.

Arroz. 4. Inadmisibilidad de monitorear el fallo de fase con tres relés intermedios.

a - al conectar los devanados del motor eléctrico en estrella; sería - cuando se conecta en un triángulo.

El control fiable se consigue mediante tres relés de tensión mínima, que son mucho más sensibles que los relés intermedios, o mediante relés especiales, por ejemplo el tipo E-511.

Casi todos los propietarios de una propiedad en el campo se enfrentan a la necesidad de organizar energía de respaldo. Y hay varias razones para esto: deterioro de las comunicaciones, desarrollo intensivo en el microdistrito, discrepancia entre las características de la subestación y las mayores necesidades, y muchas otras. Esto provoca cortes de energía sistemáticos (a veces prolongados), sobretensiones constantes o desequilibrios de fase. Un problema familiar para muchos.

En tales condiciones, no basta con hablar de la vida útil garantizada de diversos (y a veces muy caros) electrodomésticos; Muchos de ellos no se pueden activar en absoluto. Por ejemplo, una caldera de gas importada, que goza de gran popularidad entre los propietarios privados, es muy exigente en cuanto a la calidad del voltaje. Los “inventores extranjeros” ni siquiera pueden imaginar que tales malentendidos sean posibles con la electricidad. Y si la protección funciona y él “se levanta” en invierno, con nuestras heladas, entonces se trata de una verdadera emergencia.

La conveniencia de la redundancia del suministro eléctrico es clara. Pero consideraremos en detalle cuál es la mejor manera de hacerlo y qué vale la pena considerar.

Esto implica el período durante el cual es necesario organizar un suministro de energía independiente al sitio. Algunos dispositivos están diseñados para un funcionamiento continuo a largo plazo (motores de gasolina refrigerados por agua), otros requieren una parada sistemática (los mismos motores de gasolina refrigerados por aire).

Por cierto, algunas empresas especializadas ofrecen servicios de conexión directa a líneas eléctricas (sin pasar por la subestación local). A veces es simplemente imposible organizar el suministro de energía de otra forma. Para ello, se utiliza un cable tendido en una zanja o una línea aérea tendida hasta el lugar. Si esta organización tiene la licencia adecuada y se encarga de todas las molestias de obtener permisos, entonces esta es una excelente opción.

La desventaja es el coste de la obra, ya que tendrás que instalar tu propia subestación. Aunque hay una salida: "cooperar" con los vecinos que experimentan los mismos inconvenientes en el suministro de energía. Pero también hay una "ventaja" tangible: se excluyen los cortes de energía y su calidad cumplirá con todos los estándares.

¿Qué dispositivos necesitan ser "alimentados"?

potencia aproximada

De esto dependerán otros criterios para seleccionar una fuente de energía. Naturalmente, debes centrarte en aquellos que deben trabajar constantemente. Por ejemplo, la misma caldera, frigorífico, congelador. Cada propietario deberá realizar una lista de todos los productos que debe incluir en cada momento.

Tipo de voltaje

La mayoría de unidades domésticas consumen 220 V monofásicos. Pero también hay aquellas que necesitan 220 V monofásico. Esto hay que tenerlo en cuenta si además se utilizan constantemente. Pero estos productos son bastante raros.

Fuente de energía

Según estimaciones aproximadas de los expertos, es necesario centrarse en un máximo de 20 kW. Para una casa de campo (si no es un palacio lleno de varios dispositivos) es suficiente. Pero esto es para la opción todo incluido. Quizás una unidad de 4 kW sea suficiente. Por ejemplo, si una caldera (junto con una bomba), un refrigerador y un televisor + iluminación funcionan simultáneamente, no se necesitarán más de 2 a 2,5 kW. Si el sistema de suministro de agua es autónomo, la estación de bombeo se encenderá periódicamente. También hay que tener en cuenta su potencia.

Además, es necesario tener en cuenta que algunos electrodomésticos se caracterizan por una alta corriente de entrada. Por ejemplo, en el caso de una picadora de carne eléctrica, supera el valor nominal entre 6 y 7 veces. Además, debe haber un cálculo para el futuro. Quizás se compre algo más, y además con inclusión permanente obligatoria. También es necesario hacer una “reserva” para el propio generador, ya que no debe funcionar al límite. La carga óptima no es más del 80%.

Resumamos. Como puede ver, hay muchos matices. Por tanto, es necesario identificar todos los “productos” (incluidos los dispositivos de iluminación en el territorio adyacente, automatismos, alarmas, etc.) que deben contar con energía ininterrumpida en cualquier momento y calcular su potencia total. El valor resultante debe multiplicarse por 1,5. Este es el parámetro a utilizar para seleccionar una planta de energía.

Tipo de combustible

Puede ser gas, combustible diesel (solar), gasolina. Cada uno determina por sí mismo con qué le resulta más conveniente (y más económico) trabajar.

Ubicación de instalación

Determina tanto las dimensiones de la fuente de energía como sus características de diseño. Por ejemplo, el diésel fuma más, por lo que se necesita un “escape” de alta calidad. Las unidades sin carcasa son "ruidosas", por lo que son más adecuadas para colocarlas en dependencias (dependencias).

Si se planea instalar una unidad de respaldo en la calle, entonces es necesario prestar atención al método de inicio (manual o automático, desde la batería).

Características de las fuentes de alimentación de respaldo.

Generadores de gas

Si la casa está gasificada, esta es la mejor opción. El combustible para un dispositivo de este tipo es el más barato. La potencia de la mayoría de estos productos comienza a partir de 7 kW, lo que es suficiente para una casa de campo con cortes periódicos de energía en la red.

Costo aproximado: 180.000 rublos. Pero si tenemos en cuenta cuánto se ahorrará en combustible (en comparación con la gasolina o el diésel) durante todo el período de funcionamiento, entonces el precio es bastante razonable. Además, casi no se producen emisiones nocivas.

Generadores de gasolina

El tipo más común de dispositivo para suministro de energía de respaldo. Esto se debe en parte a que entendemos mejor este tipo de motores que los motores diésel. Después de todo, muchos propietarios de casas de campo tienen un automóvil personal, por lo que existe al menos una comprensión general del principio de funcionamiento. Además, son más fáciles de mantener.

Unidades diésel

Este nombre se refiere a varios tipos de este tipo de "equipos": generadores diésel, estaciones diésel, etc. Una ventaja innegable es la posibilidad de funcionamiento a largo plazo (sin parar). Además, no se producen vapores de gasolina, lo que requiere medidas especiales de seguridad contra incendios.

Hemos enumerado solo los dispositivos más comunes para organizar la redundancia. Pero hay otros que, aunque se utilizan con menos frecuencia, también merecen atención. Por ejemplo, UPS, paneles solares, sistemas inversores.

Conclusión

La práctica muestra que, independientemente del método para resolver el problema de la redundancia del sistema de suministro de energía, aún es necesario tener un generador de repuesto. Según las revisiones de la mayoría de los propietarios de casas de campo, las unidades de gasolina son más convenientes tanto en términos de operación como de reparación. Por ejemplo, siempre se pueden repostar directamente desde el depósito del coche.

Al decidir la cuestión de organizar el suministro de energía de respaldo, no debe guiarse por la opinión de otra persona ni confiar en amigos o vecinos. La “pista” principal es su propia casa y la propiedad ubicada en ella (principalmente, los dispositivos técnicos y la ubicación de los accesorios de iluminación). Determinan la viabilidad de comprar una unidad en particular.

Hay que tener en cuenta que los SAI y las baterías solares tienen un uso limitado tanto en términos de tiempo como de dispositivos conectados (circuitos). Incluyen baterías y requieren atención constante (vigilancia de su estado, recarga). Además, las baterías modernas (a diferencia de los modelos "antiguos", en los que se podían sustituir los bancos individuales) no se pueden reparar.

Si se dispone de fondos, es aconsejable instalar un sistema de redundancia combinado más complejo pero fiable. Por ejemplo, encender la energía de emergencia desde un UPS con el posterior arranque automático del motor diesel. Esto es más caro, pero se excluyen las interrupciones en el suministro eléctrico.