В современном мире как домохозяйства, так и промышленные предприятия ищут способы повышения надежности электроснабжения за счет использования различных источников энергии, а не только электроэнергии из сети. Одно из самых разумных решений – автоматический переключатель резерва (automatic transfer switch, ATS).
ATS – это интеллектуальное устройство, которое автоматически переключает электрическую нагрузку с основного источника питания на резервный, например, генератор, при обнаружении отключения электроэнергии. Что это дает? Стабильное и бесперебойное электропитание, обеспечивающее непрерывающуюся работу критически важных приборов и процессов. Простая схема на Рисунке 1 поможет вам лучше понять эту систему.
 |
|
| Рисунок 1. | Вот как ATS переключает электрическую нагрузку с основного источника питания на резервный. |
Если вам нужен надежный ATS, но вы не хотите тратиться на коммерческие модели с завышенной ценой или на дешевые варианты сомнительного качества, эта статья для вас. Проверенная и доказавшая свою надежность на практике схема на Рисунке 2 показывает, как спроектировать и собрать собственный ATS, используя несколько аналоговых компонентов, которые, возможно, уже лежат у вас в столе.
 |
|
| Рисунок 2. | На схеме показан ATS, собранный из нескольких аналоговых компонентов. |
Схема упрощена до минимального количества самых необходимых компонентов.
Функцией автоматического переключения резерва управляет таймер NE555P (IC1), при этом задержка срабатывания, равная приблизительно 2.4 секунды, устанавливается с помощью резистора 47 кОм (R3) и конденсатора 47 мкФ (C3).
Принцип его работы прост. При первом включении схемы силовое реле (K1) на некоторое время остается выключенным. После задержки срабатывания уровень напряжения на выводе 3 микросхемы IC1 становится низким, и реле активируется, отключая нагрузку от сети и начиная ее питание от резервного источника.
Обратите внимание, что реле активируется, когда напряжение на выводах 2 и 6 превышает 2/3 напряжения питания и уровень выхода (вывод 3) низкий. Длительность этой задержки в основном определяется постоянной времени RC компонентов R3 и C3. Для расчета времени задержки можно использовать формулу t = 1.1 × R3 × C3.
Хотя механизм задержки на первый взгляд может показаться излишним, он гарантирует подключение нагрузки только после восстановления стабильности сети после отключения электроэнергии (при восстановлении сетевого питания после отключения может произойти скачок напряжения).
Светодиод LED1 можно использовать для индикации состояний переключателя, а дополнительную кнопку S1 можно использовать для ручной проверки функции переключения.
Заметим, что при наличии 12-вольтового стабилитрона (ZD1) реле срабатывает быстрее, чем без него. Как известно, цепь, состоящая из стабилитрона, соединенного последовательно с обратно смещенным диодом свободного хода и подключенная параллельно катушке реле, ограничивает выбросы, обусловленные противо-ЭДС, на более высоком уровне, ускоряя спад тока катушки и обеспечивая более быстрое отпускание реле.
Стоит также отметить, что HLK-5M12 – это монтируемый на печатную плату компактный импульсный AC/DC преобразователь 12 В/5 Вт, который идеально подходит для встраиваемых систем, и представленная здесь конструкция разработана специально под него. Хотя вместо него можно использовать практически любой аналогичный модуль питания с соответствующими характеристиками.
Таким образом, эта простая система работает полностью автоматически – механизм переключения приводится в действие наличием и отсутствием питания от основного источника. Очевидно, что эта система переключения «с задержкой» предназначена для приложений, допускающих кратковременные задержки питания в несколько миллисекунд (в основном вызванные временем срабатывания и временем отпускания силового реле).
Следует помнить, что типичная схема автоматического переключения объединяет питание, получаемое от электросистемы общего пользования и генератора, обеспечивая как нормальное, так и аварийное питание, чтобы образовать то, что обычно называют системой аварийного резервного генератора.
Кроме того, переключатели резерва переключают нагрузку между основным и аварийным источниками питания, используя методы с разрывом и без разрыва цепи. При переключении с разрывом (разрыв цепи перед замыканием) переключатель отключает нагрузку от одного источника питания перед подключением к другому (варианты включают в себя переключение с задержкой подключения и синфазное подключение). И, наоборот, при переключении без разрыва (замыкание цепи перед размыканием) кратковременно подключаются оба источника питания перед отключением первого, обеспечивая бесперебойную подачу питания на нижестоящие нагрузки во время переключения.
Хотя самодельный ATS имеет явное преимущество с точки зрения стоимости, на этом его достоинства заканчиваются. Обе версии эффективно справляются с поставленной задачей, но коммутатор коммерческого класса гарантирует надежную защиту, точность инженерных решений и долговечность, ожидаемые в профессиональных условиях, что оправдывает его более высокую цену. Тем не менее, для обычных приложений самодельная версия обеспечивает надежную работу с минимальными усилиями и гораздо более щадящей нагрузкой на ваш кошелек.
Еще несколько замечаний о выборе силового реле. Реле для коммутации сети должно выдерживать как сетевое напряжение, так и ток в несколько ампер, в идеале с некоторым запасом по току для надежности. Для обеспечения полной гальванической развязки между входными цепями следует коммутировать как фазу (L), так и нейтраль (N). Для этого требуется конфигурация реле с двумя двухполюсными двухпозиционными контактами (DPDT). Однако заземляющие контакты должны оставаться постоянно подключенными.
Также важно отметить, что большинство силовых реле рассчитаны на значительно более высокий ток нормально разомкнутых контактов по сравнению с нормально замкнутыми; иногда разница может составлять целый порядок (см. Рисунок 3). В ATS выдерживать относительно высокий ток должны быть способны обе группы контактов, поскольку обе цепи активно участвуют в коммутации нагрузок. Поэтому вам придется немного покопаться, чтобы найти подходящее силовое реле, и, возможно, потребуется немного доработать схему драйвера реле, чтобы оно работало правильно.
 |
|
| Рисунок 3. | Большинство силовых реле рассчитаны на значительно более высокий ток нормально разомкнутых контактов по сравнению с нормально замкнутыми. |
Это простейший ATS без дополнительных функций, таких как сетевой фильтр, монитор контроля потребляемой мощности, синхронизированное переключение и выключатель генератора. Поэтому отложим его внедрение до ожидаемого появления следующей усовершенствованной версии, по крайней мере, на данный момент.
Купить NE555P на РадиоЛоцман.Цены
