Недопустимое повышение напряжения в электросети может привести к выходу из строя бытовой техники. Опасны, так же, и отключения напряжения, по окончании которых в сети может возникнуть большой выброс напряжения. Обрыв нейтрали на подстанции может увеличить напряжение в электросети до 380 V, что выше любого допустимого предела даже для современной аппаратуры с импульсными источниками, обычно работоспособными в пределах от 110 до 300 V.
Если в городах такие ситуации происходят не очень часто, то в сельской местности они, к сожалению, не редкость.
Устройство выполнено на одной цифровой микросхеме К561ИЕ16, представляющей собой многоразрядный двоичный счетчик с максимальным коэффициентом пересчета 8192 (весовой коэффициент старшего выхода).
Вход R счетчика, одновременно и выполняет функции измерительного компаратора. Питается микросхема от электросети через стабилизированный бестрансформаторный источник питания C1-R4-VD3-VD4-VD5-C2. Напряжение на уровне 12,5V стабилизируется стабилитроном VD5. Этим напряжением питается счетчик и реле.
На вход С счетчика поступают импульсы частотой 50 Гц от электросети. Они формируются при помощи цепи VD5-R5-R6-VD7. Они поступают на вход счетчика всегда, пока есть напряжение в электросети, а их уровень ограничивается стабилитроном VD9, который, одновременно придает им более прямоугольную форму.
Измерительное напряжение формируется цепью VD2-R7-R8-C4, величина его устанавливается подстроечным резистором R8, так, чтобы повышение сетевого напряжения до 250 V приводило к тому, что напряжение на R8 воспринималось бы счетчиком как уровень логической единицы. Каждый экземпляр микросхемы К561ИЕ16 обладает своими специфическими характеристиками, поэтому пороговую точку измерительного напряжения устанавливают индивидуально для конкретного счетчика.
Если напряжение в сети не превышает допустимого значения, счетчик считает импульсы частотой 50 Гц, поступающие на его вход С. На 4096-м импульсе появляется логическая единица на предпоследнем выходе счетчика (вывод 2). Диод VD6 открывается и устанавливает на входе С уровень логической единицы, который не может изменяться под действием счетных импульсов частотой 50 Гц (выходное сопротивление источника импульсов на VD1-R5-R6-VD9 очень велико, по сравнению с сопротивлением открытого диода, так что диод, фактически, шунтирует вход счетчика). Счетчик останавливается и больше не меняет своего состояния, а транзисторный ключ на VT1 открывается и подает ток на обмотку реле К1, которое своими контактами К1.1 подключает к сети нагрузку.
В таком состоянии устройство будет находиться пока напряжение в электросети не превышает заданного порогового значения или пока его не отключат вовсе. Если напряжение в сети повышается выше заданного порогового значения, напряжение на катоде диода VD7 воспринимается счетчиком как уровень логической единицы. Счетчик устанавливается в состояние нуля (на его выходе нуль). Транзистор VT1 закрывается и реле размыкает контакты, отключая нагрузку. На анод VD6 теперь поступает напряжение логического нуля и он закрывается и перестает препятствовать прохождению импульсов на вход С счетчика D1. Но, так как на входе R счетчика имеется напряжения уровня логической единицы, счетчик не считает поступающие на вход С импульсы, и состояние его выхода не меняется.
В таком состоянии схема будет находиться пока напряжение в сети превышает установленный резистором R8 допустимый предел.
После нормализации сетевого напряжения постоянное напряжение на катоде VD7 опускается ниже порога переключения входа R счетчика в положение логической единицы и воспринимается им уже как логический ноль. Теперь счетчик может считать импульсы, поступающие на его вход С. Через 82 секунды с момента нормализации сетевого напряжения (именно 82 секунды требуются счетчику чтобы сосчитать 4096 импульсов) на выводе 2 счетчика возникает логическая единица. Реле включается и включает нагрузку, а вход С счетчика блокируется диодом VD6. Но это произойдет только в том случае, если в течении этих 82 секунд напряжение в сети не поднялось опять выше заданного значения. Если напряжение поднималось, счетчик будет обнуляться, снова ждать нормализации сетевого напряжения, снова давать контрольную паузу в 82 секунды.
Именно эти 82 секунды и помогают избежать поступления в нагрузку выбросов сетевого напряжения, которые могут быть при отключениях электроснабжения, в момент возобновления подачи напряжения.
Дело в том, что при отключении сетевого напряжения схема обесточивается. И поэтому реле размыкает свои контакты и отключает нагрузку от сети. В момент возобновления подачи напряжения происходит зарядка конденсатора С3 через R9. Формируется этим конденсатором импульс, который, через диод VD8 поступает на вход R счетчика и обнуляет его. А затем уже счетчик начинает считать импульсы, поступающие на его вход С, и только через 82 секунды с момента подачи напряжения устройство подключает нагрузку. Поэтому все переходные процессы в электросети завершаются до подключения нагрузки.
Вместо микросхемы К561ИЕ16 можно использовать любой другой её функциональный аналог (КА561ИЕ16, CD4020). Диоды КД105 можно заменить диодами КД209, диоды КД522 - диодами КД521, КД102, КД103. Стабилитроны должны быть на номинальное напряжение обмотки реле (в данном случае, 12V). Д815Д можно заменить на КС512, а Д814Д на КС212.
Для налаживания требуется ЛАTP (автотрансформатор). С его помощи будем регулировать напряжение, поступающее на устройство, а так же, вольтметр (мультиметр). Сначала установите номинальное напряжение 220V и подстройте R8 так, чтобы контакты реле замкнулись. Затем, увеличивая напряжение до 250 V подстройте R8 так, чтобы при достижении напряжения 250-255 V контакты реле размыкались. Можно выбрать и другие значения порогового напряжения, все зависит от требований нагрузки.
