Самодельная гальваническая развязка, в простонародии – грозозащита

В электронике и электротехнике используется большое количество схем, в которых требуется изолировать или отделить высокое силовое напряжение от низкого напряжения управляющих цепей. За счет этого создается своеобразная защита низковольтных устройств от влияния высокого напряжения. То есть, в таких цепях уже нет течения обычного электрического тока. В таких случаях, при отсутствии тока, между устройствами возникает большое омическое сопротивление, вызывающее разрыв цепи. Данную проблему успешно решает гальваническая развязка, с помощью которой убирается гальваническая связь между устройствами.

Содержание

Принцип действия

Гальваническая развязка в соответствии со своей функцией известна также под понятием гальванической изоляции. Данные системы обеспечивают электрическую изоляцию конкретной цепи по отношению к другим видам цепей, находящихся рядом. Применение гальванических развязок дает возможность бесконтактного управления, обеспечивает надежную защиту людей и оборудования от поражения электротоком.

Благодаря своим особенностям, гальваническая развязка обеспечивает обмен сигналами или энергией между цепями, исключая при этом непосредственный электрический контакт. С ее помощью образуется независимая сигнальная цепь за счет формирования независимого контура тока сигнальной цепи по отношению к токовым контурам других цепей. Гальваническая изоляция используется во время измерений в силовых цепях и в цепях обратной связи. Данное техническое решение обеспечивает также электромагнитную совместимость, усиливает защиту от помех, повышает точность измерений. Используемый блок гальванической развязки на входе и выходе каждого устройства способствует улучшению их совместимости с другими приборами в условиях сложной электромагнитной обстановки.

Для того чтобы лучше представить себе, что такое гальваническая развязка, можно рассмотреть ее действие на примере стандартного промышленного электродвигателя. На производстве в большинстве случаев используется значение питающего напряжения, значительно превышающее 220 вольт и представляющее серьезную опасность для обслуживающего персонала.

В связи с этим, подача тока на обмотки и включение двигателя осуществляется с применением специальных устройств, обеспечивающих коммутацию силовых цепей. В свою очередь, коммутаторы также управляются, чаще всего кнопками включение и выключения. Именно на этом участке и требуется развязка, защищающая оператора от воздействия опасного напряжения. Оно не попадает на пульт управления, благодаря механическому взаимодействию конструктивных элементов пускателя с магнитным полем.

В настоящее время данные системы используются в различных вариантах технических решений: индуктивные, оптические, емкостные и электромеханические.

Трансформаторная (индуктивная) развязка

Для того чтобы построить индуктивную развязку, следует использовать магнитоиндукционные устройства – трансформаторы. Его конструкция может быть с сердечником или без сердечника.

Оборудование цепей гальваноразвязкой индуктивного типа осуществляется с помощью трансформаторов, у которых коэффициент трансформации составляет единицу. К источнику сигнала подключается первичная катушка, а вторичная соединяется с приемником. На этом принципе гальванические развязки трансформаторного типа служат основой для создания магнитомодуляционных устройств.

Выходное напряжение, возникающее во вторичной обмотке, напрямую связано с напряжением на входе трансформаторного устройства. В связи с этим, индуктивная развязка имеет серьезные недостатки, почему и ограничивается ее применение:

• Невозможно изготовить компактное устройство из-за существенных габаритных размеров трансформатора.
• Частота пропускания ограничивается частотной модуляцией самой развязки.
• Помехи, возникающие во входном сигнале, снижают качество сигнала на выходе.
• Подобная трансформаторная гальваническая развязка может нормально работать только при наличии переменного напряжения.

Гальваническая развязка оптоэлектронного типа

С развитием высоких технологий, использующих полупроводниковые элементы, все более широкое распространение получают БГР – блоки гальванической изоляции на основе оптоэлектронных узлов. Их основой служат оптроны, известные среди электротехников в качестве оптопар, выполненных на основе диодов, транзисторов, тиристоров и других элементов, обладающих повышенной светочувствительностью.

Общая схема оптической части, связывающая источник данных с приемником, использует в качестве сигнала нейтральные фотоны. Благодаря этому свойству, выполняется развязка цепи на входе и выходе, а также ее согласование с входными и выходными сопротивлениями.

Когда используется оптоэлектронная схема, приемник совершенно не влияет на источник сигнала, поэтому сигналы могут модулироваться в широком частотном диапазоне. Данные устройства обладают компактными размерами, поэтому они часто используются в микроэлектронике.

В конструкцию оптической пары входит световой излучатель, проводящая среда для светового потока, а также приемник, преобразующий свет в электрические сигналы. Сопротивление на входе и выходе оптрона очень большое, прядка нескольких миллионов Ом.

Вначале входной сигнал попадает на светодиод, далее в виде света он по световоду попадает на фототранзистор. На выходе устройства данная схема создает перепад или импульс выходного электрического тока. В результате цепи, связанные с двух сторон со светодиодом и фототранзистором, оказываются изолированными между собой.

Принцип действия емкостной развязки

Нередко возникает вопрос, зачем нужны различные виды развязок, в том числе и емкостная развязка. Эта схема представляет собой систему, в которой между цепями отсутствуют связи через ток, землю и другие элементы.

В этом случае передача данных электрических цепей осуществляется с помощью переменного электрического поля. Изоляция цепей происходит за счет диэлектрика, расположенного между конденсаторными пластинами. Качество развязывающего конденсатора определяется свойствами диэлектрика, размером обкладок и расстоянием между ними. Данный вид изоляции обладает повышенной энергетической эффективностью, устройства на его основе отличаются незначительными размерами, способны передавать электроэнергию и не реагируют на внешние электромагнитные поля.

Нормальная работа устройств обеспечивается разделением частоты сигнала и помех. Таким образом, емкость оказывает рабочему сигналу совсем небольшое сопротивление, а для помех создает преграду.

Работа электромеханической развязки

Помимо уже перечисленных, существует электромеханический вариант развязки. Вопрос для чего он нужен, практически не возникает, поскольку устройства на этой основе широко применяются в электротехнике.

Основой таких приборов служит реле, соединяющее электрические цепи в результате каких-либо изменений входных данных. В итоге они оказываются развязанными, а сама система получила название релейной.

Наиболее ярким примером является схема электромагнитного реле. Эти приборы нужны для защиты электроустановок и в различных автоматических системах. Они разделяются на реле постоянного и переменного тока. Основным элементом считается якорь, которые под действием электромагнита и пружины осуществляет замыкание и размыкание контактов.

Рекомендуем статьи по теме

Принцип работы гальванического элемента

Что такое гальванический элемент

Импульсный блок питания

Принцип действия поляризованного реле

Трансформаторы тока назначение и принцип действия

Твердотельное реле

05.03.15   mixa145   38 587   28   В этой статье я расскажу о том, как из старого ИБП (точнее из двух) буквально на коленке сделать простую гальваническую развязку от сети 220 V.Надеюсь, ни для кого не является секретом, для чего нужна гальваническая развязка с сетью. Многие наверняка знают один из самых простых способов взорвать полсхемы заземлённым осциллографом. Поэтому о развязке я всерьёз задумался именно после приобретения осциллографа. В самом простом случае развязка выглядит, как трансформатор с коэффициентом трансформации 1:1. Поэтому изначально была идея взять какой-нибудь ТС-270 и перемотать. Но заниматься перемоткой не хотелось, да и лишнего трансформатора достаточной мощности под рукой не было. Но как-то на работе попался под руку старый ИБП. Примерно вот такой: И тут пришла в голову идея сделать развязку на «перевёртышах», т.е. когда два идентичных трансформатора включаются зеркально: Естественно, чем больше напряжение на выходе трансформаторов, тем меньше тока течёт и тем лучше, но выбирать не приходилось и я использовал принцип «как есть». Решено было использовать корпус ИБП и трансформатор, который там уже установлен. У китайцев был заказан простенький вольтметр для контроля наличия напряжения на выходе: После того, как второй трансформатор был найден и закреплён, оставалось лишь все соединить. Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа!В итоге имеем конечную схему, по которой соединяем трансформаторы: Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа!И получаем примерно такую картину: Сначала я выбросил родную плату, но, как оказалось, корпус сильно теряет жёсткость и пришлось вернуть её на место, предварительно выпаяв все детали: Потом я врезал вольтметр: Вторичную обмотку на 18 В я использовал для питания подсветки штатного выключателя. В качестве входного предохранителя использовал штатный многоразовый предохранитель ИБП, а для защиты выхода врезал обычный держатель предохранителя.И, вуаля! Наша развязка в работе: При подключении на выход лампы накаливания на 100 Вт напряжение на выходе просаживается примерно на 7 Вольт, что для меня более чем удовлетворительно.По факту этот блок здорово помогает мне и даже не столько при пользовании осциллографом, сколько при ремонте импульсных БП и других устройств, гальванически связанных с сетью.Спасибо за внимание! Всем удачи!

Камрад, смотри полезняхи!

Михаил (mixa145)БелгородСписок всех статейПрофиль mixa145О себе автор ничего не сообщил.

Читательское голосование

Статью одобрили 163 читателя.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.

Поделись с друзьями!

Связанные материалы

Как намотать трансформатор. А.Н. Подъяпольский… Как намотать трансформатор. А.Н. Подъяпольский. Типография Госэнергоиздата. Москва, 1953г. При… Дискретный регулятор напряжения от 0 до 220 Вольт с 8-битной точностью… Понадобился как-то мне регулятор переменного напряжения 220В для проведения измерений параметров… RMS-вольтметр на микроконтроллере ATMEGA8… Срочно понадобился RMS вольтметр. Облепил контроллер схемой. Решил сделать блок питания… Усилитель TL082 + UTC2030 с виртуальной массой… Идея приготовить самодельный усилитель из того, что имеется под рукой родилась неожиданно, когда… Лабораторный блок питания «Belarus 3A30» с защитой и коммутацией обмоток (0-30 V, 3 А)… Здравствуйте друзья. Позвольте представить вашему вниманию мой первый лабораторный блок питания. У… Инвертор 12V > 220V для автомобиля… Попалась интересная и простая схемка преобразователя 12 В в 220 В на забугорных ресурсах. Обещают… Моддинг ламповых конструкций или как заставить лампы светиться…. Как известно, лампы это не только приятный теплый звук, но также и необычные формы самих ламп, а… Трансформаторный преобразователь напряжения «230/120» на ТС-180-2… Для питания приборов, купленных в США, обычно недостаточно приобрести адаптер вилки питания…. Клей на девелопере для скрепления половинок ПЛ-железа трансформаторов ТС, ТСА… Хочу рассказать про интересный способ изготовления клея, необходимого для скрепления половинок… Регулируемый стабилизатор напряжения с регулируемым ограничением выходного тока… Простенькая относительно схемка, со средними параметрами, на основe транзисторoв с большим… Диодно-тиристорный выпрямитель со схемой управления для сварочного аппарата… Мною давно изготовлен сварочный аппарат на базе трансформатора на кольцевом сердечнике от… Стабилизатор напряжения сети 1,8 кВт на PIC12F675… В последнее время мощности бытовых нагрузок возросли: появились фены, обогреватели, утюги, СВЧ печи…

Общаемся по статье 💬

Гальваническая развязка от сети 220 V из старого бесперебойника

Комментарии, вопросы, ответы, дополнения, отзывы

toozpickЭлектроника / ПриспособленияДобавлено 2 комментария Приветствую, Самоделкины!Если вы занимаетесь ремонтом или проектированием различной электроники, то устройство, которое мы рассмотрим в этой статье, вам просто необходимо.Автором данного проекта является Роман (YouTube канал «Open Frime TV»). История создания данного прибора началась еще давно, когда автор только начал изучать блоки питания. Для наглядности работы автору пришлось купить себе вот такой USB осциллограф, и с помощью него смотреть на процессы, протекающие в схеме.Но тут есть один важный момент, который был упущен, а именно, гальваническая развязка с сетью. И в итоге автор благополучно спалил свой осциллограф плюс все задние USB порты компьютера и все то, что к ним было подключено. В общем урон был весьма впечатлительный.После этого происшествия, Роман начал разбираться из-за чего же произошел такой трабл. Как выяснилось, все дело оказалось в общей земле. У компьютера и устройства они оказались общими, и когда автор ткнулся в высоковольтную часть схемы, произошел пробой через эту зловещую землю.

В итоге пришлось покупать новый осциллограф, что сильно ударило по бюджету. Теперь же автор решил показать, как изготовить такой вот нехитрый прибор, который поможет всем радиолюбителям избежать такой же неудачи. И так, что же подразумевает собой гальваническая развязка? Это обыкновенный сетевой трансформатор с коэффициентом трансформации один к одному (1:1).Таким образом мы получаем на выходе те же 220В, но уже никак не связанные с сетью.И еще один большой плюс такой штуки: если нечаянно дотронуться до оголенных проводов, то вас не убьет.С этим разобрались, но где же взять нужный трансформатор? Для этих целей отлично подходят трансформаторы от старых телевизоров, они имеют достаточно большие габариты, а иногда даже обмотки с нужным нам соотношением 1:1. Вот, к примеру, на местной барахолке автор нашел такой трансформатор ТСА-270-1.Данный трансформатор был купил считай за бесценок, но его выходная обмотка оказалось недостаточно мощной. Ее ток составлял всего 0,32А, а это, как вы понимаете, маловато для наших целей.Тогда было принято решение перемотать трансформатор. Специально для этой цели автором был даже куплен вот такой провод:Казалось бы, все готово к намотке, но в связи с некоторыми обстоятельствами этот процесс затянулся, и как ни странно это спасло автора от бесполезной работы. Сейчас узнаете почему. Спустя некоторое время после старта проекта, автор искал в сарае какие-то вещи и наткнулся на коробку с трансформатором.Он был похож на ТСА, но по размерам немного меньше, а это плюс, так как на нем будет удобнее делать. Но это оказалось еще не все. Загуглив автор понял, что его высоковольтная обмотка мощнее, чем у ТСА и может выдать ток под 1А. Так это вообще шикарно, ненужно даже ничего перематывать. Вот на этом трансформаторе, марка которого ТС-250-2П, и будет построена наша гальваническая развязка.В первую очередь нам необходимо отключить все провода и убрать ненужные части, которые увеличивают в размерах сам трансформатор. После чего, произведя необходимые замеры, был заказан вот такой пластиковый короб, в который наш трансформатор помещался идеально.Но помимо самого трансформатора было решено установить сюда еще одну полезную функцию, а именно, включение нагрузки через лампочку. Это очень удобно, допустим, если производить первое включение устройства, так как в случае короткого замыкания лампочка ограничит ток и ничего не сгорит.Так как место в корпусе сильно ограничено, то будем использовать вот такую миниатюрную лампу, которая рассчитана на напряжение 220В, мощностью 60Вт.Теперь давайте займемся подготовкой корпуса. На нем необходимо закрепить розетку, а также переключатель, который позволит подключить или отключить лампу накаливания.Делается это элементарно, даже не будем останавливаться на этом. Так же необходимо добавить еще отверстие под предохранитель, но его сделаем чуть позже. Теперь займемся подготовкой трансформатора. В интернете находим документацию, из нее видно, что сетевое напряжение необходимо подавать на контакты 1 и 1′.А контакты 2 и 2’ необходимо замкнуть между собой.Как видите, тут нет ничего сложного. Переходим к вторичной обмотке. Их тут несколько, но как видим чисто обмотки на 220В нет. Жаль конечно, но ничего, будем выкручиваться. Ниже можем видеть, как автор проверяет напряжение на своем трансформаторе.Они в принципе соответствуют документации. Дальше рассуждаем таким путем: нам необходимо подключить все обмотки последовательно. На каркасе трансформатора, чтобы не запутаться, автор написал слово «штрих».Теперь берем, допустим, обмотку 4 и 4’ и подключаем ее к основной обмотке 5 и 5’. Теперь съем напряжения будет происходить с выводов 5 и 4’. Дальше к ним добавляем еще одну обмотку 6 и 6’, так же последовательно. И теперь съем уже происходит с выводов 5 и 6’.Соединяем это все в железе и смотрим сколько вольт у нас получилось.Как видим, мультиметр показывает напряжение около 210В, а этого более чем достаточно. А специально для тех, кто не понял схемы подключения, автор подготовил наглядный рисунок, исходя из которого данную схему сможет собрать даже ребенок.Как видим, на рисунке указаны и предохранитель с лампой, и переключатель, в общем полный фарш. А сейчас пришло время установить все в корпус.Детали подошли впритирочку, но главное, что все поместилось. На этом сборка завершена, но это еще не все. У USB осциллографов, стандартным щупом с делителем 1:10 можно смотреть только низкое напряжение.А для того, чтобы безопасно лезть в горячую часть схемы, нужно прикупить вот такой щуп с делителем на 100. Да, стоит он не дешево, но зато спасает от выгорания более дорогого осциллографа. Предел измерений с таким щупом значительно расширяется.Ну и в заключении можно провести тесты только что собранного нами устройства. Для этого нам понадобится любая самоделка. Автор будет использовать блок питания, который сейчас разрабатывает.Включаем его в сеть и спокойно становимся на затвор транзистора, не опасаясь при этом каких-нибудь подводных камней.На экране можем видеть наши импульсы. Как видим, все четко. В общем, устройство реально стоит повторять, тем более, если вы собираетесь в дальнейшем заниматься электроникой.При этом не обязательно брать такой же трансформатор, как у автора, есть много подобных моделей, но люди, не знающие их ценности, отдают практически даром.На крайний случай можно взять 2 трансформатора, у которых одинаковые выходные обмотки и соединить их по низкой стороне вот таким образом:Результат будет тот же. На этом пора заканчивать. Благодарю за внимание. До новых встреч!Видео: Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь. Используемые источники:

• https://electric-220.ru/news/galvanicheskaja_razvjazka/2018-01-03-1423
• https://datagor.ru/practice/power/2721-galvanicheskaya-razvyazka-iz-starogo-ibp.html
• https://usamodelkina.ru/13500-ustrojstvo-dlja-bezopasnoj-proverki-priborov-galvanicheskaja-razvjazka.html