Автоматизация работы и защита от перегрузок электродвигателей насосов мощностью 180...250 Вт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электродвигатели

 Комментарии к статье

Незаменимыми помощниками садоводов и огородников (при наличии рядом расположенного водоема или колодца) являются электронасосы мощностью 180...250 Вт типа "Малыш", "Струмок". Но иногда случаются неприятности и с этими трудягами: выход из строя из-за несоответствия нормам сетевого напряжения, перегрева обмотки статора электродвигателя, заклинивания ротора и, как следствие, повышения до недопустимого тока через обмотку статора, отсутствие воды в водоеме или ее мутность.

Практически от всех бед спасет вашего друга разработанная мной схема автоматического управления и защиты от предельно допустимых режимов работы электронасосов мощностью 180...250 Вт (рис.1). На первый взгляд схема очень сложная, но это не так. В схеме применены цифровые и аналоговые микросхемы, которые практически не требуют наладки.

(нажмите для увеличения)

Предохранитель FU1 применен в схеме для подстраховки. Кому не известно, что пока перегорает предохранитель, выгорает полтелевизора? Электроника действует гораздо быстрее и надежнее при защите любого аппарата, механизма. Кроме того, в схеме отсутствуют релейные элементы. В наше время только в крайних случаях, безвыходных ситуациях необходимо применять реле, контакторы, магнитные пускатели, ведь существуют оптроны, тиристоры, симисторы... Вместо дорогих и не очень надежных механических контактов необходимо применять вышеуказанные электронные приборы.

Регулятор напряжения сети построен на автотрансформаторе Т1 и переключателе SA1. Даже если в вашем доме стабильное напряжение 200...230 В, не спешите игнорировать его применение. Соберите эту схему и опробуйте, в каком диапазоне питающих напряжений электродвигатель насоса обеспечивает необходимую мощность на валу. Если, например, этот диапазон будет составлять 170...230 В, установите переключателем SA1 выходное напряжение регулятора сети около 190 В. В дальнейшем мы установим нижний допустимый предел напряжения 170 В, подаваемого на обмотку статора двигателя, а верхний - 210 В. В этом случае надежность и долговечность обмотки статора электродвигателя возрастет, да и потребляемая мощность снизится.

Регулятор напряжения сети рассчитан на минимальное напряжение в вашем доме 140 В и максимальное 260 В (чтобы получить Uвх=220 В). Следует отметить, что в автотрансформаторах по сравнению с силовыми трансформаторами первичная обмотка может быть намотана проводом в 2-3 раза тоньше. Если переделать сетевой трансформатор мощностью 200 Вт в автотрансформатор, то можно будет подключать нагрузку до 400...600 Вт. Можно использовать переделанный силовой трансформатор телевизора УЛПЦТИ-61 (ТС-270-1), у которого первичная обмотка I (1-2-3) содержит 318 витков провода ПЭВ-1 D0,91 мм (выводы I-I). Для этого необходимо разобрать трансформатор, удалить все вторичные обмотки и экранирующую фольгу. Сверху оставшейся первичной обмотки необходимо намотать обмотки II-X проводом D0,8...1 мм. Обмотки II-IV содержат по 19 витков; обмотки V-X - по 35 витков каждая. Контакты переключателя SA1 должны быть рассчитаны на ток не менее 10 А (можно применить обычный 3-4-секционный галетный переключатель, включив соответствующие контакты секций параллельно). Вольтметр переменного тока должен иметь предел измерения 250...300 В. Амперметр должен иметь предел измерения 10 А.

На контурах L1C10, L2C11 выполнен источник реактивной мощности с подавлением гармонических искажений на 5-й и 7й гармониках. Этот источник применен для повышения КПД устройства. Номиналы конденсаторов С10, С11 и дросселей L1, L2 выбраны ориентировочно, хотя если применить даже эти номиналы, вы все равно окажетесь в выигрыше. Для более точного расчета этих номиналов необходимо измерить индуктивность обмотки статора электродвигателя насоса и произвести расчет, пользуясь рекомендациями [1].

Работой электронасоса управляет симистор VS1 (ТС122-25). Выходной формирователь построен на элементе "ИЛИ" DD3.2, транзисторах VT3, VT4 и тиристорной оптопаре U1. Если хотя бы на одном из входов DD3.2 присутствует лог."1", то на базе транзистора VT4 - лог."0" и он закрыт.

Светодиод оптопары не светится, отсутствует положительный потенциал на базе VT4, и он закрыт. На управляющем электроде симистора VS1 нет положительного потенциала, он закрыт, на обмотку статора электродвигателя насоса не подается питающее напряжение, насос выключен.

Если на всех входах DD3.2 присутствует лог."0", на базе транзистора VT4 - положительный потенциал, он открыт, светится светодиод оптопары, через открытый тиристор оптопары положительный потенциал подается на базу транзистора VT3, он открывается, положительный потенциал появляется на управляющем электроде симистора VS1, он открывается, электронасос включается в работу.

Трансформатор Т1 мощностью 10...20 Вт любого типа. Напряжения на его обмотках: U(wII) 12 В; U(wIII) 20 В; U(wIV) 12 В при выходном напряжении регулятора, выбранном переключателем SA1.

Стабилизированный источник питания 9 В выполнен на диодах VD1-VD4, стабилитроне VD5 и транзисторах VT1, VT2. Источник питания 27 В выполнен на диодном мосте VD6-VD9.

Чтобы электронасос был включен в работу, необходимо, чтобы на всех входах DD3.2 был лог."0". Включают насос переводом переключателя SA3 в нижнее по схеме положение.

Автоматическое включение или выключение электронасоса в зависимости от количества воды в водоеме или колодце и наполняемом резервуаре производится при помощи схемы на цифровых микросхемах DD9-DD11. Светодиоды HL1-HL4 указывают, находятся ли в воде соответствующие датчики уровня воды. Работа данной схемы описана в [2]. Если нет необходимости в применении какого-либо датчика уровня воды, его просто не подключают к схеме. Если нет необходимости в автоматизации, данную схему просто не собирают, а вывод 11 элемента DD3.2 подключают к общему проводу.

Схема защиты электродвигателя насоса от перегрева собрана на операционном усилителе (ОУ) К140УД12, используемом как компаратор, и триггере DD4.1. Естественно, можно применить и другие операционные усилители с соответствующими цепями коррекции. Терморезистор R17 приклеивают к обмотке статора эпоксидной смолой. Заодно центруют ротор электродвигателя, смазывают подшипники и т.д. Подстроечным резистором R19 выставляют необходимый порог срабатывания компаратора, например, при температуре +80°С. Если температура обмотки статора не превышает данного уровня, то напряжение на инверсном входе ОУ DA4 будет более положительно, чем на прямом, и на его выходе 6 будет низкий потенциал. Триггер DD4.1 будет находиться в состоянии "0", и на входе 9 элемента "ИЛИ" DD3.2 будет уровень лог."0", разрешающий работу электронасоса. При повышении температуры обмотки статора до +80°С сопротивление терморезистора R17 возрастает до такой величины, что на прямом входе ОУ DA4 положительный потенциал становится больше, чем на инверсном, и компаратор скачком принимает положение положительного насыщения. На его выходе 6 появляется лог."1", триггер DD4 устанавливается в состояние "1".

На входе 9 элемента "ИЛИ" DD3.2 появляется лог."1", что приводит к выключению насоса. Свечение светодиода HL3 указывает на превышение температуры обмотки статора электродвигателя насоса выше допустимой. Триггер DD4.1 останется в единичном состоянии и, соответственно, электронасос будет выключенным до тех пор, пока не будет нажата кнопка SB1 "Уст.0".

Схема защиты электродвигателя насоса от превышения тока обмотки статора выполнена на ОУ DA3, используемом как компаратор. Количество витков трансформатора тока ТА1 подбирают экспериментально таким образом, чтобы при нормальной работе электродвигателя насоса напряжение на его обмотке составляло 2,5...3 В. На инверсный вход DA3 подается опорное напряжение 1,7 В. Амплитуда напряжения на прямом входе 3 должна быть около 1,5 В (выставляют подстроечным резистором R14). В этом случае при нормальном режиме работы электронасоса на выходе 6 DA3 будет уровень лог."0", триггер DD2.2 будет находиться в нулевом состоянии.

Если ток через обмотку статора будет выше допустимого, то амплитуда положительных импульсов на прямом входе 3 ОУ DA3 превысит величину опорного напряжения на инверсном входе и компаратор будет опрокидываться в состояние положительного насыщения (см. временные диаграммы рис.2).

На выходе компаратора появляются импульсы положительной полярности, которые устанавливают триггер DD2.2 в единичное состояние. Светодиод HL2 будет светиться, что указывает на превышение током обмотки статора допустимой нормы. Одновременно импульсы с выхода 6 DA3 через элемент "ИЛИ" DD3.1 и инвертор DD1.2 поступают на вход одновибратора, выполненного на элементах DD5.1, DD6, DD7.1, DD7.2, DD7.3, и на счетчик импульсов DD8.1, DD8.2 (одновибратор описан в [3]). Первым же импульсом (см. рис.2) одновибратор опрокидывается в единичное состояние. Подстроечным резистором R34 длительность импульса одновибратора выставляют в пределах 7...9 с.

Счетчик импульсов выполнен на микросхеме DD8. Уровень лог."1" на выходе 14 счетчика DD8.2 при наличии импульсов на входе 2 DD8.1 появляется через 5,12 с. Если это произошло, на входах 12, 13 элемента "И" DD3 появляется лог."1", которая через инвертор DD1.4 устанавливает триггер DD4.2 в состояние лог."1" (выход 13), эта "1" подается на вход 12 элемента "ИЛИ" DD3.2 и включает электронасос. Если за эти 5,12 с нет перегрузки по току, например, при запуске насоса, одновибратор все равно вырабатывает одиночный импульс длительностью 7...9 с, но на входе 13 элемента "И" DD1.3 лог."1" не появляется и электронасос не выключится. После запуска насоса (если светится светодиод HL2) необходимо установить в "0" триггер DD2.2 нажатием кнопки SB1.

Схема защиты электронасоса от несоответствия необходимым нормам напряжения, подаваемого на обмотку статора, выполнена на двухпороговом компараторе DA1, DA2, работа которого описана в [4]. Подстроечным резистором R4 на катоде диода VD10 выставляют амплитуду положительных импульсов около 9 В. Настраивают двухпороговый компаратор согласно указаниям [4].

Если ваш электронасос, к примеру, нормально работает в диапазоне питающих напряжений от 170 до 210 В, то нижний и верхний пороги срабатывания компаратора необходимо выставить именно приэтих напряжениях. Когда напряжение на электродвигателе насоса будет ниже 170 В или выше 210 В, на выходе двухпорогового компаратора (аноды диодов VD11, VD13) появятся положительные импульсы, которые установят триггер DD2.1 в состояние лог."1". Свечение светодиода HL1 укажет на несоответствие нормам напряжения. Одновременно вышеуказанные импульсы через элемент "ИЛИ" DD3.1 и инвертор DD1.2 поступают на вход одновибратора и счетчика импульсов. Аналогично, как и в случае превышения предельно допустимого тока, через 5,12 с электронасос выключится. Если время несоответствия величины напряжения необходимым параметрам не будет превышать 5,12 с, электродвигатель останется в работе. Свечение светодиода HL1 необходимо погасить нажатием кнопки SB1 "Уст.0".

В обоих рассматриваемых случаях (время несоответствия не превышает 5,12 с) счетчики DD8.1, DD8.2 обнуляются лог."1" на входах 7 и 15 с инверсного выхода 2 триггера DD5.1 одновибратора через 7...9 с.

Наладка. В первую очередь необходимо узнать при каком диапазоне напряжений ваш электронасос обеспечивает необходимую мощность на валу с помощью регулятора напряжения сети. Затем при отключенной нагрузке необходимо наладить блок питания. Подбором резистора R1 выставить ток через стабилитрон VD5 в пределах 5...10 мА. Подстроечным резистором R2 установить напряжение на выходе стабилизатора (конденсатор С3) 9 В. Проверить напряжение на конденсаторе С5 (24...30 В).

Установить вместо электронасоса лампу накаливания мощностью 200 Вт. Переключатель SA1 установить в выбранное вами положение в зависимости от параметров вашей сети и электронасоса. Переключатель SA3 установить в верхнее по схеме положение ("Выкл"). Установить переключатель SA2 ("Сеть") в нижнее по схеме положение. Нажать кнопку SB1 ("Уст."0").

Подать напряжение +9 В на вывод 13 элемента "ИЛИ" DD3.2. Лампа должна засветиться (свидетельство того, что выходной формирователь и симистор исправны). Если будет светиться любой из светодиодов HL1-HL3, то будет светиться и электролампа. В этом случае необходимо отпаять резистор R31. Если электролампа погаснет, то это тоже свидетельствует о работоспособности выходного формирователя и симистора.

Далее по вышеизложенной методике настраивают схему, что не составляет большого труда, так как все выполнено по принципам вычислительной техники ("0" или "1").

Литература:

1. Маньковский А.Н. Регулятор мощности для активно-индуктивной нагрузки до 15 кВт//Электрик. - 2001. - №6. - С.21.
2. Маньковский А.Н. Полная автоматизация устройства управления электронасосом//Электрик. - 2001. - №1. - С.22-23.
3. Маньковский А.Н. Генератор одиночных импульсов и измеритель длительности одиночных импульсов//Радіоаматор. - 2001. - №2. - С.20-22.
4. Маньковский А.Н. Устройство переключения с автоматическим зарядным устройством//Электрик. - 2001. - №3. С.21.

Автор: А.Н. Маньковский

Смотрите другие статьи раздела Электродвигатели.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Арктику ждут новые рекорды таяния 10.03.2012 Новое исследование НАСА показало, что самый старый и толстый арктический морской лед тает быстрее, чем более молодой и тонкий (по краям плавающих льдов Северного Ледовитого океана). Обычно толстый многолетний лед (старше двух лет) менее подвержен сезонному таянию, в то время как молодой лед, в короткие сроки образовавшийся за зиму, так же быстро тает летом. Быстрое исчезновение старого ледового покрова делает морской арктический лед более уязвимым к дальнейшему таянию. В ходе нового исследования ученые наблюдали за многолетними льдами, которые покрывают не менее 15% поверхности Северного Ледовитого океана. Ученые обнаружили, что количество льда уменьшается на 15,1% за десятилетие. Таким образом, средняя толщина ледяного покрова арктических морей снижается из-за таяния толстого многолетнего ледового панциря. В то же время температура поверхности в Арктике повышается, что сокращает период времени, когда образуется новый молодой лед и не позволяет быстро восстанавливать объем льда многолетнего. Объем многолетнего морского льда достиг своего рекордного минимума зимой 2008 года - он снизился на 55% с конца 1970-х годов, когда начались спутниковые измерения ледяного покрова. Многолетний морской лед затем восстановился в течение следующих трех лет: его стало на 34% больше, чем в 2008 году. Но в зимний период 2012 года лед снова начал активно таять. Ученые не исключают существование девятилетнего цикла таяния морского льда. По крайней мере, спутниковые наблюдения установили именно такой период. Судя по всему, небольшое восстановление морского ледяного покрова в течение трех лет после того, как он достиг своего исторического минимума в 2008 году, является лишь этапом девятилетнего цикла и нас ждут новые рекорды таяния, при этом количество льда с каждым циклом сокращается.

Другие интересные новости:

▪ Сверхпрочное стекло тверже алмаза

▪ Процессор Intel Core i9-10900K для игровых систем

▪ Экология и Интернет

▪ Банковские карты MetaMask для расчетов криптовалютой

▪ USB 3.1 со скоростью до 10 Гбит/с

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Сборка кубика Рубика. Подборка статей

▪ статья Гражданское право. Часть II. Шпаргалка

▪ статья Что такое спора? Подробный ответ

▪ статья Сурепица. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья ЗЧ с телеграфным фильтром. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Протягивание нитки через лед. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026