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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Создание новых материалов с помощью молекулярно-лучевой технологии 03.08.2024 В современном мире электронные устройства становятся все более важной частью нашей повседневной жизни. Улучшение их производительности и эффективности - одна из ключевых задач современных ученых. Одна из передовых технологий, которая может внести значительные изменения в эту область, - это молекулярно-лучевая эпитаксия. Она позволяет создавать материалы с уникальными свойствами, что открывает новые горизонты в электронике. Недавно группа ученых из Массачусетского технологического института (MIT) добилась значительного успеха в этой области. Им удалось создать тонкую пленку, в которой подвижность электронов значительно выше, чем у любых ранее известных материалов. Этот прорыв был достигнут благодаря использованию молекулярно-лучевой эпитаксии, технологии, позволяющей точно контролировать процесс создания материала на атомарном уровне. Физики из MIT смогли создать новый материал, в котором атомы располагаются с исключительной точностью, минимизируя количество примесей и дефектов. Это значительно увеличивает подвижность электронов - скорость, с которой электричество проходит через материал. Высокая подвижность электронов является ключевым параметром для многих электронных устройств, от транзисторов до солнечных батарей. Достижения ученых из Массачусетского технологического института представляют собой важный шаг вперед в области материаловедения. Создание материалов с высокой подвижностью электронов открывает новые возможности для разработки высокоскоростных и энергоэффективных электронных устройств, что, безусловно, окажет значительное влияние на будущее технологий. Одной из главных целей разработки новых материалов является создание сверхпроводников, которые могут функционировать при комнатной температуре. Такие материалы могли бы значительно повысить эффективность электронных устройств, так как они обеспечивают нулевое сопротивление и, соответственно, минимальные потери энергии. Это настоящий "Священный Грааль" материаловедения, к которому стремятся ученые по всему миру. Обычно для достижения высокой подвижности электронов материалы охлаждают до очень низких температур, вплоть до абсолютного нуля. Однако команда из MIT нашла другой путь: они улучшили подвижность электронов, создавая материалы с минимальным количеством дефектов и примесей. Такой подход открывает возможности для создания более эффективных и компактных электронных устройств. Для создания нового материала ученые использовали молекулярно-лучевую эпитаксию, что позволило им построить тонкую пленку толщиной всего в 100 нанометров. Эта пленка состоит из тройного тетрадимита - вещества, обладающего рекордной подвижностью электронов. Это означает, что электричество проходит через материал с минимальными потерями, что существенно повышает эффективность его использования в различных приложениях. Результаты исследований, проведенных в MIT, открывают новые перспективы в разработке высокопроизводительных электронных устройств. Улучшение подвижности электронов может привести к созданию более быстрых и эффективных транзисторов, солнечных батарей и других компонентов, которые играют ключевую роль в современных технологиях.

Другие интересные новости:

▪ Ручной электрогенератор подзарядит мобильный телефон

▪ Видеозапись предметов поможет подслушать разговор

▪ Телевизоры Samsung SUHD

▪ Робот-таблетка

▪ Камера размером с крупинку соли

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиоприем. Подборка статей

▪ статья Эдипов комплекс. Крылатое выражение

▪ статья Чья реклама во всю высоту Эйфелевой башни размещалась на ней с 1925 по 1934 годы? Подробный ответ

▪ статья Мелколистный индиго. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Бронзовые лаки. Простые рецепты и советы

▪ статья Хиндийские пословицы и поговорки. Большая подборка

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026