|
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Релейное устройство контроля напряжения в электросети
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания Сегодня в радиолюбительской литературе и в Интернете можно найти множество
описаний самодельных устройств, следящих за напряжением в электрической сети и
отключающих питающиеся от нее электроприборы в случае выхода напряжения за
допустимые для них пределы. Как правило, в этих устройствах применяют
микроконтроллеры, операционные усилители и другие современные
высокотехнологичные электронные компоненты. Но еще совсем недавно эту задачу
успешно решали более простыми средствами. Например, с помощью электромагнитных
реле. Одну из таких "ретро"-конструкций описывает автор в предлагаемой статье.
Несмотря на то что стандартами (например, [1]) установлены довольно жесткие
нормы стабильности напряжения в бытовых электросетях, по разным причинам оно
довольно часто выходит за допустимые пределы. Это представляет опасность для
бытовых электроприборов, которых сегодня очень много в любой квартире или жилом
доме. Особенно для тех, что подключены к сети практически постоянно. Помогает
здесь только наличие автоматического прибора, непрерывно контролирующего
напряжение и отключающего все потребители от сети в случае его опасного
повышения или понижения.
Когда у меня возникла потребность в таком автомате, те из них, описания
которых для самостоятельного изготовления удалось найти (например, [2]),
показались мне слишком сложными. Я решил разработать и изготовить свой. Его
схема показана на рис. 1. При напряжении ниже 198 В (220 В-10 %) он выключает
электросеть квартиры, а при его возвращении в норму вновь включает ее. При
превышении значения 242 В (220 В+10 %) сеть также выключается, но ее работа не
восстанавливается до тех пор, пока хозяин квартиры, убедившись по показаниям
вольтметра PV1 в том, что напряжение в норме, не нажмет на кнопку SB1 "Пуск".
Такой отход от полной автоматизации лучше обеспечивает безопасность и вполне
допустим, так как превышения максимального напряжения случаются нечасто. За три
года непрерывной работы автомата было множество отключений по занижению
напряжения, но всего восемь раз - по его превышению. Они происходили в основном
в ночное время, иногда во время грозы.
Как видно из схемы, два понижающих трансформатора T1 и T2 включены
последовательно по первичным и вторичным обмоткам, поэтому они легко выдерживают
повышение сетевого напряжения до 380 В и более, что случается при обрыве
нейтрали трехфазной сети. Выпрямитель для питания реле K3, контакты которого
K3.1, выдерживающие ток до 20 А, подключают потребители к сети и отключают их от
нее, выполнен по мостовой схеме на диодах VD4-VD8 и питается от соединенных
последовательно обмоток III трансформаторов с суммарным номинальным напряжением
20 В. О наличии напряжения на выходе этого выпрямителя, а следовательно, и в
питающей сети сигнализирует светодиод HL1.
Выпрямитель для контроля значения напряжения собран на диодах VD1 - VD4 также
по мостовой схеме. Он питается от последовательно соединенных обмоток II
трансформаторов (их суммарное номинальное напряжение 12,6 В). Особенность этого
выпрямителя в том, что его сглаживающий конденсатор C1 имеет сравнительно небольшую емкость,
чтобы изменения напряжения отслеживались без задержки.
При напряжении в сети, большем нижнего порога, к цепи светодиод HL3 -
стабилитрон VD11 - обмотка поляризованного реле K1 приложено напряжение,
превышающее сумму прямого падения напряжения на светодиоде, напряжения
стабилизации стабилитрона и напряжения срабатывания реле. Контакты Я и Л реле K1
замкнуты. Если в это время замкнуты также контакты Я и П реле K2, то срабатывает
реле K3, подключая потребители к сети.
Регулировкой подстроечного резистора R9 добиваются того, чтобы при уменьшении
напряжения в сети ниже допустимых 198 В напряжение на стабилитроне VD11
становилось меньше его напряжения стабилизации и он закрывался, прекращая ток
через обмотку реле K1. В результате контакты Я и Л этого реле размыкают цепь
обмотки реле K3. Оно отключает потребители от сети до тех пор, пока напряжение в
ней не придет в норму.
Канал контроля превышения напряжения построен аналогично, но пороговым
элементом в нем служит стабилитрон VD12, порог срабатывания (242 В)
устанавливают подстроечным резистором R11, а при его превышении контакты реле K2
размыкают цепь обмотки реле K3 и включают светодиод HL2.
В качестве реле K2 использовано двустабильное поляризованное реле РП4,
отличающееся тем, что его контакты самостоятельно не возвращаются в исходное
положение при снятии напряжения с обмоток. Чтобы перебросить якорь реле в ту или
иную сторону, нужно обязательно подать на одну из обмоток импульс напряжения
соответствующей полярности. Поэтому для возврата реле K2 в исходное состояние
после срабатывания в устройстве предусмотрена кнопка SB1, на которую нажимают,
чтобы вновь подключить к сети потребители электроэнергии, отключенные по
превышению напряжения. Нажимать на эту кнопку приходится иногда и для приведения
устройства в рабочее состояние после подключения к сети, поскольку начальное
положение контактов реле K2 неизвестно и может быть любым.
Стабилитроны VD9 и VD10 ограничивают напряжение, подаваемое на обмотки реле
K1 и K2 после их срабатывания, что не позволяет току в этих обмотках превысить
допустимые значения.
Автор применил в конструкции два унифицированных трансформатора питания
ТПП261-127/220-50 с броневыми магнитопроводами [3]. В качестве обмоток I
использованы первичные обмотки этих трансформаторов (выводы 2 и 9 с перемычкой
между выводами 3 и 7). Для образования обмоток II установлены перемычки между
выводами 12 и 19 трансформаторов, а напряжение снимается с выводов 11 и 20.
Выводы обмотки III - 15 и 16.
Вместо двух трансформаторов Т1 и Т2 возможно применить один, выдерживающий
первичное напряжение до 380 В. Он может быть намотан самостоятельно на
магнитопроводе ШЛ20х40. Обмотка I должна иметь 2700 витков провода ПЭВ-2
диаметром 0,21 мм, обмотка II -155 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,35 мм, а
обмотка III - 254 витка такого же провода. При первичном напряжении 220 В
напряжения на обмотках II и III должны быть соответственно 12,6 и 20 В.
Реле K1 - двухпозиционное одностабильное с преобладанием к правому контакту
поляризованное реле РП7 (исполнение РС4.521.005). Для получения обмотки
сопротивлением около 600 Ом его обмотки II (470 Ом) и III (140 Ом) соединены
последовательно, для чего между выводами 4 и 6 колодки реле установлена
перемычка. Можно применить реле того же типа исполнений РС4.521.019 с
сопротивлением обмотки 480 Ом или РС4.521.012 с сопротивлением обмотки 700 Ом.
Реле K2 - двухпозиционное двустабильное поляризованное реле РП4 (исполнение
РС4.520.004). Его обмотки 1-IV сопротивлением по 130 Ом соединены
последовательно, для чего установлены перемычки между контактами 2-3, 4-8 и 6-7
колодки реле. Используется также обмотка VII сопротивлением 2250 Ом. Можно
применить реле исполнений РС4.520.011 с обмотками сопротивлением 460 и 2700 Ом
или РС4.520.012 с обмотками сопротивлением 500 и 830 Ом.
Справочные данные поляризованных реле РП4 и РП7 можно найти в [4]. При
подборе замен следует иметь в виду, что обмотки поляризованных реле разных
исполнений могут быть выведены на разные контакты их колодок. Разброс
сопротивления обмоток одинаковых реле может достигать ±15...20 %.
При отсутствии нужного реле РП7 вместо него можно использовать подходящее по
сопротивлению обмоток реле РП4. Эти реле конструктивно одинаковы, но различаются
регулировкой контактов. С реле РП4 нужно снять защитный алюминиевый кожух,
вывинтить на один-два оборота фиксирующий винт левого контакта, вручную
перебросить к этому контакту якорь, затем медленно вращать регулировочный винт
левого контакта, пока якорь самостоятельно не перебросится к правому. В этом
положении левый контакт следует зафиксировать, после чего надеть на реле кожух.
Реле K3 - РКС3 (исполнение РС4.501.200) с обмоткой сопротивлением 175 Ом и
номинальным рабочим напряжением 24 В [5]. Его можно заменить другим реле с таким
же рабочим напряжением обмотки, контакты которого способны коммутировать ток не
менее 20 А.
Вольтметр PA1 - Ц4209 детекторной системы с пределом измерения 500 В
переменного напряжения.
Автомат собран в металлическом корпусе размерами 230х160х80 мм, который
необходимо заземлить. Реле K3 помещено в отдельный отсек корпуса в связи с тем,
что его контакты, соединенные с электросетью, не защищены от случайного
прикосновения. Стабилитроны VD9 и VD10 снабжены теплоотводами площадью 50 см2.
Потребляемая автоматом от сети мощность - около 7 Вт. При налаживании
автомата сетевое напряжение на него подают через лабораторный регулируемый
автотрансформатор и устанавливают подстроечными резисторами R9 и R11
соответственно нижний и верхний пороги срабатывания.
При желании к гнездам XS1 и XS2 можно подключить звуковое сигнальное
устройство, которое подаст сигнал тревоги при превышении допустимого напряжения
в сети. Возможная схема сигнализатора изображена на рис. 2. На его входе имеется
диодный мост VD1-VD4, который избавляет от необходимости соблюдать полярность,
присоединяя штекеры XP1 и ХР2 к гнездам автомата. На транзисторах VT1 и VT2
собран обычный мультивибратор, генерирующий импульсы частотой около 800 Гц.
Транзистор VT3 - усилитель мощности сигнала, подаваемого на телефонный капсюль
HA1. Транзистор VT3 и стабилитрон VD5 следует установить на теплоотводы площадью
50 см2.
![]() Рис. 2 Литература
Автор: С. Бабын
журналы Моделист-конструктор (годовые архивы) книга Математические бильярды. Гальперин Г.А., Земляков А.Н., 1990 книга Юный радиолюбитель. Борисов В.Г., 1959 статья С какой скоростью движется свет? справочник Зарубежные микросхемы и транзисторы. Серия Z
|