Пристрій автоматичного відключення бойлера при підвищенні енергоспоживання

Уявімо собі ситуацію: звичайна міська квартира. Пробки або головний автомат - на 16 А; більше не дозволяє ліміт споживаної потужності. Є електробойлер. Господиня включає праска і приймається за прасування; в цей момент автоматично включається на підігрів остиглий бойлер. Струм споживання перевищує норму, пробки або автомат вибивають, квартира знеструмлюється. Прикро, та на комп'ютері пропала важлива інформація.

А тепер уявімо собі іншу ситуацію: біля лічильника на стіні висить коробочка трохи більше сигаретної пачки. «Відчувши», що загальний струм споживання зріс і залишку на водонагрівач вже не вистачить, вона розриває ланцюг електроживлення Тена, а коли все випрасуваний і праска вимкнена, відновлює її, і бойлер з деяким запізненням продовжує гріти.

Більш того, коробочка миттєво вмикає і вимикає бойлер згідно включенню / вимикання терморегулятора праски: вона не містить електромеханічних комутаційних пристроїв, спрацьовує не повільніше ніж за 10 мс (електромеханічний контактор - не швидше 20 мс) і квартирний автомат «не бачить» перемикання споживачів. Скільки б не тривала прасування, бойлер не встигне сильно охолонути, і загальна витрата електроенергії не збільшиться.

Така ось «коробочка» - пристрій автоматичного відключення бойлера - і описана далі в статті.

Принцип дії

Схема пристрою наведена на малюнку. Його основа - вимірювальний трансформатор типу ТТН (трансформатор струм - напруга) ТМ1. Первинна обмотка ТМ1 (W1) - виток або півтора емальованому міді великого перерізу - включена в розрив фазного проводу L. Її індуктивність і активний опір незначні і не мають жодного впливу на електропостачання квартири. Вторинна обмотка W2 - багато витків тонкого дроту. Ті, хто знає електродинаміку, відразу зрозуміють, що при наявності феромагнітного магнітопроводу НАПРУГУ U на вторинній обмотці буде прямо пропорційно ТОКУ I первинної, і по його величині можна судити про величину струму в вимірюваної ланцюга.

Електрична принципова схема пристрою автоматичного відключення електробойлера

Випрямний діод VD1 і накопичувальний конденсатор С1 спільно з ТМ1 складають вимірювальний вузол. Коефіцієнт перетворення обраний 1: 1,5, тобто при струмі в вимірюваної ланцюга 30 А напруга на С1 складе 45 В. Такий, досить високий, коефіцієнт перетворення обраний для усунення гистерезиса пристрою по току. Якщо взяти його, скажімо, 5: 1 (6 У на С1 при 30 А вимірюваних), то при налаштуванні пристрою на 6 А зворотне відновлення вторинної ланцюга відбувається при 5,7 А. 0,3 А різниці при 220 В це 66 Вт, тобто одна-дві лампи освітлення можуть «збити з пантелику» пристрій.

Обмежувальний резистор R1, регулювальний потенціометр R2, стабілітрон VD2, світлодіод LED1, шунт витоку R3 і транзистор VT1 складають вузол управління і індикації спрацьовування. Принцип його роботи очевидний: R2 налаштовують пристрій на потрібний струм. Коли напруга на його движку перевищить напруга пробою стабілітрона плюс 2 В (падіння напруги на світлодіоді), VT1 відкривається, замикаючи на загальний провід ланцюг керуючого електрода тиристора VS1, той закривається і розмикає ланцюг харчування бойлера. LED1 при цьому загоряється за рахунок струму бази VT1, сигналізуючи про спрацювання пристрою.

Діодний міст VD2-VD6, дільник напруги R5 / R4 і тиристор VS1 складають вузол комутації. Він зібраний за звичайною схемою з шунтуванням діагоналі діодного моста. При цьому через ТЕН бойлера і тиристор протікають синусоїдальні однополярні імпульси струму з частотою 100 Гц. Через R5 / R4 на початку кожного імпульсу (коли напруга досягне приблизно 2 В) тиристор відкривається і пропускає струм. При падінні напруги до приблизно 0,5 В тиристор закривається і «чекає» наступного імпульсу.

При спрацьовуванні вузла управління відкривають імпульси через відкритий VT1 «йдуть в землю», після закінчення чергової напівхвилі 220 В 100 Гц тиристор закривається, а наступна не пройде через протилежно спрямовані плечі VD2-VD6. При використанні в якості VS1 тиристорів виробництва 70-х зі старого мотлоху потужність бойлера становить 90% від номінальної, а з сучасними Оптотиристори - 97-98%.

Обмежувальний резистор R6 і світлодіод LED2 складають вузол індикації підключення бойлера. Світіння LED2 свідчить, що харчування на бойлер подано через пристрій.

Примітка: LED2 сигналізує тільки про подачу напруги. Підігрівати воду для бойлера включає / вимикає, як і раніше, його термостат.

Біполярний перемикач S1.1 / S1.2 призначений для включення бойлера безпосередньо при несправності схеми. Надійність пристрою досить висока; схема побудована так, що більшість з можливих несправностей призводять не до відключення, а навпаки до постійної подачі напруги на бойлер, як ніби «коробочки» зовсім немає, але призначений пристрій для того, щоб позбавити від клопоту, а не додавати їх. S1.1 / S1.2 - зі світловою індикацією включення, щоб видно було, живиться бойлер через «коробочку» або безпосередньо.

Пояснення до схеми

Пристрій розроблялося виходячи з принципу «дубовості»: поставив, підключив і забув. Саме цим пояснюється деяка архаїчність схемотехнік.

Наприклад, замість ТМ1, який потрібно мотати, можна було б застосувати компактний датчик струму на магніточутливих електронних компонентах. Але такий датчик пропускає далі в схему короткочасні викиди напруги - імпульсні перешкоди (ІП). ІП - основне джерело несправностей електроніки, яка підключається безпосередньо до мережі, а джерел їх в сучасній квартирі більш ніж достатньо. ТТН же в поєднанні з накопичувальним конденсатором пригнічує ІП повністю без додаткових фільтрів.

Номінал R1 може бути від 1 до 5,6 кОм. Його зменшення збільшує граничне значення струму спрацьовування; збільшення - зменшує його. VD1 - на напругу 4,7-5,6 В. Цього цілком достатньо, щоб усунути гістерезис по току спрацьовування. LED1 і LED2 - підвищеної яскравості; їх світіння добре видно вже при струмі в 2 мА.

Транзистор VT1 повинен бути достатньої потужності, тому що його ток бази може перевищувати 10 мА. Потужність, що розсіюється - не менше 5 Вт; максимально допустимий коллекторное напруга - від 50 В. В оригінальній конструкції використаний старий радянський КТ815Г; підійдуть будь-які його аналоги або більш потужні.

Міст VD2-VD6 і тиристор VS1 - на струм не менше 20 А. Струм споживання побутових бойлерів не перевищує 10 А; подвійний «військовий» запас по струму замість полуторного промислового або 30% побутового робить міст і тиристор практично вічними. VS1 повинен бути встановлений на радіаторі площею 30-50 кв. см.

S1.1 / S1.2 - на струм 10 А з вбудованою світловою індикацією, як зазначено вище. Можна взяти і потужніший, але давати для S1.1 / S1.2 великий запас по струму особливого сенсу немає: включається він у виняткових випадках і часто не переходить.

ТТН

Магнітна індукція в магнітопроводі ТМ1 становить частки тесла (Тл), тому намотувати його можна хоч на залозі з консервної банки або на Ш-подібному феррите. Трансформаторна сталь все ж краще: індукція насичення фериту набагато менше, і при різких сильних скачках напруги в мережі ІП можуть проникати в схему. Площа перетину - від 1 кв. см. Більше - не страшно, але зростуть массогабаріти пристрою.

В оригіналі ТМ1 намотаний на каркасі згорілого трансформатора «базарного» китайського мережевого адаптера харчування. Радіоаматори знають, що перемотувати «китайця» марно: висококоерцитівниє феромагнітний сплав, з пластин якого набраний сердечник, чутливий до нагрівання, при перегорання погіршує свої властивості і перемотаний дуже швидко знову згоряє. Але як ТТН такий трансформатор працює без помітного нагрівання при максимальному струмі в первинній обмотці.

Конструкція трансформатора ТМ1

Конструкція і дані ТМ1 показані на малюнку. Первинна обмотка W1 - виток або півтора зі складених разом 10-12 мідних емальованих проводів діаметром 1,0-0,8 мм по міді, або обрізок мідного емальованого шини відповідного перетину. Щільність струму j в W1 бажано витримувати до 4 А / кв.мм щоб уникнути магнітного насичення сердечника від ВП. Коефіцієнт перетворення до деякої міри залежить від магнітних властивостей матеріалу сердечника і площі його поперечного перерізу, тому при виготовленні ТМ1 на випадковому муздрамтеатрі кількість витків вторинної обмотки W2 доведеться підібрати.

Підбір W2

Підбір робимо виходячи зі співвідношення 1 А - 1 В змінної напруги; тоді після випрямлення на С1 отримаємо якраз 40-45 В. Мотаємо W2, припустимо, 200 витків, для швидкості роботи. Шукаємо будинку досить потужний споживач. Припустимо, є електрочайник на 1300 Вт. При 220 В в мережі його струм споживання 1300/220 = 6 А по закону Ома.

Включаємо W1 ТМ1 в розрив ланцюга харчування чайника (тільки не забуваємо налити воду; чайник без води не можна включати і як баласт), мультиметром в режимі вимірювання змінної напруги міряємо «перерву» на W2. Припустимо, виявилося 1,7 В. При 30 А з такою обмоткою отримаємо 30/6 = 5х1,7 = 8,5 В, а нам потрібно 30 В. Потрібна кількість витків W2 буде 30 / 8,5 = 3,53х200 (вихідне кількість витків) = 706. Округляем до 700 або 750; відхилення напруги на W2 на 20% на роботу пристрою істотного впливу не робить. Діаметр проводу значення не має, аби обмотка помістилася у вікні каркаса.

конструктивне виконання

При роботі пристрою виділяється приблизно 5 Вт тепла. Це небагато, але в глухому корпусі при постійному включенні в мережу теплової режим може виявитися важкуватий, тому потрібно передбачити вентиляційні отвори. Корпус - будь-яка відповідна діелектрична коробочка. Монтаж - на друкованій платі.

Вхід з виходом мережі і відведення на бойлер підключаються через стандартні клеммники. Щоб не переплутати дроти, їх бажано рознести подалі один від одного і замаркірувати. Движок R2 - під шліц, тому що регулювання (див. далі) здійснюється один раз при установці пристрою. У корпусі - отвір навпроти движка R2, або його виводять на корпус, а після регулювання заклеюють скотчем. LED1, LED2 і S1.1 / S1.2 виводяться на передню панель.

Монтаж і підключення

Пристрій монтується або в квартирному електрощитку, або на стіні між лічильником і головною розподільчої коробкою. Чи включається в розрив фази, як зазначено. На вхід заводяться дроти від лічильника; на вихід - вся інша квартира, крім бойлера. Бойлер підключається до відведення для нього. Підключення, зрозуміло, проводиться при знеструмленій квартирі з дотриманням правил електробезпеки.

Детальніше про те, як встановлювати сам накопичувальний, а також проточний водонагрівач читайте за посиланням .

Налаштування

Перш за все визначаємо запас по струму квартири. Припустимо, постійні споживачі - освітлення, телевізор, комп'ютер і т.п. в сумі дали 700 Вт; це при 220 В буде 3,2 А. Автомат, припустимо, на 16 А. Залишається 12,8 А, це буде 12,8х220 = 2816 Вт; 2,8 кВт.

Потім шукаємо найближчого МЕНШОГО по потужності споживача. Скажімо, є пилосос на 1400 Вт, то ж електрочайник, праска на 2,2 кВт і мікрохвильовка на 2,8 квт. Вибираємо праску, щоб в подальшому уникнути непередбачених відключень. Можна включити чайник з пилососом, вони в сумі дадуть 2,7 кВт, але шумно буде.

Далі відключаємо бойлер його штатним автоматом, ставимо движок R2 в крайнє нижнє положення по схемі. Потім включаємо праску і плавно обертаємо движок R2 до тих пір, поки червоний світлодіод згасне і не загориться жовтий. Все, регулювання закінчена, можна «врубать» бойлер і жити спокійно.

Індикація стану і діагностика

При нормальній роботі пристрою повинні світитися або LED1 (жовтий), або LED2 (червоний). Якщо не горять або горять обидва відразу - пристрій несправний, потрібно до ремонту або заміни включити S1.1 / S1.2. Для діагностики включаємо в мережу то, на чому налаштовували: жовтий повинен згаснути, а червоний засвітитися. Однак можливо, що змінилося напруга мережі; в такому випадку може знадобитися повторне регулювання.

А що ще через нього можна включати?

Можна включати «омические» споживачі: праска, чайник, електрокамін. Мікрохвильовку, холодильник, кондиціонер, комп'ютер, телевізор і все, де крім простий електроспіралі є хоч якась електроніка, не можна: при харчуванні однополярним імпульсами такі пристрої або зовсім не будуть працювати, або швидко вийдуть з ладу. У бойлері електроніки немає, там термостат на біметалічною пластині. Освітлення теж не можна: практика показує, що будь-які лампочки при харчуванні однополярним імпульсами швидко згорають.

підсумковий нюанс

Перші експлуатанти пристрої, ознайомившись з його роботою, вирішили переставити його на ланцюг харчування розетки у прасувальної дошки, благо туди йде окрема гілка проводки. Тобто, вони віддали пріоритет бойлера: при перевантаженні по струму відключається праска. Але, звичайно, пріоритети в своїй оселі кожен визначає сам.

(Поки оцінок немає)

Завантаження ...

що ще почитати:

Монтаж водонагрівачів різних типів: кріплення, підключення, схеми Вибір теплої підлоги: особливості та рекомендації для різних випадків Як зробити міні-сауну в квартирі: узгодження, обладнання, збірка