Сегодня в радиолюбительской литературе и в Интернете можно найти множество описаний самодельных устройств, следящих за напряжением в электрической сети и отключающих питающиеся от неё 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 ещё 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 жёсткие 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 её. При превышении значения 242 В (220 В+10 %) сеть также выключается, но её работа не восстанавливается до тех пор, пока хозяин квартиры, убедившись по показаниям вольтметра PV1 в том, что напряжение в норме, не нажмёт 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.
Рис. 1
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 трёхфазной сети. Выпрямитель для питания реле K3, контакты которого K3.1, выдерживающие ток до 20 А, подключают потребители к сети и отключают их от неё, выполнен по мостовой схеме на диодах VD4-VD8 и питается от соединённых 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 соединённых обмоток II трансформаторов (их суммарное номинальное напряжение 12,6 В). Особенность этого выпрямителя в том, что его сглаживающий конденсатор C1 имеет сравнительно небольшую ёмкость, 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 придёт в норму.
Канал контроля превышения напряжения построен аналогично, но пороговым элементом в нём 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, отключённые 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, соединённые 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 гнёздам 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 гнёздам 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
1. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - URL: http:// www.internet-law. ru/gosts/gost/3761 / (12.06.14).
2. Безюлев С. Автомат защиты холодильника. - Радио, 2005, № 7, с. 48, 49.
3. Шульгин Г. Унифицированные трансформаторы. - Радио, 1982, № 1, с. 59, 60.
4. Реле поляризованные РП4, РП4М, РП5, РП7. - URL: http://museumrza.ru/up/ jeksponaty/files/Spr_RP_4_5_7.djvu (06.06.14).
5. Реле электромагнитное РКС3, РКС3Т. - URL: http://www.radiant.su/files/images/ IRZ/rks3.pdf (06.06.14).
Автор: С. Бабын, пгт Кельменцы Черновицкой обл., Украина