31.03.21

[Домашняя]

Конечно, это сооружение назвать водонапорной башней можно только условно. На чердаке дачного домика стоит резервуар для воды, практически, пластмассовая бочка объемом 200 литров. Вода в неё накачивается из колодца при помощи погруженного электронасоса.     Из бочки идет шланг к проточному электрическому водонагревателю. Если нужна горячая вода, - нагреватель включают, если холодная, - не включают, и вода просто протекает через него. В общем, система простая, но нужна электроника, которая, во-первых, будет следить за уровнем воды в бочке, и включать насос. А во-вторых, управлять мощностью нагрева воды водонагревателем, так как собственного регулятора мощности в нем нет (предлагается температуру воды регулировать напором, что в моем случае затруднительно, так как напор даже с высоты чердака получается небольшой). Схема показана на рисунке, она состоит из схемы регулятора мощности водонагревателя и схемы контроля уровня воды в бочке.

В схеме регулятора мощности работает микросхема D1, транзисторы VT1, VT2, симисторный ключ на VS1. Регулировка мощности нагревателя производится изменением числа полупериодов сетевого напряжения, поступающего в нагрузку за единицу времени. Регулировка производится ступенчато, в диапазоне от 0% до 100% мощности с шагом в 10%. Органом управления служит панель с клавиатурой из десяти кнопочных микровыключателей с фиксацией. Каждый нажатый выключатель дает 10% мощности. Таким образом, мощность, отдаваемая в нагрузку, определяется числом нажатых микровыключателей. Например, если нужно 60% мощности, то шесть микровыключателей (S1-S6) должны быть нажаты, а оставшиеся четыре (S7-S10) отжаты. Коммутация нагрузки происходит при переходе сетевого напряжения через ноль, поэтому регулятор не создает помех. Еще одно достоинство регулятора в его полной гальванической развязке с электросетью, которая достигается применением двух оптопар и маломощного силового трансформатора для питания цифровой части схемы. Переменное напряжение электросети через ограничительный резистор R1 поступает на встречно-параллельно включенные светодиоды транзисторного оптрона U1. Благодаря такому включению один из транзисторов оптрона открывается при положительной полуволне, а другой при отрицательной. Эти транзисторы включены параллельно. В результате, при проходе графика сетевого напряжения через ноль (окончание одного полупериода - начало другого) оба светодиода выключены и, следовательно, оба транзистора оптопары закрыты. В эти моменты транзистор VT1 так же закрывается и на его коллекторе появляются положительные импульсы длительностью около 0,1 mS. Длительность этих импульсов зависит от чувствительности каскада-формирователя на транзисторе VT1, то есть, от его рабочей точки, которую можно изменять подбором сопротивления резистора R2. Созданные транзистором VT1 импульсы поступают на счетный вход (С) счетчика D1. И состояние счетчика последовательно меняется от 0 до 9 по кольцу. Соответственно переключается единица по его выходам. Весь цикл счетчика составляет десять полупериодов сетевого напряжения. И с каждым полупериодом меняется его состояние.   То, какая мощность будет отдана в нагрузку, зависит от того, сколько из этих полупериодов поступят в нагрузку. С соединенных вместе выводов микровыключателей S1-S10 логическая единица поступает на транзисторный ключ VT2, в коллекторной цепи которого включен светодиод симисторной оптопары U2 и индикаторный светодиод HL1, демонстрирующий работу прибора. Через оптопару U2 происходит управление симистором VS1, подающим питание на нагрузку. Диоды VD1-VD10 нужны для исключения влияния выходов микросхемы D1 друг на друга в том случае, когда включены несколько выключателей S1-S10. Схема контроля уровня воды выполнена на микросхеме D2. Первоначально, для контроля уровня были испробованы токопроводящие датчики из металлических пластин. Обычно такие датчики и используют радиолюбители в подобных случаях. Но надежность оказалась невысокой. Все из-за электрохимической коррозии. К тому же, имели место ошибки из-за конденсата, выпадавшего на краях бочки, а так же её крышки, в которой были смонтированы датчики. В процессе «творческого поиска» обратил внимание на автомобильные датчики уровня жидкостей, омывающей, тормозной. Практически, это поплавки с контактами в хорошей ударопрочной оснастке. Пока жидкости достаточно поплавок поднят, и контакты датчика разомкнуты. Жидкости мало, - поплавок опускается и замыкает контакты. Все просто и очень надежно. Использовал датчики уровня охлаждающей жидкости для машин «ВАЗ-2110». Стоят они относительно недорого, а конструкция позволяет очень легко удлинить шток, так чтобы датчик нижнего уровня (Д2 на схеме) мог погружаться до середины глубины бочки. Датчик верхнего уровня (Д1) оставил без изменений. И так, Д1 - датчик наполненного состояния (датчик верхнего уровня, размыкающийся при заполнении бочки), а Д2 - датчик опустошения (датчик нижнего уровня, замыкающийся при опустошении бочки примерно на половину). Когда бочка полна поплавки Д1 и Д2 плавают, поэтому их контакты разомкнуты. На вывод 1 D2.1 поступает единица через R11, а на вывод 6 D2.2 - ноль через R12. Триггер D2.1-D2.2 находится в состоянии нуля на выходе D2.1. Соответственно на выходе D2.3 будет единица, а на выходе D2.4 - ноль. Транзистор VT3 закрыт и контакты реле К1 разомкнуты, насос выключен. Транзистор VT4 открыт, - горит светодиод HL2, показывающий, что бочка полна. В таком состоянии схема будет, находится до тех пор, пока уровень воды в бочке не опустится так, чтобы поплавки обоих датчиков Д1 и Д2 повисли, и замкнули их контакты. То есть, на половине объема бочки. При этом ситуация меняется на противоположную. Теперь на вывод 1 D2.1 поступает ноль через Д1, а на вывод 6 D2.2 - единица через Д2. Триггер D2.1- D2.2 переходит в состояние единицы на выходе D2.1. Соответственно на выходе D2.3 будет ноль, а на выходе D2.4 - единица. Транзистор VT3 открывается и контакты реле К1 замыкаются, насос включен. При этом горит светодиод HL3, показывающий, что насос работает. Транзистор VT4 закрыт, - светодиод HL2 не горит. В этом состоянии (насос включен) схема будет до тех пор, пока не всплывут поплавки обоих датчиков, то есть до заполнения бочки. Затем насос выключится, и схема вернется в исходное состояние. Слаботоковый участок схемы питается от сети через источник питания на малогабаритном маломощном силовом трансформаторе Т1. Мост VD11 выпрямляет напряжение с его вторичной обмотки. Далее следует интегральный стабилизатор А1, стабилизирующий напряжение на уровне 12V. Трансформатор Т1, - китайский малогабаритный трансформатор с вторичной обмоткой на 12V и ток 100mA. Он крепится в корпусе прибора собственным крепежным хомутом - стяжкой. Выводы трансформатора не маркированы, поэтому, перед монтажом их нужно определить при помощи омметра (мультиметра). Можно использовать и другой маломощный трансформатор с вторичной обмоткой на 12-15V, например, типа ТПП. Микросхему - стабилизатор КР142ЕН8Б можно заменить на 7812, 78L12 или другую, стабилизирующую напряжение на уровне 12V. Можно даже сделать стабилизатор на транзисторе и стабилитроне на 12V по известной типовой схеме параметрического стабилизатора с усилителем тока. Счетчик К561ИЕ8 можно заменить аналогом серии К176, К1561 или импортным аналогом. В крайнем случае, вместо К561ИЕ8 можно использовать К561ИЕ9, но у ...ИЕ9 всего восемь выходов и считает он не до десяти, а до восьми, так что, получится регулятор, регулирующий мощность от 0 до 8/8 восемью ступенями с шагом в 1/8. Это тоже приемлемо. Соответственно схема уменьшится на два диода, два микровыключателя и два провода в соединительном жгуте. При этом нужно учитывать, что если входные выводы микросхем ...ИЕ8 и ...ИЕ9 совпадают, то выходные нет. Если у ...ИЕ8, с нулевого по девятый выводы, соответственно, 3, 2, 4, 7,10,1, 5, 6, 9, 11, то у ...ИЕ9, с нулевого по седьмой, - 2, 1, 3, 7, 11, 4, 5,10, соответственно. Микросхему К561ЛЕ5 можно заменить на K176J1E5, К1561ЛЕ5 или импортным аналогом. Плата рассчитана на реле К1 типа WJ118- 1С с обмоткой на 14V, сопротивлением обмотки 270 Ом, согласно маркировке, максимальный ток контактов при напряжении 220V равен ЗА. Можно использовать другое реле с аналогичными параметрами, соответственно изменив разводку платы или расположив реле за пределами платы, соединив с ней монтажными проводниками. Симистор ВТ139-800 можно заменить симистором ВТ139-600, ВТ139-400 или отечественным типа ТС-112-16, ТС-122-25 на напряжение не ниже 400V. Симистор нужно установить на теплоотвод. Диоды КД522 заменимы любыми кремниевыми маломощными малогабаритными диодами общего применения, например, КД521, КД103, КД102, 1N4148. Если нет миниатюрного выпрямительного моста типа W04M, его можно набрать из четырех таких же диодов, либо заменить другим малогабаритным мостом, допускающим ток не менее 100mA. Индикаторные светодиоды любого типа. Микропереключатели используются неизвестной марки. Могу сказать только то, что они внешне напоминают DIP-кнопки, применяемые в большинстве видеомагнитофонов и видеоплейеров, в качестве квазисенсорных кнопок, но у них не четыре, а шесть выводов. Каждый из них содержит два переключателя, а нажимной шток фиксируется в нажатом положении (как у П2К). Микровыключатели имеют черное основание, белый верх и синий шток для крепления кнопки. Внизу между выводов написано «W.S». Другой маркировки нет. Перед установкой переключателя на плату управления прозвоните, как он рабо­тает, что бы знать, как правильно его поставить на плату. Нужно чтобы он замыкал цепь при нажатом состоянии (если поставить наоборот, он будет замыкать в отжатом состоянии). Можно использовать и другие микровыключатели и даже тумблеры, но устройство получится громоздким и неудобным, хотя работать будет не хуже. Большинство деталей монтируется на двух печатных платах. На одной из них распо­ложена вся низкотоковая схема, кроме силового трансформатора Т1. На второй плате расположены кнопочные микровыключатели. Разводка платы сделана именно под описанные выше микровыключатели. В случае с тумблерами можно вообще отказаться от платы управления и установить тумблеры прямо на лицевую панель прибора. Плата управления с основной платой соединена вязанным жгутом из одиннадцати проводников. При монтаже жгута распаивайте его согласно номерам проводников, подписанным на монтажных схемах. Длина жгута зависит от конструкции прибора. Можно использовать и ленточный кабель, распаяв его согласно монтажной схеме, или просто сделать соединения отдельными проводниками, а затем, их связать в пучок или аккуратно уложить в корпусе прибора. Проверить работу регулятора можно на нагрузке малой мощности, например, используя лампу мощностью 100-150W. Когда все микровыключатели выключены, лампа не должна гореть (возможна только незначительная подсветка через утечку симистора). Если будет нажат один из микровыключателей, лампа будет мерцать с частотой около 10 Гц. При большем количестве включенными микровыключателей свечение будет ровнее, и его яркость будет пропорционально зависеть от количества включенных микровыключателей. Если регулятор не работает, но монтаж выполнен правильно, проверку начинайте с формирователя импульсов на транзисторе VT1. Осциллографом посмотрите, что на его коллекторе. Там должны быть импульсы длительностью около 0,1 mS, логического размаха. Если их размах меньше или верхушки совсем круглые, либо длительность импульсов больше, - подберите сопротивление резистора R2. Если импульсы есть, - счетчик должен считать и единица должна поочередно появляться на его выходах, и если какие-то из микровыключателей включены, то должен открываться транзистор VT2 и через оптопару U2 включать симистор. Принудительно, для проверки, симистор можно включить, если выключить все микровыключатели и верхний по схеме вывод R9 соединить с плюсом С2. Симистор должен открыться и включить нагрузку. Если этого не происходит, может потребоваться подбор R6 и R7. Схема контроля за уровнем воды, никакого налаживания не требует.

Радиоконструктор №11 2010г стр. 30