01.04.21

[Домашняя]

В журнале "Радио” описано несколько конструкций сигнализаторов отключения сетевого напряжения, имеющих свои преимущества и недостатки. Устройство [1] имеет в своём составе звуковой сигнализатор, но требует питания от понижающего трансформатора, что увеличивает габариты устройства. Сигнализатор [2] проще по конструкции и работает совместно с электронно-механическим будильником, который подаёт звуковой сигнал. Наиболее простой и малогабаритной конструкцией является устройство [3], в котором звуковой излучатель в отсутствие напряжения сети питается от ионистора. Все эти устройства объединяет одно — они контролируют напряжение в том же помещении, в котором подают звуковой сигнал. Но зачастую возникает необходимость контроля напряжения в другом помещении и на другой фазе электросети, поэтому использование данных устройств в этом случае может быть затруднительно. К тому же важно своевременно узнать не только об отключении, но и о снижении сетевого напряжения ниже установленного значения, ведь пониженное сетевое напряжение может быть причиной перегрева и выхода из строя асинхронных электродвигателей, подключённых к сети. Также выходную цепь сигнализатора желательно гальванически изолировать от сети 230 В. Предлагаемый вниманию читателей сигнализатор представляет собой комбинацию схемных решений, используемых в устройствах [1—3]. От конструкции в [1] в нём использован генератор на микросхеме, от конструкции в [2] — внешний звуковой сигнализатор, а от конструкции в [3] — накопитель энергии, в качестве которого применён ионистор. Схема сигнализатора приведена на рис. 1.

Устройство питается от сети 230 В через гасящий резистор R1 и диодный мост VD1—VD4. Выпрямленное диодным мостом напряжение через резистор R4 и последовательно соединённые излучающий диод оптопары U 1.1 и светодиод HL1 поступает на параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне VD8, от которого питается микросхема DD1. Ионистор СЗ сглаживает пульсации выпрямленного напряжения и одновременно служит накопителем энергии, питающим микросхему DD1 при отсутствии сетевого напряжения. Диод VD7 защищает светодиод HL1 и излучающий диод U1.1 оптопары U1 от обратного напряжения, конденсатор С5 — блокировочный в цепи питания. На элементах DD1.2 и DD1.3 собран генератор импульсов, частота следования которых зависит от номиналов элементов R8 и С4 и составляет около 1 Гц. При наличии питающего напряжения на выходе диодного моста VD1—VD4 оно через резистор R6 поступает на вывод 5 элемента DD1.2, разрешая его работу. На вход элемента DD1.1 с резистивного делителя R2R3 поступает напряжение, величина которого пропорциональна напряжению сети. Пока сетевое напряжение превышает установленное значение, на выходе элемента DD1.1 присутствует низкий логический уровень, запрещающий работу генератора на элементах DD1.2, DD1.3, а в цепи светодиода HL2 и излучающего диода U1.3 ток не протекает. При снижении сетевого напряжения ниже установленного значения на выходе элемента DD1.1 появляется высокий логический уровень, разрешающий работу генератора, поэтому через светодиод HL2 и излучающий диод оптопары U1.3 протекают импульсы тока с частотой 1 Гц, вызывающие мигание этого светодиода и периодическое открывание фототранзистора U 1.4. При исчезновении сетевого напряжения на выводе 5 элемента DD1.2 устанавливается низкий логический уровень, запрещающий работу генератора, поэтому на выходе этого элемента будет постоянно присутствовать высокий логический уровень. Так как в отсутствии сетевого напряжения на выходе элемента DD1.1 также устанавливается высокий логический уровень, на выходе элемента DD1.3 всё время присутствует низкий логический уровень, поэтому светодиод HL2 светит постоянно, а фототранзистор U 1.4 открыт. Резистор R9 ограничивает ток, а диод VD9 защищает элементы от обратного напряжения. Стабилитроны VD5 и VD6 ограничивают напряжение на входах микросхемы DD1 до безопасного значения, а конденсаторы С1 и С2 совместно с резисторами R5 и R6 образуют фильтры, защищающие устройство от ложного срабатывания в моменты перехода сетевого напряжения через ноль или при его кратковременных "провалах”. Кроме выхода на замыкание (фототранзистор U1.4), устройство также имеет выход непрерывного контроля сетевого напряжения, который замкнут, пока устройство подключено к сети (фототранзистор оптопары U1.2). Сетевое напряжение, при котором этот фототранзистор закрывается, зависит от сопротивления резистора R7 и при указанном на схеме номинале составляет около 125 В. Все элементы устройства, кроме подстроечного резистора R3, смонтированы на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5...2 мм, чертёж которой приведён на рис. 2.

Размеры и конфигурация платы позволяют разместить её в корпусе автоматического выключателя серии ВА47-29. Для предотвращения электрического пробоя по поверхности платы и попадания сетевого напряжения в выходные цепи устройства в плате между выводами оптрона, а также между точками с высоким напряжением выполнены прорези шириной 2 мм. Конденсатор С4 и резисторы R8, R9 установлены над микросхемой DD1, а нижний по схеме вывод резистора R9 соединён с анодом диода VD9 над корпусом микросхемы. На выводы стабилитронов VD5, VD6 и резисторов R4, R6 надеты отрезки ПВХ-трубки, снятой с монтажного провода, после чего эти элементы установлены на плату. Внешний вид смонтированной печатной платы приведён на рис. 3.

В устройстве можно применить резисторы любого типа указанной на схеме мощности рассеяния. Подстроечный резистор R3 — многооборотный СПЗ-39 с линейной характеристикой или другой, подходящий по габаритам. Ионистор — 5R5D20F100H или другой, рассчитанный на монтаж в горизонтальном положении, остальные конденсаторы — керамические или плёночные, например, КМ или К73. Диоды VD1-VD4, VD7 - любые выпрямительные, стабилитрон VD8 — с напряжением стабилизации около 5 В, VD5, VD6 — на напряжение 3...5 В. Диод VD9 — диод Шоттки или кремниевый (правда, при этом время работы сигнализатора несколько сократится), светодиоды — любые сверхъяркие зелёного (HL1) и красного (HL2) свечения. Микросхему CD4093BE можно заменить отечественной микросхемой К561ТЛ1. Транзисторную двухканальную оптопару АОТ101 можно использовать с любым буквенным индексом или применить вместо неё подходящую импортную. Если канал непрерывного контроля сетевого напряжения не нужен, можно использовать транзисторную оптопару с одним каналом, установив вместо излучающего диода U 1.1 перемычку и удалив резистор R7. Сигнализатор смонтирован в корпусе от однополюсного автоматического выключателя ВА47-29 торговой марки ИЭК. Для разборки автоматического выключателя необходимо сверлом диаметром 4 мм высверлить развальцованные части четырёх латунных заклёпок, вынуть их и разъединить половины корпуса. Все пластмассовые приливы на внутренних частях корпуса, мешающие установке печатной платы, следует удалить, после чего разметить центры отверстий под светодиоды и, сложив половины корпуса вместе, просверлить эти отверстия. Подстроечный резистор R3 клеем "Момент" закреплён в верхней половине корпуса устройства напротив окна, в котором располагался рычажок включения автоматического выключателя. Печатная плата установлена в другой половине корпуса, какого-либо крепления она не требует Сетевые провода, идущие от печатной платы, заключены в отрезки термоусаживаемых трубок и припаяны к пластинам штатных винтовых контактов автоматического выключателя. После установки всех элементов половины корпуса устройства соединены между собой с помощью винтов М3 и гаек. Чтобы габариты корпуса остались прежними, гайки утоплены в предварительно раззенкованные в одной из половин корпуса отверстия. Вывести проводники выходных цепей устройства из корпуса можно двумя способами. Первый и самый простой — через окно, в котором располагался рычажок включения автоматического выключателя, так как точки подключения проводов и оптрон U1 расположены напротив этого окна. Но данный вариант неэстетичен и неудобен в эксплуатации, так как провод выходной цепи будет находиться снаружи фальшпанели щита, в котором установлено устройство, и будет мешать установке и снятию фальшпанели. Поэтому провод лучше вывести через полость, имеющуюся в нижней части корпуса автоматического выключателя, просверлив дополнительное отверстие, а окно в передней части корпуса закрыть пластиной из полистирола, в которой сделано отверстие напротив шлица подстроечного резистора R3. Для прокладки проводников выходных цепей внутри корпуса устройства следует использовать четырёхжильный кабель в двойной изоляции. Вид на монтаж сигнализатора приведён на рис. 4, а внешний вид устройства в сборе — на рис. 5.

Налаживание правильно собранного устройства заключается в установке напряжения отключения цепи непрерывного контроля сетевого напряжения путём подборки сопротивления резистора R7 и выборе желаемой частоты повторения импульсов на выходе генератора подборкой резистора R8 и (или) конденсатора С4. Перед установкой порога включения сигнализатора снижения сетевого напряжения устройство должно быть подключено к сети не менее 1,5...2 ч. Это необходимо для полной зарядки ионистора и приведения порогового напряжения элементов микросхемы DD1 к номинальному значению. Для установки порога сигнализатор подключают к сети через ЛАТР и, установив на его выходе необходимое напряжение, перемещением движка подстроечного резистора R3 добиваются вспышек светодиода HL2. При перемещении движка подстроечного резистора R3 вниз по схеме напряжение включения сигнализатора увеличивается, а вверх — уменьшается. Так как элементы устройства находятся под напряжением сети, в процессе налаживания его лучше питать через разделительный трансформатор, а регулировку подстроечного резистора производить с помощью отвёртки с хорошо изолированной ручкой. Ток, потребляемый сигнализатором от сети 230 В, — около 1,4 мА. При увеличении напряжения сети до 400 В (например, в случае обрыва нулевого провода трёхфазной четырёхпроводной сети) ток, потребляемый сигнализатором, возрастает приблизительно в два раза, но такой режим для устройства не опасен, так как рассеиваемая на резисторе R1 мощность не превышает 1 Вт. Сигнализатор можно использовать и для контроля напряжения 400 В между фазами трёхфазной сети, но для этого последовательно с резистором R1 следует включить дополнительный резистор сопротивлением 100 кОм и мощностью 2 Вт. Правда, монтаж устройства в том же корпусе получится довольно плотным, и дополнительный резистор необходимо будет изолировать с помощью отрезка стеклоткани. Цепь непрерывного контроля сетевого напряжения, действующую на размыкание (контакты ХТЗ и ХТ4), можно использовать для извещения об исчезновении сетевого напряжения совместно с любым устройством, например, таймером, который запускается при размыкании цепи и выдаёт сигнал (с помощью мобильного телефона или другим образом), когда длительность отсутствия сетевого напряжения превышает определённое значение. Такой контроль удобно использовать на объектах с периодическим посещением, например, на дачном участке, когда длительное отключение электроэнергии, вызванное, например, обрывом проводов ввода под действием ветра, может привести к размораживанию холодильника, отключению отопления или вентиляции в теплице и т. д. Однако следует помнить, что ток в цепи фототранзистора U1.2 прерывается с удвоенной частотой сети (100 Гц), поэтому в устройстве, которое использует этот сигнал, следует это учесть. Но пульсирующий сигнал может оказаться полезным в том случае, если с помощью него тактировать какое- либо устройство, или использовать этот сигнал для синхронизации работы этого устройства с моментом перехода сетевого напряжения через ноль. Выход устройства, работающий на замыкание (контакты ХТ5 и ХТ6), можно использовать для включения звукового сигнализатора будильника аналогично устройству в [2] или включить в цепь фототранзистора звуковой излучатель со встроенным генератором. Однако следует помнить, что максимально допустимый выходной ток для оптопар АОТ101БС, согласно [4], составляет 10 мА (для АОТ101АС — 5 мА), а максимальное коммутируемое напряжение — 15 В, поэтому для коммутации цепи с большим током следует применить устройство, схема которого приведена на рис. 6.

Это устройство питается от стороннего бесперебойного источника постоянного напряжения 9... 12 В (или от гальванической батареи 6F22, "Крона") и обеспечивает звуковую и световую сигнализацию снижения или отключения сетевого напряжения. Переключатель SA1 предназначен для отключения звукового сигнала, а светодиод HL2 сигнализирует о том, что звуковой сигнал отключён. Без этого светодиода узнать о том, включён или отключён звуковой излучатель, можно только по положению движка переключателя SA1, и в нужный момент звуковой сигнал может оказаться отключённым. Но схема с выключателем всё равно не является достаточно надёжной, так как не исключает человеческий фактор, поэтому лучше использовать устройство, схема которого приведена на рис. 7.

При открывании транзистора VT1 на затвор полевого транзистора VT2 через резистор R4 поступает открывающее напряжение, в результате чего последний открывается и излучатель НА1 издаёт звуковой сигнал. Для отключения звукового сигнала необходимо нажать на кнопку SB1, при этом конденсатор С2 заряжается и полевой транзистор VT3 открывается, закрывая транзистор VT2. После отпускания кнопки SB1 транзистор VT3 поддерживается в открытом состоянии напряжением, поступающим со стока транзистора VT2 через диод VD1. Таким образом, звуковой сигнал будет отключён до того момента, пока транзистор VT1 не закроется и конденсатор С2 не разрядится. После этого устройство вернётся в исходное состояние, и при следующем его включении снова прозвучит звуковой сигнал. Конденсатор С2 разряжается через резистор R6 сравнительно медленно, поэтому за время нахождения транзистора VT1 в закрытом состоянии (в том случае, если на выходе сигнализатора присутствует прерывистый сигнал, свидетельствующий о снижении сетевого напряжения) конденсатор С2 не успевает разрядиться и звуковой сигнал остаётся отключённым до момента возвращения сетевого напряжения к нормальному значению. Светодиод HL1 будет включён вне зависимости от состояния триггера на транзисторах VT2, VT3, сигнализируя о срабатывании устройства. В устройствах, изготовленных в соответствии со схемами на рис. 6 и рис. 7, можно использовать любые подходящие по типу и структуре транзисторы, не превышая предельных для них режимов. Звукоизлучатель со встроенным генератором — любой с номинальным напряжением питания 9... 12 В. Применив на месте VT1 мощный полевой переключательный транзистор с индуцированным каналом p-типа (например, IRF9530), а на месте VT2 — такой же транзистор n-типа (например, IRF630), совместно с устройством можно использовать мощный звуковой излучатель, например, пьезосирену с потребляемым током до 1 А.

Радио №11 2019 г стр. 42