Электрик - электричество и энергетика

Эта статья опубликована на сайте Электрик - электричество и энергетика
  http://electrik.org/

URL этой статьи:
  http://electrik.org/news/article59.php

«СТОРОЖ»-АВТОМАТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ. В. БАННИКОВ

Статьи / Разное, не вошедшее в другие темы.
Послано electrik 30 Ноя, 2003 г. - 18:55

Известно, что электронагревательные приборы требуют постоянного присмотра. Если, к примеру, электрокипятильник, часто используемый для кипячения воды в стакане, по забывчивости надолго оставить включенным в сеть, то вода, естественно, выкипит, стакан лопнет, а кипятильник наверняка перегорит. Хорошо, если дело кончится только этим, но ведь может случиться и худшее! О том, как избежать подобных неприятностей, рассказывает автор предлагаемой статьи.

Чтобы определить начало кипения воды, скажем, в стакане, вовсе не обязательно измерять ее температуру. Тем более, что при разных атмосферном давлении и составе воды сделать это не всегда возможно [1]. Проще отслеживать не температуру (для чего нужен специальный датчик), а продолжительность работы электрокипятильника (или другого нагревательного прибора). Например, электрокипятильник, входящий в популярный набор ЭПМ-0,3/220, доводит воду в стакане объемам 200 мл до кипения примерно за 5 мин. Если время работы кипятильника ограничить, допустим, до 5.5 мин, задача будет решена. Небольшая передержка тут будет только способствовать удалению из воды вредных веществ. Именно по такому принципу построен предлагаемый сторожевой автомат (см. схему). Это, по существу, реле времени (таймер), автоматически отключающий нагревательный прибор через заранее заданное время с момента включения в сеть. Б основу автомата положен мощный выходной узел, описанный в [2].



В сеть автомат включают вилкой Х1, а кипятильник к автомату подключают через розетку Х2 "Нагрузка". Кипятильник питается не переменным (как обычно}, а однополярным пульсирующим током, что для нагревательного прибора совершенно эквивалентно. Такой ток обеспечивается выпрямительным мостом VD4—VD7 и коммутируется тринистором VS1. Тринистор открывается всякий раз, когда напряжение в сети только что минует нулевое значение [2], а закрывается, как обычно, а моменты перехода переменного тона через "нуль". Благодари этому достигается не только наиболее полное использование энергии тока, но и, главное, минимальное излучение радиопомех.
Тринистором управляет маломощный транзистор VT1, включенный эмттерным повторителем. Функцию его нагрузки вы-полняют резисторы R9, R10 и переход, управляющий электрод—катод тринистора. Источником питания транзистора, а также микросхемы DD1 служит параметрический стабилизатор R8, VD3, VD1. Оксидный конденсатор С2 — сглаживающий. На логических элементах ВD1.1,DD1.2 и резисторах R3, R4 собран триггер Шмитта. Резисторы R1, R2 и конденсатор С1 образуют времязадающую интегрирующую цепь, На элементе DD1.3 и резисторе R6 построен фазочувствительный датчик, срабатывающий лишь в моменты, когда напряжение в сети близко к нулю. Диод VD3 препятствует попаданию на этот датчик постоянного напряжения с параметрического стабилизатора. А элемент DD1.4 и дифференцирующая цепь C3R7 образуют формирователь кратковременных импульсов (длительностью около 30 мкс}т которые и используются для аключения (через каждые 10 мс) три-нистора VS1, Столь короткие импульсы управления обеспечивают тринистору благоприятный температурный режим.
Коротко о работе автомата в целом. При подключении его к сети параметрический стабилизатор почти тут же начинает вырабатывать постоянный ток напряжением около 10.5 В. А так как а этот момент конденсатор С1 пока не заряжен, на выходе элемента DD1.1 будет напряжение высокого уровня, а на выходе элемента DD1.2 — низкого. Для элемента DD1.3 низкий уровень является разрешающим» поэтому фаэочустветвительный датчик работает беспрепятственно: как только напряжение в сети приближается к своему нулевому значению, низкий уровень на выходе элемента DD1.3 сменяется высоким. Когда же напряжение в сети снова начинает возрастать, высокий уровень на выходе этого элемента вновь становится низким. При этом на выхода элемента DD1.4 формируется импульс высокого уровня, кратковременно (на 30 мкс) открывающий транзистор VT1. Одновременно открывается тринистор и остается в таком состоянии на протяжении данной полуволны сетевого тока. И так — через каждые 10 мс. Автомат, следовательно, пропускает каждую полуволну сетевого напряжения. В результате через кипятильник протекает пульсирующий ток.
Такой режим работы продолжается до тех пор, пока конденсатор С1 не зарядится до напряжения порядка 5,5 В. Тогда низкий уровень напряжения на выходе элемента DD1.2 скачком (благодаря триг- геру Шмитта) сменяется высоким, который для элемента DD1.3 является запрещающим. Поэтому фазочувствительный датчик прекращает работу — на выходе элемента DD1.3 постоянно присутствует низкий уровень. При этом транзистор VT1 и тринистор VS1 все это время остаются закрытыми, а кипятильник обесточенным. Чтобы автомат использовать повторно, его следует временно отключить от сети (не отключая от него кипятильника), Конденсатор С1 станет разряжаться через диод VD2 (непременно кремниевый) и резистор R5. Через этот резистор, но значительно быстрее, разряжается и фильтрующий конденсатор С2. Для полной разрядки конденсатора С1 требуется около полминуты, после чего устройство готово к повторной работе.
Переменный резистор R1 позволяет регулировать продолжительность нагрева аоды примерно от 1 до 12 мин. Может показаться, что использование выдержки менее 5 мин лишено смысла. Однако это не так. Малые выдержки позволяют нагревать воду до некоторой требуемой температуры, например при подогреве детского питания. Это к тому же расширяет возможности применения описываемого устройства. Автомат приемлем и для других целей. Например, при R1=1 М0м, R2=220 кОм и С1=4000 мкФ, получится таймер, обеспечивающий выдержки времени от 10 мин (при R1=0) до 1 ч (при R1=1 МОм). Такой вариант устройства можно использовать для совместной работы с электроплиткой (мощностью до 2 кВт} при нормированном (по времени) режиме. Это позволяет, скажем, контролировать время приготовления лищи, И еще пример: если R1-820 кОм, R2=15 Ом, а С1-100 мкФ, то можно получить выдержки от 1 с до 1 мин. Такой его вариант может найти самые различные применения, в том числе и при фотопечати.
Рассчитать самостоятельно нужный диапазон выдержек автомата можно, воспользовавшись приближенной формулой: T=0,012(R1 + R2)*C1, где T— выдаржка в минутах, R1 и R2 — в мегаомах, С1 — а микрофарадах. Ручку-"клювик" резистора R1 целесообразно снабдить круговой шкалой, проградуированной в выбранном диапазоне выдержек опытным путем. О деталях. Стабилитрон VD1 (Д814Г) может быть Д808, Д809, Д810, Д811, КС482А или аналогичным другим на напряжение стабилизации 9...11 В. Диод Д223Б (VD3) заменим на любой из серий Д226,КД226, КД105или КД209, а диоды Д232 (V04—VD7) выпрямительного моста - на Д232Д, Д233, Д246, Д246А, Д247. Вместо тринистора КУ202Н (VS1) подойдут КУ202М (при мощности нагрузки до 2000 Вт) или КУ201К, КУ201Л (до 300 Вт), Транзистор КТ315 (VT1) — с буквенным индексом В или Е, подойдут также КТ3102А, КТ3102Б или КТ503 (С любым индексом). Микросхему К176ЛЕ5 (DD1)можно заменить на К561ЛЕ5, 564ЛЕ5. Переменный резистор R1 — СП-1 с зависимостью вида А. Конденсатор СЗ — любой керамический, С1 и С2 — любые оксидные.
Детали устройства находятся под напряжением сети! Поэтому минусовый проводник выпрямителя ни в коем случае не должен иметь электрического контакта с металлическим корпусом автомата. Вообще же, его корпус желательно изготовить из диэлектрика, например из пластмассы,

С вопросами можете обращаться по почте info@electrik.org [1] или посетив мой сайт: electrik.org [2].
Всего хорошего.

2003 г. Кузнецов Олег



Ссылки в этой статье
  [1] info@electrik.org
  [2] http://electrik.org

   Rambler's Top100      
Электрик © 2002-2008 Oleg Kuznetsov