Contenido
- Principio de operación
- Explicaciones del diagrama
- TTN
- Selección de W2
- Ejecución constructiva
- Instalación y conexión
- Personalización
- Indicación de estado y diagnóstico
- ¿Y qué más puedes encender a través de él?
- El matiz final
Imaginemos una situación: un apartamento urbano normal. Atascos o máquina principal – 16 A; ya no permite el límite de consumo de energía. Hay una caldera eléctrica. La anfitriona enciende la plancha y comienza a planchar; en este momento, la caldera enfriada se enciende automáticamente para calentar. La corriente de consumo supera la norma, se desconectan los enchufes o una máquina automática, el apartamento se desenergiza. Es una pena, y la información importante desapareció de la computadora.
Ahora imaginemos otra situación: una caja un poco más grande que un paquete de cigarrillos cuelga de la pared cerca del mostrador. «Sintiendo» que el consumo total de corriente ha aumentado y no hay suficiente equilibrio para el calentador de agua, rompe el circuito de alimentación del elemento calefactor, y cuando todo está planchado y la plancha está apagada, la restaura y la caldera continúa calentándose con cierto retraso.
Además, la caja enciende y apaga instantáneamente la caldera de acuerdo con el encendido / apagado del termostato de hierro: no contiene dispositivos de conmutación electromecánicos, funciona no más lento de 10 ms (contactor electromecánico – no más rápido de 20 ms) y el automático dispositivo «no ve» el cambio de consumidores. No importa cuánto tiempo dure el planchado, la caldera no tendrá tiempo de enfriarse mucho y el consumo total de energía no aumentará.
Tal es la «caja», un dispositivo para el apagado automático de la caldera, y se describe más adelante en el artículo.
Principio de operación
El diagrama del dispositivo se muestra en la figura. Su base es un transformador de medida del tipo TTN (transformador de corriente-tensión) TM1. El devanado primario TM1 (W1) – una vuelta o una y media de cobre esmaltado de gran sección transversal – está incluido en la rotura del hilo de fase L. Su inductancia y resistencia activa son despreciables y no tienen ningún efecto sobre la Fuente de alimentación del departamento. Devanado secundario W2: muchas vueltas de un cable delgado. Aquellos que conocen la electrodinámica entenderán inmediatamente que en presencia de un circuito magnético ferromagnético, el VOLTAJE U en el devanado secundario será directamente proporcional a la CORRIENTE I del primario, y por su valor se puede juzgar el valor de la corriente en el devanado secundario. circuito medido.
Diagrama esquemático eléctrico del dispositivo de apagado automático para una caldera eléctrica.
El diodo rectificador VD1 y el condensador de almacenamiento C1 junto con TM1 forman una unidad de medida. La relación de conversión se elige 1: 1,5, es decir a una corriente en el circuito medido de 30 A, el voltaje en C1 será de 45 V. Este factor de conversión, bastante alto, se elige para eliminar la histéresis de corriente del dispositivo. Si lo tomamos, digamos, 5: 1 (6 V en C1 a 30 A medidos), entonces cuando el dispositivo se establece en 6 A, la recuperación inversa del circuito secundario ocurre en 5.7 A. 0.3 Una diferencia en 220 V es 66 W, esos. una o dos luces pueden confundir el dispositivo.
La resistencia limitadora R1, el potenciómetro de ajuste R2, el diodo Zener VD2, el LED1 LED, la derivación de fuga R3 y el transistor VT1 constituyen la unidad de control e indicación. El principio de su funcionamiento es obvio: R2 ajusta el dispositivo a la corriente requerida. Cuando el voltaje en su motor excede el voltaje de ruptura del diodo Zener más 2 V (caída de voltaje en el LED), VT1 se abre, cerrando el circuito del electrodo de control del tiristor VS1 al cable común, se cierra y abre el circuito de potencia de la caldera. . El LED1 al mismo tiempo se enciende debido a la corriente base VT1, lo que indica que el dispositivo está activado.
El puente de diodos VD2-VD6, el divisor de tensión R5 / R4 y el tiristor VS1 componen la unidad de conmutación. Se ensambla de acuerdo con el esquema habitual sin pasar por la diagonal del puente de diodos. En este caso, pulsos de corriente unipolar sinusoidal con una frecuencia de 100 Hz fluyen a través del elemento calefactor de la caldera y el tiristor. A través de R5 / R4, al comienzo de cada pulso (cuando el voltaje alcanza aproximadamente 2 V), el tiristor se abre y pasa corriente. Cuando el voltaje cae a aproximadamente 0,5 V, el tiristor se cierra y «espera» el siguiente pulso.
Cuando se activa la unidad de control, los pulsos de apertura a través del VT1 abierto «van al suelo», al final de la siguiente media onda de 220 V 100 Hz, el tiristor se cierra y el siguiente no pasará por el contrario. brazos dirigidos de VD2-VD6. Cuando se usan como tiristores VS1 producidos a partir de los años 70 a partir de basura vieja, la potencia de la caldera es el 90% de la nominal, y con los optotiristores modernos, 97-98%.
La resistencia limitadora R6 y el LED LED2 forman la unidad de indicación de conexión de la caldera. Cuando el LED2 se enciende, significa que la caldera se alimenta a través del dispositivo.
Nota: LED2 señala solo suministro de voltaje. La calefacción de la caldera enciende / apaga el termostato como antes.
El interruptor bipolar S1.1 / S1.2 está diseñado para encender la caldera directamente en caso de falla del circuito. La confiabilidad del dispositivo es muy alta; el circuito está diseñado de tal manera que la mayoría de las posibles fallas de funcionamiento no conducen a un apagado, sino al contrario a un suministro constante de voltaje a la caldera, como si no hubiera «cajas» en absoluto, pero el dispositivo es con la intención de ahorrarle problemas y no agregarlos. S1.1 / S1.2 – con indicador luminoso de encendido, de modo que se puede ver si la caldera se alimenta a través de la «caja» o directamente.
Explicaciones del diagrama
El dispositivo fue desarrollado sobre la base del principio de «robledad»: configúrelo, conéctelo y olvídese. Esto explica algunas soluciones de circuitos arcaicos.
Por ejemplo, en lugar de TM1, que debe bobinarse, sería posible utilizar un sensor de corriente compacto en componentes electrónicos sensibles al magnetismo. Pero dicho sensor pasa más allá en el circuito, picos de voltaje a corto plazo: ruido de impulso (IP). IP es la principal fuente de fallas en la electrónica conectada directamente a la red, y hay fuentes más que suficientes en un apartamento moderno. El TTN, en combinación con un condensador de almacenamiento, suprime completamente la fuente de alimentación sin filtros adicionales.
R1 puede tener un valor nominal de 1 a 5,6 kOhm. Disminuirlo aumenta el valor límite de la corriente de arranque; aumentar – lo disminuye. VD1 – para un voltaje de 4.7-5.6 V. Esto es suficiente para eliminar la histéresis de la corriente de operación. LED1 y LED2: alto brillo; su brillo es claramente visible incluso a una corriente de 2 mA.
El transistor VT1 debe tener suficiente potencia, porque su corriente base puede exceder los 10 mA. Potencia disipada: no menos de 5 W; el voltaje de colector máximo admisible es de 50 V. En el diseño original se utilizó el antiguo KT815G soviético; cualquiera de sus análogos o los más poderosos servirá.
Puente VD2-VD6 y tiristor VS1: para una corriente de al menos 20 A. El consumo de corriente de las calderas domésticas no supera los 10 A; Doble reserva de corriente «militar» en lugar de una y media industrial o 30% doméstica hace que el puente y el tiristor sean prácticamente eternos. VS1 debe instalarse en un radiador de 30-50 m2. cm.
S1.1 / S1.2 – para una corriente de 10 A con indicación luminosa incorporada, como se describe arriba. Puede tomar los más potentes, pero no tiene sentido dar un gran margen de corriente para S1.1 / S1.2: se enciende en casos excepcionales y, a menudo, no cambia.
TTN
La inducción magnética en el núcleo magnético TM1 son fracciones de tesla (T), por lo que puede enrollarlo incluso en hierro de una lata o en una ferrita en forma de S. El acero del transformador sigue siendo preferible: la inducción de saturación de la ferrita es mucho menor y, con fuertes picos de tensión en la red, la fuente de alimentación puede penetrar en el circuito. Área de sección transversal: desde 1 sq. ver más: no da miedo, pero el peso y las dimensiones del dispositivo aumentarán.
En el original, TM1 está enrollado en el marco del transformador quemado del adaptador de corriente chino «bazar». Los radioaficionados saben que rebobinar el «chino» es inútil: una aleación ferromagnética altamente coercitiva, de cuyas placas se ensambla el núcleo, es sensible al calor, cuando se quema, degrada sus propiedades y el rebobinado se quema de nuevo muy rápidamente. Pero como TTN, dicho transformador funciona sin un calentamiento notable a la corriente máxima en el devanado primario.
Diseño de transformador TM1
El diseño y los datos del TM1 se muestran en la figura. El devanado primario W1 es una vuelta o una y media de 10-12 hilos de cobre esmaltados con un diámetro de 1,0-0,8 mm apilados sobre cobre, o un trozo de barra de cobre esmaltado de la sección correspondiente. Es deseable soportar la densidad de corriente j en W1 hasta 4 A / mm2 para evitar la saturación magnética del núcleo del MT. El factor de conversión depende en cierta medida de las propiedades magnéticas del material del núcleo y su área de sección transversal, por lo tanto, cuando TM1 se fabrica en un circuito magnético aleatorio, se deberá seleccionar el número de vueltas del devanado secundario W2.
Selección de W2
La selección se realiza en función de la relación 1 A – 1 V CA de tensión; luego, después de enderezarnos en C1, obtenemos solo 40-45 V. Enrollamos W2, por ejemplo, 200 vueltas, para la velocidad de trabajo. Buscamos un consumidor suficientemente potente en casa. Digamos que tienes un hervidor eléctrico de 1300 W. A 220 V en la red, su consumo de corriente es 1300/220 = 6 A según la ley de Ohm.
Encendemos W1 TM1 en una interrupción en el circuito de alimentación de la tetera (no olvides verter agua; la tetera sin agua no se puede encender como lastre), mide el «cambio» en W2 con un multímetro en el AC modo de medición de voltaje. Digamos que resultó ser 1.7 V. A 30 A con tal devanado, obtenemos 30/6 = 5×1.7 = 8.5 V, y necesitamos 30 V. El número requerido de vueltas W2 será 30 / 8.5 = 3.53 x200 (número inicial de vueltas) = 706. Redondee a 700 o 750; La desviación de voltaje en W2 en un 20% no tiene un efecto significativo en el funcionamiento del dispositivo. El diámetro del cable no importa, siempre que el devanado encaje en la ventana del marco.
Ejecución constructiva
El dispositivo genera aproximadamente 5 vatios de calor durante su funcionamiento. Esto no es mucho, pero en un caso sordo con conexión constante a la red, el modo térmico puede resultar pesado, por lo que debe proporcionar orificios de ventilación. El cuerpo es cualquier caja dieléctrica adecuada. Montaje: en una placa de circuito impreso.
La entrada con la salida de red y la salida a la caldera se conectan mediante bornes estándar. Para no confundir los cables, es aconsejable separarlos y marcarlos. Motor R2 – para spline, porque El ajuste (ver más abajo) se realiza una vez al instalar el dispositivo. En la carrocería hay un orificio opuesto al motor R2, o se saca a la carrocería, y después del ajuste se sella con cinta adhesiva. LED1, LED2 y S1.1 / S1.2 se muestran en el panel frontal.
Instalación y conexión
El dispositivo se monta en el cuadro de distribución del apartamento o en la pared entre el medidor y la caja de conexiones principal. Se incluye en el intervalo de fase como se indica. Los cables del medidor se llevan a la entrada; a la salida – el resto del apartamento, excepto la caldera. La caldera está conectada a la salida para ello. La conexión, por supuesto, se realiza con un apartamento sin energía de acuerdo con las reglas de seguridad eléctrica.
Para obtener más información sobre cómo instalar el tanque de almacenamiento en sí, así como el calentador de agua instantáneo, consulte el enlace.
Personalización
En primer lugar, determinamos la reserva actual del apartamento. Digamos consumidores habituales: iluminación, televisión, computadora, etc. en total dieron 700 vatios; a 220 V será 3,2 A. Máquina automática, por ejemplo, a 16 A. Quedan 12,8 A, será 12,8×220 = 2816 W; 2,8 kW.
Luego buscamos al consumidor MENOS más cercano en términos de potencia. Digamos que hay una aspiradora de 1400 W, el mismo hervidor eléctrico, una plancha de 2,2 kW y un microondas de 2,8 kW. Elegir una plancha para evitar paros inesperados en el futuro. Puede encender el hervidor con una aspiradora, darán 2.7 kW en total, pero será ruidoso.
A continuación, apague la caldera con su máquina automática regular, coloque el motor R2 en la posición más baja de acuerdo con el esquema. Luego encendemos la plancha y giramos suavemente el control deslizante R2 hasta que el LED rojo se apaga y el amarillo se enciende. Eso es todo, se acabó el ajuste, puedes encender la caldera y vivir en paz.
Indicación de estado y diagnóstico
Durante el funcionamiento normal, el dispositivo debe iluminar el LED1 (amarillo) o el LED2 (rojo). Si ambos están apagados o encendidos a la vez, el dispositivo está defectuoso, debe encender S1.1 / S1.2 antes de repararlo o reemplazarlo. Para el diagnóstico, encendemos la red que estaba configurada: el amarillo debe apagarse y el rojo debe encenderse. Sin embargo, es posible que la tensión de red haya cambiado; en este caso, puede ser necesario un reajuste.
¿Y qué más puedes encender a través de él?
Puede encender consumidores «óhmicos»: plancha, hervidor, chimenea eléctrica. Un microondas, refrigerador, aire acondicionado, computadora, TV y todo lo que, además de una simple espiral eléctrica, haya al menos algún tipo de electrónica, es imposible: cuando se alimentan con impulsos unipolares, tales dispositivos no funcionarán en absoluto o fallar rápidamente. No hay electrónica en la caldera, hay un termostato en una placa bimetálica. La iluminación también es imposible: la práctica muestra que las bombillas cuando se alimentan con impulsos unipolares se queman rápidamente.
El matiz final
Los primeros operadores del dispositivo, habiéndose familiarizado con su funcionamiento, decidieron reorganizarlo en el circuito de alimentación de la toma de corriente en la tabla de planchar, ya que allí hay una rama separada del cableado. Es decir, le dieron prioridad a la caldera: la plancha se apaga en caso de sobrecorriente. Pero, por supuesto, todos determinan las prioridades en su vivienda.
