Представим себе ситуацию: простая квартира в городе. Пробки или главный автомат – на 16 А; больше не дает возможность лимит используемой мощности. Есть электрический котел. Домохозяйка включает утюг и принимается за глажку; в данный момент автоматично включается на разогрев остывший водонагреватель косвенного нагрева. Ток употребления превосходит норму, пробки или автомат выбивают, квартира обесточивается. Обидно, и на компьютере пропала значимая информация.
А сейчас представим себе обратную ситуацию: возле счетчика на поверхности стены висит коробочка чуть выше сигаретной пачки. «Почуяв», что общий ток употребления увеличился и остатка на нагреватель воды уже не хватит, она рвет цепь электрического питания Нагревательного элемента трубчатого типа, а когда все выглажено и утюг отключен, восстанавливает ее, и водонагреватель косвенного нагрева с некоторым запозданием продолжает греть.
Кроме того, коробочка очень быстро включает и выключает водонагреватель косвенного нагрева сообразно включению/выключению термостата утюга: она не имеет электромеханических коммутационных устройств, срабатывает не очень медленно чем за 10 мс (электромеханический пускатель – не быстрее 20 мс) и квартирный автомат «не видит» переключения потребителей. Сколько бы ни продолжалась глажка, водонагреватель косвенного нагрева не успеет сильно остынуть, и общий расход электрической энергии не становится больше.
Данная вот «коробочка» – приспособление автоматизированного выключения накопительного электрического водонагревателя – и описана дальше в публикации.
Рабочий принцип
Схема устройства приведена на рисунке. Его база – измерительный преобразователь электрической энергии типа ТТН (преобразователь электрической энергии ток – напряжение) ТМ1. Первичная обмотка ТМ1 (W1) – виток или полтора эмалированной меди большого сечения – включена в разрыв фазного провода L. Ее индуктивность и активное сопротивление ничтожны и не предоставляют никакого воздействия на электрическое снабжение квартиры. Вторичная обмотка W2 – много витков тонкого провода. Те, кто знает электродинамику, сразу поймут, что если есть наличие ферромагнитного магнитопровода НАПРЯЖЕНИЕ U на вторичной обмотке будет прямо пропорционально ТОКУ I первой, и по его величине можно судить о величине электрического тока в измеряемой цепи.
Электрическая важная схема устройства автоматизированного выключения электрического котла
Выпрямительный диод VD1 и накопительный конденсатор С1 одновременно с ТМ1 составляют измерительный узел. Показатель изменения подобран 1:1,5, т.е. при токе в измеряемой цепи 30 А напряжение на С1 будет составлять 45 В. Такой, очень высокий, показатель изменения подобран для устранения гистерезиса устройства по току. Если взять его, скажем, 5:1 (6 В на С1 при 30 А измеряемых), то при настройке устройства на 6 А обратное возобновление вторичной цепи происходит при 5,7 А. 0,3 А разницы при 220 В это 66 Вт, т.е. одна-две осветительные лампы могут «запутать » приспособление.
Ограничительный резистор R1, регулировочный потенциометр R2, стабилитрон VD2, светоизлучающий диод LED1, шунт утечки R3 и транзистор VT1 составляют узел управления и индикации срабатывания. Смысл его работы понятен: R2 настраивают приспособление на необходимый ток. Когда напряжение на его движке превысит напряжение пробоя стабилитрона плюс 2 В (падение напряжения на светодиоде), VT1 открывается, замыкая на общий провод цепь управляющего электрода тиристора VS1, тот закрывается и размыкает цепь питания накопительного электрического водонагревателя. LED1 при этом воспламеняется за счёт тока базы VT1, сигнализируя о срабатывании устройства.
Диодный мост VD2-VD6, делитель напряжения R5/R4 и тиристор VS1 составляют узел коммутации. Он собран по обыкновенной схеме с шунтированием диагонали диодного моста. При этом через Трубчатый нагреватель накопительного электрического водонагревателя и тиристор протекают синусоидальные однополярные импульсы тока с частотой 100 Гц. Через R5/R4 в начале каждого импульса (когда напряжение достигнет приблизительно 2 В) тиристор открывается и пропускает ток. При падении напряжения до приблизительно 0,5 В тиристор закрывается и «ожидает» следующего импульса.
При срабатывании узла управления открывающие импульсы через открытый VT1 «уходят в землю», по завершении следующий полуволны 220 В 100 Гц тиристор закрывается, а следующая не пройдёт через противоположно направлены плечи VD2-VD6. При эксплуатации в качестве VS1 тиристоров производства 70-х из старого хлама мощность накопительного электрического водонагревателя составляет 90% от номинальной, а с современными оптотиристорами – 97-98%.
Ограничительный резистор R6 и светоизлучающий диод LED2 составляют узел индикации подсоединения накопительного электрического водонагревателя. Свечение LED2 говорит, что питание на водонагреватель косвенного нагрева подано через приспособление.
Примечание: LED2 сигнализирует исключительно о подаче напряжения. Нагрев накопительного электрического водонагревателя включает/выключает, как и раньше, его термостатический клапан.
Двухполярный тумблер S1.1/S1.2 предназначается для включения накопительного электрического водонагревателя напрямую при поломке схемы. Надежность устройства довольно большая; схема выстроена так, что большое количество из допустимых поломок приводят не к отключению, а наоборот к постоянной подаче напряжения на водонагреватель косвенного нагрева, будто бы «коробочки» совсем нет, но предназначается приспособление для того, чтобы спасти от забот, а не прибавлять их. S1.1/S1.2 – со световой индикацией включения, чтобы видно было, запитан водонагреватель косвенного нагрева через «коробочку» или напрямую.
Пояснения к схеме
Приспособление разрабатывалось исходя из принципа «дубовости»: поставил, подключил и забыл. Конкретно этим поясняется некоторая архаичность схемотехнических решений.
Например, взамен ТМ1, который необходимо мотать, можно было бы применить миниатюрный датчик тока на магниточувствительных электронных компонентах. Но подобный датчик пропускает дальше в схему непродолжительные выбросы напряжения – импульсные помехи (ИП). ИП – главный источник поломок электроники, подключаемой конкретно к сети, а источников их в жилой площади нашего времени вполне достаточно. ТТН же в комбинировании с накопительным конденсатором подавляет ИП полноценно без добавочных фильтров.
Номинал R1 может быть от 1 до 5,6 кОм. Его сокращение повышает максимальное значение тока срабатывания; повышение – делает меньше его. VD1 – на напряжение 4,7-5,6 В. Этого хватает, чтобы удалить гистерезис по току срабатывания. LED1 и LED2 – очень высокой яркости; их свечение прекрасно видно уже при токе в 2 мА.
Транзистор VT1 обязан быть хорошей мощности, т.к. его ток базы может превысить 10 мА. Рассеиваемая мощность – не меньше 5 Вт; максимально допустимое коллекторное напряжение – от 50 В. В необычной конструкции применен устаревший коммунистический КТ815Г; подходят любые его аналоги или намного мощнее.
Мост VD2-VD6 и тиристор VS1 – на ток не меньше 20 А. Ток употребления бытовых электрических водонагревателей не превышает 10 А; двойной «военный» запас по току взамен полуторного промышленного или 30% бытового выполняет мост и тиристор фактически вечными. VS1 обязан быть поставлен на радиаторе площадью 30-50 кв. см.
