ВНИМАНИЕ! Данное устройство не имеет гальванической развязки с сетью 220в. Поэтому при проверке и калибровке устройства будьте внимательны, так как удар электрическим током может привести к тяжелым травмам.
Перепады напряжения в электрической сети являются довольно распространенной проблемой. И для защиты бытовых приборов в доме или квартире от некачественной электроэнергии, поступающей от системы энергоснабжения, применяют «реле напряжения», которые в обиходе называют «Барьером». Основная задача реле напряжения: быстрое отключение бытовых электроприборов при выходе сетевого напряжения за пределы допустимого. Поэтому реле напряжения должно соответствовать следующим техническим характеристикам:
- получать питание от сети, которую контролирует;
- иметь возможность изменять пределы (уставки) контролируемого напряжения;
- обеспечивать безопасную коммутацию бытовых приборов;
- иметь малое время реакции на изменение контролируемого напряжения сети;
- иметь возможность включать бытовые приборы через заданное время;
- иметь простоту установки и обслуживания.
Исходя из выше перечисленных технических характеристик, было разработано и собрано реле напряжения «Филин», которое обладает следующими характеристиками:
- рабочее напряжение: 100 — 400 В, 50 Гц;
- верхний порог отключения нагрузки: 230-280 В;
- нижний порог отключения нагрузки: 160-210 В;
- максимальный коммутируемый ток нагрузки: 5 А;
- время отключения: 50 мс;
- время задержки включения : 20 — 320 с шагом 60 с.
Схемотехника устройства довольно проста и легко воспроизводима (Рисунок 1 — схема реле напряжения «Филин», Рисунок 2 — плата печатная), поэтому проблем со сборкой не будет. Основной и, наверное, самый сложный момент это калибровка реле напряжения, но об этом позже.
Рисунок 1 — Схема реле напряжения «Филин»
Рисунок 2 — Плата печатная реле напряжения «Филин»
Пояснения к схеме
На элементах R2, C1, D3-D7, C3-C5, IC2 собран блок питания, обеспечивающий напряжения питания микроконтроллера 5в и силового реле 24в. Источник питания в общем случае представляет собой симбиоз выпрямителя и параметрического стабилизатора. Резистор (R2) исполняет роль ограничителя от броска тока при подключении источника питания к сети, и тем самым защищает стабилитрон (D7) от выхода из строя. Так как в этот момент конденсатор (С1) не заряжен и в месте с выпрямительным мостом (D3-D6) представляет собой проводник с очень малым сопротивлением. Конденсаторы (С3-С5) обеспечивают фильтрацию от низкочастотных и высокочастотных пульсаций. Стабилизатор напряжения (C2) обеспечивает второе напряжение 5в.
Входной делитель напряжения согласовывает уровни напряжений сети и аналогового входа микроконтроллера, и собран на элементах R1, D1, R3, C2, D2. Напряжение сети, поступая на делитель (R1, R3) понижается до необходимого уровня, затем выпрямляется диодом (D1) и поступает на фильтр ограничитель (C2, D2), а после на аналоговый вход микроконтроллера (IC1).
Нагрузка коммутируется с помощью силового реле (К1), которое управляется транзисторным ключом, выполненным на элементах (Т1, R6). Диод (D8) необходим для разрядки противо-эдс возникающей в реле.
Связь с внешним миром осуществляется с помощью светодиода (LED1) и кнопок (S1, S2). Резистор (R4) необходим для ограничения тока через светодиод.
Сердцем реле напряжения «Филин» является микроконтроллер Attiny13 с записанным в него алгоритмом работы. Алгоритм работы создавался на основании технических характеристик приведенных выше.
Работа устройства
После включения реле напряжения АЦП микроконтроллера сразу начинает измерять сетевое напряжение. Затем после инициализации, значение измеренного напряжения передается основной программе, где производится сравнение с заданными уставками. Если измеренное напряжение не превышает ни одну из заданных уставок, то реле нагрузки включит бытовой прибор, а индикатор состояния расположенный на корпусе устройства засветиться. Если напряжение сети превышает одну из уставок, то реле нагрузки сразу выключит бытовой прибор, а индикатор состояния будет мигать с частотой в одну секунду. После возвращения уровня напряжения сети в пределы заданных уставок, реле напряжения «Филин» включит бытовой прибор с заданной временной выдержкой. Данную временную выдержку можно сбросить и включить бытовой прибор без нее. Это осуществляется нажатием на любую из кнопок, при этом индикатор состояния среагирует и будет светиться.
Примечание. При последующем превышении измеряемого напряжения сети время выдержки включения восстанавливается и его снова можно будет сбросить при необходимости.
Управление устройством
Управление осуществляется с помощью кнопок, а связь с оператором с помощью индикатора состояния. Для изменения уставок срабатывания необходимо нажать одну из кнопок (+ или -) и удерживать до тех пор, пока мигает индикатор состояния. После того как индикатор состояния перестанет мигать необходимо отпустить кнопку, и устройство перейдет в меню изменения уставки. Для того что бы увеличить значение уставки нужно нажать кнопку (+). При этом уставка напряжения увеличится на 10в. Всего уставку напряжения можно увеличить на 5 значений. Дальнейшее нажатие на кнопку (+) не будет приводить к засвечиванию индикатора состояния и увеличения значения уставки, это будет свидетельствовать о ее максимальном значении. В случае необходимости уменьшить уставку напряжения нужно нажать на кнопку (-) и удерживать ее до тех пор пока не засветится индикатор состояния, после чего ее необходимо отпустить. При этом уставка напряжения уменьшится на 10в. Всего уставку напряжения можно уменьшить на 5 значений. Дальнейшее нажатие на кнопку (-) не будет приводить к засвечиванию индикатора состояния и уменьшения значения уставки, это будет свидетельствовать о ее минимальном значении. Для того чтобы выйти в режим измерения необходимо подождать 10 сек. при этом индикатор состояния засветится сигнализируя о выходе из меню. Изначально заданные уставки напряжения составляют 210в и 230в, которые при необходимости можно регулировать.
Для изменения времени выдержки включения необходимо нажать одновременно две кнопки (+ и -) и удерживать до тех пор, пока мигает индикатор состояния. После того как индикатор состояния перестанет мигать необходимо отпустить кнопки, и устройство перейдет в меню изменения времени выдержки включения. Для того что бы изменить время выдержки включения нужно нажать кнопу (+) и удерживать ее до тех пор пока не засветится индикатор состояния, после чего ее необходимо отпустить. При этом время выдержки включения увеличится на 1мин. Всего время выдержки включения можно увеличить на 5 значений, что будет соответствовать 5мин. 20сек. Дальнейшее нажатие на кнопку (+) не будет приводить к засвечиванию индикатора состояния, это и будет свидетельствовать о максимальном значении. В случае необходимости уменьшить время выдержки включения необходимо нажать на кнопку (-) и удерживать ее до тех пор пока не засветится индикатор состояния, после чего ее необходимо отпустить. При этом время выдержки включения уменьшится на 1мин. Всего время выдержки включения можно уменьшить на 5 значений. Дальнейшее нажатие на кнопку (-) не будет приводить к засвечиванию индикатора состояния. Для того чтобы выйти в режим измерения необходимо подождать 10 сек. при этом индикатор состояния засветится сигнализируя о выходе из меню. Изначально заданное время выдержки включения составляет 20сек., которое при необходимости можно регулировать.
Калибровка реле напряжения
Калибровка заключается в подстройке резистора (R3). Но изначально необходимо отпаять анод (D1) и подать на него эталонные 220в с одновременным включением устройства в сеть. Как только засветится индикатор состояния необходимо нажать кнопку (-), при этом индикатор состояния начнет мигать. Как только индикатор состояния перестанет мигать, не отпуская кнопку (-) необходимо нажать кнопку (+). После этого необходимо отпустить кнопки. Индикатор состояния потухнет, и устройство перейдет в меню калибровки. Затем вращая движок резистора (R3) добиться свечения индикатора состояния. После чего отключить питание и запаять диод на место. На этом калибровка закончена.
Фото устройства
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | Линейный регулятор | LM78L05 | 1 | |||
| IC2 | МК AVR 8-бит | ATtiny13 | 1 | |||
| D1 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 1 | |||
| D2 | Стабилитрон | 1N4733A | 1 | |||
| D3-D6 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 4 | |||
| D7 | Стабилитрон | 1N4749A | 1 | или 3 последовательно соединеных 1N4738A | ||
| D8 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 1 | |||
| С1 | Конденсатор | 0.82 мкф | 1 | 630в | ||
| С2 | Конденсатор | 0.1 мкф | 1 | |||
| С3 | Электролитический конденсатор | 470 мкф | 1 | 35в | ||
| С4 | Электролитический конденсатор | 470 мкф | 1 | 10в | ||
| R1 | Резистор | 100 кОм | 1 | |||
| R2 | Резистор | 430 Ом | 1 | 2вт | ||
| R3 | Подстроечный резистор | 10 кОм | 1 | |||
| R4 | Резистор | 100 Ом | 1 | |||
| R5 | Резистор | 1 кОм | 1 | |||
| R6 | Резистор | 4.7 кОм | 1 | |||
| К1 | Реле | 24в | 1 | |||
| LED1 | Светодиод | АЛ307Б | 1 | |||
| S1, S2 | Микрокнопка тактовая | 2 | ||||