Часто бывает, когда уходя из дома, вдруг вспоминаете, а затем и бежите проверять, не оставили ли вы какие-либо бытовые приборы включенными. А ведь некоторые из них могут не только ощутимо увеличить счет за электричество, но и создать вероятность пожара. Исключить подобные случаи поможет простая схема индикатора.
Основой конструкции является токовый трансформатора. На один из сетевых проводов, входящих в дом или квартиру, надевают кольцевой магнитопровод с обмоткой, образующей токовый трансформатор. Когда включена абсолютно любая нагрузка в квартире, по сетевому проводу следует ток и на вторичной обмотке генерируется переменное напряжение. Чем выше уровень напряжение, тем больше потребляемая мощность от сети.
Магнитопровод токового трансформатора представляет из себя ферритовое кольцо 2000 НМ типоразмера К20х10х5, которое аккуратно раскалывают или распиливают на две одинаковые части, на одну из которых наматывают 1500 витков медного провода ПЭВ-2 0,08 это будет вторичная обмотка. Затем, надевают вторую половинку кольца на сетевой провод , обе половины склеивают суперклеем. Выводы обмотки токового трансформатора соединяют с печатно платой устройства изолированными проводами. Рисунок печатной платы представлен ниже:
Налаживают радиолюбительскую конструкцию в следующей последовательности. К сети переменного тока подсоединяют нагрузку на 300 Вт и подбором сопротивления R1 добиваются свечения второго светодиода. Затем подключают нагрузку мощностью около 100 Вт и подбором сопротивления R7 добиваются свечения первого светодиода, а при уменьшении нагрузки на 20 . 30 Вт этот светодиод гаснет. После этого в сеть включают нагрузку 1000 Вт и подстроечным сопротивлением R5 добиваются горения светодиода HL3. Трансформатор тока можно разместить в распределительной коробке, находящейся обычно в коридоре.
Индикатор мощности своими руками
Лучшее место установки датчика у ввода проводов в квартиру, вблизи разветвительной коробки. Потому что здесь протекает общий ток всех потребителей, включенных в любую розетку квартиры. Правда, переменное напряжение на выводах катушки датчика будет небольшим, и понадобится усилитель, как и в предыдущих конструкциях. Наиболее чувствителен для этих целей усилитель, собранный на схеме.
Переменное напряжение с выводов катушки L1 датчика поступает на вход первого усилителя, выполненного на микросхеме DA1 (это операционный усилитель). Между датчиком и усилителем включен фильтр R2C1, ослабляющий импульсные помехи. Чтобы диапазон измеряемых индикатором мощностей был возможно большим, кроме первого, линейного усилителя, в прибор введен еще один — логарифмический, собранный на микросхеме DA2 (тоже операционный усилитель). С увеличением амплитуды входного сигнала коэффициент усиления lero уменьшается. В итоге общая амплитудная характеристика усилителей получается нелинейной и индикатор «чувствует» малые велечины и не перегружается при больших.
С выхода второго усилителя сигнал поступает на выпрямитель, выполненный на диодах VD3, VD4 по схеме с удвоением напряжения, и далее на вольтметр, состоящий из гальванической головки РА1 и добавочного резистора R9.
Питается схема от двух одинаковых источников, что необходимо для нормальной работы усилителей.
Постоянные резисторы могут быть МЛТ-0,25, подстроечные — СПЗ-16. Конденсаторы Cl, C2 — КЛС, КМ или другие малогабаритные, СЗ, С 4 — К50-3, К50-24 либо К50-6 на номинальное напряжение 10 В. Диоды VD1, VD2 — любые из серий Д105, Д220, Д223; VD3, VD4 — любые из серий Д9, Д18, Д20. Непосредственной замены операционных усилителей, к сожалению, нет. Это единственный усилитель, позволяющий изменять коэффициент усиления внешними регулировками. Если такого усилителя приобрести не удастся, придется изменить схему и установить два последовательно соединенных каскада, каждый из которых можно собрать на микросхеме КП8УН1Г по рис. 10. Выход первого усилителя соединяют со входом второго через конденсатор емкостью 5. 10 мкФ на номинальное напряжение не ниже 6 В, а к выходу второго подключают левый по схеме вывод конденсатора СЗ. Источник питания, конечно, будет один, напряжением 9. 13,5 В. Под новую схему придется разработать самостоятельно чертеж печатной (или монтажной) платы.
Гальваническая головка РА1 — микроамперметр с током полного отклонения стрелки 50. 100 мкА и внутренним сопротивлением 500. 1500 Ом. В качестве датчика подойдет катушка с сердечником от реле РСМ или других малогабаритных реле (РЭС6, РЭС9, РЭС22), содержащая 1000-1500 витков. Можно использовать и самодельный датчик, описание которого было приведено выше.
Большинство деталей индикатора монтируют на печатной плите из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1. 1,5 мм. При отсутствии такого материала нужно смонтировать детали навесным способом, установив на плате из изоляционного материала монтажные шпильки (в точках подпайки выводов деталей) и соединив их между собой в соответствии со схемой отрезками провода — как это делали в предыдущих конструкциях.
Для размещения платы и других деталей индикатора изготовьте корпус подходящих габаритов, разместив на его передней панели стрелочный индикатор и выключатель питания (он с двумя группами замыкающих контактов). Корпус укрепите вблизи входной двери и выведите через отверстие в его боковой стенке двухпроводный шнур для подключения датчика. О размещении датчика будет сказано ниже.
Налаживают индикатор в такой последовательности. Подключив источник питания (две батареи 3336), перемещением движка резистора R7 устанавливают на выходе микросхемы DA2 (вывод 6) нулевое напряжение относительно общего провода (подвижный контакт секции SA1.2 выключателя). Затем подключают к выходу микросхемы DA1 вольтметр переменного тока и включают в сеть какую-нибудь нагрузку мощностью не менее 10 Вт. Перемещая датчик по стене в месте предполагаемого ввода сетевых проводов, добиваются максимальных показаний стрелочного индикатора. В этом месте датчик закрепляют на стене.
Далее включают нагрузку максимально возможных потребляемых Ватт, (скажем, несколько электроприборов) и подстроечным резистором R3 добиваются переменного напряже шя на выходе микросхемы DA1, равного 0,1. 0,5 В, а затем подбоюм резистора R9 устанавливают стрелку микроамперметра на ко; еч-ное деление шкалы. В заключение градуируют шкалу индикатора в Ваттах, включая в сеть нагрузку, потребляемая мощность которой известна.
Благодаря использованию микромощных операционных усилителей, потребляемый индикатором ток не превышает 0,3 пА. Поэтому указанного источника питания хватает надолго. Однако следует иметь в виду, что батареи разряжаются неодинаково и через некоторое время может появиться разбаланс операционного усилителя, что приведет к нарушению градуировки шкалы индикатора. Поэтому периодически проверяйте напряжение батарей питания, и если оно отличается от первоначального более чем на 10 %, заменяйте батареи.
Полезным дополнением индикатора будет смонтированный на двери выключатель питания из трех групп замыкающих контактов. Такой выключатель нетрудно изготовить из двух кнопочных выключателей КМ2-1 или контактных пружин электромагнитных реле. Две группы контактов подключают параллельно контактам выключателя индикатора, а в цепь третьей включают последовательно соединенные батарею и сигнальную лампу. Как только перед уходом из квартиры открывают дверь, контакты выключателя замыкаются, вспыхивает лампа, установленная на корпусе индикатора, и включается индикатор. Достаточно взглянуть на него и убедиться, что все приборы обесточены или какой-то из них остался пока включенным.
А если вы не смогли обзавестись ни одной из указанных микросхем, но очень желаете собрать индикатор мощности? Тогда можно порекомендовать изготовить индикатор мощности с трансформатором тока по схеме ниже.
Устройство этого индикатора безумно простое. На один из сетевых проводов, входящих в квартиру, надевают кольцевой магнито-провод (иначе говоря сердечник) с обмоткой. В итоге образуется трансформатор тока Т1, первичной обмоткой которого служит сетевой провод, а вторичной — обмотка на магнитопроводе. Когда включают нагрузку, по сетевому проводу протекает ток и на выводах вторичной обмотки появляется переменное напряжение. По его величине судят о мощности, которую потребляют в данный момент электроприборы, радиоаппаратура и т. д. — чем больше напряжение, тем она выше.
Снимаемое с обмотки II трансформатора тока напряжение поступает на выпрямитель (на диодах VD1, VD2), выполненный по схеме с удвоением напряжения. К выпрямителю подключена цепочка R1VD3 и вольтметр, составленный из стрелочного РА1 и добавочного резистора R2. Диод VD3 введен для расширения диапазона индицируемых мощностей, т. е. для того, чтобы, как и в предыдущем случае, РА1 реагировал на включение устройств, потребляющих незначительную мощность, и не «зашкаливал» при включении мощных приборов. При нагрузке небольшой мощности напряжение на выходе выпрямителя (на конденсаторе С2) невелико, диод VD3 закрыт, индикатор обладает максимальной чувствительностью. Когда же нагрузка потребляет значительную мощность, напряжение на конденсаторе С2 увеличивается настолько, что диод VD3 открывается и шунтирует вольтметр — чувствительность индикатора мощности уменьшается.
Трансформатор тока лучше всего разместить в распределительной коробке в прихожей квартиры. Понадобится кольцо 1 (рис. 15) наружным диаметром около 20 мм (например, типоразмера К20Х10Х5) из феррита 2000НМ. Кольцо аккуратно разламывают пополам и на одну из половин наматывают вторичную обмотку 2, содержащую 1500 витков провода ПЭВ-1 0,08. Затем, надев вторую половину на один из сетевых проводов 3, кольцо склеивают клеем БФ-2, БФ-4 или эпоксидной смолой (эпоксидной шпаклевкой). Магнитные свойства кольца, склеенного без зазора, ухудшаются незначительно. Выводы обмотки соединяют проводниками в изоляции с остальными деталями устройства, размещенными в небольшом корпусе.
При изготовлении этого индикатора могут быть использованы резисторы типа МЛТ-0,25, емкости К50-3 или К50-6, диоды серий Д9, Д18, Д20 с любым буквенным индексом. Эти детали смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1. 1.5 мм. Плату крепят внутри корпуса, на лицевой стенке которого располагают стрелочный РА1 — такой же, что и в предыдущем устройстве.
Налаживание прибора сводится к подбору резистора R2 с таким сопротивлением, чтобы при максимально возможной потребляемой мощности стрелка устройства отклонялась на конечное деление шкалы.
Источник
Индикатор потребляемой мощности
О. Нечаев, г. Курск
Такой индикатор полезен при контроле мощности, потребляемой бытовыми приборами от сети. Его можно разместить рядом с электросчетчиком непосредственно на силовом щитке. Тогда он позволит наглядно определять, какова мощность включенных потребителей.
По принципу действия индикатор аналогичен подобным устройствам, описанным в [1, 21], но схемное решение у него несколько иное (рис. 1). Конструкция индикатора обеспечивает гальваническую развязку от сети. Основа этого прибора — трансформатор тока Т1, включенный в один из сетевых проводов (желательно фазный). Ток, протекая по первичной обмотке трансформатора (т.е. через сетевой провод), наводит во вторичной обмотке переменное напряжение. В некотором диапазоне оно прямо пропорционально значению протекающего тока, а с учетом того, что напряжение в сети изменяется в небольших пределах, то и потребляемой мощности.
Это справедливо, в первую очередь, для большинства бытовых электро- и радиоприборов, которые не имеют значительной реактивной составляющей в потребляемой мощности. Если такая составляющая есть (например, при работе мощного электродвигателя), появится дополнительная погрешность. Переменное напряжение вторичной обмотки выпрямляется диодами VD1.VD2 и сглаживается конденсатором С2. В связи с тем, что потребляемая мощность может изменяться в значительных пределах, сигнал на индикатор (микроамперметр РА1) подан через нелинейный преобразователь. При потребляемой мощности менее ЗОО Вт выпрямленное напряжение невелико и поступает на микроамперметр через малое динамическое сопротивление полевого транзистора. По мере роста потребляемой мощности увеличивается и выпрямленное напряжение, полевой транзистор плавно переходит в режим стабилизации тока. Дальнейшее увеличение показаний микроамперметра происходит за счет тока, протекающего через резистор R2, а поэтому становится более плавным. Таким образом. шкала микроамперметра оказывается разделенной на две примерно равные части: в первой осуществляется индикация мощности до 300 Вт, во второй — от 300 до 2200 Вт. На рис. 2 приведена зависимость показаний микроамперметра от потребляемой мощности. Кривая 1-экспериментально снятая зависимость для деталей, указанных на схеме. Здесь индицируется потребляемая мощность, начиная со 125 Вт. Для повышения чувствительности прибора выпрямительные диоды заменяют на германиевые, тогда удается индицировать мощность, начиная с 50 Вт (кривая 2).
В устройстве можно применить, кроме указанных на схеме, транзистор КПЗОЗА; диоды — любые из серий КД102 — КД105. германиевые — Д9Е, Д9Ж, Д9Л, Д18, Д20, ГД507А. Конденсаторы — серий К50, К52, К53, подстроечный резистор — СПЗ-З, СП3-19, постоянный — МЛТ, С2-33. Микроамперметр — М4247 с током полного отклонения стрелки 100 мкА и сопротивлением рамки 2,8 кОм; можно применить прибор, схожий по параметрам, но с большим (до 200 мкА) током полного отклонения. Для трансформатора Т1 (рис. 3) использован магнитопровод от согласующего или выходного трансформатора малогабаритного радиоприемника (Ш5х6, Ш4х6 и аналогичные). Каркас (1) укорочен наполовину, и на нем намотана обмотка И (2) — 1000 витков провода ПЭВ-2 0,1 — 0,12. Ш-образные пластины (3) склеены между собой и вставлены в каркас. Прямоугольные замыкающие пластины магнитопровода собраны в пакет и также склеены. Сетевой провод (4) укладывают поверх каркаса, после чего пакет приклеивают к пластинам сверху.
Трансформатор помещают в распределительной коробке у ввода сети в квартиру или на распределительном щите. Остальные детали, кроме микроамперметра, размещают на печатной плате (рис. 4) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита
Налаживание индикатора сводится к градуировке шкалы микроамперметра. Делают это резисторами R1, R2. Резистор В2 временно удаляют, и, включив нагрузку мощностью около 300 Вт, резистором R1 устанавливают стрелку микроамперметра на среднюю отметку шкалы. Затем увеличивают мощность нагрузки до предельно допустимой. Если стрелка не достигнет максимальной отметки шкалы, ее «доводят» до нее подбором резистора R2. Когда же стрелка зашкалит, надо установить ее на конечную отметку подбором резистора R1 и проверить полученную зависимость. Возможно, участок шкалы для индикации небольших мощностей окажется слишком мал. Тогда придется установить транзистор с меньшим напряжением отсечки и повторить настройку. ЛИТЕРАТУРА 1. Нечаев И. Индикатор потребляемой мощности. — Радио, 1986, № 2, с. 49, 50. 2. Индикатор мощности (За рубежом). — Радио, 1995, № 3. с. 61.
