Електронний обмежувач
Пристрій призначений для живлення побутових споживачів змінним струмом. Но-номінальних напруга 220 В, потужність споживання 1 кВт. Застосування інших елементів по-зволяет використовувати пристрій для харчування більш потужних споживачів.
Пристрій, зібране за пропонованою схемою, просто вставляється в розетку і від нього харчується навантаження. Вся електропроводка залишається недоторканою. Заземлення не потрібно. Лічильник при цьому враховує приблизно чверть спожитої електроенергії.
Робота пристрою заснована на тому, що навантаження харчуються не безпосередньо від мережі змінного струму, а від конденсатора, заряд якого відповідає синусоїді мережевого напря-вання, але сам процес заряду відбувається імпульсами високої частоти. Струм, споживаний пристроєм з електричної мережі, являє собою імпульси високої частоти. Лічильники електроенергії, в тому числі електронні, містять вхідний індукційний перетворювач, який має низьку чутливість до струмів високої частоти. Тому Енергоспоживання-ня у вигляді імпульсів враховується лічильником з великою негативною похибкою.
Принципова схема пристрою
Основними елементами є силовий випрямляч Br1, конденсатор C1 і транзи-сторно ключ T1. Конденсатор С1 включений послідовно в ланцюг харчування випрямляча Br1, тому в моменти часу, коли Br1 навантажений на відкритий транзистор Т1, заряджається до миттєвої величини напруги, що відповідає даному моменту часу. Заряд проводиться імпульсами з частотою 2 кГц. Напруга на С1, а також на підключеної паралельно йому навантаженні за формою близько до синусоидальному з діючим значенням 220 В. Для обмеження імпульсного струму через транзистор Т1 під час заряду конденсатора, слу-жит резистор R6, включений послідовно з ключовим каскадом.На логічних елементах DD1 , DD2 зібраний задає генератор. Він формує импуль-си частотою 2 кГц амплітудою 5В. Частота сигналу на виході генератора і шпаруватість импуль-сов визначаються параметрами времязадающих ланцюгів С2-R7 і C3-R8. Ці параметри можуть підбиратися під час налаштування для забезпечення максимальної похибки обліку електроенергії. На транзисторах Т2 і Т3 побудований формувач імпульсів, призначений для управ-ня потужним ключовим транзистором Т1. Пристрій для формування розрахований таким чином, щоб Т1 у відкритому стані входив в режим насичення і за рахунок цього на ньому розсіюється менша потужність. Природно, Т1 також повинен повністю закриваться.Трансформатор Tr1, випрямляч Br2 і наступні за ними елементи представляють со-бій джерело живлення низьковольтної частини схеми. Це джерело забезпечує харчуванням 36В формувач імпульсів і 5В для живлення мікросхеми генератора.
Мікросхема: DD1, DD2 - К155ЛА3.
Діоди: Br1 - Д232А; Br2 - Д242Б; D1 - Д226Б.
Стабілітрон: D2 - КС156А.
Транзистори: Т1 - КТ848А, Т2 - КТ815В, Т3 - КТ315. Т1 і Т2 встановлюються на ра-діаторе площею не менше 150 см2. Транзистори встановлюються на ізолюючих проклад-ках.
Конденсатори електролітичні: С4 - 1000 мкФ Ч 50В; С5 - 1000 мкФ Ч 16В;
Конденсатори високочастотні: С1 1мкФ Ч 400В; С2, С3 - 0.1 мкФ (низьковольтні).
Резистори: R1, R2 - 27 кОм; R3 - 56 Ом; R4 - 3 кОм; R5 -22 кОм; R6 - 10 Ом; R7, R8 - 1.5 кОм; R9 - 560 Ом. Резистори R3, R6 - дротяні потужністю не менше 10 Вт, R9 - типу МЛТ-2, решта резистори - МЛТ-0.25.
Трансформатор Tr1 - будь-який малопотужний 220/36 В.
При налагодженні схеми дотримуйтеся обережності! Пам'ятайте, що низьковольтна частина схеми не має гальванічної розв'язки від електричної мережі! Не рекомендується в ка-честве радіатора для транзисторів використовувати металевий корпус пристрою. При-сування плавких запобіжників - обов'язково! Спочатку перевіряють окремо від схеми низьковольтний блок живлення. Він повинен забезпе-чувати струм не менше 2 А на виході 36 В, а також 5 В для живлення малопотужного генератора.Затем налагоджують генератор, відключивши силову частину схеми від електромережі. Генератор повинен формувати імпульси амплітудою 5 В і частотою близько 2 кГц. Шпаруватість імпульсів приблизно 1/1. При необхідності для цього підбирають конденсатори С2, С3 або різі-сторі R7, R8.Формірователь імпульсів на транзисторах Т2 і Т3, якщо правильно зібраний, зазвичай на-ладком не вимагає. Але бажано переконатися, що він здатний забезпечити імпульсний струм бази транзистора Т1 на рівні 1.5 - 2 А. Якщо таке значення струму не забезпечити, транзистор Т1 не буде в відкритому стані входити в режим насичення і згорить за кілька секунд. Для перевірки цього режиму можна при відключеною силової частини схеми і відключеною базі транзистора Т1, замість резистора R1 включити шунт опором в декілька Ом. Їм-пульсної напруга на шунт при включеному генераторі реєструють осциллографом і перераховують на значення струму. При необхідності підбирають опору резисторів R2, R3 і R4.
Наступною стадією є перевірка силової частини. Для цього відновлюють всі з'єднання в схемі. Конденсатор С1 тимчасово відключають, а в якості навантаження використовують споживач малої потужності, наприклад лампу розжарювання потужністю до 100 Вт. При вклю-ченіі пристрою в електричну мережу діюче значення напруги на навантаженні має бути на рівні 100 - 130 В. Осцилограми напруги на навантаженні і на резисторі R6 долж-ни показати, що харчування її виробляється імпульсами з частотою,
задається генератором. На навантаженні серія імпульсів буде модулювати синусоїдою напруги, а на Резісто-ре R6 - пульсуючим випрямленою напругою.
Якщо все справно, підключають конденсатор С1, тільки спочатку ємність його приймають в кілька разів меншою за номінальну (наприклад 0.1 мкФ). Чинне напруга на на-вивантаження помітно зростає і при подальшому збільшенні ємності С1 досягає 220 В. При цьому дуже важливо уважно стежити за температурою транзистора Т1. Якщо виникає підвищена-шенний нагрів при використанні малопотужної навантаження, це свідчить про те, що Т1 або не входить в режим насичення у відкритому стані, або повністю не закривається. В цьому випадку слід повернутися до налаштування формувача імпульсів. Експерименти покази-ють, що при харчуванні навантаження потужністю 100 Вт без конденсатора С1, транзистор Т1 в тече-ня тривалого часу не нагрівається навіть без радіатора.
У висновку підключається номінальне навантаження і підбирається ємність С1 така, щоб забезпечити живлення навантаження напругою 220 В. Ємність С1 слід підбирати осто-рожно, починаючи з малих значень, так як збільшення ємності різко збільшує імпульсний струм через транзистор Т1. Про амплітуді імпульсів струму через Т1 можна судити, підключивши ос-ціллограф паралельно резистору R6. Імпульсний струм повинен бути не більше допустимого для вибраного транзистора (20 А для КТ848А). У разі необхідності його
обмежують, збіль-лічівая опір R6, але краще зупинитися на меншому значенні ємності С1.Прі зазначених деталях пристрій живиться навантаження 1 кВт. Застосовуючи інші еле-менти силового випрямляча і транзисторний ключ відповідної потужності, можна пі-тать і більш потужні споживачі.
Звертаємо Вашу увагу на те, що при відключеному навантаженні пристрій споживає з мережі досить велику потужність, яка враховується лічильником. Тому рекомендується завжди навантажувати пристрій номінальним навантаженням, а також відключати при знятті навантаження.