Схема зупинки електролічильника

Пристрій зупинки електролічильника призначене для живлення побутових приладів змінним струмом. Напруга 220 В, потужність споживання 1 кВт. Застосування інших елементів дозволяє використовувати пристрій для харчування більш потужних споживачів. Пристрій, зібране за цією схемою, просто вставляється в розетку і через нього живиться навантаження. Електропроводка залишається незайманою. Заземлення не потрібно. Лічильник при цьому враховує майже четверту частину спожитої енергії.

Робота пристрою заснована на тому, що навантаження харчуються не безпосередньо від мережі змінного струму, а від конденсатора, заряд якого відповідає синусоїді мережевої напруги, 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 у вигляді імпульсів враховується лічильником з великою негативною похибкою.

Принципова схема пристрою зупинки електролічильника:

Основними елементами є силовий випрямляч Br1, конденсатор C1 і транзисторний 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, служить резистор R6, включений послідовно з ключовим каскадом.

На логічних елементах DD1, DD2 зібраний задає генератор. Він формує імпульси частотою 2 кГц амплітудою 5В. Частота сигналу на виході генератора і шпаруватість імпульсів 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 управління 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 закриватися. Трансформатор Tr1, випрямляч Br2 і наступні за ними елементи являють собою джерело живлення низьковольтної частини схеми. Це джерело забезпечує харчуванням 36В формувач імпульсів і 5В для живлення мікросхеми генератора.

Деталі пристрою зупинки електролічильника:
Мікросхеми: DD1, DD2 - К155ЛА3.
Діоди: Br1 - Д232А; Br2 - Д242Б; D1 - Д226Б.
Стабілітрон - КС156А.
Конденсатори електроліти: С4 - 1000 мкФ. 50В; С5 - 1000 мкФ. 16В;
Конденсатори високочастотні: С1 1мкФ. 400В; С2, С3 - 0.1 мкФ.
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 - будь-який малопотужний 220/36 В.

Спочатку перевіряють окремо від схеми низьковольтний блок живлення. Він повинен забезпечувати струм не менше 2 А на виході 36 В, а також 5 В для живлення малопотужного генератора. Потім 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 резистори R7, R8.

Пристрій для формування імпульсів на транзисторах Т2 і Т3 повинен забезпечити імпульсний струм бази транзистора Т1 на рівні 2 А. Якщо таке значення струму не досягти, 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. Імпульсна напруга на шунт при включеному генераторі міряють осциллографом і перераховують на значення струму. При необхідності підбирають опору резисторів R2, R3 і R4.

Далі йде перевірка силової частини. Для цього відновлюють всі з'єднання в схемі. Конденсатор С1 тимчасово відключають, а в якості навантаження використовують лампу розжарювання 100 Вт. При включенні пристрою в мережу діюче значення напруги на навантаженні має бути на рівні 100 - 130 В. Осцилограми напруги на навантаженні і на резисторі R6 повинні показати, що харчування її виробляється імпульсами з частотою, що задається генератором. На навантаженні серія імпульсів буде модулювати синусоїдою напруги, а на резисторі 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 навантаженні помітно зростає і при подальшому збільшенні ємності С1 досягає 220 В. При цьому треба стежити за температурою транзистора Т1. Якщо виникає підвищене нагрівання при використанні малопотужної навантаження, це говорить про те, що він або не входить в режим насичення у відкритому стані, або повністю не закривається. В цьому випадку слід повернутися до налаштування формувача імпульсів. Експерименти показують, що при харчуванні навантаження потужністю 100 Вт без конденсатора С1, транзистор Т1 протягом тривалого часу не нагрівається навіть без радіатора.

В кінці, підключається номінальне навантаження і підбирається ємність С1 така, щоб забезпечити живлення навантаження напругою 220 В. Ємність С1 слід підбирати обережно, починаючи з малих значень, так як збільшення ємності різко збільшує імпульсний струм через транзистор Т1. Про амплітуді імпульсів струму через Т1 можна судити, підключивши осцилограф паралельно резистору R6. Імпульсний струм повинен бути не більше допустимого для вибраного транзистора (20 А для КТ848А). У разі необхідності його обмежують, збільшуючи опір R6, але краще зупинитися на меншому значенні ємності С1.

При зазначених деталях пристрій живиться навантаження 1 кВт. Застосовуючи інші елементи силового випрямляча і транзисторний ключ відповідної потужності, можна живити і більш потужні споживачі. Зауважу, що при відключеному навантаженні пристрій споживає з мережі досить велику потужність, яка враховується лічильником. Тому треба відключати пристрій зупинки електролічильника при знятті навантаження.