Automazione del funzionamento e protezione contro i sovraccarichi dei motori elettrici delle pompe con una potenza di 180...250 W. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Assistenti indispensabili per giardinieri e orticoltori (se c'è un serbatoio o un pozzo nelle vicinanze) sono le elettropompe con una potenza di 180...250 W dei tipi "Malysh" e "Strumok". Ma a volte accadono problemi a questi grandi lavoratori: guasto dovuto al mancato rispetto degli standard di tensione di rete, surriscaldamento dell'avvolgimento dello statore del motore elettrico, blocco del rotore e, di conseguenza, un aumento della corrente inaccettabile attraverso l'avvolgimento dello statore, mancanza d'acqua nel serbatoio o sua torbidità.

Il circuito che ho sviluppato per il controllo automatico e la protezione dalle modalità operative massime consentite delle elettropompe con una potenza di 180...250 W salverà il tuo amico da quasi tutti i problemi (Fig. 1). A prima vista, lo schema è molto complicato, ma non lo è. Il circuito utilizza microcircuiti digitali e analogici che non richiedono praticamente alcuna regolazione.

(clicca per ingrandire)

Il fusibile FU1 viene utilizzato nel circuito come rete di sicurezza. Chi non sa che quando salta un fusibile si brucia metà della TV? L'elettronica funziona in modo molto più veloce e affidabile quando protegge qualsiasi dispositivo o meccanismo. Inoltre, nel circuito non sono presenti elementi relè. Al giorno d'oggi, solo in casi estremi, situazioni disperate, è necessario utilizzare relè, contattori, avviatori magnetici, perché esistono optoaccoppiatori, tiristori, triac... Invece di contatti meccanici costosi e poco affidabili, è necessario utilizzare quanto sopra dispositivi elettronici.

Il regolatore di tensione di rete è costruito sull'autotrasformatore T1 e sull'interruttore SA1. Anche se la tua casa ha una tensione stabile di 200...230 V, non affrettarti a ignorarne l'utilizzo. Assemblare questo circuito e verificare in quale intervallo di tensioni di alimentazione il motore della pompa fornisce la potenza richiesta sull'albero. Se ad esempio questo intervallo è 170...230 V, utilizzare l'interruttore SA1 per impostare la tensione di uscita del regolatore di rete a circa 190 V. In futuro imposteremo il limite inferiore di tensione consentita a 170 V forniti al avvolgimento dello statore del motore e il limite superiore a 210 V. V. In questo caso, l'affidabilità e la durata dell'avvolgimento dello statore del motore elettrico aumenteranno e il consumo energetico diminuirà.

Il regolatore di tensione di rete è progettato per una tensione minima nella vostra abitazione di 140 V e una massima di 260 V (per ottenere Uin = 220 V). Da notare che negli autotrasformatori, rispetto ai trasformatori di potenza, l'avvolgimento primario può essere avvolto con filo 2-3 volte più sottile. Convertendo un trasformatore di rete da 200 W in un autotrasformatore è possibile collegare un carico fino a 400...600 W. È possibile utilizzare un trasformatore di potenza convertito per la TV ULPTsTI-61 (TS-270-1), il cui avvolgimento primario I (1-2-3) contiene 318 spire di filo PEV-1 D0,91 mm (terminali II). Per fare ciò è necessario smontare il trasformatore, rimuovere tutti gli avvolgimenti secondari e il foglio schermante. Sopra il restante avvolgimento primario è necessario avvolgere gli avvolgimenti II-X con filo D0,8...1 mm. Gli avvolgimenti II-IV contengono 19 spire ciascuno; Avvolgimenti VX: 35 giri ciascuno. I contatti dell'interruttore SA1 devono essere dimensionati per una corrente di almeno 10 A (è possibile utilizzare un normale interruttore a 3-4 sezioni, collegando in parallelo i contatti corrispondenti delle sezioni). Il voltmetro CA deve avere un limite di misurazione di 250...300 V. L'amperometro deve avere un limite di misurazione di 10 A.

Sui circuiti L1C10, L2C11 è presente una fonte di potenza reattiva con soppressione delle distorsioni armoniche alla 5a e 7a armonica. Questa fonte viene utilizzata per aumentare l'efficienza del dispositivo. I valori dei condensatori C10, C11 e delle induttanze L1, L2 sono selezionati approssimativamente, anche se anche se applichi questi valori, vincerai comunque. Per calcolare con maggiore precisione questi valori, è necessario misurare l'induttanza dell'avvolgimento dello statore del motore della pompa ed effettuare un calcolo utilizzando le raccomandazioni [1].

Il funzionamento dell'elettropompa è controllato dal triac VS1 (TS122-25). Il driver di uscita è costruito sull'elemento "OR" DD3.2, sui transistor VT3, VT4 e sul fotoaccoppiatore a tiristori U1. Se almeno uno degli ingressi DD3.2 ha un registro "1", alla base del transistor VT4 c'è un registro "0" ed è chiuso.

Il LED del fotoaccoppiatore non si accende, non c'è potenziale positivo alla base del VT4 ed è chiuso. Non c'è potenziale positivo sull'elettrodo di controllo del triac VS1, è chiuso, non viene fornita tensione di alimentazione all'avvolgimento dello statore del motore della pompa e la pompa è spenta.

Se il registro "3.2" è presente su tutti gli ingressi di DD0, alla base del transistor VT4 - un potenziale positivo, è aperto, il LED dell'accoppiatore ottico si accende, attraverso il tiristore dell'accoppiatore ottico aperto, viene fornito un potenziale positivo alla base del transistor VT3, si apre, appare un potenziale positivo sull'elettrodo di controllo triac VS1, si apre, l'elettropompa inizia a funzionare.

Trasformatore T1 con potenza 10...20 W di qualsiasi tipo. Tensione sui suoi avvolgimenti: U(wII) 12 V; U(wIII) 20 V; U(wIV) 12 V alla tensione di uscita del regolatore selezionato dall'interruttore SA1.

L'alimentazione stabilizzata a 9 V è realizzata su diodi VD1-VD4, diodo zener VD5 e transistor VT1, VT2. L'alimentazione a 27 V è realizzata su un ponte a diodi VD6-VD9.

Affinché l'elettropompa possa essere accesa è necessario che tutti gli ingressi del DD3.2 abbiano log "0". Accendere la pompa spostando l'interruttore SA3 nella posizione inferiore secondo lo schema.

L'accensione o lo spegnimento automatico dell'elettropompa, a seconda della quantità di acqua nel serbatoio o pozzo e nel serbatoio da riempire, viene effettuato utilizzando un circuito su chip digitali DD9-DD11. I LED HL1-HL4 indicano se i corrispondenti sensori del livello dell'acqua sono nell'acqua. Il funzionamento di questo schema è descritto in [2]. Se non è necessario utilizzare alcun sensore del livello dell'acqua, semplicemente non è collegato al circuito. Se non è necessaria l'automazione, questo circuito semplicemente non viene assemblato e il pin 11 dell'elemento DD3.2 è collegato al filo comune.

Il circuito di protezione del motore della pompa dal surriscaldamento è assemblato su un amplificatore operazionale (OA) K140UD12, utilizzato come comparatore, e un trigger DD4.1. Naturalmente possono essere utilizzati anche altri amplificatori operazionali con opportuni circuiti di correzione. Il termistore R17 è incollato all'avvolgimento dello statore con resina epossidica. Allo stesso tempo centrano il rotore del motore elettrico, lubrificano i cuscinetti, ecc. Il resistore trimmer R19 imposta la soglia richiesta affinché il comparatore funzioni, ad esempio, ad una temperatura di +80°C. Se la temperatura dell'avvolgimento dello statore non supera questo livello, la tensione sull'ingresso inverso dell'amplificatore operazionale DA4 sarà più positiva che su quella diretta e la sua uscita 6 avrà un potenziale basso. Il trigger DD4.1 sarà nello stato “0” e all'ingresso 9 dell'elemento “OR” DD3.2 ci sarà un livello di registro pari a “0”, consentendo il funzionamento dell'elettropompa. Quando la temperatura dell'avvolgimento dello statore aumenta a +80°C, la resistenza del termistore R17 aumenta a un valore tale che il potenziale positivo all'ingresso diretto dell'amplificatore operazionale DA4 diventa maggiore di quello inverso e il comparatore assume improvvisamente la posizione di saturazione positiva. Il registro "6" appare sulla sua uscita 1, il trigger DD4 è impostato sullo stato "1".

All'ingresso 9 dell'elemento “OR” di DD3.2 appare un registro “1” che porta allo spegnimento della pompa. La luce del LED HL3 indica che la temperatura dell'avvolgimento dello statore del motore della pompa è superiore alla temperatura consentita. Il trigger DD4.1 rimarrà nello stato singolo e, di conseguenza, l'elettropompa verrà spenta fino alla pressione del pulsante SB1 “Set.0”.

Il circuito per proteggere il motore della pompa dal superamento della corrente dell'avvolgimento dello statore è realizzato utilizzando l'amplificatore operazionale DA3, utilizzato come comparatore. Il numero di spire del trasformatore di corrente TA1 viene selezionato sperimentalmente in modo tale che durante il normale funzionamento del motore della pompa la tensione sul suo avvolgimento sia 2,5...3 V. All'ingresso inverso DA3 viene applicata una tensione di riferimento di 1,7 V. L'ampiezza della tensione all'ingresso diretto 3 dovrebbe essere circa 1,5 V (impostato con resistenza di trimming R14). In questo caso, durante il normale funzionamento dell'elettropompa, l'uscita 6 di DA3 avrà un livello di registro pari a "0", il trigger DD2.2 sarà nello stato zero.

Se la corrente attraverso l'avvolgimento dello statore è superiore a quella consentita, l'ampiezza degli impulsi positivi sull'ingresso diretto 3 dell'amplificatore operazionale DA3 supererà il valore della tensione di riferimento sull'ingresso inverso e il comparatore passerà allo stato di saturazione positiva (vedi diagrammi temporali in Fig. 2).

All'uscita del comparatore compaiono impulsi di polarità positiva che impostano il trigger DD2.2 sullo stato singolo. Il LED HL2 si accenderà, il che indica che la corrente dell'avvolgimento dello statore supera il limite consentito. Allo stesso tempo, gli impulsi dall'uscita 6 DA3 attraverso l'elemento “OR” DD3.1 e l'inverter DD1.2 vengono forniti all'ingresso di un dispositivo one-shot realizzato sugli elementi DD5.1, DD6, DD7.1, DD7.2 .7.3, DD8.1, e al contatore di impulsi DD8.2 .3, DD2 (il dispositivo one-shot è descritto in [34]). Con il primo impulso (vedi Fig. 7), il one-shot si ribalta in un unico stato. Utilizzando il resistore di regolazione R9, la durata dell'impulso del singolo vibratore viene impostata entro XNUMX...XNUMX s.

Il contatore degli impulsi è realizzato su un chip DD8. Il livello logico "1" sull'uscita 14 del contatore DD8.2 in presenza di impulsi sull'ingresso 2 del DD8.1 appare dopo 5,12 s. Se ciò accade, agli ingressi 12, 13 dell'elemento “AND” di DD3 appare un log “1” che, tramite l'invertitore DD1.4, imposta il trigger DD4.2 allo stato di log “1” (uscita 13 ), questo “1” viene fornito all'ingresso 12 dell'elemento “OR” DD3.2 e accende l'elettropompa. Se durante questi 5,12 s non c'è sovraccarico di corrente, ad esempio all'avvio di una pompa, il monovibratore produce comunque un singolo impulso della durata di 7...9 s, ma all'ingresso 13 del modulo DD1.3 log "1" non appare L'elemento "AND" e l'elettropompa non si spengono. Dopo aver avviato la pompa (se il LED HL2 è acceso), è necessario impostare il trigger DD0 su "2.2" premendo il pulsante SB1.

Il circuito per proteggere l'elettropompa dal mancato rispetto degli standard di tensione richiesti forniti all'avvolgimento dello statore è realizzato utilizzando un comparatore a due soglie DA1, DA2, il cui funzionamento è descritto in [4]. Utilizzando un resistore di regolazione R4 sul catodo del diodo VD10, l'ampiezza degli impulsi positivi viene impostata su circa 9 V. Il comparatore a due soglie è impostato secondo le istruzioni [4].

Se, ad esempio, la vostra elettropompa funziona normalmente nell'intervallo di tensione di alimentazione compreso tra 170 e 210 V, le soglie di risposta inferiore e superiore del comparatore devono essere impostate esattamente su queste tensioni. Quando la tensione sul motore della pompa è inferiore a 170 V o superiore a 210 V, all'uscita del comparatore a due soglie (anodi dei diodi VD11, VD13) appariranno impulsi positivi che imposteranno il trigger DD2.1 sulla logica Stato "1". Il bagliore del LED HL1 indicherà la non conformità con gli standard di tensione. Allo stesso tempo, gli impulsi di cui sopra attraverso l'elemento “OR” DD3.1 e l'inverter DD1.2 vengono forniti all'ingresso del contatore one-shot e di impulsi. Allo stesso modo, come nel caso di superamento della corrente massima consentita, dopo 5,12 s l'elettropompa si spegnerà. Se il tempo di disadattamento della tensione ai parametri richiesti non supera i 5,12 s, il motore elettrico rimarrà in funzione. Il LED HL1 deve essere spento premendo il pulsante SB1 “Set.0”.

In entrambi i casi considerati (il tempo di discrepanza non supera 5,12 s), i contatori DD8.1, DD8.2 vengono resettati al log "1" sugli ingressi 7 e 15 dall'uscita inversa 2 del monostabile DD5.1 flip-flop dopo 7...9 s.

Impostare. Innanzitutto è necessario scoprire in quale intervallo di tensione la vostra elettropompa fornisce la potenza necessaria sull'albero utilizzando un regolatore di tensione di rete. Quindi, a carico spento, è necessario regolare l'alimentazione. Selezionando il resistore R1, impostare la corrente attraverso il diodo zener VD5 entro 5...10 mA. Utilizzando il resistore trimmer R2, impostare la tensione all'uscita dello stabilizzatore (condensatore C3) su 9 V. Controllare la tensione sul condensatore C5 (24...30 V).

Installare una lampada ad incandescenza da 200 W al posto della pompa elettrica. Imposta l'interruttore SA1 nella posizione che preferisci, a seconda dei parametri della tua rete e della tua elettropompa. Impostare l'interruttore SA3 nella posizione superiore secondo lo schema (“Off”). Impostare l'interruttore SA2 ("Rete") nella posizione inferiore secondo lo schema. Premere il pulsante SB1 (“Imposta.”0).

Applicare una tensione di +9 V al pin 13 dell'elemento "OR" di DD3.2. La lampada dovrebbe accendersi (prova che il driver di uscita e il triac funzionano correttamente). Se si accende uno qualsiasi dei LED HL1-HL3 si accenderà anche la lampada elettrica. In questo caso è necessario dissaldare il resistore R31. Se la lampada elettrica si spegne, ciò indica anche l'operabilità del driver di uscita e del triac.

Successivamente, utilizzando il metodo sopra descritto, hanno impostato il circuito, il che non è difficile, poiché tutto è fatto secondo i principi della tecnologia informatica (“0” o “1”).

letteratura:

1. Mankovsky A.N. Regolatore di potenza per carichi attivo-induttivi fino a 15 kW//Elettricista. - 2001. - N. 6. - P.21.
2. Mankovsky A.N. Automazione completa del dispositivo di controllo dell'elettropompa//Elettricista. - 2001. - N. 1. - P.22-23.
3. Mankovsky A.N. Generatore di impulsi singoli e misuratore di durata di impulsi singoli//Radioamatore. - 2001. - N. 2. - P.20-22.
4. Mankovsky A.N. Dispositivo di commutazione con caricatore automatico//elettricista. - 2001. - N. 3. P.21.

Autore: AN Mankovskij

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