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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Gerät zur Fernsperrung von Stromverbrauchern. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Uhren, Timer, Relais, Lastschalter Moderne leistungsstarke Elektrogeräte für den Haushalt (Wasserkocher, Mikrowellenherde, Waschmaschinen, Lufterhitzer, Staubsauger), insbesondere importierte, zeichnen sich durch einen hohen Stromverbrauch aus. Durch die gleichzeitige Aktivierung mehrerer solcher Geräte kann es zu einer Überlastung der elektrischen Leitungen mit unangenehmen Folgen kommen. Das vorgeschlagene Gerät schließt die Möglichkeit aus, die beiden vom Benutzer ausgewählten leistungsstärksten Stromverbraucher (oder zwei Gruppen davon) anzuschließen. Einer von ihnen hat höhere Priorität – der Anführer, der andere – der Sklave. Der Master-Verbraucher kann jederzeit eingeschaltet werden, der Slave nur, wenn der Master ausgeschaltet ist. Beispielsweise ist ein Wasserkocher ein Hauptverbraucher und ein Mikrowellenherd ein Sklave. In diesem Fall können Sie die Mikrowelle nicht einschalten, während der Wasserkocher das Wasser erhitzt.
Das Funktionsprinzip des Geräts basiert auf dem Senden eines Funksignals zum Abschalten des Stromkreises des Slave-Verbrauchers, während der Stromverbrauch des Master-Verbrauchers einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Basis des Gerätes ist eine weit verbreitete Funk-Türklingel im 433-MHz-Bereich. Derzeit werden solche Anrufe häufig in Amateurfunkdesigns [1–3] verwendet, unter anderem für das Energiemanagement [4]. Der Funkruf wurde modifiziert und mit einer Steuereinheit ausgestattet. Um die „Verschmutzung“ des Äthers deutlich zu reduzieren, wurde gepulste Strahlung eingesetzt. Die Reichweite des Funkrufs beträgt je nach Modell und Platzierungsbedingungen mehrere zehn Meter, was für die angegebenen Zwecke ausreichend ist. Der Autor nutzte den Funkruf „CONSTA NS-9688C“. Das vorgeschlagene Gerät besteht aus Funksende- und Funkempfangsteilen. Der erste wird auf der Antriebslastseite verwendet, der zweite auf der Abtriebslastseite. In Abb. Abbildung 1 zeigt ein Diagramm der Rufsender-Steuereinheit. Der Stromwandler T1 ist ein Stromsensor im Stromversorgungskreis der führenden Last. Durch den Einsatz dieses Transformators ist eine einfache galvanische Trennung des Sensors möglich [5-8]. Die Spannung von der Sekundärwicklung des Stromwandlers (ca. 50 mV bei einem Laststrom von 10 A) gelangt über den Trennkondensator C1 zur ersten Verstärkerstufe am Element DD1.1. Der Kondensator C2 unterdrückt hochfrequente Störungen und Impulsrauschen am Eingang (Pin 1) des Elements DD1.1. Die Verwendung eines Logikelements als linearer Verstärker beruht auf dem Wunsch, die Elemente der DD1-Mikroschaltung [9] voll auszunutzen. Das „Exklusiv-ODER“-Element der K564LP2-Mikroschaltung ist, ähnlich wie die Elemente anderer CMOS-Mikroschaltungen, in der Lage, im linearen Modus als Verstärker zu arbeiten. Dazu ist es jedoch notwendig, an einen seiner Eingänge einen hohen Pegel anzulegen, ihn dadurch in einen Wechselrichter zu verwandeln und den zweiten Eingang mit der OOS-Schaltung zu verbinden. Die Verstärkung solcher Elemente ohne Rückkopplung ist gering – nur 25...30 bei einer Frequenz von 50 Hz. Dies reicht jedoch aus. Das vom Element DD1.1 verstärkte Signal wird über den Kondensator C3 dem Element DD1.2 zugeführt. Beide Elemente werden durch lokale OOS-Schaltkreise abgedeckt und haben bei einer Frequenz von 50 Hz jeweils eine Verstärkung von 10...12. Das Signal vom Ausgang des Elements DD1.2 über den Kondensator C4 wird einem rechteckigen Impulsformer zugeführt, der auf dem Element DD1.3 montiert ist. Die interne Diode, die über die Kathode mit Pin 8 und die Anode mit dem gemeinsamen Draht des DD1-Mikroschaltkreises verbunden ist, öffnet sich bei Impulsen negativer Polarität und schließt sich bei Impulsen positiver Polarität, wodurch ein verstärktes Signal erkannt wird. Wenn das Signal am Eingang (Pin 8) des Elements DD1.3 unter der Schaltschwelle liegt, ist der Ausgang dieses Elements hoch, der Transistor VT1 ist geschlossen, andernfalls öffnet der Transistor VT1 mit einer Netzfrequenz von 50 Hz. Der Widerstand R8 begrenzt den Impulsstrom des Kollektors des Transistors VT1 auf einen sicheren Wert. Der Kondensator C5 wird aufgeladen, wodurch an ihm eine konstante Hochspannung entsteht, solange die führende Last eingeschaltet ist. Diese Spannung wird einem Einzelvibrator am Element DD1.4 zugeführt, an dessen Ausgang ein Hochpegelimpuls mit einer Dauer von 0,7R10C6 (ca. 1 s) entsteht, was für einen stabilen Betrieb des Schaltteils völlig ausreicht . Beim Abschalten der Antriebslast entsteht ein zweiter Impuls gleicher Dauer. Für die Dauer dieser Impulse öffnet der Transistor VT2, wodurch die Versorgungsspannung an den Klingelsender angelegt wird, der einen Strom von mehreren Milliampere verbraucht. Die Diode VD1 begrenzt die Sperrspannung am Emitterübergang des Transistors VT2 auf einen sicheren Wert. Die Stromversorgung der Sendersteuereinheit erfolgt über eine GB1-Batterie der Größe 23A mit einer Spannung von 12 V der Funkklingel-Sendeeinheit. Anstelle einer Batterie ist es besser, ein Netzteil mit einer stabilisierten Ausgangsspannung von 12 V zu verwenden. Der Ausgang des Steuergerätes ist mit den Stromkreisen des nicht veränderten Klingelfunksenders verbunden. SB1 – Klingeltaster – ist für die Möglichkeit der manuellen Fernsteuerung des Nebenstromverbrauchers vorgesehen. In der Funkklingel-Sendeeinheit sind die Kondensatoren C7 und C8 verbaut. Sie glätten die vom Sender aufgenommenen Stromimpulse und verhindern so, dass diese das Steuergerät beeinflussen. Der Empfangsteil des Gerätes besteht aus einem modifizierten Funkrufempfänger und einer Schalteinheit, deren Schema in Abb. dargestellt ist. 2. Der Block besteht aus einem Impulsformer am Transistor VT1, einem D-Trigger DD1.1, den Schalttransistoren VT2 und VT3, einem optoelektronischen Wechselstromschalter am Triac-Optokoppler U1, einem leistungsstarken Triac VS1 und Widerständen
R3-R5 und Kondensator C3. Der Funkempfänger ist so modifiziert. Die Elemente des transformatorlosen Netzteils werden von der Leiterplatte entfernt, mit Ausnahme von VD5-VD8, HL3, C6, C7. Im freien Raum wird ein neues Netzteil installiert: Transformator T1, Diodenbrücke VD1-VD4, Glättungskondensator C5, Widerstände R8 und R9. Anschließend wird der für Pin 9 der TC4069-Mikroschaltung geeignete gedruckte Leiter durchtrennt, der Kondensator C8 zwischen diesem Pin und dem gemeinsamen Draht installiert und der Widerstand R10 in den Leiterschnitt eingelötet (angezeigt durch das „x“-Zeichen). Der Ausgang des Funkempfängers – Pin 8 der Mikroschaltung TC4069 – ist mit dem Eingang der Schalteinheit verbunden. Obwohl die Mikroschaltung TC4069 in unterschiedlichen Gehäusen hergestellt wird, sind die Anzahl der Pins und ihre Nummerierung gleich. Die Ausgangsspannung des neuen Netzteils 12...15 V wird über den Strombegrenzungswiderstand R1 den LEDs HL2 und HL8 zugeführt. Die Mikroschaltung DD1 und der Transistor VT1 werden von einem parametrischen Spannungsstabilisator gespeist, der aus dem Widerstand R9 und den Elementen VD5-VD8HL3 besteht, die von der demontierten transformatorlosen Netzwerkstromversorgung der Funkklingel übrig bleiben. Die HL3-LED dient auch als Anzeige für das Vorhandensein von Netzspannung und den Zustand des Netzteils. Der vom Autor verwendete Funkruf verwendet eine RD314S-LED (HL3 in Abb. 2), und die VD5-VD8-Schaltung enthält vier Dioden. In einigen anderen Funkrufen kann eine Kette aus zwei oder drei in Reihe geschalteten Dioden vorhanden sein. In diesem Fall kann die Spannung des parametrischen Stabilisators im Bereich von 3,3 bis 4,5 V liegen. Diese Spannung versorgt den Transistor VT1 und DD1 Mikroschaltung. Seine nicht verwendeten Eingänge sind mit einer gemeinsamen Leitung verbunden. Nach dem Anlegen der Versorgungsspannung bilden die Elemente C4, R6, R7 einen Impuls, der den Trigger DD1.1 an Pin 1 auf einen Low-Pegel-Zustand setzt. Transistor VT2 ist geschlossen, LED HL1 ist aus. Der Transistor VT3 ist offen, sein Drainstrom fließt durch die Sendediode des Optokopplers U1.2, wodurch Optosimitor U1.1 und Triac VS1 offen sind. Die am Ausgang des Geräts angeschlossene Slave-Last kann mit dem Netzwerk verbunden werden, was durch die leuchtende LED HL2 angezeigt wird. Wenn die führende Last eingeschaltet ist, gelangt ein Impuls mit niedrigem Pegel vom Ausgang des Funkempfängers über die Schaltung R1C1 in das Gate des Transistors VT1, wodurch dieser Transistor schließt. Der R1C1-Schaltkreis und ein ähnlicher Schaltkreis, der dem oben besprochenen Empfänger hinzugefügt wurde, verhindern Fehlalarme durch Störungen des Geräts. Ein High-Pegel-Impuls vom Drain von VT1 geht zum Eingang C des Triggers DD1.1 und schaltet ihn um. Der Transistor VT2 öffnet und VT3 schließt. Die HL2-LED erlischt. Optosimistor U1.1 und Triac VS1 sind geschlossen. In diesem Fall ist die angetriebene Last stromlos, was durch das Leuchten der HL1-LED angezeigt wird. Bei Bedarf kann der Gerätezustand durch manuelles Drücken der Funkruftaste SB1 umgekehrt werden. Der Stromwandler T1 (siehe Abb. 1) basiert auf einer RES10-Relaisspule (Version RS4.529.031 -05), die als Sekundärwicklung (II) verwendet wird. Sie können auch die Relaisversionen RS4.529.031-12 und RS4.529.031-20 verwenden. Die Größe der Spule ermöglicht die Platzierung direkt in der Steckdose eines leistungsstarken Stromverbrauchers. Die Wicklung enthält 1100 Windungen, ihr Widerstand beträgt 45 Ohm. Darauf ist die Primärwicklung (I) aus zwei Windungen isolierten Drahtes mit einem Querschnitt von 2,5 mm2 gewickelt. Ein solcher Stromwandler liefert eine Spannung von 50 mV an einem Widerstand von 47 Ohm bei einem Laststrom von 10 A. Wenn der Laststrom 25 A überschreitet, kann die Windungszahl der Primärwicklung auf eine reduziert werden. Das Gerät kann Transformatoren auf ferromagnetischen Ringmagnetkernen verwenden, deren Ausführungen in [5-7] beschrieben sind. Bei der Herstellung sollte das Stromübersetzungsverhältnis im Bereich von 1:300...1:1000 liegen. Auch industriell gefertigte Stromwandler können Sie beispielsweise für Stromzähler einsetzen [8].
Der Transformatorstromsensor kann durch einen Widerstandsstromsensor ersetzt werden, wie im Diagramm in Abb. gezeigt. 3. Der Optokoppler U1 sorgt für die galvanische Trennung der Rufsender-Steuereinheit von der Netzspannung. An die Unterbrechung im Phasendraht der Last ist ein Stromsensor angeschlossen - ein leistungsstarker Widerstand R1, dessen Spannung proportional zum Laststrom über den Strombegrenzungswiderstand R2 an die Abschaltdiode U1 angeschlossen ist . Die Diode VD1 begrenzt die Sperrspannung an der Sendediode des Optokopplers. Anstelle des Transistors VT1 ist der Fototransistor des Optokopplers U1 eingeschaltet (siehe Abb. 1), wobei berücksichtigt wird, dass diese Transistoren unterschiedliche Strukturen haben. Der Kollektor des Fototransistors des Optokopplers U1 ist mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden, und der Emitter ist mit dem oberen (je nach Schaltung) Anschluss des Widerstands R8 verbunden. Transistor VT1, Widerstand R7 und alle Komponenten in Abb. 1 nach links, nicht verwendet. Der Vorteil eines Widerstandsstromsensors ist eine geringere Anzahl von Teilen und das Fehlen von Wicklungselementen; der Nachteil ist das Vorhandensein eines leistungsstarken wärmeerzeugenden Widerstands.
Die Steuereinheit befindet sich im Gehäuse des Klingelgebers über dessen Leiterplatte, wie in Abb. 4. Der Transistor VT1 kann mit einem beliebigen Buchstabenindex aus der Serie KT361 oder KT3107 versehen sein. Transistoren VT2 – alle aus der KT3102-Serie. Diode VD1 – jede der Serien KD509, KD510, KD521, KD522. Kondensatoren C2, C4, C8 – jede Folie oder Keramik, der Rest sind importierte Oxide.
Die Empfangs- und Schalteinheit des Gerätes (siehe Abb. 2) ist in einem einheitlichen Kunststoffgehäuse für Leistungsgeräte mit den Außenmaßen 120x120x75 mm untergebracht, wie in Abb. 5. Die Platinen des Funkempfängers und der Schalteinheit werden mit MZ-Schrauben am Gehäuse befestigt und durch Drähte miteinander verbunden. Es werden Löcher für die LEDs HL1-HL3 gebohrt. Auf dem Kühlkörper des Pentium-I-Prozessors ist ein leistungsstarker Triac VS1 verbaut. Im Empfangs- und Schaltknoten (siehe Abb. 2) kann die Mikroschaltung K561TM2 (DD1) durch KR1561TM2 ersetzt werden, alle Transistoren der KP501-Serie mit beliebigem Buchstabenindex. Der Triac-Optokoppler MOS3083M (U1) kann durch MOS3081M, MOS3082M, MOS3051, MOS3052 ersetzt werden. Der Triac VTA139-800 (VS1) mit einem maximalen Laststrom von 16 A kann durch einen VTA139-600 ersetzt werden, und wenn der Laststrom mehr als 16 A, aber weniger als 25 A beträgt, durch einen VTA140-800 oder VTA140- 600. Kondensator C3 - K73-17 mit einer Nennspannung von 630 V. Die gelbe LED AL307EM (HL1) kann durch AL307ZhM ersetzt werden. Diese LED signalisiert, dass die angetriebene Last nicht eingeschaltet werden darf und kann daher rot AL307BM oder AL307KM sein. Die grüne LED AL307GM (HL2) zeigt die Möglichkeit zum Einschalten der angetriebenen Last an; sie kann durch eine AL307VM ersetzt werden. Die VD5-VD8HL3-Schaltung kann durch eine Zenerdiode der Serie KS133-KS147 mit beliebigem Buchstabenindex ersetzt werden, deren Kathode mit dem rechten (gemäß Diagramm) Anschluss des Widerstands R9 und deren Anode mit der negativen Leistung verbunden ist Draht. Der Netztransformator der T1-Stromversorgung ist ein beliebiger Netztransformator mit einer Nennleistung von 3...4 W und einer Sekundärwicklungsspannung von 9...11 V. Solche Transformatoren werden häufig in Haushaltsfunkgeräten verwendet. Das selbstgebaute Netzteil T1VD1-VD4C5 kann durch einen vorgefertigten Netzwerkadapter mit einer Ausgangsspannung von 12...15 V und einem Strom von mindestens 30 mA ersetzt werden. Bei der Einrichtung des Gerätes geht es darum, die Ansprechschwelle des Sendersteuergeräts (siehe Abb. 1) anhand des von der Fahrlast aufgenommenen Stroms einzustellen. Während des Einrichtungsprozesses wird die Anzahl der Windungen der Primärwicklung (I) des Stromtransformators T1 ausgewählt und die erforderliche Verstärkung der Elemente DD1.1 und DD1.2 durch Auswahl der Widerstände R3 und R5 im Bereich von 300 festgelegt. ..1000 kOhm. Die Schalteinheit (siehe Abb. 2) erfordert keine Einrichtung. Literatur
Autor: D. Pankratiev
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