RMS вольтметр, с функцией защиты от опасных перепадов напряжения в электросети.

Автор: с2. Опубликовано в Вольтметры

RMSБытовой RMS вольтметр 220 вольт с защитой приборов от перепадов напряжения предназначен для автоматического отключения напряжения при его "аномальных" изменениях. И далее автоматического включения, через заданный промежуток времени после нормализации напряжения. Реле напряжения позволяет защитить электроприборы подключенные к сети от опасных для них перепадов напряжения. При всех недопустимых изменениях напряжения (снижении или повышении, как резком так и постепенном) реле напряжения отключит электроприборы от сети до тех пор, пока напряжение в сети не вернется в допустимые пределы.

Как известно, номинальное значение напряжения в сети (действующее значение) — 220 В. Разумеется, оно не равно в точности 220 В,

Причины отклонений сетевого напряжения могут быть разными: включение и отключение мощной нагрузки, аварии в системе электроснабжения, перегрузка сети и т. д.
Межгосударственный стандарт ГОСТ 13109-97("……. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения"допускает отклонение от номинального значения до 10%.

Поэтому электроприборы с питанием от сети должны согласно стандартов нормально функционировать при напряжении 198...242В. Некоторые из них, в частности с импульсными блоками питания, допускают и больший разброс напряжения. Современное высокотехнологичное электрооборудование, как правило, содержащее в своём составе импульсные преобразователи напряжения, допускает широкий диапазон входных напряжений: от 100 до 240В при номинальной частоте от 50 до 60Гц, что позволяет использовать данные электроприборы без преобразователей практически в любой стране мира. 
Но не у всех, все высокотехнологичное  ... , у нас и в этих пределах (при ±10% электроприборы могут функционировать неустойчиво или вообще выйти из строя. 
Последнее происходит, к сожалению, довольно часто. К пониженному напряжению сети (160... 180В) чувствительны приборы, имеющие электродвигатели: холодильники, микроволновые печи, стиральные машины, а к повышенному — подавляющее большинство. Наиболее опасна ситуация, когда в сети присутствует межфазное напряжение 380 В и резко увеличиваются токи потребления всех электроприборов. В этом случае часть элементов выходит из строя по причине превышения предельно допустимого напряжения или тока. Так, например, из-за насыщения магнитопровода ток асинхронного двигателя увеличивается в несколько раз. Естественно, все это ведет к порче дорогостоящих приборов, а также увеличивает вероятность возникновения пожара. 
Описанное ниже устройство защищает приборы с потребляемой мощностью до 7 кВт, отключая их от электросети при снижении или превышении сетевым напряжением заранее установленных значений (по умолчанию 190 и 245 В). 
Сразу стоит оговорить: подобное реле только считывает данные о напряжении, но не влияет на его стабильность. 
И речь в этой статье, как по принципу одной схемы собрать сетевой вольтметр, с любым индикатором из рассмотренных ниже трех вариантов схем. 

   

 

По характеристикам , друг от друга отличий не имеют.

• Вольтметр RMS с цифровым табло (индикация действующего значения напряжения в диапазоне 85...265В.**3);

• Рассчитано на непрерывный режим работы**5;

• После обнаружения отклонения от заданных пределов, отключение фазы защитным реле для обесточивания нагрузки.

• Раздельная установка верхнего и нижнего порогов напряжений в диапазоне 120...280 В.;

• шаг установки порога отключения: 1Вольт;

• Устанавливаемое посредством системного меню время включения нагрузки по «возвращении» напряжений в заданные пределы в диапазоне : 5-240 сек.;

• Задержка на включение нагрузки 3 сек. после первого включения прибора в сеть ( если напряжение находится в заданных пределах);

• Настраиваемая задержка на отключение реле, при выходе напряжения за заданные пределы, в пределах от 0.2 ms**2 до 2 секунд **1

• Возможность монтажа на DIN-рейку во вводном электрическом щитке и защита всего электрооборудования дома или квартиры;

• Меню системных настроек, осуществляемых посредством трёх клавиш;

• Автоматический выход из системного меню через 20 секунд, при отсутствии нажатий на клавиши навигации;

• Прерывистый звуковой сигнал или мигающий светодиод "ALARM" при выходе напряжении за установленные пределы;

• Тип выходного устройства: реле;

• Коммутируемая способность: 30А/7кВт. (При токовых нагрузках более 32А (мощность более 7кВт), управление защиты осуществлять через магнитный пускатель).

• Питание от контролируемой сети;

• Потребляемая мощность устройства не более 1.5 ватт (с включенным (запитанным) реле защиты) **5.

• Настройки сохраняются в энергонезависимой памяти;


Поблочная схема RMS вольтметра, с функцией защиты изобразить так.



Блок питания-1-_ .
П-1-1 питается от сети по бестрансформаторной схеме, как вариант можно использовать П-1-2, вариант П-1-2 подойдет когда малогабаритность устройства не требуется и RMS вольтметр не нужно устанавливать на DIN рейку .
Входное сетевое напряжение поступает на контакты LI и N колодки X0-1, в защищаемую цепь напряжение подают с контактов LO и N этой колодки. При срабатывании защиты электромагнитное реле Р1 отключает выходное напряжение (силовые дорожки усиливаются слоем припоя).

В случае перегрузки по току, цепь LI должен размыкать, включённый в неё последовательно стандартный автоматический выключатель (механический) (МЭС 441-14-20) с номинальным током 32 А и характеристикой отключения класса С. (На схеме он не показан).

Блок контроллера-2-_ .
Собственно тут сам микроконтроллер DD1 и управление прибором с помощью трёх кнопок на его передней панели Кн3 (+ "Увеличение"), Кн2 (>"настройки") и Кн1-("Уменьшение").
Микроконтроллер DD1 постоянно следит за выпрямленным входным сетевым напряжением, после диодного моста оно поступает
через резистивный делитель на вход встроенного десятиразрядного АЦП (вывод 23 DD1(РС0)). Измерение этого напряжения основано на усреднении 200 отсчётов его мгновенного значения, взятых АЦП в течение 20 мс (одного периода сетевого напряжения частотой 50 Гц).
Таймером период сетевого напряжения (20 мс) режется на равномерные интервалы по количеству необходимых выборок, по каждому срабатыванию таймера опрашивается АЦП.
Urms= sqrt(1/T* S[u(t)*u(t)]dt,
где: sqrt - корень квадратный, S - интеграл за период времени от 0 до Т.
Для дискретного способа взятия интеграла формула упроститься до вида
Urms=K*sqrt(1/N*sum(Uadc*Uadc)),
Где: К - поправочный коэффициент, Uadc - значение на выходе АЦП, N - число выборок за время прохождения полуволны синусоиды.
На индикаторе прибора отображается действующее значение напряжения. Оно же используется при задании порогов срабатывания защиты.

Основные технические характеристики измерительной программы микроконтроллера

 

  • Интервал измеряемых значений сетевого напряжения, В ...................0...500
  • Верхний порог срабатывания, В ......................................................225...280**1
  • Нижний порог срабатывания, В ......................................................120...215**1
  • Настраиваемая задержка на отключение реле , с..........................до 0.5 **1
  • Наименьшее время срабатывания, с................................................0,2**4
  • Задержка включения после нормализации напряжения, с.............2...240**1

 


Блок индикации-3-_.
И-3-1 это ЖКИ 8х2 (WH0802A-TMI-CT) синий экран, инверсия с белой подсветкой, отличительная черта малое потребление энергии.
Если применять классические ЖКИ 8х2 (WH0802A-YGK-CT) черные символы с желто-зеленой подсветкой, нужно произвести замену в блоке П-1-1 LNK304 на LNK306**2 или LNK305 тогда соответственно П-1-1 будет иметь выходной ток 225 mA**2 или 175 mA. Так-же в этом случае можно задействовать вывод 5 DD1(порт РD3), для управления подсветкой при нажатии кнопок.
И-3-2 используем светодиодные 4-х разрядные семисегментные LED индикаторы ОА илиОК (печатная плата, под размер индикатора 0.56" (14,2мм)).

И вот что здесь получается, по индикации схемы практически разные , но имеют некоторую универсальность , на платку контроллера И-2-1, устанавливается на разъеме И-3-1 индикатор ЖКИ, и на эту же платку с МК, можно устанавливать платку И-3-2 с LED индикатором.
Такое схемное решение будет интересно тем кто желает опробовать этот RMS вольтметр "вживую" в варианте с LED индикатором и ЖКИ индикатором.
Если собирать по этой конструкции, при сборке И-3-2 нужно уделить чуть внимания пайке разъемов, так как разъемы нужно паять с двух сторон платы... в принципе ничего сложного , фото как это сделано имеется внизу этой статьи.

И-3-3 используем индикатор для Nokia5110. (Под каждый вариант схемы V_1,V_2 иV_3 в прикрепленном архиве к статье , соответствующая прошивка V_1,V_2 иV_3)

Схема вариант V_1 (индикатор ЖКИ).

Схема вариант V_2 (индикатор LED).

Схема вариант V_3 (дисплей Nokia5110).

 

Пару слов про схему с дисплеем Nokia5110. На экране , мы видим графическое отображение напряжения в виде шкалы, видимый диапазон 220V ±10% (от 198V до 242V в пределах нормы).

Довольно наглядно дает представление о состоянии сети в текущий момент, такая небольшая анимация легко воспринимается визуально ,

что даже не вдаваясь в арифметику цифр сразу можно иметь понятие о состояние сетевого напряжения.


Схема RMS вольтметра собрана на односторонних печатных платах.

 


Платы помещены в стандартный пластиковый корпус Z100 шириной четыре модуля (70 мм (65x90x70)), предназначенный для монтажа на DIN-рейку.
В передней панели корпуса сделан вырез под индикатор , отверстия под светодиод "ALARM" и для толкателей кнопок Кн1Кн3.
При подключении автомата к сети, входящий фазный провод должен быть соединён с контактом LI колодки ХТ1, а нейтральный — с её контактом N. Все соединения с сетью и защищаемыми электроприборами должны быть выполнены одножильным медным проводом сечением не менее 4 мм2. Если провода многожильные, на них необходимо надеть специальные наконечники с последующим обжимом.

После включения в сеть RMS вольтметр, выдержав паузу 2 с, подаст на выход (контакты LO и N колодки ХТ1) сетевое напряжение (если оно находится в допустимых пределах) и будет отображать его текущее действующее значение.

Если зафиксировано сетевое напряжение выше верхнего порога (ВП**1 ) либо ниже нижнего порога (НП**1 ), выход будет отключён, а индикатор начнёт мигать с частотой 0.5 Гц. Когда напряжение в сети вернётся в норму, светодиод погаснет. Мигание индикатора всегда означает, что напряжение находится за установленными пределами, и на выходе прибора сетевое напряжение выключено реле Р-1.
Каждый раз после выхода за установленные пределы**1 сетевого напряжения до его возвращения в норму**1 на выходе будет выдержан интервал времени от 2 до 240 сек**1. Принудительно завершить отсчёт выдержки, можно нажатием на кнопку Кн1.
**1 Значение устанавливается пользователем.
**2 Зависит от быстродействия применяемого реле (Время отпускания JQX-15F(T90) макс. 10мсек);
**3 Гарантированный производителем диапазон работы ИС LNK30… см. даташит.
**4 Является минимальной продолжительностью выброса напряжения, вызывающего формирование сигнала отключения нагрузки.
**5 Для схем собранной в данной комплектации V_1,V_2 иV_3 (П-1-1, К-2-_, И-3-_ ( И-3-1 с ЖКИ WH0802A-TMI-CT)).

На этих фото можно посмотреть с какой стороны располагаются соединительные разъемы плат (следует принять во внимание, что используя разъемы (тип PBS-40 - PLS-40) , расстояние между платами составит 12мм, заменив разъемы на проволочные перемычки это расстояние можно уменьшить до минимально необходимого, что существенно уменьшит габариты собранных плат)

Фьюзы , для внешнего кварца 8 MHz.

AVRStudio, AVRDUDE; Low-0x8D High-0xDD

 

 

  

Если Вы решили собрать для собственного пользования этот  прибор,

то вы должны принять к сведению следующие  пункты .

а)
  1.  Распространение  материалов статьи (for free): ограничений нет.
  2. Срок эксплуатации программы (not Specified Local) : не ограничен.
  3. Авторское право (сopyright): на материалы этой статьи , того, кто  это читает.
б)
  1. Описание и характеристики данных схем, могут быть не достоверны , так как не проходили никакую экспертизу не имеют подтверждения компетентных органов....
  2. Все материалы ( программы, схемы, платы ) разработаны на любительском уровне (хоббийный интерес).
  3. Внимание! Устройство имеет гальваническую связь с питающей сетью. 
Все подключения необходимо производить только при отключенном сетевом питании устройства.

 

На правах первого пользователя этой разработки, позволю себе тут-же, сделать кратко небольшую  оценку этих устройств на внешний вид.
   V_1    Знаете есть такое выражение "Смотрится богато!", это выражение 100% соответствует исполнению прибора в версии V_1 
   V_2    Надежность этой конструкции "при любой погоде" не вызывает никаких сомнений, это про V_2.  
   V_3    Всего лишь несколько элементов графики на дисплее, делает отображение информации очень интересным.  "Глаз не оторвать"... так можно сказать про V_3


 

 

Файлы проектапрошивки V_1, V_2, V_3, печатные платы, proteus.

Исходник проекта - версия V_2, среда разработки CodeVisionAVR.

Модернизация программы от пользователя 

Прошивка - версия V_3,  (под дисплей Nokia3410)

 



 

                             Электронные компоненты на http://aliexpress.com
Digital LCD Power Timer  Д/У три канала. Часы + будильник. DC 100V 10A V / A AC-Digital-V.A.-LED Таймер- таблетки
Digital LCD Power Timer.
20-555 20-555 20-555 20-555 20-555
           
 ATMEGA8A  TQFP-32 PT2262 coding decoder   ATMEGA128A   ATMEGA328P-DIP Микросхема AD9850  NE555N  DIP-8  
 ATMEGA8A  TQFP-32 10pcs/lot PT2262 DIP-18 Encoding decoder  10pcs Titanium Step Drill Bits 3-20mm  20-555  20-555   NE555 NE555P NE555N 555 DIP-8 20PCS 
           
LCD 20X4 5V Blue nokia 5110 lcd ST7920  Сдвиговый регистр 74HC595D  1602 ЖК (синий экран)  Шаг. двиг. 28BYJ-48 5V 
  LCD 20X4 5V Blue nokia 5110 lcd модуль (2) Titanium Step Drill Bits 3-20mm  20-555  20-555  20-555 
           
RELAY-12V-DC 8-channel  relay 5V SLA-12VDC Relay 30A T90  SRA-12VDC-CL 20A  5V  Relay Module   
20-555  8-channel  relay 5V SLA-12VDC-SL-C   Relay 30A T90    5V trigger Channel Relay Module   
           
Плата AD9850 Transmitter-Receive DSO138 2.4  SIM800L GPRS GSM   Генератор до 10МГц Генератор NE555 
20-555 433Mhz RF transmitter receiver link kit for Arduino DSO138 2.4 SIM800L GPRS GSM Module MicroSIM -TTL Serial Port 20-555  20-555 
           
Клемник 2Pin 5.0 мм  Plastic  Box Red Light 250V 40 Pin Single 40Pin 2.54 Single   
20-555 Plastic Electronic Project Box Red Light 250V AC 15 AMP 125/20A Duplex Switch 40 Pin Single Row Straight Female 2.54mm 10Pcs/Lot 40Pin 2.54 Single Row Pin Male  
           
BTA41-600V L7805-TO220 AMS1117 3.3V 1A    Ams1117-5.0 SOT-223  78L05  SOT-89 5V  BTS443P  TO252 
20-555 L7805-TO220-L7805-TO-220 AMS1117 3.3V 1A SOT-223     78L05 SOT89 SOT-89 5V 50PCS   10pcs/lot BTS443P  TO252  
           
Titanium Bits 3-20mm Multi-function electric PCB mini drill Bit carbide  99pcs-Titanium-Steel-Drill.    9mm Hole White Plastic 
Titanium Step Drill Bits 3-20mm Multi-function electric machine soldering 10pcs 0.3mm to 1.2mm PCB mini drill Bit tungsten steel carbide   20-555    9mm Hole White Plastic 
           
PCB  thermal  paper PCB DIY  TQFP - DIP Adapter PCB   8 pin DIP Round IC socket   6-28-pins-DIP-IC   
PCB  thermal  paper Ccl-PCB-DIY  TQFP - DIP Adapter PCB  8 pin DIP Round IC socket  20-555   
           
LM2596s DC-DC 5A DC-DC Step Up MT3608 2A  mini DC-DC 3A    Rotary Encoder  RM-065 5kOm quartz resonator  
20-555 DC-DC Step Up Power MT3608 2A Max    Rotary Encoder  Переменный резистор RM-065 502    
           
12V 5A 60W 110V-220V  12V 5A 60W LNK305PN DIP-7   Драйвер светодиодов рег. напр. DC-DC LCD   
12V 5A 60W 110V-220V Lighting Transformer High quality LED driver 12V 5A 60W LED Driver  20-555  20-555  20-555   
           
           
           
           
Transistor Tester ESR  Quadcopter Drone  Probe Oscilloscope X1 X10  RS232 to TTL Parking Camera 170"  test hook clip 
Transistor Tester LCR - ESR meter - Frequency Signal Generator Quadcopter Drone Probe Oscilloscope X1 X10  CH340G RS232 to TTL module 20-555  10PCS test hook clip
           
MQ-135 Air Sensor   GL5528

Microphone Sensor

Photosensitive Sensor 

IR Sensor

HC-SR505 sensor switch 
MQ-135 Air Quality Sensor HC-SR505 Mini sensing module - sensor switch
           
ОУ  SOT23-5

BC847 NPN SOT-23 

SS8050+SS8550

BSS138 SOT-23 MOSFET Gerkon    
45 BSS138LT1G SOT-23 MOSFET Gerkon   
           
LED  220V  LED DC 12 В  100PCS-5mm-LED  LED-Display 4*4 Matrix Array   Button  250 pcs  
LED лампы 220V дневные ходовые огни DC 12 В 100PCS-5mm-LED-Green-Blue-White-Yellow-Red 20-555 4*4 Matrix Array/Matrix Keyboard 16 Key  Tactile Push Button 10 models 250 pcs  
           
           
           
           
Metal Film Resistor  high frequency - capacitor Metal-Resistor-Kit 1206-SMD-Resistors-2000pcs-Kit

0.6mm Tin Lead Solder  

 
 
1220pcs 0.33R~4.7M 1% Metal Film Resistor Assorted Kit 220uF 50V 8*16 high frequency - capacitor 50pcs/lot 20-555 20-555 20-555   
           
Sensor Module ZMCT103C HC-SR501  PIR Датч.уличный USB  Tester volt-ammeter Soldering-Kits-T12   
Transformer Sensor Module ZMCT103C 5A/5mA FZ0809 HC-SR501  PIR module  Sensor 20-555 Digital USB  Tester  charger doctor voltmeter ammeter 20-555   
           
DS18B20 TO-92 DHT22 digital 

Crystal Oscillator 49S 

 
Датчик РТ100     
DS18B20 TO-92 - Temperature Sensor 10pcs/lot DHT22 digital temperature and humidity sensor   20-555     
           
Transmitter-Receiver  TF card U disk MP3 Player WIFI модель ESP-12E (Esp8266) Д/У для ворот      
2CH-RF-Remote-Control-Switch-Transmitter-Receiver 20-555 20-555 20-555    
           

 

         
           
 

 

 

Комментарии   

# accеpt 17.04.2016 20:25
Спасибо за интересную разработку.
особенно порадовало на ЖКИ.
Вот бы туда добавить измерение можности и лог срабатываний.
# accеpt 18.04.2016 08:02
вот что подумал.
если добавить двухцветный светодиод(красный - напряжение выше 230В; зеленый - 210-229В; желтый - менее 209В) в версию с ЖКИ 5110 то получим супер-девайс:
- читабельный лог срабатываний.
- видимое из далека(преимущество светодиодных индикаторов) текущее напряжение сети.

You have no rights to post comments