Назначение
Недавно на канале была опубликована статья под названием «Независимый таймер», в которой речь шла о таймере на основе модуля С005, способном коммутировать нагрузку мощностью до 200 Вт. Нередко возникает потребность периодически включать и выключать более мощную нагрузку. О таймере, способном коммутировать нагрузку более 2 кВт и пойдёт речь в этой публикации.
Такой таймер может потребоваться, например, если у пароварки вышел из строя механический таймер, а в остальном она функционирует нормально. Для этого кухонного прибора нет необходимости в высокой точности выдержки времени. Его также можно использовать и для управления обогревателем, ограничив предельное время его работы.
Для коммутации сетевого напряжения с током 10 А и даже более можно применить тиристоры или симисторы, но в открытом состоянии падение напряжения на них, как правило, превышает 1 В (например, у симистора ТС106-10), поэтому рассеиваемая на нём мощность при токе 10 А будет более 10 Вт, что немало.
К тому же у него открывающий ток управляющего электрода равен 75 мА. Можно применить полевые транзисторы. Но у высоковольтных транзисторов сопротивление канала в открытом состоянии не такое уж маленькое.
У большинства распространённых и доступных, таких как, например, серий IRF, сопротивление открытого канала – омы и десятые доли ома. При токе 10 А на таком транзисторе выделяется мощность несколько ватт, что потребует применения теплоотвода. Конечно, есть высоковольтные транзисторы и с меньшим сопротивлением канала, но они распространены меньше и стоят дороже.
Поэтому в некоторых случаях электромагнитные реле находятся вне конкуренции, поскольку падение напряжения на замкнутых контактах существенно меньше.
Обмотки большинства мощных реле питаются постоянным током, что требует соответствующего источника питания. Но существуют реле, обмотки которых питаются переменным током, а если обмотка рассчитана на напряжение 230 В, то это упрощает управление.
Например, для этого можно применить маломощный высоковольтный симистор. Если от таймера не требуется высокой точности, в нём можно применить времязадающие узлы на основе RC-цепей.
Схема электрическая и принцип работы
Данный таймер может обеспечить выдержку времени до нескольких дней.
Узел питания устройства собран на диоде VD3, токоограничивающих резисторах R5R6, сглаживающем конденсаторе С2 и светодиоде VD1 «Сеть», который выполняет функции стабилизатора напряжения (около 3,3 В) и индикатора наличия напряжения сети.
Времязадающий элемент – таймер С005, который и формирует указанный временной интервал. Плавное изменение времени выдержки от 1 мин до 5 мин осуществляется переменным резистором R2, а от 0 до 57 мин – переменным резистором R1.
При этом время выдержки суммируется, в результате суммарная выдержка будет от 1 мин до 62 мин. Устанавливая перемычки на плате таймера С005, максимальное время выдержки можно изменять от нескольких секунд до нескольких десятков часов.
На транзисторе VT1 собран инвертор выходного сигнала модуля DA1. Для коммутации мощной нагрузки использовано реле К1, обмотка которого питается переменным напряжением сети.
Здесь применено реле RT424730, обмотка которого рассчитана на питание переменным напряжением 230 В, а один контакт позволяет коммутировать ток до 8 А. В результате суммарный ток двух параллельно соединённых контактов окажется в два раза больше.
Для подачи питающего напряжения на обмотку реле служит симистор VS1 серии ВТ131. Светодиод VD2 сигнализирует о том, что на управляющий вывод симистора подано открывающее напряжение.
После подачи питающего напряжения конденсатор С2 заряжается до напряжения около 3,3 В, номинального для светодиода VD1, который светит. Это напряжение через конденсатор С1 поступает на вход 4 Start таймера DA1, и его запуска не происходит.
На выходе 5 OUT – высокий уровень напряжения, поэтому транзистор VT1 закрыт. Симистор VS1 не открывается, в результате реле и нагрузка обесточены.
Для запуска таймера достаточно нажать на кнопку SB1. При этом на вход 4 Start поступает низкий уровень напряжения, и начинается отсчёт времени.
На выходе 5 OUT появляется низкий уровень напряжения, транзистор VT1 открывается, через светодиод VD2 и управляющий электрод симистора протекает ток, поэтому последний открывается, на обмотку реле поступает питающее напряжение, и его контакты замыкаются – на нагрузку подаётся напряжение сети.
По окончании времени выдержки на выходе 5 OUT снова появляется высокий уровень напряжения, транзистор VT1 закрывается, симистор открываться не будет, реле обесточится и нагрузка окажется отключённой от сети. Для повторного запуска таймера надо вновь кратковременно нажать на кнопку SB1.
Детали и наладка
Транзистор VT1 любой из серии BC557, КТ3107. Светодиод VD1 должен быть сверхъяркий белого или фиолетового свечения с диаметром корпуса 3...5 мм, светодиод VD2 – также сверхъяркий, обязательно красного свечения.
Следует отметить, что основным потребителем тока, который втекает в устройство (не считая реле), является симистор VS1, а точнее, ток, необходимый для его открывания, т. е. протекающий через управляющий электрод.
Симистор ВТ131-600, который применён в схеме, гарантированно открывается при токе управляющего электрода 7 мА, а номинальный ток – 3,8 мА. Поэтому для повышения экономичности устройства надо, чтобы большая часть тока, который задают резисторы R5, R6, попадала в управляющий электрод симистора.
Для этого резистор R7 подбирают так, чтобы при включении таймера (включении светодиода VD2) светодиод VD1 светил слабо.
В большинстве случаев взамен этого резистора можно установить проволочную перемычку, кстати, с этого можно начать монтаж элементов. Кроме того, желательно, чтобы номинальное напряжение светодиода VD2 (обязательно красного свечения) было как можно меньше. В этом случае при его включении светодиод VD1 «Сеть» может почти погаснуть.
Дальнейшее налаживание сводится к установке требуемого интервала регулировки времени задержки, для этого можно использовать информацию о модуле С005, приведённую в статье «Сенсорный выключатель на таймере C005».
Максимальную выдержку будет определять суммарное сопротивление переменных резисторов и наличие или отсутствие перемычек на выводах 7 и 8 DA1.
Следует учесть, что суммарное сопротивление более 5 МОм или менее 10 кОм может привести к повышенной нестабильности времени выдержки. Чтобы иметь возможность установки как небольшой выдержки, так и максимальной, следует применить два переменных резистора, разница в сопротивлении которых должна быть 10...20 раз.
Отдельная проблема – градуировка шкал переменных резисторов. Для больших выдержек такая градуировка с реальным измерением времени становится мучением. Поэтому можно предложить такой вариант. В уже собранную конструкцию устанавливают частотозадающий резистор R сопротивлением около 100 кОм, предварительно измерив его как можно точнее.
После запуска таймера измеряют получившееся время выдержки Т и рассчитывают крутизну регулировки S = R/T.
Затем надевают на переменный резистор ручку-указатель и устанавливают его в положение с сопротивлением, соответствующим желаемому времени выдержки, рассчитанному в соответствии с приведённым выше выражением, и делают отметку. Затем разрабатывают шкалу с помощью графического редактора и распечатывают её. После этого шкалу можно заламинировать.
Следует отметить, что у С005 в качестве частотозадающего использован RC-генератор на логических элементах, что не может обеспечить высокой стабильности и точности установки времени выдержки. Поэтому не стоит ожидать точности лучше 5 %.
Поскольку у применённого реле контакты переключающиеся, таймер можно сделать как с задержкой выключения.
