Управління навантаженням по мережі 220 Вольт
ПРОСТО УПРАВЛІННЯ НАВАНТАЖЕННЯМ
(Передача даних по електромережах, PLC)
Останнім часом спостерігається сплеск інтересу до засобів передачі по лініях електроживлення. Зокрема за окремими фазами мережі 380/220 Вольт із глухозаземленою нейтраллю. Висловлюються часом необґрунтовано оптимістичні думки: мовляв, достатньо поставити передавач (умовно) в одному боці будівлі, приміщення, і в будь-якій іншій стороні ми зможемо приймати передану інформацію.
Доходить часом до абсурду. Намагаються передавати таким чином інформацію, наприклад, з датчиків диму, вогню тощо, забуваючи про те, що подібні системи безпеки повинні мати підвищену надійність, бути автономними, і вже в жодному разі не залежати від електропроводки, яка найчастіше стає причиною пожежі.
Однак у побуті може з'явитися зовсім примітивне завдання: включення/вимкнення одного навантаження без розриву лінії живлення. Для цього, а також для початкових експериментів, пов'язаних з передачею даних, служить пристрій, що описується.
Передавач складається з коливального контуру L 1 C 1 C 2 налаштованого на частоту близько 50 кГц.
Періодичний пробій диністора VS 1 призводить до того, що протягом кожної половини періоду напруги живлення, в контурі виникає серія загасаючих коливань на резонансній частоті:
На ту ж частоту налаштований контур приймача C 1 C 2 L 1. Напруга, що знімається з котушки контуру, випрямляється діодом VD 1 і згладжується конденсатором фільтра С5:
Оптосимістор VS 1 має досить великий струм включення (понад 5 мА), тому для його живлення зібрано окреме джерело на конденсаторі С3 та діоді VD 2.
Робота пристрою очевидна: при увімкненому приймачі симистор VS 2відкриється тільки тоді, коли на конденсаторі C 5 виявиться напруга, достатня для відкривання транзистора VT 1 - 0,7 і більше. Ємність конденсатора C 5 обрана досить великий, що призводить до включення навантаження через 200 мс після включення передавача. Таке рішення покращує схибленість.
Деталі, конструкція, налагодження
Номінали деталей зведені у дві таблиці:
0.15 мкФ х 250 В
100 мкГн (9 витків на кільці М2000НМ 20х6х4)
0.15 мкФ х 250 В
0.47 мкФ х 400 В
100 мкГн (9 витків на кільці М2000НМ 20х6х4)
Конструктивних особливостей описуваний пристрій не має. Деталі передавача зручно розмістити у корпусі готового вимикача, приймача – у розетці. Монтаж може бути виконаний у будь-який зручний спосіб, аж до навісного монтажу. Котушки L 1 передавача та приймача однакові, намотані звичайним монтажним проводом, перетином 0,35 мм. кв. Якщо навантаження має потужність понад 200 Вт, то симістор приймача VS 2 необхідно встановити на радіатор. За наявності індуктивної складової навантаження, паралельно зазначеному симістору доцільно включити варистор, або ланцюжок, що демпфує, з послідовно з'єднаних резистора 39 Ом і конденсатора 0,01 мкФ х 400 В. Потужність всіх резисторів не менше 0,25 Вт.
Слід пам'ятати, що пристрої живляться безпосередньо від мережі 220, тому перед включенням слід ретельно перевірити монтаж на відповідність принциповій схемі. Робоче місце має бути зручним та добре освітленим. Не допускається близьке розташування заземлених металевих предметів. Будь-які зміни у схемі здійснюються тільки після відключення від мережі.
Правильно зібраний із справних деталей пристрій налагодження не потребує. Необхідно лише:
а) проконтролювати наявність коливань передавача. Для цього достатньо пропустити відрізок монтажного дроту крізь сердечник L 1 і підключити до нього щупи осцилографа. Форму коливань показано на осцилограмах вище, вертикальний масштаб 1 В/справ;
б) при вимкненому передавачі перевірити постійну напругу на конденсаторі приймача С4. Воно має бути в межах 10. 15 ст.
Власне робота пристрою проста: приймач та передавач повинні бути підключені до однієї фази; увімкнення передавача призведе до включення навантаження. Однак на практиці виявиться, що сигнал від передавача поширюється не скрізь. Нижче для ясності розуміється цей момент. На малюнку показано типову спрощену однолінійну схему електропостачання.
Зміна умовної товщини ліній відображає реальний стан справ: чим далі ми знаходимося від силового трансформатора, тим менше перетин кабелів, що відходять від РП. Професійним електрикам відомий такий параметр, як опір петлі фаза-нуль. Ця величина необхідна розрахунку розрахунку струму короткого замикання у певній точці. У грамотно виконаній схемі електропостачання має виконуватися таке правило:
тобто. опір у точці B має бути значно меншим за опір у точці А.
Щодо системи передачі інформації по мережах електропостачання це означає практичну неможливість прийому сигналу в точці, якщо передавач знаходиться в точці А. Розглянемо простіший випадок - розведення харчування в під'їзді багатоквартирного будинку:
Тут Z 1 – опір лінії до під'їзної шини живлення включно, Z 2 – опір квартирної проводки. Передавач Tx розташований у сусідній квартирі, щодо приймача Rx. Постає питання: яке буде ослабленнясигналу на вході приймача? Для оцінки цієї величини ідеалізуємо ситуацію: приймемо, що внутрішній опір передавача дорівнює нулю, вхідний опір приймача нескінченно великий.
Тоді схема є найпростішим дільником напруги, ослаблення сигналу залежить від співвідношення опорів Z 1 і Z 2. Навіть якщо Z 1 всього в 2 рази менше Z 2, то амплітуда сигналу зменшиться в 3 рази. Враховуючи, що реальна різниця опорів Z 1 і Z 2 значно більша, а внутрішній опір щодо малопотужного передавача досить великий, то ця різниця буде істотно більшою.
Цікаво, що цю модель можна застосувати не тільки до розповсюдження сигналу між квартирами, але і всередині однієї квартири, якщо є секціонування проводки! Дійсно, при встановленні на введенні в квартиру щитка з автоматичними вимикачами та радіальною схемою електропостачання буде спостерігатися зазначена ситуація. Якщо монтаж проводки виконаний грамотно, опір Z 1 можна "подовжити" з під'їзної шини до квартирного щитка. В результаті сигнал від передавача, включеного, скажімо, в кімнатну розетку, значно ослабне при переході на кухонну розетку, за умови живлення розеток окремими лініями.
Виправити ситуацію можна двома шляхами: збільшенням чутливості приймача та збільшенням потужності передавача. У першого методу є важливе обмеження. Оскільки в реальній мережі присутні перешкоди, як тільки корисний сигнал виявиться нижче рівня перешкоди, посилювати вже нічого. Збільшення потужності передавача перспективніше, але й тут доводиться зіткнутися з низкою обмежень:
- збільшення потужності передавача вимагатиме застосування потужного джерела живлення, що не завжди можливо за конструктивнимміркувань;
- високий рівень сигналу може, своєю чергою, виявитися перешкодою інших систем передачі і призвести до повної непрацездатності останніх.
Стає очевидно, що замість панацеї позбавлення "зайвих" кабелів ми маємо лише приватний скромний засіб, який при грамотному застосуванні може принести певну користь. Типова схема включення передавача та приймача показана нижче:
Власне згасання кабелю зазвичай становить кілька децибелів на 100 м, тому відстань між передавачем і приймачем може бути досить велика. Точно граничну відстань вказати неможливо, оскільки залежить від конкретної обстановки.
Для кількісної оцінки рівня сигналу можна використовувати наведену схему приймача, але без силових елементів. Залишається лише коливальний контур; паралельно конденсатору C 5 потрібно підключити резистор близько 10 кОм. Підключаючи такий приймач у різних точках лінії, та вимірюючи постійну напругу на конденсаторі С5, визначають рівень сигналу.