Устройство отключения нагрузки

Достаточно часто в домашней мастерской происходят не очень приятные вещи: домашние отвлекают вас от увлекательных занятий, считая их пустой тратой времени. Поэтому, приходится все бросать на полушаге и бежать выполнять экстренную работу по дому.

И все бы ничего, если вы пользуетесь только отвертками, гаечными ключами или стамесками и рубанком. Но, если в процессе работ используется паяльник и приборы, питающиеся от сети, то в процессе таких побегов частенько закрадывается сомнение: «А выключил ли я паяльник или какой-нибудь нагревательный элемент, с которым отлаживал терморегулятор?». Ведь такая забывчивость нередко приводит к ожогам, электротравмам, а то и вовсе к пожару.

Чтобы подобных сомнений не возникало и предлагается своеобразное реле времени. Его можно использовать и с другой аппаратурой, например, с телевизором. Правда, для телевизора известны другие разработки, но вполне подойдет и эта.

Алгоритм работы устройства отключения нагрузки достаточно простой. По истечении заданного времени, около полутора – двух часов, устройство начинает подавать назойливый звуковой сигнал, не заметить который очень трудно. Если в течение определенного времени, около пяти минут, нажать кнопку звуковой сигнал прекратится и устройство останется включенным еще на два часа. В противном случае устройство отключится от сети само и обесточит нагрузку.

Принципиальная схема устройства показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Устройство отключения нагрузки

По сути устройство представляет собой обычный таймер. Основным узлом таймера является счетчик на микросхеме D1, который подсчитывает импульсы, вырабатываемые генератором, выполненном на элементах D2.1 D2.2. Но обо всем по порядку.

При нажатии на кнопку S1 напряжение сети подается на первичную обмотку трансформатора Т1. Напряжение вторичной обмотки, выпрямленное диодным мостом VD2, сглаживается конденсатором С4 и стабилизируется параметрическим стабилизатором на резисторе R3, конденсаторе С3 и стабилитроне VD1. Это напряжение используется для питания микросхем.

Положительный перепад напряжения на дифференцирующей цепочке R1 С1 поступает на вход сброса счетчика R (вывод 11), который приводит счетчик D1 в нулевое состояние – на всех выходах счетчика напряжение логического нуля.

Логический нуль на входе 12 элемента D2.4 приводит к появлению на его выходе 11 логической единицы, которая открывает транзистор VT1. Через открытый транзистор включается реле Р1, которое своим контактом включает нагрузку, и кроме того, удерживает во включенном состоянии само устройство. О логических единицах и нулях для освежения информации можно прочитать в цикле статей «Логические микросхемы».

Казалось бы, что включение нагрузки с помощью реле не совсем современно. Сейчас более распространены симисторы, тиристоры и твердотельные реле. Но все дело в том, что нагрузка, подключаемая к описываемому устройству, может быть 100 и более ватт, и всего 1…2 ватта.

Кроме того нагрузка может носить чисто индуктивный характер (первичная обмотка трансформатора, катушка магнитного пускателя). Поэтому при мощной нагрузке маломощный тиристорный ключ будет греться, а маломощная нагрузка может потреблять ток меньший, чем ток удержания тиристора, – нагрузка попросту не включится.

При индуктивной нагрузке приходится устанавливать дополнительные RC – цепочки, иначе нагрузка будет просто дребезжать. Это наиболее заметно при включении магнитного пускателя, – он работает как электрический звонок. При такой универсальности нагрузок «контактное» включение наиболее просто и вполне оправдано.

После всех описанных событий начинает работать генератор на элементах D2.1 D2.2. При указанных на схеме номиналах резистора R2 и конденсатора С2 частота импульсов около 1.5 Гц. При необходимости более точный подбор частоты производится изменением величины резистора R2.

 Эти импульсы поступают на счетный вход С (вывод 11) счетчика D1. Когда на вход счетчика поступит 8192-й импульс, на его выводе 3 установится уровень логической единицы. Нетрудно посчитать, что при указанной частоте следования импульсов это произойдет примерно через полтора часа после включения всего устройства в сеть.

Эта логическая единица поступит на вход 9 элемента D2.3. она разрешит прохождение на выход элемента D2.3 импульсов с выхода 9 счетчика D1, которые с частотой 0,75 Гц через элемент D3.1 разрешают и запрещают работу генератора на элементах D3.2 D3.3. В результате пьезоизлучатель F1 излучает пакеты импульсов с частотой около 1000 Гц. Это и есть то самое назойливое звучание, о котором было сказано выше.

Если во время этого звучания нажать кнопку S2 на вход сброса счетчика D1 будет подано напряжение питания, что эквивалентно подаче логической единицы, счетчик сбросится, и все начнет работать как при включении питания. Нагрузка останется включенной.

А что произойдет, если кнопка S1 вовремя нажата не будет? В этом случае счетчик будет продолжать считать дальше. При этом, обратите внимание, на выходе 3 будет оставаться логическая единица, – ведь 8192 импульса уже подсчитаны! Когда будет подсчитано еще 512 импульсов, логическая единица появится на выходе счетчика 14. При указанной частоте импульсов генератора на это уйдет еще около 5-ти минут. Это будет временем подачи звукового сигнала.

Теперь на входах 12 и 13 элемента D2.4 будут две логические единицы, что приведет к появлению на его выходе 11 уровня логического нуля. Поэтому транзистор VT1 закроется и отключит реле Р1, которое своим контактом отключит нагрузку и само устройство.

Детали и конструкция. Лучше всего все детали, кроме трансформатора, разместить на печатной плате. Можно также весь монтаж сделать навесным. Для этого можно на кусочке пластика приклеить микросхемы вверх ногами, после чего распаять все, используя выводы в качестве опорных точек монтажа.

Трансформатор подойдет любой, мощностью не менее 5 ватт, например от китайских сетевых адаптеров. Напряжение вторичной обмотки должно быть в пределах 15…17 В. В качестве выпрямительного моста подойдет любой с током нагрузки 0,5…1 А. возможно также применить просто диоды, например, широко распространенные импортные 1N4007. Сейчас такие купить намного проще, чем отечественные КД209.

В качестве реле использовано реле от систем дистанционного управления телевизоров 3УСЦТ, которое также можно заменить импортным, например TIANBO. Купить сейчас такое реле тоже не составит труда.

Всю конструкцию можно разместить в пластмассовой коробке подходящих размеров, которые продают в магазинах электротоваров. На стенке корпуса следует разместить блок розеток и кнопки S1 и S2. При исправных деталях и отсутствии ошибок в монтаже схема не требует налаживания, начинает работать сразу.

Борис Аладышкин