Меню

Вольтметр переменного напряжения с защитой

Вольтметр переменного напряжения с защитой

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

Автор: C@at, http://c2.at.ua.
Опубликовано 26.08.2013
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2013!»

Эта статья, об измерителе сетевого напряжения или другими словами бытовой вольтметр.

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
Читайте также:  Стабилизатор напряжения iek boiler 500

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 или ОК (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 и V_3 в прикрепленном архиве к статье , соответствующая прошивка V_1,V_2 и V_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 мм 2 . 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 и V_3 (П-1-1, К-2-_, И-3-_ ( И-3-1 с ЖКИ WH0802A-TMI-CT)).

Читайте также:  Регулятор напряжения ограничением тока схема

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 любую из этих схем RMS измерителей,

то вы должны ясно понимать и отдавать себе отчет, по следуюшим пунктам:

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

Источник

Простой модульный вольтметр переменного напряжения на PIC16F676

Содержание / Contents

  • 1 Принципиальная схема вольтметра для измерения переменного напряжения
  • 2 Конструкция и детали
  • 3 Настройка
  • 4 Программа
  • 5 Возможные применения вольтметра
  • 6 Файлы
  • 7 Дополнения

↑ Принципиальная схема вольтметра для измерения переменного напряжения

Реализовано прямое измерение переменного напряжения с последующим вычислением его значения и вывода на индикатор. Измеряемое напряжение поступает на входной делитель, выполненный на R3, R4, R5 и через разделительный конденсатор C4 поступает на вход АЦП микроконтроллера.

Резисторы R6 и R7 создают на входе АЦП напряжение 2,5 вольта (половина питания). Конденсатор C5, относительно малой ёмкости, шунтирует вход АЦП и способствует уменьшению ошибки измерения. Микроконтроллер организует работу индикатора в динамическом режиме по прерываниям от таймера.

↑ Конструкция и детали

Вариант с доп. питанием + 7…15 В. Пределы измерения 0 – 250 Вольт.

Вольтметр собран на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Индикатор применён с общим катодом.
Резисторы R6 и R7 могут иметь величину 47 – 100 ком. Их необходимо подобрать с одинаковыми номиналами или взять с 1% допуском. От их равенства номиналов зависит линейность показаний в верхней части шкалы.
Номинал резисторов R8 – R12 выбирается в зависимости от требуемой яркости свечения и светоотдачи индикатора. При этом возможно придётся увеличить ёмкость конденсатора C1 для получения большего значения тока для питания индикатора.
При использовании индикатора с малой светоотдачей желательно вместо микросхемы U1 (78L05) применить более мощную 7805 для того чтобы избежать перегрева.

↑ Настройка

Настройка вольтметра особенностей не имеет. Перед настройкой желательно выждать 10 – 15 минут после включения. Необходимо установить правильные показания с помощью резисторов R5 (точно) и R3 (грубо, если потребуется).

↑ Программа

Программа написана на языке СИ (mikroC PRO for PIC) и снабжена комментариями. В программе применено прямое измерение переменного напряжения микроконтроллером, что позволило упростить схему и повысить точность измерения малых напряжений.
Микропроцессор применён PIC16F676. Тактовая частота внутреннего генератора 4 МГц.

Работа программы: в течение некоторого отрезка времени производится многократное прямое измерение напряжения без привязки к фазе и при этом определяются минимальное и максимальное значения напряжений. Разность их значений будет равна размаху измеряемого напряжения, которое и выводится на индикатор.

↑ Возможные применения вольтметра

• Измерение регулируемого напряжения, снимаемого с ЛАТРа (пределы измерения 0 – 250 Вольт )

• Измерение напряжения внутри какого-либо устройства, если есть внутренний источник питания с напряжением 8 – 15 Вольт (пределы измерения 0 – 250 Вольт). Используется вариант платы без блока питания. Я применил этот вариант в ШИМ регуляторе переменного напряжения.

↑ Файлы

Схема, плата, прошивка и исходный код
▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

↑ Дополнения

Спасибо за внимание!
Иван Внуковский, г. Днепропетровск, Украина

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

? Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке. Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

? Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

Читайте также:  При уменьшении напряжения ток уменьшается или увеличивается

Источник



Как сделать простой вольтметр своими руками – схемы и рекомендации

вольтметр

Электрические измерения

Ситуации, когда под рукой должен находиться вольтметр, встречаются достаточно часто. Для этого нет необходимости использовать заводской сложный прибор. Изготовить простенький вольтметр своими руками – не проблема, потому что состоит он из двух элементов: стрелочный измерительный блок и резистор. Правда, необходимо отметить, что пригодность вольтметра определяется его входным сопротивлением, которое состоит из сопротивлений его элементов.

Вольтметр

Но необходимо учитывать тот факт, что резисторы есть разные с разными номиналами, а это говорит о том, что от установленного резистора будет зависеть входное сопротивление. То есть, подобрав правильно резистор, можно сделать вольтметр под замеры определенных уровней напряжений сетей. Сам же измерительный прибор чаще оценивается по показателю – относительное входное сопротивления, приходящееся на один вольт напряжения, его единица измерения – кОм/В.

То есть, получается так, что входное сопротивления на разных измеряемых участках разное, а относительная величина – показатель постоянный. К тому же, чем меньше отклоняется стрелка измерительного блока, тем больше относительная величина, а, значит, точнее будут измерения.

Прибор для измерения нескольких пределов

Кто не раз сталкивался с транзисторными конструкциями и схемами знает, что очень часто вольтметром приходится замерять цепи с напряжением от десятков долей одного вольта до сотен вольт. Простой приборчик, изготовленный своими руками, с одним резистором это не осилит, поэтому в схему придется подключить несколько элементов с разным сопротивлением. Чтобы вы поняли, о чем идет речь, предлагаем ознакомиться со схемой, расположенной снизу:

Четыри резисторами

На ней показано, что в схеме установлено четыре резистора, каждый из которых отвечает за свой диапазон измерений:

  1. От 0 вольт до единицы.
  2. От 0 вольт до 10В.
  3. От 0 В до 100 вольт.
  4. От 0 до 1000 В.

Номинал каждого резистора поддается подсчету, который проводится на основе закона Ома. Здесь используется следующая формула:

  • Rп – это сопротивление измерительного блока, возьмем, к примеру. 500 Ом;
  • Uп – это максимальное напряжение измеряемого предела;
  • Iи – это сила тока, при которой стрелка отклоняется до конца шкалы, в нашем случае – 0,0005 ампер.

Для несложного вольтметра из китайского амперметра можно выбрать следующие резисторы:

  • для первого предела – 1,5 кОм;
  • для второго – 19,5 кОм;
  • для третьего – 199,5;
  • для четвертого – 1999,5.

А вот относительная величина сопротивления этого прибора будет равна 2 кОм/В. Конечно, расчетные номиналы не совпадают со стандартными, поэтому резисторы придется подбирать близкими по значению. Далее проводится финишная подгонка, при которой производится градуировка самого прибора.

Как переделать вольтметр постоянного напряжения в переменное

Показанная на рисунке №1 схема – это вольтметр постоянного тока. Чтобы его сделать переменным или, как говорят специалисты, пульсирующим, необходимо в конструкцию установить выпрямитель, с помощью которого постоянное напряжение преобразуется в переменное. На рисунке №2 вольтметр переменного тока показан схематически.

Данная схема работает так:

  • когда на левом зажиме находится положительная полуволна, то открывается диод D1, D2 в этом случае закрыт;
  • напряжение проходит через амперметр к правому зажиму;
  • когда положительная полуволна находится на правом конце, то D1 закрывается, и напряжение через амперметр не проходит.

В схему обязательно добавляется резистор Rд, сопротивление которого рассчитывается точно так же, как и остальные элементы. Правда, его расчетное значение делится на коэффициент, равный 2,5-3. Это в том случае, если в вольтметр устанавливается однополупериодный выпрямитель. Если используется двухполупериодный выпрямитель, то значение сопротивления делится на коэффициент: 1,25-1,5. Кстати, схема последнего изображена на рисунке №3.

Как правильно подключить вольтметр

Тот, кто не знает, но хочет проверить напряжение на каком-то участке электрической сети, должен задаться вопросом – как подключить вольтметр? Это на самом деле серьезный вопрос, в ответе которого лежит простое требование – подключение вольтметра необходимо проводить только параллельно нагрузке. Если будет произведено последовательное подключение, то сам прибор просто выйдет из строя, и вас может ударить током.

Вольтметр своими руками

Все дело в том, что при таком соединении уменьшается сила тока, действующая на сам измерительный прибор. При этом сопротивлении его не меняется, то есть, остается большим. Кстати, никогда не путайте вольтметр с амперметром. Последний подключается к цепи последовательно, чтобы снизить показатель сопротивления до минимума.

И последний вопрос темы – как пользоваться вольтметром, изготовленным самостоятельно. Итак, в вашем приборе два щупа. Один подключается к нулевому контуру, второй к фазе. Так же можно проверить напряжение через розетку, предварительно определив, к какому гнезду запитан ноль, а к какому фаза. Или соединяете параллельно прибор к измеряемому участку. Стрелка измерительного блока покажет величину напряжения в сети. Вот так пользуются этим самодельным измерительным прибором.

Источник