Ограничитель мощности (ОМ) в первую очередь был разработан для совместного использования с терморегуляторами. Он также может быть использован как расширенный вариант автомата защиты бытовой аппаратуры, который кроме контроля напряжения (U) в сети, может контролировать ток (I) нагрузки и мощность (P) потребления. ОМ измеряет среднеквадратичные значения напряжения в сети и тока нагрузки, мощность измеряет с учетом сдвига фаз между током и напряжением, т.е. активную.

В модификациях предназначенного для совместного использования с терморегулятором, ОМ имеет два управления по отключению нагрузки. Одно отключение происходит, когда напряжение вне нормы, в этом случае ОМ отключает терморегулятор от питания, а терморегулятор после пропадания питания отключает электронагреватели. Другое отключение происходит, когда потребляемые ток или мощность превышают установленные пределы. В этом случае ОМ через оптопару замыкает вход "Z" терморегулятора на минус, после чего терморегулятор отключит нагрузку, а сам останется включенным и продолжит измерять температуру. По истечению времени заданного в параметрах для напряжения, если напряжение в норме включается терморегулятор. По истечению времени заданного в параметрах для тока или мощности, если ток и мощность потребления в норме, вход "Z" терморегулятора отключается от минуса и терморегулятор подключает нагреватели.

В модификациях предназначенного для использования как варианта защиты аппаратуры, ОМ имеет только одно управление по отключению аппаратуры. В этом случае любой контролируемый параметр I, U или P, если выходит за установленные пределы отключит нагрузку. По истечению времени заданного в параметрах, если все контролируемые параметры в норме включается нагрузка.

Технические характеристики ограничителя мощности с раздельным управлением нагрузки

рабочее напряжение: 120-400В.

нижний предел напряжения: 130В

диапазон установки верхнего предела напряжения: 225-270В

диапазон установки верхнего предела тока: 0.5-50А

диапазон установки верхнего предела мощности: 0.1-12.5КВт

диапазон установки таймера по управлению напряжением: 5-900 сек.

диапазон установки таймера по управлению током или мощностью: 5-900 сек.

Технические характеристики ограничителя мощности с общим управлением нагрузки

рабочее напряжение: 120-400В.

диапазон установки нижнего предела напряжения: 120-215В

диапазон установки верхнего предела напряжения: 225-270В

диапазон установки верхнего предела тока: 0.5-50А

диапазон установки верхнего предела мощности: 0.1-12.5КВт

диапазон установки таймера: 5-900 сек.

Точность измерений

напряжение: ±1В

ток: ±0.1А

мощность: ±0.1КВт

После подключения в сеть, прибор показывает напряжение, ток или мощность в зависимости от того, какой был выбран параметр для индикации перед выключением прибора. В приборе имеются три светодиода, по которому можно определить, какой параметр показан на индикаторе. Светодиод мигает, когда соответствующий ему параметр вне нормы. В случае, когда один из параметров вне нормы и одновременно выводится на индикатор, то соответствующий диод мигает в инверсном режиме с продолжительностью засветки в 1.5 раза длинней, чем остальные. Так визуально легко можно определить какой параметр показывается, когда все диоды мигают.

После включения прибор включит нагрузку, если все контролируемые параметры были в норме за уставленное время в параметрах для общего управления нагрузкой. Для приборов с раздельным управлением при включении питания время ожидания установленное для I или P игнорируется, если они в норме.

Ниже приводится полный список меню. Для различных модификаций ОМ список может быть не полным.

U - вывод напряжения на индикатор

I - вывод тока на индикатор

P - вывод мощности на индикатор

U.НП - установка нижнего предела отключения по напряжению

U.ВП - установка верхнего предела отключения по напряжению

I.ВП - установка верхнего предела отключения по току

P.ВП - установка верхнего предела отключения по мощности

U.ВР - установка времени для напряжения

I.ВР - установка времени для тока или мощности

U.F - корректировка показаний вольтметра (сервисный режим)

I.F - корректировка показаний амперметра (сервисный режим)

В обычном режиме в меню отсутствуют сервисные функции, которые могут появиться только после определенных манипуляций. Для модификации ОМ без контроля мощности в меню отсутствует все, что связано с мощностью. Для приборов с общим управлением нагрузки в меню в место "U.ВР" и "I.ВР" имеется "ВР". Для приборов с раздельным управлением нагрузкой в меню отсутствует "U.НП".

После первого нажатия левой кнопки на индикаторе появляется "U" - первый пункт списка меню. После следующего нажатия левой кнопки или ее удержания, меню начинает передвигаться по списку. Нажатие правой кнопки служит подтверждением выбора меню. Если подтверждения не последует за 5 секунд, прибор вернется в прежнее рабочее состояние.

Выбранный параметр можно отредактировать, левой кнопкой - увеличение, правой - уменьшение. Через 5 секунд после прекращения редактирования, система перейдет в основной рабочий режим.

Принципиальная схема (рис. 1) выполнена на основе микроконтроллера PIC16F676. В ней используется датчик тока ACS750SCA-050 для измерения тока нагрузки, который проходит через его выводы 4 и 5. Вывод 4 оптопары IC2 подключается к входу "Z", а третий вывод оптопары к минусу терморегулятора. Оптопара IC2 исключается из схемы, не предназначенной для использования ОМ совместно с терморегулятором.

Для уменьшения тока реле, на базу транзистора Q1 BC547 в момент включения поступает импульс 40 ms, за тем симметричный меандр. Чтобы реле не свистело, по идее необходимо, чтобы частота меандра была как можно выше. Но применяемый микроконтроллер сделать это не позволяет, по этому было принято решение не повысить частоту, а понизить до 200 Гц. На 200 Гц герметичные реле с обмоткой 400 Ом и чуть больше работают вполне удовлетворительно, а вот открытые (4088) с обмоткой 390 Ом при входном напряжении 130 вольт срываются и гудят сильнее герметичных. В связи с этим имеются два варианта прошивок с классическим управлением без меандра и с меандром.

Для удешевления продукта можно в место датчика тока ACS750SCA-050 применить трансформатор тока. Два последовательно соединенных одинаковых сопротивлений (10-22KOm) подобранных с точностью до третьего знака, вывод одного подключить к "+", другого к "-" питания микросхемы. К точке соединения обоих сопротивлений подключается вывод вторичной обмотки токового трансформатора, другой вывод подключается прямо к 3 ножке чипа. Эти два сопротивления будут еще выполнять защитную функцию - ограничение тока через внутренние защитные диоды чипа. Вторичную обмотку нагрузить сопротивлением, которым можно отрегулировать максимальное пиковое напряжение 2.5В для максимального пикового тока.

Для корректного вывода результатов измерений существуют поправочные коэффициенты для напряжения и тока, учитывающие разброс параметров датчика тока и сопротивлений делителя через который происходит измерение напряжения в сети. Поправочные коэффициенты необходимо калибровать. Калибровка может производиться двумя доступными способами.

Первый способ применяется для быстрой калибровки при наладке прибора на производстве. При подаче на вход 240В, когда на индикатор выводится измеряемое напряжение и замыкания 4-й ножки pic16f676 на землю происходит перерасчет поправочного коэффициента, а результат выводится на индикатор. После размыкания 4-й ножки поправочный коэффициент записывается в EEPROM память чипа для последующего его применения. Аналогично проводится калибровка поправочного коэффициента для тока, для этого необходимо перевести прибор в режим вывода тока на индикатор, а через датчик тока пропустить 25А синусоидального тока.

Второй способ позволяет откорректировать показания прибора, через вход в сервисный режим. Вход в сервисный режим затруднен. Для этого необходимо, в течение первых двух секунд сразу после включения прибора в сеть нажать правую кнопку. За тем нужно нажимать или удерживать левую кнопку, пока не появится на индикаторе "U.F" или "I.F". Правой кнопкой подтверждаем вход в сервисный режим. Показание с помощью кнопок можно изменить, если оно не верно. Через 5 секунд калибровочный коэффициент будет сохранен в памяти прибора, прибор перейдет в основной режим.

Ограничитель мощности имеет модификации по трем опциям:

ОМ для терморегулятора и как отдельный автомат защиты с расширенными возможностями

контроль мощности и без него

меандр на реле для уменьшения тока потребления и без него

Комбинация трех этих опций дает 8 вариантов прошивок, которые имеются в настоящий момент.