Индикатор подключения нагрузки. Схема, описание

Индикатор на 220В. Казалось - что может быть проще: обычный светодиод и резистор. Но и здесь творческая радиолюбительская натура способна всё усложнить:) Представляю схему простого, но довольно функционально индикатора питания аппаратуры от сети 220 вольт, которая была найдена в недавнем журнале радио.

Данный светодиодный индикатор выполнен на небольшой печатной платке и двухцветном (зелёный - красный) светодиоде, и установленный в какой-нибудь бытовой прибор может показывать следующее:
- Наличие сети 220В;
- Исправность цепи подключенного устройства;
- Включенное состояние прибора.

Как видите, этот индикатор не так уж и прост. А если использовать его в приборах или местах, где контроль надо проводить даже без её включения (например освещение, которое не видно из места его включения), то эта схема просто незаменима. Представьте себе, что есть лампочка (нагреватель, насос), периодически включаемая и выключаемая автоматом. Вы уходя из дома подали на неё питание, но контроллер включит нагрузку позже. А лампа то сгоревшая! Но вы об этом не знали.

Теперь же, вы всегда будете визуально контролировать исправное состояние даже отключенного прибора. За счёт небольшого тока в доли миллиампер, что протекает через активную нагрузку.

При разомкнутом выключателе питания (и конечно наличии 220В в сети), - будет светиться зелёный индикатор, а если нагрузка подключена (кнопка замкнута), то красный.

Красная часть двухцветного будет светиться, за счёт падения напряжения на диодах VD3, VD4, VD6. От них зависит и максимальная мощность подключенной нагрузки - 700 Ватт. Поставив более мощные диоды, можно поднять её хоть до нескольких киловатт.

Конечно если вы не достанете двухцветный светодиод, ничего не стоит заменить его двумя одноцветными. Резисторами R1 и R2 выставляется желаемая яркость свечения кристаллов. Все детали для удобства и безопасности монтируем на плате. Следует иметь ввиду, что слабая индуктивная нагрузка может плохо работать с данным индикатором питания, поэтому лучше использовать его совмесно с активной - лампа, нагреватель, мотор.

Обсудить статью ИНДИКАТОР ПИТАНИЯ

Искать включатель освещения или розетку в темноте - занятие малоприятное. В продаже появились бытовые включатели освещения, оснащенные индикаторами, подсвечивающими их местоположение. Немного усовершенствовав схему, такой индикатор можно превратить в индикатор подключения нагрузки.
Индикатор подключения нагрузки (ИПН) представпяет собой устройство, встроенное внутрь розетки и индицирующее наличие контакта между вставленной сетевой вилкой от какого-либо бытового прибора и розеткой. Особенно удобен индикатор, если подключаемые приборы не имеют собственного сетевого индикатора. ИПН также полезен для радиоэлектронных изделий, у которых индикаторы включения находятся во вторичной цепи питания, поскольку позволяет проверить их входные цепи.
ИПН состоит из:
- датчика тока нагрузки на диодах VD2...VD6;
- Г-образного фильтра R1-C1;
- ключа на полевом транзисторе VT1;
- блока индикации на элементах VD9, VD10, R2, HL1.
Если к розетке XS1 не подключена нагрузка, то через диоды VD1...VD6 ток не протекает, накопительный конденсатор С1 разряжен и полевой транзистор VT1 закрыт. Ток стока VT1 равен нулю, индикатор HL1 не светится.

При подключении нагрузки к розетке XS1 ток нагрузки протекает через встреч но-параллельно включенные диод VD1 и цепочку диодов VD2...VD6. Отрицательные полуволны сетевого напряжения проходят через VD1. а положительные - через VD2.. .VD6. Падение напряжения на диодах VD2...VD6 через резистор R1 поступает на накопительный конденсатор С1 и заряжает его до величины, превышающей напряжение отсечки полевого транзистора VT1. Транзистор VT1 открывается, и через его канал исток-сток, резистор R2, светодиод HL1 и диод VD9 протекает ток. Светодиод HL1 ярко светится, сигнализируя о подключении нагрузки. Резистор R2 является токоограничительным, диод VD9 запрещает протекание тока через нагрузку при обратных полупериодах сетевого напряжения. Диод VD10 защищает HL1 от обратного напряжения.
Следует заметить, что прямое падение напряжения на диодах VD2.. VD6 зависит от мощности подключенной к розетке XS1 нагрузки и с уменьшением мощности нагрузки также уменьшается. Поэтому для того, чтобы индикатор "реагировал" даже на маломощные (менее 1 Вт) нагрузки, в схеме ИПН применен полевой транзистор КП504А. Он имеет максимальное напряжение исток-сток 240 В и позволяет коммутировать ток в цепи стока до 0,25 А. Управляющее напряжение (0... 10 В) подается на затвор относительно
истока. Транзистор КП504А имеет напряжение отсечки +0.6 В. Предельная мощность подключаемой нагрузки определяется максимальным прямым током диодов VD1...VD6 (1,7 А) и не должна превышать 500...700 Вт.
В схеме применены резисторы типа ОМЛТ. Конденсатор С1 - оксидный, типа К50-35 или зарубежного производства с рабочим напряжением не менее 16 В. Диоды VD1...VD6 - типа КД226В. КД226Г. КД226Д. Диоды VD9, VD10 могут быть заменены на КД105Б, КД102А или на другие миниатюрные с допустимым обратным напряжением не менее 200 В. Предохранитель FU1 - керамический, миниатюрный. Он устанавливается в головке держателя предохранителя типа ДПБ и вместе со светодиодом HL1 выносится на переднюю (верхнюю) панель розетки. При наличии предохранителей, впаиваемых в печатную плату, можно обойтись без держателя предохранителя. Светодиод HL1 - практически любой низковольтный с рабочим током до 20 мА. Для увеличения яркости свечения в качестве HL1 рекомендуется использовать светодиоды повышенной яркости свечения, например, ARL-5213PGC (зеленый). ARL-3214UWC (белый). ARL-n3214UBC (голубой). Если с некоторыми типами светодиодов при закрытом VT1 будет наблюдаться незначительная подсветка светодиода, светодиод следует зашунтировать резистором сопротивлением 3...8.2 кОм.
При установке ИПН в розетку алюминиевые сетевые провода, подходящие к зажимам розетки, отсоединяются от них и через монтажные переходники подключаются к входу ИПН. Все компоненты ИПН, кроме HL1 и FU1, располагаются на плате, размеры которой определяются внутренними габаритами розетки.

А.ОЗНОБИХИН, г.Иркутск.

Устройство предназначено для дискретной индикации тока, потребляемого нагрузками, работающими в сети переменного тока 220 В. Индикация осуществляется с помощью трёх светодиодов, сигнализирующих о том, что потребляемый нагрузками ток превысил заданные для них значения включения. Благодаря компактным размерам, малому потреблению электроэнергии, малым потерям мощности в цепи 220В, может быть легко встроено в сетевую электророзетку, удлинитель-разветвитель, автоматический термо/электромагнитный выключатель. Индикация потребляемого тока от сети 220 В позволяет отследить не только наличие большого тока в цепи питания сетевых устройств, что может быть опасным для электропроводки, электророзеток, но и быстро зафиксировать случившийся пробой обмоток электродвигателей или повышенную механическую нагрузку на используемый электроинструмент.

Датчик потребляемого тока выполнен на самодельных герконовых реле К1 - КЗ, обмотки которых содержат разное количество витков, следовательно, контакты герконов будут замыкаться при разных значениях тока, протекающего через обмотки. В этой конструкции обмотка реле К1 имеет большее количество витков, следовательно, контакты геркона К1.1 будут замыкаться раньше контактов других герконов. При потребляемом нагрузками токе более 2 А, но меньше 4 А будет светиться только светодиод HL1. При замкнутых контактах К1.1, но разомкнутых контактов остальных герконов, ток питания светодиода HL1 будет протекать по диодным цепочкам VD9 - VD12 и VD13 - VD16. При увеличении потребляемого тока более 4 А начнут замыкаться контакты геркона К2.1, совместно со светодиодом HL1 будет светить светодиод HL2. При разомкнутых контактах геркона КЗ ток питания светодиодов HL1, HL2 будет протекать через диодную цепочку VD13 - VD16. Обмотка реле КЗ содержит наименьшее количество витков, число которых подобраны так, чтобы контакты геркона К3.1 замыкались при токе нагрузки более 8 А, что соответствует потребляемой нагрузкой от сети мощности около 1760Вт. Диодная цепочка VD5 - VD8 предотвращает неконтролируемый рост напряжения на обкладках конденсатора С2 при разомкнутых контактах герконов, для этой же цели служат и последовательно включенные диоды VD9 - VD16. Поскольку светодиоды в этой конструкции включены последовательно, то это дало возможность установить конденсатор С1 небольшой ёмкости, это делает конструкцию более экономичной, что актуально, поскольку весьма вероятна возможность её круглосуточной эксплуатации. Благодаря тому, что обмотки самодельных герконовых реле содержат малое количество витков, нагрев обмоток практически отсутствует при токе нагрузки до 12... 16 А, на нагрузку поступает полное напряжение питания. Узел светодиодного индикатора тока получает питание от бестрансформаторного источника напряжения постоянного тока, выполненного на балансном конденсаторе С1, токоограничительных резисторах R1, R2, мостовом диодном выпрямителе VD1 -VD4. Конденсатор С2 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

Все детали устройства кроме светодиодов могут быть смонтированы на печатной плате размерами 55x55 мм, рис.2. Светодиоды подсоединяют с помощью гибких многожильных проводов необходимой длины в ПВХ или фторопластовой изоляции. Все печатные дорожки, по которым протекает ток подключенной нагрузки, усилены медным одножильным проводом диаметром 1,2 мм, припаянным к дорожкам большим количеством припоя. Контакты герконов К1.1, К2.1 припаяны к печатным дорожкам тонкими гибкими проводами в ПВХ изоляции. В индикаторе тока использованы герконы типа КЭМ-2 со свободно разомкнутой группой контактов. Длина такого геркона около 21 мм, диаметр около 3,2 мм. Катушки герконов намотаны обмоточным проводом диаметром 0,82 мм в один ряд. Чтобы не раздавить стеклянный корпус геркона, витки обмоток удобнее формировать на гладкой части стального сверла диаметром 3,2...3,3 мм. Расстояние между витками провода около 0,5 мм. Катушка реле К1 содержит 11 витков, катушка реле К2 - 6 витков, катушка реле КЗ - 4 витка. Ток срабатывания контактов реле зависит не только от количества витков катушки, но и от конкретного экземпляра геркона и места расположения катушки на баллоне геркона, когда катушка расположена посередине корпуса геркона, чувствительность максимальная. Резисторы можно применять любого типа общего применения, например, МЛТ, РПМ, С1-4, С2-22, С2-23. Конденсатор С1 плёночный на рабочее напряжение постоянного тока 630 В, например, типа К73-17, К73-24, К73-29 или импортный на рабочее напряжение 275 В переменного тока. Вместо одного конденсатора на 630 В 0,047 мкФ при его отсутствии можно установить два аналогичных на напряжение 250 В ёмкостью 0,1 мкФ, включенных последовательно. Конденсатор С2 типа К50-35, К50-68, К53-19 или импортный аналог. Диоды 1N4148 можно заменить любыми из 1 N914, 1SS176, 1SS244, КД510, КД521, КД522. Вместо трёх цепочек последовательно включенных диодов VD5 - VD8, VD9 - VD12, VD13 - VD16 можно установить по одному маломощному стабилитрону, например, BZV55C-2V7, TZMC-2V7, при этом, выводы катодов стабилитронов должны быть подключены к выводам анодов соответствующих светодиодов. Светодиоды АЛ307КМ красного цвета свечения можно заменить любыми аналогичными с прямым рабочим напряжением не более 2,0 В при токе 20 мА, например, АЛ307 Л-М, КИПД66Т-К, КИПД66Е2-К, КИПД24Н-К, L-63SRC, DB5-436DR, RL50-UR543. Все эти светодиоды красного цвета свечения. При применении аналогичных светодиодов жёлтого или зелёного цвета свечения из упомянутых серий может потребоваться вместо 4 последовательно включенных диодов в соответствующих цепочках устанавливать по 5 диодов. Предпочтительнее устанавливать светодиоды с повышенной светоотдачей.

Изменяя число витков катушек самодельных герконовых реле, можно подобрать другие пороговые значения индикации предельного тока подключенных нагрузок, при которых будут зажигаться светодиоды. Для небольшой коррекции тока срабатывания можно изменять положение катушки на корпусе соответствующего геркона. После настройки катушки герконовых реле фиксируются каплями любого полимерного клея, например, «Момент».

Для настройки светодиодного индикатора применяют амперметр переменного тока, например, мультиметр М890С+, способный измерять переменный ток до 20 А. В качестве имитации нагрузки применяются лампы накаливания и электронагревательные приборы. Настроенный таким образом индикатор будет достаточно точно показывать ток, потребляемый электронагревательными проборами, лампами накаливания, асинхронными, синхронными и коллекторными электродвигателями переменного тока. Но при подключении к нему в качестве нагрузки устройств, в которых на входе в цепи питания 220 В переменного тока установлен мостовой диодный выпрямитель с конденсатором фильтра выпрямленного напряжения, например, компьютер, современный телевизор, светодиоды будут зажигаться при меньшем среднем токе нагрузки, потребляемом в течение одного полупериода сетевого напряжения переменного тока. При настройке и эксплуатации устройства следует учитывать, что все его элементы находятся под опасным напряжением сети 220 В. При установке этой конструкции в корпус металлического стакана для электророзетки, вмонтированной в стену, для монтажной платы применяют изоляторы из асбестовой бумаги или стеклоткани. Не применяйте для изоляции горючие материалы. Во время работы этого устройства, при достаточно большом токе нагрузки герконы издают слабое гудение, поэтому не рекомендуется его устанавливать в электророзетки, расположенные в жилых комнатах. Эта особенность не актуальна, если устройство будет работать на кухне, в прихожей, в подсобных помещениях, в гараже, в редко используемом удлинителе сети 220 В.

Индикатор нагрузки
А. ЛАТАЙ КО, г. Днепропетровск, Украина
Иногда потребитель электрической энергии и его выключатель установлены в разных помещениях. В таких случаях желательно иметь визуальный контроль включенного состояния потребителя, оснастив выключатель дополнительным индикатором. Автор предлагаемой статьи описывает сравнительно простую конструкцию такого индикатора, демонстрируя при этом грамотный подход к выбору его элементов. Редакция надеется, что эта сторона статьи будет полезна многим читателям.
Широко известны выключатели совмещенные в одном корпусе с индикатором наличия сетевого напряжения . Однако такой подход не гарантирует штатную работу потребителя, так как фактически контролируется лишь наличие напряжения на "выходе" выключателя. Чтобы убедиться, что напряжение достигло потребителя, необходимы дополнительные провода. Их легко предусмотреть при устройстве новой проводки, но при модернизации существующей это может вызвать значительные затруднения.
В ряде случаев более информативны и удобны в монтаже индикаторы, реагирующие на по,реи яемыи нагрузкой ток. Их включают последовательно с выключателем и нагрузкой. Прокладывать дополнительные провода не требуется. Примером такого решения может служить индикатор, предложенный в . Малое число используемых деталей позволяет уместить его в корпусе стандартного выключателя. Добавив к этому индикатору еще несколько деталей, удалось расширить его функции и сделать прибор более удобным.
На рис. 1 приведена схема доработанного индикатора. При разомкнутом выключателе SA1 в цепи лампы EL1 непрерывно течет слабый ток (приблизительно 9 мА), ограниченный емкостным сопротивлением конденсатора С1. Нить накаливания лампы при таком токе остается холодной а зе пеныи кристалл светодиода HL1 светится. Потребление электроэнергии в этом состоянии очень незначительно. При замкнутом выключателе SA1 индикатор работает, как описано в , цвет свечения светодиода сменяется красным.
Постоянная подсветка облегчает использование выключателя в темноте. При обрыве цепи, например, по причине перегорания лампы, светодиод остается выключенным при любом поло-
жении выключателя SA1. Это позволяет своевременно, еще до того, как возникнет необходимость включить освещение, заменить перегоревшую лампу или устранить обрыв проводов.
Преобразователем тока нагрузки в напряжение, необходимое для светодиода, служат диоды VD1-VD3. Идеально, если снимаемое с них напряжение не зависит от мощности нагрузки хотя бы в наиболее ходовом интервале 15...200 Вт. Чтобы сделать правильный выбор, были экспериментально сняты вольт-амперные характеристики некоторых диодов и малогабаритных диодных мостов (плюсовой и минусовой выводы мостов при измерении были соединены вместе).
Напряжение измерялось в установившемся тепловом режиме после прогрева испытуемого диода протекающим током. Дело в том, что с увеличением температуры кристалла падение напряжения на р-п-переходе диода уменьшается, что в какой-то мере компенсирует увеличение пропорционального току падения напряжения на омическом сопротивлении полупроводникового материала. За счет этого эф фекта наиболее пологая зависимость напряжения от тока наблюдается у нагревающихся до большей температуры малогабаритных диодов повышенной мощности (1N4007, 1N5817). Это подтверждают экспериментально снятые графики, изображенные на рис. 2.
В индикатор необходимо установить столько последовательно соединенных диодов, чтобы в сумме на них падало напряжение, превышающее прямое падение напряжения на "красном" кристалле светодиода (1,6...1,9 В). Три диода 1N4007 (суммарное напряжение около 2,4 В) удовлетворяют этому условию. Излишек гасит резистор R2. Если по конструк-
тивным соображениям вместо отдельных диодов предпочтительнее использовать малогабаритный выпрямительный мост, диоды VD2-VD5 можно заменить цепью, показанной на рис. 3. Свойств индикатора это не изменит.
Терморезистор RK1 с отрицательным температурным коэффициентом ограничивает начальный бросок тока через холодную нить лампы накаливания EL1 и диоды VD2-VD5, что способствует увеличению ресурса лампы и повышению надежности индикатора. В момент включения практически все напряжение сети приложено к имеющему значительное сопротивление холодному терморезистору, ток в цепи лампы меньше номинального. С прогревом сопротивление терморезистора уменьшается в десятки раз, а сопро-
тивление лампы EL1 возрастает. В установившемся режиме на терморезисторе падает всего 2...2,5 В, что почти не сказывается на яркости свечения лампы. Ее "замедленное" включение почти не заметно, так как переходный процесс длится не более 1 с.
Естественно, применение терморезистора эффективно только при условии, что интервал между выключением и последующим включением освещения превышает 5...7 мин, необходимых для его охлаждения. Для нагрузок, не имеющих ярко выраженного "пускового" тока, терморезистор не нужен и может быть исключен
На рис. 4 приведены фотоснимки обычного выключателя для скрытой проводки с установленным внутри индикатором. Его плата изготовлена из фольгированного стеклотекстолита с помощью резака. Ввиду ее простоты и многообразия конструкций выключателей чертеж платы не приводится.
Конденсатор С1 - К73-17. Выводы светодиода HL1 удлинены жестким изолированным проводом, а в клавише выключателя для него проделано отверстие овальной формы. Светодиод L-59SRSGW можно заменить другим трехвыводным двухцветным повышенной или обычной яркости, например, серии АЛС331. Подбирая светодиод, следует учитывать, что через него течет импульсный ток, пиковое значение KOioporo для "красного" кристалла в два, а для "зеленого" - в 3,14 раза больше среднего.
Заметно нагревающиеся диоды VD2-VD5 и терморезистор RK1 подняты над платой на всю длину выводов. Тип терморезистора - КМТ-12. Такие ранее применялись в системах размагничивания кинескопа телевизоров УЛПЦТ Так как рабочая температура терморезистора достигает 90 °С, он не должен касаться других деталей и пластмассового корпуса выключателя.

При мощности лампы более 150 Вт в лицевой крышке выключателя полезно просверлить несколько вентиляционных отверстий. А если мощность лампы 60 Вт и менее, от диска терморезистора необходимо, надпилив надфилем, отломить половину. Это увеличит вдвое начальное сопротивление терморезистора и во столько же раз уменьшит по верхность его охлаждения. Необходимая рабочая температура и малые по-
тери напряжения будут достигнуты при меньшем токе.
Налаживание сигнализатора сводится к установке подборкой резистора R2 тока через "красный" кристалл свето-диода 8... 10 мА. На ток через "зеленый" кристалл, зависящий от емкости конденсатора С1, номинал резистора R2 не влияет. Значение тока определяют по падению напряжения на резисторе R2, измеренному стрелочным вольтме-
тром магнитоэлектрической системы (например, авометром Ц4315).
ЛИТЕРАТУРА
1. Юшин А. Клавишные выключатели со световой индикацией. - Радио, 2005, № 5, с. 52.
2. Горенко С. Индикатор включенной нагрузки. - Радио, 2005, № 1, с. 25.

При подключении нагрузки к розетке XS1 ток нагрузки протекает через встреч но-параллельно включенные диод VD1 и цепочку диодов VD2...VD6. Отрицательные полуволны сетевого напряжения проходят через VD1. а положительные - через VD2.. .VD6. Падение напряжения на диодах VD2...VD6 через резистор R1 поступает на накопительный конденсатор С1 и заряжает его до величины, превышающей напряжение отсечки полевого транзистора VT1. Транзистор VT1 открывается, и через его канал исток-сток, резистор R2, светодиод HL1 и диод VD9 протекает ток. Светодиод HL1 ярко светится, сигнализируя о подключении нагрузки. Резистор R2 является токоограничительным, диод VD9 запрещает протекание тока через нагрузку при обратных полупериодах сетевого напряжения. Диод VD10 защищает HL1 от обратного напряжения.
Следует заметить, что прямое падение напряжения на диодах VD2.. VD6 зависит от мощности подключенной к розетке XS1 нагрузки и с уменьшением мощности нагрузки также уменьшается. Поэтому для того, чтобы индикатор "реагировал" даже на маломощные (менее 1 Вт) нагрузки, в схеме ИПН применен полевой транзистор КП504А. Он имеет максимальное напряжение исток-сток 240 В и позволяет коммутировать ток в цепи стока до 0,25 А. Управляющее напряжение (0... 10 В) подается на затвор относительно
истока. Транзистор КП504А имеет напряжение отсечки +0.6 В. Предельная мощность подключаемой нагрузки определяется максимальным прямым током диодов VD1...VD6 (1,7 А) и не должна превышать 500...700 Вт.
В схеме применены резисторы типа ОМЛТ. Конденсатор С1 - оксидный, типа К50-35 или зарубежного производства с рабочим напряжением не менее 16 В. Диоды VD1...VD6 - типа КД226В. КД226Г. КД226Д. Диоды VD9, VD10 могут быть заменены на КД105Б, КД102А или на другие миниатюрные с допустимым обратным напряжением не менее 200 В. Предохранитель FU1 - керамический, миниатюрный. Он устанавливается в головке держателя предохранителя типа ДПБ и вместе со светодиодом HL1 выносится на переднюю (верхнюю) панель розетки. При наличии предохранителей, впаиваемых в печатную плату, можно обойтись без держателя предохранителя. Светодиод HL1 - практически любой низковольтный с рабочим током до 20 мА. Для увеличения яркости свечения в качестве HL1 рекомендуется использовать светодиоды повышенной яркости свечения, например, ARL-5213PGC (зеленый). ARL-3214UWC (белый). ARL-3214UBC (голубой). Если с некоторыми типами светодиодов при закрытом VT1 будет наблюдаться незначительная подсветка светодиода, светодиод следует зашунтировать резистором сопротивлением 3...8.2 кОм.
При установке ИПН в розетку алюминиевые сетевые провода, подходящие к зажимам розетки, отсоединяются от них и через монтажные переходники подключаются к входу ИПН. Все компоненты ИПН, кроме HL1 и FU1, располагаются на плате, размеры которой определяются внутренними габаритами розетки.

А.ОЗНОБИХИН, г.Иркутск.