Некоторые электроинструменты, такие как болгарка или шлифовальный станок, имеют возможность подключения пылесоса для удаления образующейся пыли, но включение и выключение его вручную может быть утомительным и часто вообще требует участия помощника. Представленная схема автоматически включит пылесос во время работы, так что можно стать независимым от помощи других лиц.
Модуль контролирует потребление тока от электросети потребителем, подключенным к его клеммам. Если этот потребитель включен, потребляемый им ток увеличивается. Это сигнал для реле, которое быстро активирует второй выход, предназначенный для питания, например, пылесоса. При выключении потребителя, потребляемая мощность сразу падает, что отключает реле и выключает пылесос.
Коммутатор рассчитан на работу с сетевым напряжением 220 В переменного тока, а максимальная мощность контролируемая установлена на уровне 2000 Вт. Для схемы характерна некоторая зона нечувствительности около 0,3 А потребляемого приемником тока (мощность около 65 Вт). Только при превышении этого значения схема начинает работать. Эта защита предотвращает срабатывание выключателя, например, от индикатор мощности, встроенного в управляемый инструмент.
Принципиальная схема автоматического переключателя
Принципиальная схема переключателя представлена на рисунке. Он не содержит сложных радиоэлементов и не требует настройки, поэтому его активация очень проста. Сеть подключается к клеммам J1, пылесос – к J2, а электроинструмент – к J3. Питание электронных компонентов обеспечивается небольшим трансформаторным блоком питания. Один из его выходных контактов подключен к сети переменного тока 220 В, поэтому он не обеспечивает гальванической развязки.
Напряжение со вторичной обмотки полувыпрямляется и фильтруется. Отфильтрованное напряжение составляет около 25 В в режиме ожидания и около 14 В после включения реле. Несмотря на это, стабилизировать его не нужно, так как эти колебания были учтены на этапе проектирования устройства.
Ток, протекающий через контролируемую нагрузку, вызывает падение напряжения на резисторах R1-R4. Их результирующее сопротивление составляет примерно 25 мОм, поэтому даже при токе потребления 10 А падение напряжения будет незаметным (около 0,25 В). Форма волны этого напряжения отражает ток, протекающий через эти резисторы, то есть имеет синусоидальную форму, возможно деформированную гармоническими составляющими. Полученное напряжение усиливается неинвертирующим усилителем US1B. Конденсатор С4 ограничивает частотную характеристику усилителя примерно до 160 Гц, что снижает уровень шума на выходе.
Усиленный и отфильтрованный полезный сигнал частотой 50 Гц отправляется на пиковый детектор. Напряжение, близкое к амплитуде напряжения, подаваемого на этот детектор, остается на конденсаторе С3. Его постоянная времени 0,33 секунды хорошо подходит для фильтрации переменной составляющей 50 Гц. Кстати, после исчезновения сигнала возбуждения напряжение исчезнет с небольшой задержкой, что позволит реле работать доли секунды. Напряжение с детектора сравнивается компаратором на ОУ US1A. Его временные параметры не критичны, в данном случае это не имеет значения, ведь присоединяемый элемент представляет собой реле с гораздо большим временем срабатывания. Цепь положительной обратной связи улучшает стабильность работы компаратора, так что он не колеблется на пределе переключения.
Порог включения не так важен, как удорожание устройства за счет использования специальных схем источников опорного напряжения. В прототипе включение происходит примерно при 10 мВ амплитуды напряжения на шунтирующих резисторах. В состоянии покоя напряжение на выходе компаратора близко к напряжению питания. К сожалению, разница составляет целых 1,5 В, чего достаточно для открытия перехода PNP-транзистора, активирующего реле. Поэтому пришлось добавить стабилитрон D2, который в этих условиях не проводит ток. Резистор R6 нагружает его так, чтобы протекающий через него остаточный ток не открывал транзистор. Только переключение выхода компаратора на напряжение, близкое к 0 В, вызывает протекание тока примерно в 8 мА через этот диод, который насыщает транзистор и открывает его.
Схема автоматического выключателя была собрана на односторонней печатной плате размерами 74 х 56 мм.
