Схема контроля за напряжением в сети предназначено для автоматического отключения потребителя если напряжение в электросети будет на 22 V отличаться от заданного. То есть, если задано 220V, то потребитель работает в диапазоне от 188 до 242V. Если напряжение выходит за эти пределы потребитель отключается.
Схема контроля за напряжением в сети построена на основе микросхемы LM3914. Это индикаторная микросхема, она обычно применяется для индикации напряжения или уровня сигнала. На её выходе шкала на 10 светодиодов, причем шкала может быть, как точечной, так и линейной. В данном случае выбран точечный вариант.
Суть работы схемы заключается в том, что используется только один, примерно средний по значению, выход микросхемы, к которому вместо индикаторного светодиода подключен светодиод оптопары ключевого устройство, подающего ток на потребитель. Датчик напряжения представляет собой выпрямитель на одном диоде и делитель напряжения. На вход микросхемы напряжение поступает с этого делителя.
Делитель настроен так, что при номинальном напряжении в сети открыт будет тот выход микросхемы, к которому подключена оптопара ключевого устройства. При этом загорается светодиод оптопары и ток на потребитель подается. Если напряжение отклоняется вверх или вниз на одну ступень или более этот выход микросхемы закрывается и открывается какой-то другой, не используемый в данной схеме. При этом гаснет светодиод оптопары и ток на потребитель отключается. Принципиальная схема устройства показана на рисунке ниже. Микросхема LM3914 питается от отдельного источника питания, напряжением 15V, который здесь не описывается. Напряжение питания микросхемы в данной схеме можно выбрать и другим, -от 12 до 18V.
Датчик напряжения состоит из выпрямителя на диоде VD1, конденсатора С2 и делителя напряжения на резисторах R3-R5. Резистор R5 подстроечный, что позволяет напряжение регулировать. Таким образом, уровень переменного напряжения в сети определяется по постоянному напряжению на резисторе R5. Так как R5 питается от сети через выпрямитель и резисторы R3, R4, то постоянное напряжение на нем в самой прямой зависимости от величины переменного напряжения в сети.
Резистор R5 подстроечный, это позволяет в процессе налаживания схемы, да и при эксплуатации, выбрать любое напряжение в сети, которое будет схемой считаться номинальным. Вывод 9 микросхемы А1 соединен общим минусом источника питания, поэтому микросхема работает в режиме точечного индикатора, то есть, когда открыт только один её выход, тот который соответствует входному напряжению в данный момент.
Резистором R5 входной делитель настраивают так, чтобы при желаемом номинальном напряжении в сети был открыт 6-й выход микросхемы, то есть, вывод 14. При этом ток с вывода 14 поступает на светодиод оптопары U1, включенный вместо индикаторного. Оптопара открывается и открывает симистор VS1, через который подается питание на потребитель. Если входное напряжение на одну или более ступеней снижается или увеличивается, то вывод 14 микросхемы закрывается, ток через светодиод оптопары U1 прекращается и потребитель выключается.
Для налаживания нужен ЛАТР или аналогичный лабораторный автотрансформатор и вольтметр переменного тока. Налаживание сводится к подстройке R5 так, чтобы схема работала, так, как это требуется. Впрочем, наладить можно и без ЛАТРа, если в момент налаживания напряжение в сети было нормальным, можно просто найти положения R5 при которых наступает выключение потребителя и повернуть R5 в среднее между ними положение.
Быстродействие схема контроля за напряжением в сети сильно зависит от емкости конденсатора С2, потому что от этого зависит быстрота изменения контрольного напряжения. Если нужно «затормозить» схему, можно его емкость увеличить, и наоборот, если нужно более быстрая реакция, его емкость нужно уменьшить. Но, сильно уменьшать емкость нельзя, потому что в таком случае конденсатор перестанет сглаживать пульсации, и контрольное напряжение станет не постоянным, а пульсирующим, что приведет к ошибкам в работе схемы.
Можно доработать схема контроля за напряжением в сети путем добавления индикаторных светодиодов на выходы, которые не используются. В таком случае, когда напряжение в норме не будет гореть ни один из этих светодиодов, а вот когда напряжение вышло за норму так, что произошло отключение потребителя, будет гореть светодиод, показывающий на сколько это отклонение от нормы существенно. Можно экспериментируя с ЛАТРом и вольтметром подписать эти светодиоды соответствующими их зажиганию значениями напряжения.
Если нужно расширить диапазон нормального напряжения, не ограничиваясь одной ступеней, можно соединить вместе соседние выходы микросхемы. Но соединять нужно через дополнительные диоды. То есть, взять диоды типа КД522 необходимое количество и катоды их соединить с соответствующими выходами микросхемы, аноды соединить вместе и с катодом светодиода оптопары. Но в таком большом расширении диапазона «нормальности» вряд ли есть смысл, хотя могут быть разные ситуации. Диод VD1 можно заменить любым маломощным выпрямительным диодом на напряжение не ниже 400V.
Выходной каскад можно собрать и по другой схеме, используя другую оптопару и другой симистор. Можно вместо схемы на U1 и VS1 применить мощный оптосимистор или так называемое «твердотельное реле», которое по сути дела представляет собой либо мощный оптосимистор, либо схему, представляющую собой оптопару с ключом переменного тока на мощных высоковольтных полевых транзисторах.
Микросхему LM3914 можно заменить другой аналогичной, например, LM3915 или LM3916, но нужно принять во внимание, что, используя микросхему с логарифмической шкалой соответствия получаем и логарифмически неравномерные ступени. Хотя с этим можно мириться, скомпенсировав этот недостаток более тщательной регулировкой входного делителя, более тщательно наблюдая за пределами диапазона «нормальности» напряжения. И без ЛАТРа здесь уже не обойтись.