ПРОСТОЕ УПРАВЛЕНИЕ НАГРУЗКОЙ

ПО СЕТИ 220 В

(передача данных по электросетям, PLC)

            Описание устройства

            В последнее время наблюдается всплеск интереса к средствам передачи данных по линиям электропитания. В частности по отдельным фазам сети 380/220 Вольт с глухозаземлённой нейтралью. Высказываются порой необоснованно оптимистичные мнения: дескать, достаточно поставить передатчик (условно) в одной стороне здания, помещения, и в любой другой стороне мы сможем принимать переданную информацию.

            Доходит порой до абсурда. Пытаются передавать таким образом информацию, например, с датчиков дыма, огня и т.п., забывая о том, что подобные системы безопасности должны иметь повышенную надёжность, быть автономными, и уж ни в коем случае не зависеть от электропроводки, которая сама зачастую становится причиной пожара.

            Вариантом разумного применения данной технологии передачи, может служить система централизованного управления освещением в зданиях. Подобные устройства реализуются на базе микроконтроллеров, что позволяет программно разрешить вопросы, связанные с протоколом передачи данных, проверкой качества связи, адресацией устройств и т.п.

            Однако в быту может появиться совсем примитивная задача: включение/выключение одной нагрузки без разрыва питающей линии. Для этого, а также для начальных экспериментов, связанных с передачей данных, служит описываемое устройство.

            Передатчик состоит из колебательного контура L1, C1, C2 настроенного на частоту около 50 кГц.

            Периодический пробой динистора VS1 приводит к тому, что в течение каждой половины периода питающего напряжения, в контуре возникает серия затухающих колебаний на резонансной частоте:

            На ту же частоту настроен контур приёмника C1, C2, L1. Напряжение, снимаемое с катушки контура, выпрямляется диодом VD1 и сглаживается конденсатором фильтра С5:

            Оптосимистор VS1 имеет довольно большой ток включения (более 5 мА), поэтому для его питания собран отдельный источник на конденсаторе С3 и диоде VD2.

            Работа устройства очевидна: при включенном приёмнике симистор VS2 откроется только тогда, когда на конденсаторе C5 окажется напряжение, достаточное для открывания транзистора VT1 - 0,7 В и более. Емкость конденсатора C5 выбрана достаточно большой, что приводит к включению нагрузки примерно через 200 мс после включения передатчика. Такое решение улучшает помехозащищённость.

            Детали, конструкция, налаживание

            Номиналы деталей сведены в две таблицы:

                        - передатчик:            

                        - приёмник:

            Конструктивных особенностей описываемое устройство не имеет. Детали передатчика удобно разместить в корпусе готового выключателя, приёмника - в розетке. Монтаж может быть выполнен любым удобным способом, вплоть до навесного монтажа. Катушки L1 передатчика и приёмника одинаковые, намотаны обычным монтажным проводом, сечением 0,35 мм. кв. Если нагрузка имеет мощность более 200 Вт, то симистор приёмника VS2 необходимо установить на радиатор. При наличии индуктивной составляющей нагрузки, параллельно указанному симистору целесообразно включить варистор, либо демпфирующую цепочку из последовательно соединённых резистора 39 Ом и конденсатора 0,01 мкФ х 400 В. Мощность всех резисторов не менее 0,25 Вт.

            Следует помнить, что устройства питаются непосредственно от сети 220 В, поэтому перед включением следует тщательно проверить монтаж на соответствие принципиальной схеме. Рабочее место должно быть удобным и хорошо освещено. Не допускается близкое расположение заземлённых металлических предметов. Любые изменения в схеме производятся только после отключения от сети.

            Правильно собранное из исправных деталей устройство в налаживании не нуждается. Необходимо только:

                        а) проконтролировать наличие колебаний передатчика. Для этого достаточно пропустить отрезок монтажного провода сквозь сердечник L1, и подключить к нему щупы осциллографа. Форма колебаний показана на осциллограммах выше, вертикальный масштаб 1 В/дел;

                        б) при выключенном передатчике проверить постоянное напряжение на конденсаторе С4 приёмника. Оно должно быть в пределах 10...15 В.

            Использование, ограничения

            Собственно работа устройства проста: приёмник и передатчик должны быть подключены к одной фазе; включение передатчика приведёт к включению нагрузки. Однако на практике окажется, что сигнал от передатчика распространяется не везде. Ниже для ясности разбирается этот общий момент. На рисунке показана типовая упрощённая однолинейная схема электроснабжения.

            Изменение условной толщины линий отражает реальное положение дел: чем дальше мы находимся от силового трансформатора, тем меньше сечение отходящих от РП кабелей. Профессиональным электрикам известен такой параметр, как сопротивление петли фаза-ноль. Данная величина необходима для расчёта тока короткого замыкания в некоторой точке. В грамотно выполненной схеме электроснабжения должно выполняться следующее правило:

Z(А) >> Z(B)

т.е. сопротивление в точке B должно быть значительно меньше сопротивления в точке А.

            Применительно к системе передачи информации по сетям электроснабжения это означает практическую невозможность приёма сигнала в точке В, если передатчик находится в точке А. Рассмотрим более простой случай - разводка питания в подъезде многоквартирного дома:

            Здесь Z1 - сопротивление линии до подъездной шины питания включительно, Z2 - сопротивление квартирной проводки. Передатчик Tx расположен в соседней квартире, относительно приёмника Rx. Возникает вопрос: каково будет ослабление сигнала на входе приёмника? Для оценки этой величины идеализируем ситуацию: примем, что внутреннее сопротивление передатчика равно нулю, входное сопротивление приёмника бесконечно большое.

            Тогда схема представляет собой простейший делитель напряжения, ослабление сигнала зависит от соотношения сопротивлений Z1 и Z2. Даже если Z1 всего в 2 раза меньше Z2, то амплитуда сигнала уменьшится в 3 раза. Учитывая, что реальная разница сопротивлений Z1 и Z2 значительно больше, а внутреннее сопротивление относительно маломощного передатчика довольно большое, то разница эта будет существенно большей.

            Интересно, что данную модель можно применить не только к распространению сигнала между квартирами, но и внутри одной квартиры, если имеется секционирование проводки! Действительно, при установке на вводе в квартиру щитка с автоматическими выключателями и радиальной схемой электроснабжения, будет наблюдаться указанная ситуация. Если монтаж проводки выполнен грамотно, сопротивление Z1 можно "продлить" с подъездной шины питания  до квартирного щитка. В результате, сигнал от передатчика, включённого, скажем, в комнатную розетку, значительно ослабнет при переходе на кухонную розетку, при условии питания розеток отдельными линиями.

            Исправить ситуацию можно двумя путями: увеличением чувствительности приёмника и увеличением мощности передатчика. У первого способа есть принципиальное ограничение. Поскольку в реальной сети присутствуют помехи, то как только полезный сигнал окажется ниже уровня помехи, усиливать будет уже нечего. Увеличение мощности передатчика более перспективно, но и здесь приходится столкнуться с рядом ограничений:

                        - увеличение мощности передатчика потребует применения мощного источника питания, что не всегда возможно по конструктивным соображениям;

                        - высокий уровень сигнала может, в свою очередь, оказаться помехой для других систем передачи данных и привести к полной неработоспособности последних.

            Становится очевидно, что вместо панацеи избавления от "лишних" кабелей мы имеем лишь частное скромное средство, которое при грамотном применении может принести определённую пользу. Типовая схема включения передатчика и приёмника показана ниже:

            Собственное затухание кабеля обычно составляет несколько децибел на 100 м, поэтому расстояние между передатчиком и приёмником может быть достаточно большое. Точно предельное расстояние указать невозможно, поскольку оно зависит от конкретной обстановки.

            Для количественной оценки уровня сигнала, можно использовать приведённую схему приёмника, но без силовых элементов. Остаётся только колебательный контур; параллельно конденсатору C5 нужно подключить резистор около 10 кОм. Подключая такой приёмник в различных точках линии, и измеряя постоянное напряжение на конденсаторе С5, определяют уровень сигнала.

Автор: Олег Иванов

Главная страница