БЛОК АВТОМАТИКИ ДЛЯ ВИБРАЦИОННОГО НАСОСА

Полезная модель касается конструкции блока автоматики для электроприборов и может быть использована для автоматического управления, стабилизации производительности и защиты вибрационных насосов, в частности, широко распространенных бытовых вибрационных насосов типа «Малыш», «Ручеек» и других им подобных. Предлагаемый блок автоматики позволяет использовать эти насосы не только для полива, но и для автоматического водоснабжения домов, дач и прочих хозяйственных объектов. Наряду с автоматическим водоснабжением прибор осуществляет защитное отключение насоса при работе без воды (всухую), при повышении напряжения сети более 250 вольт и при уменьшении ниже 150 вольт, а также стабилизацию производительности при колебаниях напряжения сети в пределах 150-250 вольт. При использовании известных блоков автоматики производительность вибрационного насоса очень сильно зависит от напряжения, так понижение до 190 вольт сокращает производительность в 2 раза, а повышение более 235 вольт значительно увеличивает нагрев и износ деталей насоса.
В качестве аналога предлагаемого блока можно считать реле давления РДМ-5 (www. jeelex.ru), электронная схема которого показана в приложении 1. Реле давления РДМ-5 предназначено для автоматизации работы электронасоса, в частности, для включения его при понижении давления (открытие кранов) в системе водоснабжения ниже установленного предела и для отключения - при достижении верхнего установленного предела (закрытие кранов). РДМ-5 состоит из датчика давления (мембраны) 1, которая механически соединена с регулятором в виде контактной группы 2. Насос подключен к клеммам 3, а напряжение подается на клемму 4.
Работает РДМ-5 следующим образом. Когда давление на датчик 1 превысит установленное значение, усилие передается на контакты 2 и они отключают насос, при падении давления вновь включаются. Такая регулировка возможна только при наличии гидробака на выходе насоса.
Недостатком РДМ-5 является отсутствие стабилизации давления воды при малых расходах и стабилизации производительности насоса, отсутствие плавного
пуска и защиты по напряжению, а также отсутствует возможность работы без гидробака.
Более усовершенствованным аналогом является блок автоматики насоса «Джилекс» (www.jeelex.ru), схема которого приведена в приложении 2. Блок представляет собой автоматический регулятор (прессконтроль) по протоку и давлению, оснащенный манометром. По сравнению с РДМ-5 блок автоматики насоса «Джилекс» дополнен датчиком протока 2, а контактная группа заменена реле 3. Датчик протока защищает насос от работы «в сухую», а реле 3 позволяет совместить работу датчика давления 1 и датчика протока 2. Такой блок автоматики осуществляет запуск насоса, т.е. открытие кранов, в случае понижения давления в месте его установки, и остановку насоса, т.е. закрытие кранов, в случае прекращения протока воды в системе водоснабжения.
Недостатком блока автоматики насоса «Джилекс» является отсутствие стабилизации давления воды при малых расходах и стабилизации производительности насоса, отсутствие плавного пуска и защиты по напряжению.
Предлагаемый прибор позволил устранить указанные выше недостатки и улучшить качественные показатели работы насоса.
Прибор решает следующие задачи - стабилизацию производительности насоса при изменении напряжения сети и стабилизацию давления воды при малых расходах воды, плавный пуск и остановку насоса, защиту по току и напряжению.
Для решения поставленных задач блок автоматики для вибрационных насосов, содержащий датчик давления, блок управления и блок регулировки режима работы, дополнен датчиком напряжения, а регулятор режима содержит полевой транзистор, диодный мост и резистор. При этом выходы датчика напряжения и датчика давления соединены с первым и вторым входами блока управления, затвор и исток полевого транзистора соединены с первым и вторым выходами блока управления соответственно, один конец резистора соединен с истоком транзистора, второй - с третьим входом блока управления и первым входом диодного моста, сток транзистора соединен со вторым входом диодного моста, выход которого подключен к насосу, кроме того, блок управления и диодный мост соединены с источником питания, который имеет клемму для подключения насоса.
Внесенные изменения в схему автоматики позволили стабилизировать производительность насоса при изменении напряжения сети, стабилизировать
давление воды при малых расходах воды, плавный пуск и остановку работы, защиту по напряжению и отслеживание наличия протока воды (жидкости) одним датчиком давления.
Предлагаемая схема поясняется иллюстрациями, где показаны:
Фиг.1 - блок-схема блока автоматики;
Фиг.2 - изменение формы тока при изменении напряжения в сети;
Фиг.3 - график активного тестирования изменения давления воды;
Предлагаемая схема построена следующим образом. Она содержит датчик давления 1, датчик напряжения 2, блок управления 3, выполненный на микропроцессоре, и блок регулировки на полевом транзисторе 4. При этом выходы датчика давления 1 и датчика напряжения 2 соединены с первым и вторым входами блока управления 3. Блок регулировки содержит полевой транзистор 4, диодный мост 5, резистор 6, при этом с первым и вторым выходами блока управления 3 соединены затвор (3) и исток (И) транзистора. Один конец резистора 6 соединен с И транзистора, а второй - с третьим входом блока 3 и первым входом диодного моста 5. Сток (С) транзистора 4 соединен со вторым входом диодного моста 5. Выход диодного моста 5 подключается к насосу.
Питание блока 3 обеспечивает источник питания 7, вход которого соединен с клеммами подключения сети, а выход - к блоку 3.
Полевой транзистор установлен на теплоотводе. Весь блок автоматики смонтирован в герметичном корпусе, а соединительные кабели заведены через кабельные вводы.
Блок автоматики работает следующим образом. Режим работы задается сигналом с датчика напряжения через блок управления на полевой транзистор. Работа схемы по ограничению тока основана на принципе действия симметричного импульсно-фазового транзисторного регулятора, при превышении напряжения сети 220 В снижается средний ток через обмотку насоса, а при уменьшении напряжения сети ниже 200 В регулятор переходит в режим ассиметричного регулирования, при этом уменьшается реактивное сопротивление обмотки насоса и соответственно поддерживается ток через
обмотку в пределах нормы. На фиг.2 приведены осциллограммы изменения формы тока при изменении напряжения в сети. Длительные испытания в режиме подмагничивания при пониженном напряжении сети не выявили повышенного нагрева и износа насоса по сравнению с обычным режимом.
Для предотвращения выхода насоса из строя при отсутствии воды в водоисточнике в предлагаемом приборе удалось решить проблему контроля протока способом, названым автором «методом активного тестирования». Заключается он в следующем. Если во время работы насоса уменьшить ток через его обмотку, то в результате уменьшится подача воды и соответственно давление, приложенное к датчику. Это и есть информация о протоке воды. Отследив изменение давления, программа дает команду продолжить работу в прежнем режиме. Если изменения давления зафиксировано не будет, то программа даст команду на отключение насоса. Описанный процесс отображен на графике фиг.3. Таким образом, не допускается выход насоса из строя в тех случаях, когда заканчивается вода в водоисточнике или при разрыве трубопровода (шланга). Поскольку чувствительность датчика давления высока, то величина уменьшения давления при «тестировании» очень мала и никак не заметна при водопользовании.
Особенность вибрационных насосов такова, что обладая не большой производительностью тем не менее, при малых расходах воды, они способны создавать очень большое давление до 8 кг/см2. Такое давление может привести к разрыву шлангов и создает большие нагрузки на детали насоса и элементы гидросистемы. Введение функции стабилизации давления воды значительно уменьшает количество отказов системы водоснабжения. Работает стабилизатор давления следующим образом. Одновременно с процедурой установки программы производится калибровка датчика давления 1 на установленную величину. Программа постоянно сравнивает откалиброванное значение с действующим давлением и при их несовпадении дает команду регулятору 3 на увеличении или уменьшение производительности насоса.
Предлагаемая схема обеспечивает также плавный пуск и остановку (см. график на фиг.3).
Плавный пуск и остановка заключается в медленном увеличении тока через обмотку насоса от 0 до нормы при каждом включении насоса и медленном уменьшении тока от действующего до 0 при каждом выключении. Выполняется эта процедура по команде программы, тем же регулятором на
полевом транзисторе 4 регулятора (фиг 1). Плавный пуск позволяет избежать бросков тока и гидроударов в гидросистеме при включениях и выключениях насоса, тем самым повышая долговечность системы водоснабжения.
Защита по напряжению предназначена для защиты насоса в тех случаях, когда напряжение сети поднимется или опустится ниже критического значения, т.е. когда регулятор уже далее не может компенсировать такое изменение. При выходе напряжения сети за эти значения, программа по сигналу с датчика напряжения, подает команду выключения на схему управления полевым транзистором 4 регулятора, и он отключает насос. Включение производится автоматически, когда напряжение сети вернется в пределы нормы.
Предлагаемая схема обеспечивает слежение за падением напряжения на резисторе 6 и при повышении установленного значения подает сигнал на закрытие транзистора 4. Поскольку быстродействие схемы таково, что отслеживается значение тока каждого полупериода в реальном времени, она надежно защищает прибор в случае короткого замыкания в цепи насоса.
Таким образом, внесенные конструктивные изменения позволили существенно улучшить качественные показатели работы насоса по сравнению с известными.
Предлагаемый блок автоматики может найти широкое применение для стабильной подачи воды к другим приборам, например, к стиральным машинам бойлерам и пр.