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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Unité de contrôle pour le système d'alimentation en eau. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Maison, ménage, passe-temps Sur la base de sa propre expérience, l'auteur expose les principes de base de la construction de systèmes d'approvisionnement en eau de stockage individuels et décrit l'unité de contrôle qu'il a développée pour un tel système, qui, à son avis, répond aux exigences de fiabilité et de sécurité de fonctionnement. Il est tout simplement impossible de se passer d'eau dans une maison de campagne, une ferme ou un chalet d'été moderne. Dans les endroits éloignés, l'approvisionnement en eau centralisé n'est pas pratique et la source d'eau est un puits, un puits ou même un réservoir ouvert. Cette dernière option est extrêmement indésirable en raison de la possibilité de contamination du réservoir et de propagation du polluant dans tout le système d'approvisionnement en eau. On peut puiser l'eau d'un puits, mais lorsqu'il n'y en a pas, il ne reste plus qu'à forer un puits. Plus la zone est éloignée de la ville, plus les pannes de courant se produisent souvent, c'est pourquoi les systèmes d'approvisionnement en eau avec un réservoir de stockage, qui contient suffisamment d'eau pour une certaine période de temps, sont préférables. Les systèmes d'approvisionnement en eau les plus simples, tels que [1], ne peuvent être utilisés que sous surveillance. Des stations de pompage de différentes capacités sont disponibles à la vente, mais les prix des stations avec une grande quantité d'eau dans le réservoir de stockage sont impressionnants. Par conséquent, l'autofabrication d'un système d'approvisionnement en eau de type stockage vous permet d'économiser une somme d'argent importante. En réfléchissant à la conception d'un système d'approvisionnement en eau contenant une source d'eau, une pompe, des tuyaux d'alimentation et d'évacuation de l'eau, un réservoir de stockage pour celui-ci, en connaissant l'emplacement d'installation du système et les conditions de température dans lesquelles il fonctionnera, vous pouvez imaginer les modes de fonctionnement possibles, anticiper les situations d'urgence et, sur cette base, déterminer les exigences du système dans son ensemble et de son unité de contrôle en particulier. Le fonctionnement du système d’approvisionnement en eau doit être sûr, la fabrication, l’installation, la maintenance et la gestion doivent être simples, et l’unité de contrôle et les capteurs doivent être fiables. Le système doit pouvoir fonctionner sans panne pendant des années et l'unité de contrôle doit être capable d'identifier les situations d'urgence, de les signaler et d'empêcher leur développement. Les systèmes de contrôle de l'alimentation en eau les plus simples possibles sont ceux équipés de capteurs à électrodes pour la présence d'eau et son niveau dans le réservoir de stockage. Leur production ne nécessite pas une grande quantité de métallurgie. Les électrodes sont faciles à retirer pour le lavage du réservoir et d'autres travaux de maintenance, après quoi elles peuvent être facilement réinstallées. Une construction similaire est décrite dans [2]. Cependant, on sait que l'acier inoxydable des électrodes et du réservoir de stockage contient, en plus du fer, des additifs d'alliage - nickel, manganèse, chrome et autres métaux. Lorsqu'ils pénètrent dans l'eau potable et, avec elle, dans le corps, ils affectent négativement la santé. Par conséquent, lors de la fabrication d’une unité de contrôle fonctionnant avec des capteurs de niveau à électrodes, la sécurité biologique ne peut être ignorée. Il est nécessaire de minimiser les processus électrochimiques se produisant sur les électrodes et l'électrolyse de l'eau. Pour ce faire, la tension appliquée aux électrodes doit être faible et fournie par impulsions de courte durée. Lorsque vous commencez à développer un système d’approvisionnement en eau, vous devez prendre en compte les caractéristiques des pompes à eau. Selon le principe de fonctionnement, ils peuvent être classés en deux types principaux : vibrants et centrifuges. Les pompes vibrantes fonctionnant de manière intensive dans un puits endommagent les tuyaux d'eau en caoutchouc ou en plastique en raison de leur frottement contre le tubage. Si l'eau cesse de couler dans le système par un tuyau endommagé, la pompe fonctionnera en continu jusqu'à ce qu'elle tombe en panne ou soit éteinte automatiquement ou par une personne. Dans de tels cas, vous devez résoudre de toute urgence le problème, qui est particulièrement laborieux et désagréable en hiver. Il est également possible que la qualité de l'eau soit détériorée par le frottement de particules provenant du tuyau, surtout s'il est en caoutchouc. Si le corps de pompe en aluminium touche le corps en acier, une différence de potentiel de contact se produit, conduisant à une corrosion électrochimique du tuyau en acier et du corps en aluminium. L'eau pourrait alors pénétrer dans l'enroulement de la pompe et l'endommager. Il a été constaté que l'utilisation d'une pompe dans un boîtier en aluminium aggrave sensiblement le goût de l'eau, même avec des tuyaux avec un boîtier en polyéthylène. Ceci est particulièrement visible avec les tubes de boîtier en noir ou en acier inoxydable. Si cette eau est utilisée pour boire et cuisiner, le corps est progressivement empoisonné par l'aluminium, le fer et les métaux alliés qui y sont dissous. La meilleure solution à ce problème consiste à utiliser un boîtier en plastique et une pompe centrifuge submersible dans un boîtier en plastique ou en acier inoxydable. Après avoir remplacé une pompe à corps en aluminium par une pompe à corps en acier inoxydable, une amélioration du goût de l'eau se fait sentir dans les XNUMX heures. Par conséquent, les pompes submersibles utilisées dans les systèmes d'approvisionnement en eau potable ne doivent pas avoir de boîtiers ou d'autres pièces en contact avec l'eau en aluminium ou en alliages avec du magnésium. La première exigence pour l'unité de contrôle du système d'alimentation en eau est de maintenir un niveau d'eau donné dans le réservoir de stockage. La deuxième exigence est qu'elle ne doit pas permettre à la pompe de fonctionner lorsque la tension du réseau d'alimentation est réduite ou augmentée de plus de 10 %. Pour contrôler la pompe, il est préférable d'utiliser un relais électromagnétique ou un démarreur à contacts normalement ouverts. Cela garantit que la pompe est éteinte en cas de dysfonctionnements typiques de l'unité de commande ou de manque de tension dans le réseau électrique. L'unité de contrôle doit toujours arrêter la pompe si les tuyaux menant de la pompe au réservoir de stockage sont endommagés. Cela empêchera un fonctionnement illimité de la pompe, accompagné d'inondations d'eau des bâtiments et des zones voisines. L'unité doit éteindre la pompe, cessant de remplir le réservoir de stockage et en cas de fuite dans les conduites de distribution d'eau. Dans le même temps, l'alimentation en eau du réservoir de stockage doit être coupée. Pour répondre à ces exigences, il est nécessaire de disposer de capteurs de débit d'eau entrant dans le réservoir et de capteurs d'humidité aux endroits de fuites possibles. Et enfin, l'unité de contrôle ne doit pas permettre à l'eau de déborder du réservoir de stockage, c'est pourquoi un capteur de limite pour le niveau d'eau qu'il contient est nécessaire. La pratique consistant à exploiter un système d'approvisionnement en eau artisanal en mode automatique depuis des décennies montre qu'aucune des exigences décrites ne peut être considérée comme superflue. Parlant de l'expérience de fonctionnement des unités de commande de pompe décrites dans [3], il faut dire qu'une fois par an, elles devaient nettoyer les contacts. L'unité de commande de la pompe avec interrupteurs Reed nécessitait une intervention tous les deux à trois ans. L'unité de contrôle relativement simple pour un système d'approvisionnement en eau de type stockage proposée à l'attention des lecteurs a été conçue sur la base des exigences énumérées ci-dessus. Le schéma de ce bloc est présenté sur la Fig. 1. La simplicité et la fiabilité de son fonctionnement sont assurées par l'utilisation de microcircuits stabilisateurs de tension parallèles TL431ILP comme éléments de seuil et clés électroniques.
L'unité de commande est alimentée par une tension secteur alternative de 230 V et est mise en marche à l'aide du bouton-poussoir SB1. À l'aide du transformateur T1, du pont de diodes VD1 et du condensateur de lissage C1, une tension constante est obtenue à partir d'une tension alternative secondaire de 8,5 V (12 V à la tension nominale du réseau). Il va à l'unité de contrôle de tension, assemblée sur les microcircuits DA1, DA2, DA4. L'idée de ce nœud a été trouvée dans [4]. De plus, la tension redressée à travers les contacts du bouton SB3 et les contacts normalement fermés du relais K1.3 est fournie à un bloc monté sur les transistors VT2 et VT3 selon les recommandations disponibles dans [5]. Il génère des impulsions d'une amplitude de 12 V, dont la durée est fixée par la capacité du condensateur C4 et la résistance de la résistance R15, et la période de répétition est déterminée par la capacité du même condensateur et la résistance de la résistance R14. Les impulsions alimentent un ensemble monté sur les microcircuits DA3 et DA5, le transistor VT1 et les relais K1 et K2. Les électrodes des capteurs de niveau E1-E3 et des capteurs de débit E4, ainsi que les capteurs d'humidité, sont connectés à ce nœud. La tension entre les électrodes des capteurs E1-E4 et le corps du réservoir de stockage est d'environ 12 V, et elle est pulsée et appliquée aux électrodes uniquement lors de la détermination du niveau d'eau dans le réservoir. L'état de la puce DA5 pendant l'impulsion dépend de la présence et de la résistance de l'eau entre le capteur de niveau inférieur (électrode E2) et le corps du réservoir. S'il n'y a pas d'eau dans le réservoir de stockage ou si son niveau est inférieur à l'électrode E2, le microcircuit DA5 s'ouvre (ferme son circuit anode-cathode) et active le relais K2. Les contacts K2.1 et K2.2 fournissent la tension secteur à la pompe à eau M1. Les contacts K2.3, lorsqu'ils sont fermés, arrêtent la génération d'impulsions. La tension au collecteur du transistor VT3 devient constante (environ 12 V). Les contacts K2.4 déconnectent l'électrode E2. Après avoir rempli le réservoir et fermé l'électrode E1 (capteur de niveau supérieur) et le corps du réservoir avec de l'eau, le microcircuit DA5 et le relais K2 sont éteints. La pompe M1 s'arrête et l'alimentation en eau du réservoir s'arrête. Les unités, assemblées sur les microcircuits DA1, DA2, DA4 et sur le microcircuit DA3, le transistor VT1 et le relais K1, sont conçues pour arrêter la pompe M1 en cas d'urgence, le signaler et maintenir l'unité de contrôle en mode « urgence ». Les LED HL1 et HL2 servent respectivement d'indicateurs des modes de fonctionnement et d'urgence. La pompe s'arrête, arrêtant l'alimentation en eau du réservoir de stockage, dans les situations d'urgence suivantes. Premièrement, lorsque la tension d'alimentation dépasse les limites de tolérance (±10 % de la valeur nominale). Pour ce faire, la valeur actuelle de la tension redressée non stabilisée sur le condensateur C1, proportionnelle à la tension du réseau, est surveillée en permanence. La puce DA1 se ferme et DA2 s'ouvre lorsque cette tension est inférieure au seuil inférieur fixé en coupant la résistance R4. La puce DA4 s'ouvre lorsque la tension redressée dépasse le seuil supérieur fixé en coupant la résistance R13. Dans les deux cas, K1, le relais d'arrêt d'urgence et d'alarme, est activé et autobloquant. Le deuxième mode d'urgence se produit lorsque la pompe fonctionne mal ou dans le cas où la pompe fonctionne, mais que l'eau ne coule pas dans le réservoir en raison, par exemple, de son absence dans la source ou de dommages à la canalisation. Lorsque le jet d'eau entrant dans le réservoir, dans lequel se trouve l'électrode E4, ne le connecte pas électriquement au corps du réservoir, le condensateur C2 se charge. Lorsque la tension sur le condensateur atteint la tension de seuil de la puce DA3, celle-ci s'ouvre. Le relais d'alarme K1 est activé. Le condensateur C2 et les résistances R7, R8 créent un retard dans l'activation du mode d'urgence. Il est nécessaire que si le système fonctionne correctement, après avoir allumé la pompe, l'eau ait le temps de remplir le tuyau entrant dans le réservoir, d'entrer dans le réservoir et d'atteindre l'électrode E4. Le mode d'urgence suivant se produit lorsque les conduites d'eau sont endommagées ou qu'il existe un risque de débordement d'eau du réservoir. Il est déterminé à l'aide de capteurs d'humidité et de l'électrode de niveau limite E3, et est activé par le transistor VT1, le microcircuit DA3 et le relais K1. Dans tout mode d'urgence, les contacts du relais K1.3 déconnectent le générateur d'impulsions de la tension d'alimentation 12 V, empêchant ainsi l'alimentation en tension de la pompe. Dans le même temps, les contacts K1.4 bloquent le relais K1 à l'état actionné et les contacts K1.1 et K1.2 alimentent en tension l'enroulement de l'électrovanne Y1. Dans ce cas, la vanne Y1 normalement ouverte se ferme, arrêtant l'écoulement de l'eau du réservoir vers le tuyau d'écoulement. Vous pouvez rétablir l'alimentation en eau du réservoir de stockage en éteignant puis (après avoir éliminé l'accident) en allumant la centrale à l'aide du bouton-poussoir SB1, et en coupant l'alimentation en eau du réservoir en mode de fonctionnement à l'aide du bouton-poussoir. interrupteur SB2. La fermeture de ses contacts fermera la vanne électrohydraulique Y1 et arrêtera l'écoulement de l'eau dans le tuyau d'écoulement. Si l'unité de commande n'a pas été éteinte lors de l'élimination de l'accident, après l'avoir éliminé, vous pouvez appuyer sur le bouton SB3 pour retirer le verrou et mettre l'unité de commande en service. L'interrupteur à bouton-poussoir SB4 vous permet d'allumer la pompe et d'alimenter en eau le réservoir de stockage même lorsque l'unité de commande est éteinte. Il est préférable de commencer à sélectionner les éléments structurels avec un ensemble de relais et un transformateur de puissance. Les relais doivent avoir quatre groupes de contacts. Les fusibles FU2 et FU3 sont sélectionnés conformément aux instructions de service de la pompe. L'auteur a utilisé le relais K1 - REK78/4 5 A 12 V DC IEC, le relais K2 - REK77/4 10 A 12 V DC IEC. Leurs paramètres sont donnés dans [6]. Les deux relais sont situés dans le boîtier de l'unité de commande. Ils s'installent dans les prises PPM77/4 et PPM78/4 qui leur sont destinées. Si les relais spécifiés sont introuvables, sélectionnez-en d'autres avec une tension de fonctionnement de bobine de 12 V et quatre groupes de contacts pour la commutation. Les contacts du relais K2 doivent être conçus pour commuter un courant supérieur au courant de démarrage du moteur de la pompe M1 ou à son triple courant de fonctionnement. Le transformateur réseau abaisseur T1 doit avoir un enroulement secondaire d'une tension de 8,5 V (sans charge). Pour éviter qu'il ne « s'affaisse » lorsque le relais K1 ou K2 est activé, la puissance du transformateur doit être 15...20 fois supérieure à la consommation totale des bobines du relais. Généralement, 50...100 W suffisent. Il est impossible d'utiliser une source de tension stabilisée de 12 V, puisque la centrale contrôle la tension du réseau en fonction de la valeur de cette tension. Il est permis d'utiliser un relais avec des bobines de 24 V et un transformateur avec une tension secondaire de 17 V. Avec un tel remplacement, les condensateurs à oxyde de 25 V doivent être remplacés par des condensateurs de 35 ou 50 V. La méthode de configuration de l'unité ne changement. Si la tension sur l'enroulement secondaire du transformateur est sensiblement supérieure à 8,5 ou 17 V, alors un stabilisateur de tension intégré supplémentaire 1 ou 3 doit être installé entre la broche 10 du bouton SB1 et la broche 7812 du relais K7824 et alimenté par une tension de sortie. d'un générateur d'impulsions 12 ou 24 V. Le transistor GT402G peut être remplacé par un GT403B-GT403D ou un autre transistor de moyenne puissance avec une structure pnp. Les transistors au germanium ou au silicium à faible tension de saturation sont préférés. Les transistors KT3102E et KT3107K sont remplacés par des transistors similaires de faible puissance de structure appropriée. Au lieu du pont de diodes KVR206, par exemple, LT416, PBL405 conviennent. Les diodes 1N4148 peuvent être remplacées par n'importe quelle autre avec un courant direct admissible non inférieur au courant traversant les enroulements du relais et une tension inverse supérieure à la tension de fonctionnement de leurs enroulements. La vanne électrohydraulique Y1, installée sur le tuyau d'extraction de l'eau du réservoir de stockage, doit être normalement ouverte, fonctionner à partir d'une tension alternative de 230 V et être adaptée en termes de dimensions de raccordement aux tuyaux utilisés pour l'extraction de l'eau. Si le courant de fonctionnement des bobines du relais dépasse 0,1 A, les stabilisateurs intégrés DA3 et DA5 doivent être remplacés par des transistors à effet de champ, par exemple BUZ11. Dans ce cas, la méthodologie de mise en place de l'unité de contrôle restera la même, mais il faudra prendre en compte le danger d'électricité statique pour les transistors à effet de champ. Les électrodes du capteur sont constituées d'un fil inoxydable d'un diamètre de 2...5 mm ou d'une bande d'acier inoxydable d'une épaisseur de 0,5...1 mm et d'une largeur de 6...10 mm. Vous pouvez par exemple utiliser des âmes porteuses en acier extraites de fils toronnés en aluminium. Les électrodes sont montées sur une plaque commune en matériau isolant imperméable. Les fils de connexion doivent y être connectés à l'extérieur du réservoir en raison de l'humidité élevée qui y règne. L'électrode du capteur de débit E4 est fixée de manière à être exposée au jet d'eau entrant dans le réservoir. L'électrode du capteur de niveau limite E3 est située en dessous du tuyau d'alimentation en eau, mais toujours au-dessus de l'électrode du capteur de niveau supérieur E1. Les capteurs d'humidité sont des sections de double fil de cuivre, dénudées de leur isolation sur une longueur de 50 mm et disposées par incréments de 100 à 500 mm le long du fil. Ce fil est posé de manière à ce que les zones exposées soient situées dans des endroits où l'eau peut s'écouler lorsque le réservoir déborde ou à partir de joints desserrés dans les raccords d'eau. L'unité de contrôle peut être montée dans n'importe quel boîtier en matériau isolant. Par exemple, dans le cas d'une alimentation sans coupure défectueuse, à partir de laquelle un transformateur peut être utilisé s'il reste opérationnel. Un bloc de contacts XT 1 est installé dans le boîtier pour connecter les fils allant aux capteurs. Le circuit imprimé, sur lequel se trouvent presque tous les éléments du bloc, est illustré à la Fig. 2. Il est préférable de les monter sur la carte par étapes, en vérifiant et en ajustant chaque unité assemblée. Ils commencent à travailler avec un redresseur et une unité de contrôle de tension, puis installent un générateur d'impulsions et vérifient leur présence. Ensuite, ils assemblent l'unité de contrôle de la pompe sur la puce DA5 et le relais K2 et vérifient son fonctionnement. La dernière chose à assembler est la centrale de secours sur le transistor VT1 et le microcircuit DA3 et à vérifier son fonctionnement. Après cela, vous pouvez installer des interrupteurs, un bloc de contacts, un transformateur, un relais, une carte dans le boîtier et les connecter les uns aux autres. Des précautions sont nécessaires pour garantir une installation sans erreur.
La mise en place de l'unité de commande assemblée commence par vérifier la tension continue sur le condensateur C1 et la présence d'impulsions sur le collecteur du transistor VT3. La durée d'évacuation de l'eau du réservoir de l'électrode E1 vers l'électrode E2 est déterminée expérimentalement. Réglez ensuite la même durée de pause entre les impulsions en diminuant ou en augmentant la capacité du condensateur C4 et la résistance de la résistance R14. Pour les valeurs indiquées dans le schéma, la durée des impulsions est d'environ 5 s et la pause entre les impulsions est de 1 minute. Le réglage est complété par le réglage des seuils supérieur et inférieur dans l'unité de contrôle de la tension secteur. Pour ce faire, il est pratique d'utiliser un autotransformateur réglable en laboratoire (LATR). Les travaux sont effectués dans l'ordre suivant. L'électrode du capteur de débit E4 est reliée par un cavalier au fil commun de l'appareil (broches 1 et 6 du bloc XT1). Les broches de contact du relais K2.4 sont également connectées à un cavalier. Le moteur de la résistance d'ajustement R4 est installé en position haute, et le moteur de la résistance d'ajustement R13 est en position basse selon le schéma. À l'aide du LATR, la tension fournie à l'enroulement primaire du transformateur T1 est réglée à 230 V. Réduisez lentement la tension sur cet enroulement en le réglant à 207 V. La résistance de réglage R4 est lentement abaissée (selon le schéma) jusqu'à ce que le relais K1 est activé. La tension supprimée du LATR est augmentée à 230 V et le mode « Urgence » est annulé en appuyant sur le bouton SB3. Maintenant, en utilisant LATR, la tension est augmentée à 253 V. Cela fait, le curseur de la résistance d'accord R13 est lentement déplacé vers le haut (selon le schéma), obtenant à nouveau le fonctionnement du relais K1. Après avoir coupé l'alimentation de l'appareil, retirez le cavalier reliant l'électrode E4 au fil commun. Vérifiez ensuite le fonctionnement du capteur de débit E4. Pour ce faire, éteignez la pompe et déconnectez les électrodes E1 et E2 de l'entrée de commande de la puce DA5. 20...40 s après la connexion de l'unité au réseau, le relais K1 doit fonctionner. Ensuite, l'appareil est éteint, le cavalier est retiré des contacts K2.4 et les capteurs E1 et E2 sont connectés. Après cela, vérifiez le fonctionnement du capteur d'humidité en appliquant un chiffon humide sur les zones exposées de ses fils. Lors de l'aménagement d'un système d'approvisionnement en eau, le facteur température doit être pris en compte. Les tuyaux alimentant l'eau de la source doivent être droits et avoir une pente constante de 20...30 mm par mètre de longueur vers la source d'eau. Cela empêchera l'eau de geler dans les tuyaux, car après l'arrêt de la pompe centrifuge, elle reviendra à la source à travers la pompe. Le ballon de stockage doit être installé au-dessus de tous les consommateurs dans une pièce chauffée ou dans le grenier (où il est isolé thermiquement avec la cheminée). L'unité de contrôle du système d'alimentation en eau est installée dans n'importe quel endroit pratique. Il peut être utile de remplacer la LED HL2 par un émetteur sonore piézo avec générateur intégré, par exemple KPE-842. Dans ce cas, il est recommandé de remplacer la résistance R2 par n'importe quel interrupteur afin de pouvoir désactiver le signal sonore de l'alarme. littérature
Auteur : M. Muratov
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