Автомат включения освещения

      2. Описание и принцип  действия

 

 Описания конструкций  для автоматического включения  и выключения освещения в зависимости  от естественной освещенности неоднократно публиковались в различных изданиях. В качестве коммутирующего элемента в устройствах использовались электромагнитные реле, недостатком которых являются:

1. Дребезг контактов;
2. Искрение в моменты переключения (коммутации) нагрузки;
3. Большие габариты;
4. Быстрый выход из строя.

      В найденной и  предлагаемой мной конструкции  функцию  коммутирующего элемента выполняет симистор.

      Благодаря тому, что  его работа не зависит от полярности приложенного напряжения, отпадает необходимость  в мощном двухполупериодном выпрямителе. Это позволяет упростить конструкцию  автомата и уменьшить его габариты. Предлагаемое устройство рассчитано на управление источниками света общей мощностью до 400 Вт.

      Пользуясь справочниками, я подобрал по основным параметрам более мощный симистор типа ТС 106-10-4, который может переключать нагрузку 1,5 – 2 кВт, если использовать дополнительный радиатор для его охлаждения.

      При этом, в  монтажную  схему  пришлось внести некоторые  изменения для того, чтобы вся  схема помещалась в обычной распределительной  коробке.

  

      Рис. 1

      Принципиальная схема автоматического включения и выключения освещения показана на рисунке 1.

      Она  состоит из датчика освещенности (R1), порогового устройства, выполненного по схеме  триггера Шмитта (VT1, VT2), и коммутирующего элемента (VS1).

      Фоторезистор R1 вместе с резисторами R2 и R3 образуют делитель напряжения, который определяет ток базы транзистора VT1.

      В дневное время  суток, когда фоторезистор освещен, его сопротивление сравнительно невелико, поэтому транзистор VT1 открыт и насыщен, а VT2 закрыт. Коллекторный ток транзистора VT2, а следовательно, и ток управляющего электрода симистора практически равны нулю.

      Симистор, таким образом, закрыт, и ток через нагрузку не протекает.

      С уменьшением освещенности сопротивление фоторезистора возрастает, и ток базы транзистора VT1 начинает уменьшаться. При достижении определенного значения транзистор VT1 выходит из насыщения и начинает закрываться. Увеличивающееся падение напряжения на резисторе R7 ускоряет закрывание транзистора VT1 и открывание VT2. Ток управляющего электрода симистора, протекающий через открытый транзистор VT2 и резисторы R6, R7, поддерживает симистор открытым на протяжении обоих полупериодов сетевого напряжения.

      Следовательно, лампы  сразу начинают светить в полный накал.

      Процесс выключения фотореле происходит в обратном порядке.

      Порог срабатывания фотореле устанавливают переменным резистором R2, а резистор R3 служит для  ограничения тока делителя при попадании  на фотоприемник прямых солнечных лучей.

      Резистор R6 определяет ток управляющего электрода симистора, который при открытом транзисторе VT2 должен быть больше тока включения симистора, но меньше допустимого коллекторного тока транзистора VT2.

      Резистор R5 уравнивает напряжение на управляющем электроде  и катоде симистора, когда транзистор VT2 закрыт. Это обеспечивает надежное выключение симистора и помехоустойчивость фотореле в целом.

      В устройстве использованы постоянные резисторы МЛТ, подстроечный — СП3-38б. Конденсатор С1 — любой  малогабаритный, С2—МБГО-2. Транзисторы VT1 и VТ2—КТ3102 или КТ3107 с коэффициентом передачи тока не менее 60.

      Устройство я собрал в круглой пластмассовой распределительной  коробке, предназначенной для скрытной электропроводки. Это позволит выполнить  монтаж автоматического выключателя  достаточно просто и незаметно, не нарушая  имеющиеся линии сетевого электропитания.

      Все элементы я планировал смонтировать на круглой печатной плате  из одностороннего фольгированного  стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Разработал чертеж платы и расположение деталей  на ней, которые изображены на рисунке  
 
 
 
 

      2.

      Однако после походов  по магазинам в поиске необходимых  радиоэлементов, мне пришлось видоизменить первоначальную принципиальную схему  и, соответственно, монтажную и размещения .

      Они представлены на рисунках 3 и 4 соответственно.

      Рис. 3

      Рис. 4

      Резистор R5 распаян  непосредственно на выводах симистора, а резистор R6 — между выводом  управляющего электрода и платой.

      Катоды стабилитрона VD1 и симистора соединены между  собой и с платой навесным проводником. Резьбовые выводы анода этих деталей необходимо было укоротить так, чтобы они не выступали за пределы крепежных гаек.

      Сложнее всего оказалось  найти фоторезистор ФСК - 1.  Мне через друзей это удалось, они где-то «раскопали» фоторезистор 1989 года выпуска, который, тем не менее, оказался полностью работоспособным.  

      Провода электросети  и цепи нагрузки крепятся в винтовых зажимах, подобных тем, что используют в телефонных аппаратах. Зажимы впаяны напрямую в плату каждый отдельно, что обеспечивает необходимую жесткость и надежность крепления.

      Распределительную коробку я выбирал сначала  со светлой полупрозрачной крышкой, чтобы не вырезать специального окна для фоторезистора, однако позже  подумал, что необходимо разнести на некоторое удаление друг от друга фоторезистор и, собственно устройство. Это надо для большей свободы маневра при выборе места размещения фоторезистора и регулировки момента устойчивого срабатывания схемы при включении и выключении освещения, в том числе и уличного.

      Монтировать фотореле надо в таком месте, чтобы свет от ламп, которыми оно управляет, не попадал на фотоприемник.

      Во избежание попадания  в коробку воды и посторонних  предметов входной патрубок ее должен быть направлен вниз, а крышку после  установки на постоянное место, загерметизировать  водостойким лаком или клеем.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

     При налаживании и эксплуатации необходимо помнить, что все элементы устройства находятся под напряжением питающей сети, поэтому при ремонте и регулировке следует строго соблюдать правила техники безопасности!!!

3. Подготовка чертежей  печатной платы

      Вручную удобнее  всего выполнять чертеж печатной платы в масштабе 1:1 на бумаге от самописцев ( имеет клетку со стороной 2.5 мм, в "шаге" микросхем), если таковой нет, то можно "отксерить" школьную бумагу "в клеточку" с уменьшением в 2 раза, в самом крайнем случае можно использовать обычную миллиметровку. Дорожки со стороны пайки нужно рисовать сплошными линиями, а дорожки со стороны деталей ( в случае двухстороннего монтажа) рисовать пунктирными линиями. Необходимо отметить, что располагаемые элементы должны быть в зеркальном отражении. Центры ножек элементов отмечаются точками, вокруг которых необходимо нарисовать паечную площадку. Для последующих действий, очень важно, какого размера Вы выбираете установочные площадки для элементов (обидно, когда при рисовании платы "в живую" или дорожка между площадками не проходит, или после пайки элементы выпадают вместе с площадками). Ширину дорожек следует выбирать исходя из того, чем вы будете рисовать плату, при использовании стеклянных рейсфедеров примерно 1.5 мм. После того как рисунок готов, нужно приложить чертеж к светящейся поверхности ( например стекло окна) обратной стороной к себе и обвести пунктирные линии. Так Вы получите рисунок со стороны установки деталей. Далее необходимо вырезать чертеж листа бумаги, но с учетом "крылышек" для крепежа с каждой стороны (около 15 мм).

      3.1 Нанесение рисунка

      По поводу применяемой  краски и технологии нанесения дорожек в своих кругах мы, конечно, немало спорили, но остановился я на описанном ниже. Вычерчивание производится нитрокраской, с растворенным в ней порошком канифоли ( обеспечивает на какое-то время после высыхания пластичность для корректировки и не дает краске "отстать" в случае травления горячими растворами). Рисование производится стеклянными рейсфедерами ( которые в наше время найти весьма проблематично). Кроме того, возможно применение в качестве краски, асфальтобитумного лака, растворенного до нужной кондиции ксилолом. Бутылки хватит очень надолго. Возможно изготовление рейсфедеров самому, при соответствующей тренировке, конечно. Для этого можно взять тонкостенную стеклянную трубку и растянув на пламени ( над газовой плитой) сломать её посередине. Затем обломанный кончик "довести" на мелкой шлифовальной шкурке. Далее, разогрев над тем же пламенем, согнуть кончик до нужного угла. Сложно!? На самом деле не более 5 минут. Так же можно использовать для рисования и одноразовые шприцы. Лак набирается в одноразовый шприц (1-2 мл) и ставится тонкая игла. Иглу перед установкой необходимо обработать надфилем, так, чтобы края были ровные (убрать острый конец). Со стороны поршня можно вставить еще одну иглу для прохода воздуха внутрь шприца.

      Перед тем как  начать рисовать дорожки печатного монтажа, необходимо вычертить монтажные площадки для пайки элементов. Наносятся они при помощи стеклянного рейсфедера или остро заточенной спички вокруг каждого отверстия, диаметром примерно 3 мм. Далее необходимо дать им высохнуть. После этого нужно обрезать их при помощи циркуля до нужного диаметра ( я применяю маленький циркуль-измеритель с резьбовым фиксатором расстояния (да простят мне это выражения чертежники-профессианалы, никогда не знал его настоящее название), одна из иголок которого обточена под плоский резец). Далее обрезанные излишки подчищаются шилом или скальпелем. На самом деле, я использую для этих процедур переработанную школьную готовальню. В результате получаются ровные круглые площадки одного диаметра, которые остается только соединить дорожками, согласно начерченному ранее чертежу печатной платы. Далее, после просушивания, рисуется вторая сторона. После чего производится корректировка дорожек и ошибок при помощи скальпеля. Причем следует отметить, чтобы выровнять край дорожки, нужно сначала обрезать кромку по линейке (лучше металлической), а затем удалить излишки выцарапыванием. Если подчищать дорожку сразу, то в зависимости от степени пересушенности краски, можно получить "сколы" еще хуже первоначальных. Проверьте соответствие рисунка на плате с рисунком на чертеже.

      3.2. Изготовление травящего  вещества

      В 200 мл теплой воды растворяют 150 г хлорного железа в порошке.

      3.3. Приготовление хлорного  железа

      Если нет хлорного железа в готовом виде (в порошке), то его можно приготовить самому. Для этого необходимо иметь 9%-ную соляную кислоту и мелкие железные опилки. На 25 объемных частей кислоты берут одну часть железных опилок. Опилки засыпают в открытый сосуд с кислотой и оставляют на несколько дней. По окончании реакции раствор становится светло-зеленого цвета, а через 5—6 дней Окраска меняется на желто-бурую—раствор хлорного железа готов к применению. Для приготовления хлорного железа можно использовать порошкообразный железный сурик. При этом на одну объемную часть концентрированной соляной кислоты требуется 1,5—2 части сурика. Компоненты смешивают в стеклянной посуде, добавляя сурик небольшими порциями. После прекращения химической реакции на дно выпадает осадок и раствор хлорного железа. Готов к применению

      3.4. Травление и обработка  платы