Существенный недостаток широко распространенного погружного вибрационного водяного насоса "Малыш" - резкая зависимость его производительности от питающего напряжения. Опасна для него и работа "всухую" - потребляемый ток значительно возрастает и насос выходит из строя. Автору публикуемой статьи удалось найти решение этих проблем.
Во многих сельских и дачных сетях электроснабжения напряжение сильно отличается от номинального 220 В, обычно в сторону понижения. А практика эксплуатации насоса "Малыш" показывает, что при напряжении менее 190 В подъем воды из скважины уже невозможен. Существует способ повысить и стабилизировать производительность насоса. Для этого необходимо поддерживать неизменным потребляемый им ток независимо от питающего напряжения.
Эквивалентную схему насоса можно представить последовательно соединенными индуктивностью Lн и активным сопротивлением Rн. Обе величины, как показано на графиках рис. 1, нелинейно зависят от напряжения, составляя Rн=17,5 Ом, Lн=0,18 Гн (индуктивное сопротивление на частоте 50 Гц - 56,1 Ом) при напряжении 220 В. Номинальный ток насоса lн=3,75 А.
Увеличить ток в цепи насоса до номинального при пониженном напряжении можно, скомпенсировав часть индуктивного сопротивления емкостным. Для этого достаточно включить последовательно с насосом конденсатор С1, как показано на рис. 2.
Его реактивное сопротивление Xc1 должно быть равно:
а емкость
где U - напряжение в сети.
Расчеты показывают, что при колебаниях сетевого напряжения в пределах 190...240 В емкость конденсатора С1 следует изменять от 30,1 до 27,9 мкФ. Делать это вручную очень неудобно, а неожиданное повышение напряжения может привести к выходу насоса из строя. Поэтому пользоваться рассмотренным способом имеет смысл лишь при пониженном, но неизменном сетевом напряжении. Конденсатор должен быть рассчитан на напряжение не менее 500 В и зашунтирован резистором номиналом 100...200 кОм. Недопустимо применять оксидные конденсаторы.
Поддерживать ток насоса постоянным при колебаниях напряжения удается, подключив параллельно конденсатору С1 дроссель L1 со стальным магнитопроводом, как показано на рис. 3.
Так как токи, текущие через конденсатор и дроссель, противофазны, через насос протекает их разность:
IН = IС-IL
Благодаря насыщению магнитопровода реактивное сопротивление дросселя зависит от приложенного напряжения. Суммарное сопротивление контура L1C1 также изменяется, оставаясь емкостным и поддерживая ток насоса приблизительно равным номинальному.
Для наилучшей стабилизации емкость конденсатора С1 следует выбрать на 10... 15% больше рассчитанной по приведенным выше формулам для минимального напряжения U, а параметры дросселя L1 подобрать экспериментально. Автор применил набор металлопленочных конденсаторов суммарной емкостью 33,3 мкФ на напряжение 600 В. Дроссель - 1500 витков провода ПЭВ-2 0,8 на магнитопроводе ШЛМ 25x25 мм. На рис. 4 показаны зависимости от сетевого напряжения тока, потребляемого насосом "Малыш" со стабилизатором по схеме рис. 3 и без него.
В некоторых ситуациях ток, потребляемый вибрационным насосом, может превысить допустимое значение даже при наличии стабилизатора. Так случается, например, когда воды в емкости, откуда ее выкачивают, уже не осталось, а насос продолжает работать "всухую". Если упустить этот момент, выход насоса из строя неизбежен.
Устройство, схема которого показана на рис. 5, послужит своеобразным сторожем, отключая насос от сети при превышении допустимого тока.
При соответствующей регулировке порога срабатывания можно не следить за остатком воды. Когда она закончится, насос будет выключен автоматически. Эта функция особенно важна при откачке воды из малодебетных скважин и водоемов.
"Сторож" выполнен на базе интегрального таймера КР1006ВИ1 и работает следующим образом. Последовательно с нагрузкой (насосом со стабилизатором или без него) включены электронный ключ на оптотиристорах U1 и U2 и первичная обмотка трансформатора тока Т2, вторичная обмотка которого нагружена резистором R4. Напряжение вторичной обмотки, пропорциональное току нагрузки, выпрямляет диод VD2 и сглаживает конденсатор С4. Через резистивный делитель R1R2 часть его поступает на вывод 6 DA2 - прямой вход одного из имеющихся в микросхеме компараторов. На его инверсный вход поступает образцовое напряжение, задаваемое последовательно соединенными резисторами R6 и R8. Источник питания микросхемы DA2 выполнен по стандартной схеме на элементах Т1, VD1, С1, С2 и DA1.
При включении устройства в сеть цепь R3C3 формирует импульс, устанавливающий внутренний триггер микросхемы DA2 в состояние, при котором на выводе 3 - лог. 1. Транзистор VT1 открыт, через светодиоды фототиристоров U1 и U2 течет ток, электронный ключ соединяет нагрузку с сетью. Зажжен светодиод HL2.
Если ток нагрузки увеличится до значения, при котором напряжение на выводе 6 DA2 превысит образцовое, компаратор внутри микросхемы сработает, и триггер изменит состояние. Транзистор VT1 и электронный ключ будут закрыты, обесточив нагрузку. Светодиод HL2 погаснет, a HL1 начнет светиться. Вновь включить нагрузку можно нажатием на кнопку SB1, что переведет триггер микросхемы DA2 в исходное состояние.
Трансформатор тока Т2 изготавливают из любого трансформатора питания мощностью 10...20 Вт. Все имеющиеся вторичные обмотки трансформатора удаляют, а вместо них многожильным изолированным монтажным проводом сечением не менее 1 мм2 наматывают одну новую, с числом витков в 400...600 раз меньше, чем в сетевой. Новая обмотка становится первичной (ее включают последовательно в цепь нагрузки), в бывшая сетевая - вторичной. Работа трансформатора тока без нагрузочного резистора R4 недопустима.
При налаживании "сторожа" вместо насоса "Малыш" желательно использовать другую нагрузку, например, электроплиту с регулируемой мощностью конфорок. В отрегулированном устройстве напряжение на выводе 5 микросхемы DA2 должно немного превышать напряжение на ее выводе 6 при номинальном токе нагрузки (насоса). Входное сопротивление измерительных приборов, подключаемых к выводам DA2, должно быть не менее 100 кОм.
Чтобы убедиться в правильности регулировки, насос погружают в воду на небольшую глубину, включают и ожидают, когда он окажется выше уровня воды. Автоматическое отключение насоса должно произойти спустя 1...5 с.
Расчет стабилизатора для вибрационного насоса
Автор: Б.Порохнявый, г.Красноярск