Істотний недолік широко поширеного заглибного вібраційного водяного насоса "Малюк" - різка залежність її продуктивності від живлячої напруги. Небезпечна для нього і робота "всуху" - споживаний струм значно зростає і насос виходить з ладу. Автору публікується статті вдалося знайти рішення цих проблем.
У багатьох сільських і дачних мережах електропостачання напруга сильно відрізняється від номінального 220 В, зазвичай у бік пониження. А практика експлуатації насос "Малюк" показує, що при напрузі менше 190 В підйом води свердловини вже неможливий. Існує спосіб підвищити та стабілізувати продуктивність насоса. Для цього необхідно підтримувати незмінним споживаний їм струм незалежно від живлячої напруги.
Еквівалентну схему насоса можна уявити послідовно з'єднаними індуктивністю Lн і активним опором Rн. Обидві величини, як показано на графіках рис. 1, нелінійно залежать від напруги, складаючи Rн=17,5 Ом, Lн=0,18 Гн (індуктивний опір на частоті 50 Гц - 56,1 Ом) при напрузі 220 В. Номінальний струм насоса lн=3,75 А.
Збільшити струм в ланцюзі насоса до номінального при зниженій напрузі можна, компенсувати частину індуктивного опору ємнісним. Для цього достатньо включити послідовно з насосом конденсатор С1, як показано на рис. 2.
Його реактивне опір Xc1 має дорівнювати:
а ємність
де U - напруга в мережі.
Розрахунки показують, що при коливаннях напруги в межах 190...240 У ємність конденсатора С1 слід змінювати від 30,1 до 27,9 мкФ. Робити це вручну дуже незручно, а несподіване підвищення напруги може призвести до виходу насоса з ладу. Тому користуватися розглянутим способом має сенс лише при зниженому, але незмінному мережевому напрузі. Конденсатор повинен бути розрахований на напругу не менше 500 В і зашунтирован резистором номіналом 100...200 кОм. Неприпустимо застосовувати оксидні конденсатори.
Підтримувати струм насоса постійним при коливаннях напруги вдається, підключивши паралельно конденсатору С1 дросель L1 зі сталевим магнітопроводом, як показано на рис. 3.
Так як струми, поточні через конденсатор і дросель, противофазны, через насос протікає їх різниця:
ІН = ІС-IL
Завдяки насичення магнітопроводу реактивне опір дроселя залежить від прикладеної напруги. Сумарний опір контуру l 1 c 1 також змінюється, залишаючись ємнісним і підтримуючи струм насоса приблизно рівним номінальному.
Для найкращої стабілізації ємність конденсатора С1 слід вибрати на 10... 15% більше розрахованої за наведеними вище формулами для мінімального напруги U, а параметри дроселя L1 підібрати експериментально. Автор застосував набір металлопленочных конденсаторів сумарною ємністю 33,3 мкФ на напругу 600 У. Дросель - 1500 витків дроту ПЕВ-2 0,8 на магнітопроводі ШЛМ 25x25 мм На рис. 4 показані залежності від напруги струму, що споживається насосом "Малюк" зі стабілізатором за схемою рис. 3 і без нього.
У деяких ситуаціях струм, споживаний вібраційним насосом, може перевищити допустиме значення навіть при наявності стабілізатора. Так трапляється, наприклад, коли води в ємності, звідки її викачують, вже не залишилося, а насос продовжує працювати "всуху". Якщо упустити цей момент, вихід насоса з ладу неминучий.
Пристрій, схема якого показана на рис. 5, послужить своєрідним сторожем, відключаючи насос від мережі при перевищенні допустимого струму.
При відповідній регулювання порога спрацьовування можна не стежити за залишком води. Коли вона закінчиться, насос буде вимкнено автоматично. Ця функція особливо важлива при відкачування води з малодебетных свердловин і водойм.
"Сторож" виконаний на базі інтегрального таймера КР1006ВИ1 і працює наступним чином. Послідовно з навантаженням (насосом зі стабілізатором або без нього) включено електронний ключ на оптотиристорах U1 і U2 і первинна обмотка трансформатора струму Т2, вторинна обмотка якого навантажена резистором R4. Напруга вторинної обмотки, пропорційний струму навантаження, випрямляє діод VD2 і згладжує конденсатор С4. Через резистивний дільник R1R2 частина його надходить на висновок 6 DA2 - прямий вхід одного з наявних у мікросхемі компараторів. На його інверсний вхід надходить зразкове напруга, задаваемое послідовно з'єднаними резисторами R6 і R8. Джерело живлення мікросхеми DA2 виконано за стандартною схемою на елементах Т1, VD1, С1, С2 і DA1.
При включенні пристрою в мережу ланцюг R3C3 формує імпульс, що встановлює внутрішній тригер мікросхеми DA2 в стан, при якому на виводі 3 - лог. 1. Транзистор VT1 відкритий, через світлодіоди фототиристоров U1 і U2 тече струм, електронний ключ з'єднує навантаження з мережею. Запалений світлодіод HL2.
Якщо струм навантаження збільшиться до значення, при якому напруга на виводі 6 DA2 перевищить зразкове, компаратор всередині мікросхеми спрацює, і тригер змінить стан. Транзистор VT1 і електронний ключ будуть закриті, знеструмивши навантаження. Світлодіод HL2 згасне, a HL1 почне світитися. Знову включити навантаження можна натисканням на кнопку SB1, що переведе тригер мікросхеми DA2 у вихідне стан.
Трансформатор струму Т2 виготовляють з будь-якого трансформатора живлення потужністю 10...20 Вт. Всі наявні вторинні обмотки трансформатора видаляють, а замість них багатожильним ізольованим монтажним проводом перетином не менш 1 мм2 намотують одну нову, з числом витків в 400...600 разів менше, ніж мережевий. Нова обмотка стає первинної (її включають послідовно в ланцюг навантаження), колишня мережева - вторинною. Робота трансформатора струму без навантажувального резистора R4 неприпустима.
При налагодженні "сторожа" замість насоса "Малюк" бажано використовувати іншу навантаження, наприклад, електроплиту з регульованою потужністю конфорок. В відрегульованому пристрої напруга на виводі 5 мікросхеми DA2 повинно трохи перевищувати напругу на її висновку 6 при номінальному струмі навантаження (насоса). Вхідний опір вимірювальних приладів, що підключаються до висновків DA2, має бути не менше 100 кОм.
Щоб переконатися в правильності регулювання, насос занурюють у воду на невелику глибину, включають і чекають, коли він виявиться вище рівня води. Автоматичне відключення насоса повинно статися через 1...5 с.
Розрахунок стабілізатора для вібраційного насоса
Автор: Б. Порохнявый, Красноярськ р.