Samogradnja: Uporaba elektronskih predstikalnih naprav z zatemnilnikom


Elektronske predstikalne naprave za krmiljenje fluorescentnih žarnic se vse pogosteje uporabljajo v akvarijski razsvetljavi. 3 elektronske naprave 2 x 54W so uporabljene za regulacijo moči šestih T5, HO, 54 W žarnic nad mojim akvarijemO prednostih elektronskih naprav pred klasičnimi dušilkami je že veliko napisanega, tako da te teme ne bom ponovno načenjal v tem članku. Najverjetneje pa ste že opazili, da imajo nekateri modeli elektronskih naprav za krmiljenje fluorescenčnih žarnic možnost regulacije moči in s tem posredno tudi količine svetlobe, ki jo generirajo.

Možnosti uporabe teh modelov elektronskih naprav za akvarijsko razsvetljavo opisuje pričujoči članek. Zadnji del članka tudi podrobno opisuje samogradnjo postopnega svitanja in postopnega mračenja

Uporaba v akvarijskem okolju

Regulacija moči žarnice pomeni v bistvu regulacijo svetlobnega toka, ki ga žarnica proizvede. Sodobne elektronske predstikalne naprave omogočajo regulacijo svetlobnega toka od 1% do 100%.  V akvaristiki se elektronske predstikalne naprave  z zatemnilnikom uporabljajo pretežno z namenom realizacije efekta postopnega svitanja in postopnega mračenja.

Izbira ustrezne predstikalne naprave z zatemnitvijo

Elektronske predstikalne naprave  z zatemnitvijo je možno dobiti za vse tri tipe fluorescenčnih žarnic, katere se najpogosteje uporabljajo v akvaristiki: T8, T5 in kompaktne fluorescenčne cevi (U oblika). Preden začnete  iskati ustrezen tip te naprave za vaš akvarij je potrebno poznati sledeče podatke, ki seveda zavisijo od žarnic nad vašim akvarijem.

  1. tip cevi,(T5- HO, T5- HE ,T8, kompaktne),

  2. moč cevi,

  3. število žarnic na eni napravi ( 1 ali 2) in

  4. regulacijski način (1 do 10 V ali DALI ).

Na tem mestu velja pripomniti, da se v primeru uporabe T8 cevi akvaristi pogosto odločajo za preobremenitev. V svojem akvariju sem uporabljal 58 W elektronsko predstikalno napravo z zatemnitvijo za krmiljenje 25 W T8 žarnic. V tem primeru sem dobil najvišjo možno  moč 40 W. Pri T5 žarnicah, se po meni znanih informacijah preobremenjevanje ne uporablja, tako da elektronsko predstikalno napravo vedno izberemo za enako moč, kot je definirana na žarnicah.

Pri številu žarnic, ki jih priključujemo na eno napravo nas enostavna računica vodi k cilju, da vedno poizkušamo priključiti dve žarnici na eno napravo, saj je cena za napravo, ki podpira eno žarnico enaka ceni naprave za dve žarnici. No tu velja opozorilo. Na napravo za 2 žarnici moramo priključiti dve žarnici, ker ne dela samo z eno žarnico.

Za vse tipe žarnic sta trenutno na trgu dostopna dva načina regulacije.

Regulacijski vhod  1 do 10 V je starejša, enostavnejša oblika regulacije. Za ta tip regulacije obstaja izredno veliko število možnosti aplikacij, ki bodo podrobneje opisane v nadaljevanju. Pomembno je poudariti, da z regulacijo 1 do 10 V ni mogoče žarnico povsem ugasniti. Pri krmilni napetosti 1V žarnica še vedno proizvaja 1% maksimalnega svetlobnega toka. Žarnico se povsem ugasne z izključitvijo iz omrežne napetosti preko stikala ali časovnega stikala.

DALI je standardizirani protokol za krmiljenje svetil in omogoča vključevanje, izključevanje, nastavitev moči in še mnogo drugih komand preko centralne enote, ki pa mora biti inteligentna (mikroprocesor). DALI protokol je precej elegantnejša rešitev od regulacije s krmilno napetostjo od 1 do 10V, vendar pa za aplikacije z DALI protokolom ne obstajajo zelo enostavne in poceni rešitve. Menim, da precej kompleksna aplikacija z DALI protokolom nima smisla pri akvarijski razsvetljavi, kjer imamo razmeroma malo žarnic ( običajno manj kot 10). Prav zato bo nadaljevanje članka posvečeno enostavnejši metodi regulacije preko vhoda 1 do 10V.

Regulacija preko vhoda 1 do 10V

Kot sem že omenil je možnosti za realizacijo zelo veliko. V osnovi lahko vse variante razdelimo v sledeče skupine:

  1. analogno vezje brez dodatnega napajalnika (vira enosmerne napetosti),

  2. analogno vezje z dodatnim napajalnikom in

  3. uporaba mikrokontrolerja (računalnika).

1. analogno vezje brez dodatnega napajalnika

Krmiljenje moči je možno preko vhoda 1 do 10 V celo na način, da niti ne zagotovimo zunanjega vira napetosti, ker je vir že vključen znotraj elektronske predstikalne naprave.

Najverjetneje vam je že poznana ročna regulacija preko potenciometra, ki ga priključimo med sponke + in - za krmiljenje. V ta namen rabimo potenciometer 47 KΏ, ki ga lahko kupimo v vsaki trgovini z elektronskimi komponentami. Moč fluorescenčne žarnice reguliramo z vrtenjem potenciometra. Upornost 0 sovpada z minimalnim svetlobnim tokom, upornost 47 KΏ pa z maksimalnim svetlobnim tokom.

S priključitvijo ustreznega vezja  med sponke + in - za krmiljenje pa lahko celo realiziramo efekt postopnega svitanja in postopnega mračenja. Ta najbolj enostavna varianta je podrobno opisana na koncu članka.

2. analogno vezje z dodatnim napajalnikom

V primeru, da uporabimo dodatni vir enosmerne napetosti imamo praktično neskončno možnosti za realizacijo efekta postopnega svitanja in postopnega mračenja. Menim, da so najprimernejša vezja tista, ki so narejena z operacijskimi ojačevalniki. Bralcu, ki bi si želel narediti tak tip regulacije, svetujem da si prebere kakšno knjižico o aplikacijah z operacijskimi ojačevalniki.

3. uporaba mikrokontrolerja (računalnika)

Ta tip aplikacije nam omogoča največ različnih funkcij, vendar je po drugi strani tudi najbolj zapleten za izvedbo. Potrebujemo mikrokontroler, ki ima analogne izhode, kateri so običajno tipa PWM , kar pomeni da moramo poleg programske opreme zagotoviti še ustrezno vezje za prilagoditev PWM izhodov na napetostni nivo 1 do 10 V. Postopno svitanje in postopno mračenje v svojem morskem akvariju, katero mi deluje že dve leti,  sem realiziral z mikrokontrolerjem.

Upam , da ste dobili pregled vseh možnosti, ki se nam ponujajo za samogradnjo. V nadaljevanju sledi podroben opis po moji oceni najenostavnejše variante, ki pa vam bo nudila vso potrebno funkcionalnost in precej veselja vsako jutro in večer, ko boste opazovali akvarij.  Ribice pa bodo tudi vesele postopnega spreminjanja svetlobe.

Samogradnja vezja za postopno svitanje in postopno mračenje

Poleg natisnjene verzije tega članka in ustrezne elektronske predstikalne naprave z zatemnitvijo potrebujete le še časovno stikalo Maxi - Tronic (3 kanalni) in nekaj komponent, katere lahko nabavite v katerokoli trgovini z elektronskimi komponentami. Namesto časovnega stikala Maxi - tronic lahko uporabite tudi kako drugo varianto časovnega stikala, ki ima vsaj dva kanala, vendar naj omenim, da so navodila napisana za model Maxi - Tronic. Omenjeno časovno stikalo stane 4000 SIT, vse ostale komponente skupaj pa manj kot 1000 SIT, torej stroški res ne bodo preveliki.

 

 

Zgornja slika ponazarja vse elemente, ki jih potrebujete za realizacijo postopnega svitanja in postopnega mračenja. Elektronska predstikalna naprava, ki jo boste kupili, že ima priključek za omrežno napetost in priključek za krmiljenje, kot kaže zgornja slika. Na omrežno napetost se predstikalno el. napravo priključi preko kanala 2 časovnega stikala, ki bo skrbelo za vklop ob začetku svitanja in izklop ob koncu mračenja. Osnovna naloga naše samogradnje je izdelava enostavnega vezja v regulatorju, ki ga priključimo na krmilna vhoda elektronske predstikalne naprave. Regulator avtomatično poskrbi za svitanje, za mračenje pa potrebuje pomoč v obliki sklenitve stikala . Avtomatično sklenitev stikala ob začetku mračenja izvede kanal 1 na časovnem stikalu, ki pa ga moramo v ta namen predelati, kar je druga naloga naše samogradnje.

1. naloga Izdelava regulatorja

Shema vezja regulatorja je prikazana na spodnji sliki. Upam, da vas je shema prepričala, da ta samogradnja res ne bo prezahtevna. Tranzistor je lahko tako rekoč katerokoli NPN, predlagam pa uporabo C 457. 

 

Največji element je elektrolitski kondenzator C1. Narejen mora biti za napetost vsaj 16 V, lahko je tudi za višjo, vendar bo potem še večji. Od kapacitivnosti zavisi čas svitanja in čas mračenja. Pri elektrolitskem kondenzatorju morate paziti, da ga pravilno priključite (+,-). Od vrednosti upora R2 zavisi čas svitanja, od vrednosti upora R3 pa čas mračenja. Namesto teh dveh uporov lahko uporabite potenciometra, tako da boste imeli možnost spreminjanja časa svitanja in časa mračenja.

Spodnja tabela prikazuje čase mračenja in svitanja odvisno od vrednosti C1, R2 in R3.

C1

R2

R3

Svitanje

Mračenje

1 mF

200 KΏ

200 KΏ

32 minut

16 minut

1 mF

100 KΏ

100 KΏ

16 minut

8 minut

Oba časa sta proporcionalno odvisna od kapacitivnosti C1. Če izberemo kondenzator s kapacitivnostjo 4,7mF bomo dobil 4,7 krat daljše čase. Prav tako je čas mračenja povsem proporcionalno odvisen od R3, čas svitanja pa je odvisen od R2. 

Vezje je tako enostavno, da ne potrebujemo nobene tiskane ploščice. sestavimo ga samo z lotanjem ,kot prikazuje spodnja slika.

MaterialSestavljen regulator

2. Prilagoditev časovnega stikala

Naloga je zelo enostavna. Kanal 1 časovnega stikala moramo predelati tako, da bo namesto običajne vtičnice (faza, ničelni vodnik) na njemu izhod releja (kontakt). Časovno stikalo odpremo. Na tiskani ploščici najdemo izhod releja za kanal 1. Najzahtevnejša naloga je prekinitev vezice, ki fazo povezuje z izhodnim kontaktom releja. To vezico moramo odstraniti z uporabo noža ali pile, kot kažeta spodnji dve sliki. Nato moramo kontakt, ki smo ga odrezali od faze prilotati na žico. Najbolje je uporabiti rdečo žico, ki je že prisotna na kanalu_1. Glej drugo od spodnjih dveh slik !

Slika 1 Tiskana ploščica in mesto prekinitve vezi na tiskani ploščiciOdstranjena vezica na tiskani plošči in prilotan priključek

Sedaj oba izhodna kontakta releja povežemo na vtičnico kanala 1. Bodite pozorni na povezavo rdeče žice na spodnji sliki na povsem levi vtičnici. To je edina sprememba. Rumena žica ostane na svojem mestu.

Vezava rdeče žice na kanalu 1

Časovno stikalo lahko sedaj sestavimo in priključimo na omrežno napetost. Priporočam, da pretestiramo našo predelavo. Na kanalu 1 ne sme biti omrežne napetosti, tudi v primeru, ko je kanal vključen.

Obstaja še druga pot. Če nam zgoraj opisano delo ne diši preveč, lahko kupimo časovno stikalo z relejskim izhodom, vendar pa bo cena takega časovnega stikala malo večja.

Testiranje celotnega sistema

Korak 1

Priporočam, da najprej pretestiramo samo regulator. V ta namen povežemo regulator na elektronsko predstikalno napravo, nato pa vtičnico elektronske predstikalne naprave priključimo na omrežno napetost. Če je vse pravilno, bo žarnica začela svetiti z minimalno močjo, ki pa bo počasi naraščala proti maksimalni moči (svitanje). Že prej sem omenil, da za svitanje ni potrebna pomoč kanala 1 na časovnem stikalu.

Korak 2

Če je predhodni test uspel, lahko preverimo funkcijo mračenja na regulatorju. Oba kontakta, ki sta na regulatorju označena kot S1 in v obliki kabla pripravljena za priključitev na kanal 1 časovnega stikala med seboj povežemo (kratko staknemo). Ko to naredimo se začne mračenje, seveda s hitrostjo odvisno od elementov v regulatorju.

Korak 3

Elektronsko predstikalno napravo, regulator in časovno stikalo povežemo po skici iz začetka tega opisa samogradnje. Kanal 1 in Kanal 2 časovnega stikala s programiramo.

Primer

  1. Kanal 1 IZKLOP ob 8.00 (Stikalo na kanalu 1 mora biti odprto, drugače bo svitanje zadržano)

  2. Kanal 2 VKLOP ob 8.00  (vklopimo omrežno napetost , začetek svitanja)

  3. Kanal 1 VKLOP ob 8.30  (začetek mračenja)

  4. Kanal 2 IZKLOP ob 9.00 (popoln izklop)

Dan je v tem primeru sicer nekoliko kratek, vendar za test seveda ne bomo čakali cel dan. Nastavimo uro na 7.59 in se usedemo na stol, ter ....

Testiranje celotnega sistema

Še nekaj nasvetov

Opazili ste, da sem uporabil 3 kanalno časovno stikalo. Predvidevam, da boste imeli poleg elektronskih predstikalnih naprav z zatemnitvijo še tiste brez zatemnitve ali mogoče HQI žarnice. V tem primeru vam bo prav prišel tretji kanal.

Ko programiramo prvi kanal je dobro vedeti, da je zanimivo, če nekaj časa zadržimo minimalni nivo svetlobe, preden ga pustimo, da začne naraščati.

Primer

  1. Kanal 1 VKLOP ob  8.00 (Stikalo na kanalu 1 je  zaprto . Svitanje bo zadržano)

  2. Kanal 2 VKLOP ob  8.00  (vklopimo omrežno napetost )

  3. Kanal 1 IZKLOP ob   8.10 (Začne se naraščanje svetlobe)

  4. Kanal 1 VKLOP ob 20.30  (začetek mračenja)

  5. Kanal 2 IZKLOP ob 21.00 (popoln izklop)

Ob 8.00 se bo prižgala žarnica in začela svetiti z minimalno močjo, ki bo ostala minimalna do 8.10, ko bo začela svetloba naraščati.