То, что в нашей стране в летнее время года повсеместно отключается горячее водоснабжение, уже давно стало привычным делом. Однако, если раньше воду отключали на один месяц для проведения профилактических работ, то в наше время общеизвестного кризиса ЖКХ во многих домах горячую воду отключают одновременно с прекращением отопительного сезона, и включают её только с началом отопительного сезона. В результате, горячей воды нет с мая по сентябрь-октябрь.
Естественно, торговый бизнес реагирует на это и в продаже появляются самые различные электроводонагреватели. Наиболее доступные по цене из них — проточные. Фактически, это широкая труба, в которой расположен ТЭН, а так же, выключатель, реагирующий на напор жидкости. И все. Температуру можно регулировать только изменяя напор (чем больше напор, тем меньше температура воды, и наоборот). В принципе, ничего страшного, но кроме отключения горячей воды, в летний период, уменьшают и напор подачи воды в дома, поэтому, на этажах выше третьего напор воды получается низким и температура нагревания её проточным нагревателем получается слишком высокой. Чтобы в таких условиях можно было пользоваться нагревателем необходим регулятор мощности ТЭНа.
Регулятор мощности желателен и по другой причине, — увеличивая напор воды, чтобы снизить её температуру мы охлаждаем ТЭН и мощность потребления нагревателем увеличивается, поскольку он нагревает большее количество воды. А учитывая то,что самый слабенький проточный водонагреватель потребляет мощность не менее 3500 W, это приводит не просто к перерасходу электроэнергии, но и к перегрузке домашней электропроводки, для которой такая мощность, обычно является предельным значением.
Принципиальная схема регулятора мощности показана на рисунке. При мощности 3500W и напряжении сети 220V ток нагрузки составит 16А, поэтому, желательно на выходе использовать симистор рассчитанный на ток не менее 20 А при напряжении 220V. Регулятор имеет десять ступеней регулирования мощности, выраженных в процентах от максимальной мощности — "10%", "20%", "30%", "40%", "50%", "60%", "70%", "80%", "90%" и "100%".
Логическая часть регулятора питается от сети через понижающий трансформатор Т1. Этот же трансформатор служит и источником тактовых импульсов. Цепь R1-R2-VD2 берет переменное напряжение с одного их выводов вторичной обмотки трансформатора и преобразует его в импульсы произвольной формы, следующие с частотой сети. Затем из этих импульсов при помощи триггера Шмитта на элементах D1.1 и D1.2 формируются логические прямоугольные импульсы частотой 50 Гц, которые поступают на счетный вход счетчика D2.
Предположим, счетчик D2 находится в исходном нулевом положении. Тогда, на его выводе 3 будет логическая единица, которая установит RS-триггер на элементах D 1.3 и D 1.4 в единичное положение. Транзистор VT1 откроется и подаст ток на светодиод оптопары U1. симистор оптопары так же откроется и подаст ток на управляющий электрод мощного симистора VS1. Напряжение от сети поступит на ТЭН водонагревателя. Затем, на вход счетчика D2 будут поступать импульсы от триггера Шмитта на D1.1 и D1.2. Счетчик D2 будет поочередно принимать переключать единицы на своих выходах, и когда единица появится на том выходе, на который в данным момент переключен переключатель S1, произойдет переключение RS-триггера D1.3-D1.4 в нулевое состояние и ток на нагреватель перестанет поступать.
Таким образом, существует временной период, равный 0,2 секунды, в течении которого счетчик D2 проходит все свои положения от нуля до девяти, а от положения переключателя S1 зависит в течении какой части этого периода будет включен нагреватель, что и выражается в процентах. Когда переключатель S1 установлен в нижнее положение ("100%") работа счетчика вообще не влияет на выключение нагревателя и он работает непрерывно получая максимальную мощность (наибольшая температура нагрева). Выключение происходит по низкотоковой цепи, при помощи тумблера S2. При этом отключается логическая часть и питание светодиода оптопары U1, что приводит к закрыванию симистора VS1 и отключению нагревателя.
Детали можно заменять следующим образом. Трансформатор питания — маломощный, китайского производства, его можно заменить любым другим маломощным сетевым трансформатором, рассчитанным на 220V и имеющим хотя бы одну вторичную обмотку на 6-10V. Можно применить трансформатор от сетевого адаптера для игровых приставок.
Микросхемы К561 можно заменить на К176 или К1561. Выпрямительный мост КЦ407 заменим любым аналогичным или его можно собрать на четырех диодах типа КД209, КД105, КД103, КД226, Д226. Стабилитрон должен быть примерно на такое же напряжение как и стабилизатор А1.
Выходной симистор ТС122-25-5 можно заменить на ТС122-25-4, ТС122-25-6. Выбирая симистор можно пользоваться справочной информацией, приведенной в J1.2. Симистор нуждается в радиаторе, в авторском варианте роль радиатора выполняет железный корпус в котором собран регулятор.
