Однофазные реле контроля напряжения, часть 2 - Меандр УЗМ-50Ц

Продолжение серии обзоров об однофазных реле контроля напряжения, начатое PH-260t


УЗМ-50Ц появились в продаже с середины 2017 года.
Всего их было выпущено несколько модификаций — с разным оттенком цвета корпуса (розовый, желтоватый, светло-серый) и разным цветом светодиодов (зелёно-красный либо жёлто-красный).
Мне в руки попала глючная версия августа 2018 в светло-сером корпусе с жёлто-красным светодиодом и слабыми клеммами. Исправленные УЗМ-50Ц выпускают с зимы 2018 года, а с новыми умощнёнными клеммами всё никак делать не начнут, только обещают :(
По поводу брака, производитель написал письмо с объяснениями, но очевидно это только часть информации


Продаётся в унифицированных картонных коробочках с окошком для идентификации содержимого

Комплектация: УЗМ-50Ц + паспорт


Корпус компактный шириной 2 модуля

Сбоку нарисована схема подключения, на ДИН рейке фиксируется пластиковой защёлкой


Входные и выходные клеммы нормально подписаны

Нулевая шина проходящая и не коммутируется

Корпус скрепляется защёлками и дополнительно склеен.

Корпус выполнен из светло-серого глянцевого ПВХ пластика, горение не поддерживает, ниже будет проверка :)

Индикатор красный трёхразрядный, способен отображать текущее входное напряжение, ток потребления, потребляемую мощность и настройки прибора.
Две кнопки позволяют управлять и настраивать прибор.
Глазок индикатора показывает текущий режим работы УЗМ.
Структура меню очень простая и понятная
Кнопка + позволяет принудительно включит и отключить нагрузку
Кнопка — по кольцу переключается просмотр:
— текущее входное напряжение
— текущий потребляемый ток
— текущая потребляемая мощность
— верхний порог отключения (по умолчанию 270В, но можно изменить от 240В до 295В удерживая кнопку -)
— нижний порог отключения (по умолчанию 170В, но можно изменить от 100В до 190В удерживая кнопку -)
— задержка повторного включения (по умолчанию 10с, но можно изменить от 2с до 999с удерживая кнопку -)
— максимальное значение напряжения в сети (показания можно сбросить удерживая кнопку -)
— минимальное значение напряжения в сети (показания можно сбросить удерживая кнопку -)
— количество отключений устройства (показания можно сбросить удерживая кнопку -)
К программной части серьёзных претензий нет, программисты в Меандре работают на совесть (но мелкие глюки конечно-же есть)

Предупреждений о приближении к верхнему порогу отключения (как в УЗМ-51М) — отсутствует. При превышении напряжения верхнего порога отключается сразу, по нижнему порогу отключается с задержкой 10 секунд, что весьма правильно.

Устройство состоит из двух неразъёмных печатных плат — основной и индикации с управлением.

Назначение электрокартона — предотвратить случайное замыкание нулевой шины с печатной платой. Решение так себе — изоляционная картонка выглядит как-то несерьёзно в таком ответственном устройстве.







По внутренней конструкции видно, что производителю с большим трудом удалось запихнуть всю начинку в двухмодульный корпус, причём не обошлось без жертв.
— Производителю пришлось вручную срезать с реле торчащий шпинёк контроля и ручного управления его положением, т.к. иначе он упрётся в плату индикации

— Штыри перехода на плату индикации упёрлись в силовое реле и не позволили ему сесть на своё место — оно припаяно наперекос.


Все силовые шины — медные никелированные 6,5 х 1,5мм (10кв.мм)
Клеммные скобы — оцинкованная сталь, винты M5 оцинкованная сталь, шлиц комбинированный.
Окна для силового подключения 7х7мм позволяют зажать моножильный провод до 35кв.мм и многожильный до 25кв.мм

Традиционно — принципиальная электрическая схема УЗМ-50Ц

УЗМ уже было в эксплуатации, сам его не покупал — отдал коллега за ненадобностью. Устройство пришло полурабочее — вроде-бы и работает, но при механическом воздействии на корпус всё тухнет.
Как оказалось, дефект был в низком качестве дросселя L2 — он намотан очень тонким проводом, который отвалился в месте пайки вывода. При выпайке, дроссель рассыпался и его пришлось менять — на некоторых фото он уже заменён (в увеличенном габарите).
В качестве дросселя L1 использован постоянный резистор 150 Ом. Решение вполне приемлемое.
На VT1 собран дискретный линейный стабилизатор напряжения, который ограничивает амплитуду напряжения на импульсном стабилизаторе тока D1 на уровне 220В. Одобряю решение, точно так-же реализовано в ихнем индикаторе ВАР-М01
D1 — импульсный стабилизатор тока (драйвер) на 30мА.
VD1 + VD6 задают величину питающего напряжения для работы силового реле на уровне 30В
С3 — накопительный конденсатор для импульсного управления силовым реле.
DA1 — линейный интегральный стабилизатор напряжения для питания контроллера.
На VT4 собран детектор нулевого напряжения для коррекции момента коммутации реле. На базу транзистора VT4 вместо максимально-допустимого обратного напряжения -5В при токе не более 0,1мкА подаётся часть сетевого напряжения через токоограничивающий резистор R11. Это недопустимо, т.к. приведёт к постепенной деградации транзистора вплоть до выхода его из строя. Да, древние транзисторы типа КТ315 допускали обратное включение эмиттерного перехода в качестве стабилитрона, но с современными такой фокус не проходит. Исправляется шунтированием перехода Б-Э любым диодом катодом на базу, что я сразу и сделал в удобном месте прямо на контакты кнопки.

Резистор R3 делителя входного напряжения работает с перегрузкой по напряжению. На нём падает 2/3 входного напряжения и при максимальном входном напряжении 440В (амплитуда 620В) получается аж 413В. Это при том, что обычно максимальное рабочее напряжение резистора SMD 1206 составляет всего 200В — пример, широко распространённые SMD резисторы Vishay
По собственному опыту — SMD резисторы в таком режиме долго не работают. По уму, R3 надо было составить из двух последовательно подключенных резисторов SMD 1206 по 510кОм.
Как надо было делать этот узел

Между затворами VT2 VT3 и контроллером отсутствуют защитные резисторы (номиналом около 10кОм). Они нужны для защиты пинов контроллера от коммутационных помех, а также защищают их при пробое транзисторов.
Реле управляется ключами VT2 и VT3 (IRLML0040), которые относительно низковольтные – на 40В. Лучше было поставить IRLML0060 на 60В или IRLML0100 на 100В.

DA2 — двухкаскадный усилитель напряжения сигнала с токоизмерительного шунта на базе двухканального Rail-to-Rail Input/Output операционника MCP6L02E. Усиливает только отрицательную полуволну тока.
Сигнал с первого каскада усилителя используется при измерении больших токов с невысокой точностью, сигнал со второго каскада помогает точнее измерять малые токи.
R19 задаёт небольшое начальное смещение для устранения зоны нечувствительности на малых токах.
Данный узел выполнен безграмотно и об этом будет написано ниже.

Мощный входной варистор на 680В помогает защитить нагрузку от импульсных перенапряжений. Его необходимость неоднозначна, т.к. это элемент повышенной опасности и ему место подальше от внутренних пластиковых щитов, куда обычно и ставят реле напряжения.
Маломощный варистор на 680В защищает само устройство от импульсных перенапряжений.

Входное напряжение отображается вполне корректно в пределах допуска
Но вот с током беда — даже при его отсутствии индикатор постоянно кажет гуляющий паразитный ток 1,2-1,5А.
Та-же ерунда с мощностью — при отсутствии потребления, прибор показывает 0,3-0,4кВт. Тщательная проверка показала, что это происходит из-за паразитной наводки на высокоомные цепи делителей R14-R15 и R13-R16. Достаточно просто руку поднести к УЗМ и ток побежал вверх… Это явный просчёт производителя. Номиналы резисторов делителей необходимо было делать минимум на порядок меньше установленных. Именно так я и сделал — заменил резисторы обоих делителей — паразитный ток сразу пропал :)
Правда ток меньше 0,6А прибор всё равно не показывает из-за программного ограничения.
После переделки по данной схеме, токи от 0,6А и выше измеряются адекватно


Контроллер данного устройства никак не контролирует выходное напряжение после реле, что весьма печально, т.к. залипание и отгорание контактов никак не проверяется.

Проверка защиты
С защитой нагрузки в устройстве всё нормально. Защита срабатывает быстро и чётко.

Включение реле при ручном управлении кнопкой происходит в момент перехода сетевого напряжения через ноль в обе полуволны напряжения.

Включение реле после выдержки времени также происходит в момент перехода сетевого напряжения через ноль но только на отрицательную полуволну напряжения.
Включение реле в момент перехода сетевого напряжения через ноль — это скорее плюс, т.к. снижается импульсный ток заряда емкостных нагрузок.
Дребезг контактов реле хорошо заметен, но от него никуда не деться :(

При резком повышении напряжения с 230В до 340В, реле за время 40-50мс отключает нагрузку, причём всегда в положительную полуволну сетевого напряжения. Сам момент отключения не синхронизирован с полуволной.

Скорость отключения реле вполне достаточная для надёжной защиты бытовой техники.

Минимальное напряжение, при котором устройство правильно отображает информацию — всего 35В. Максимальное напряжение 440В я подавал в течении часа, который УЗМ успешно выдержал. Кроме того, соблюдая технику безопасности, я кратковременно подал предельное для встроенного варистора напряжение 480В и проблем это также не вызвало. При этом уровень отображаемого напряжения был в допуске.

Работу на запредельных значениях входного напряжения записал на видео



Проверка пластика корпуса


Плюсы:
Быстродействующая защита от перенапряжения
Неплохой функционал
Простая и понятная структура меню
Нормальное силовое реле
Удобное расположение силовых клемм подключения
Материал корпуса не поддерживает горение

Аппаратные проблемы:
1. Множественные косяки схемотехники, снижающие надёжность работы устройства
2. Контроллер никак не контролирует выходное напряжение и состояние контактов силового реле
3. Силовое реле установлено с перекосом
4. Есть нарекания на качество силовых клемм и винтов, не зря производитель обещает их заменить на умощнённые

Программные недостатки
1. После кратковременного пропадания питания (на 0,5с) происходит стабильное ложное нажатие кнопки — и реле переключается на отображение следующего по счёту параметра (U-A-P) и остаётся в этом режиме.
2. Низкая скорость обновления информации на индикаторе — одно показание за 2 секунды. Это не позволяет отслеживать по индикатору быстрые скачки напряжения в сети. Оптимальная скорость обновления информации желательна не менее двух показаний в секунду.

Особенности:
1. Анализируется только отрицательная полуволна напряжения и тока (относительно клеммы N)
2. Вопреки утверждению производителя, в силовые клеммы подключения ну никак не лезет обжатый наконечником гибкий провод сечением 35мм2. Не очень-то и хотелось, но в паспорте следует писать правду.

Совсем недавно появился интересный видеообзор данного реле, советую посмотреть
youtu.be/bVWYHEhcK4o

Вывод: надёжность работы устройства в целом определяется самым слабым его звеном, которых тут предостаточно, поэтому я не могу рекомендовать данное устройство в таком виде, пока есть критичные косяки и нарекания. Не знаю, что производитель поправил в новых партиях устройств, но что-то сомневаюсь, что там всё чудесным образом будет исправлено.
Фирма Меандр умеет делать нормальные устройства (например УЗМ-51М 2019г), но вот УЗМ-50Ц у них как-то не вышел…
Если в обзоре чего позабыл — пишите, поправлю и дополню.

Продолжение конечно-же следует, но новые реле напряжения у меня появляются гораздо быстрее, чем я успеваю их тестировать (подкинули на тест RBUZ D2-63 и УЗМ-50МД)