Het Bouwen van de Zuinige Deurbel

Deze deurbelschakeling maakt gebruik van stroom uit het lichtnet, bij directe blootstelling kan een levensgevaarlijke stroom door het lichaam vloeien, een stroom boven de 30 milliampere kan dodelijk zijn. Het bouwen van deze deurbelschakeling geschied op eigen risico van de bouwer. Het is van belang om onderstaande veiligheidsmaatregelen in acht te nemen om jezelf en anderen (gebruikers van de deurbel) in gevaar te brengen. Ook het doormeten en testen is van groot belang. Net als alles is 100% veiligheid nooit volledig haalbaar er zijn altijd scenarios te bedenken waarbij het misgaat, ik heb hier getracht om de kans hierop tot een minimum te beperken. Geen apparaat, al dan niet gekeurd, is 100% veilig. Ik ben van mening dat als onderstaande maatregelen zijn genomen, het veiligheidsniveau aanvaardbaar is.

De deurbel zelf met twee bijbehorende aansluitingen
De aansluitingen naar de deurbelknop. Een deurbel met verlichting wordt niet ondersteund (de deurbelknop in rust mag geen* stroom trekken)
Beide aansluitingen dienen los van elkaar gehaald te worden
een deurbeltransformator **

* Stroom moet kleiner zijn dan ongeveer 1 microampere
** er moet genoeg energie overblijven voor de aansturing van de relais binnen de schakeling.

Ter voorkoming van brand en electrocutie:

Vermijd losse metalen onderdelen, geen losse schroeven en zeker ook geen ijzervijlsel of los soldeersel.
Alles moet goed vastzitten
Er mag geen mechanische spanning op de draden zitten, gebruik bijvoorbeeld kabelzadels
Het soldeerwerk moet goed zijn, er mogen bijvoorbeeld geen barsten of korrels in het gesmolten soldeersel zijn. Alles moet goed vastzitten, de stroom moet goed geleiden en er mag geen los soldeertin los kunnen raken.
Bekijk of de twee kleine condensatoren elk de netspanning aankan, liefst nog veel hoger, en liefst gekeurd op veiligheid en betrouwbaarheid
Meet de condensatoren goed door.
Ook het relais dient minimaal 230 Volt aan te kunnen, er worden nog wel eens relais verkocht met een maximale spanning van 110 of 120 Volt die geschikt zouden zijn voor het lichtnet. Gebruik deze NIET voor deze schakeling, want dat is onveilig.
Voor extra veiligheid zijn voor elke paar condensatoren nog twee weerstanden van 1 megaohm parallel geschakeld. Meet ook deze door. Mochten beide condensatoren doorslaan, dan blijft de stroom nog ver onder de veilige grens en blijft deze correct werken, deze verbruikt alleen iets meer, maar nog steeds duizenden keer zo zuinig.
Net als andere apparaten dient deze schakeling voor alle zekerheid aangesloten worden op een groep dat is voorzien van een aardlekschakelaar van ten hoogste 30 milliampere.

De spoelstroom van het relais moet duidelijk kleiner zijn dan de te leveren stroom van de secundaire spoel van de transformator bij de werkspanning van de het relais. Ook de inschakelspanning van het relais kan het beste kleiner te zijn dan de spanning van de secundaire spoel van de transformator.

Het relais kent eigenlijk twee spanningen: de inschakelspanning (V_RI) en de uitschakelspanning (V_RU). We concentreren ons op de inschakelspanning, dit is de spanning waarbij de uitgeschakelde relais wordt ingeschakeld. Is de relais eenmaal ingeschakeld, dan wordt deze pas uitgeschkeld als de spanning onder de uitschakelspanning komt. De uitschakelspanning is aanmerkelijk lager dan de inschakelspanning. Het relais heeft een vaste interne weerstand (R_R), als je de spanning weet, dan weet je dus ook hoeveel stroom erdoor heen loopt. Vandaaruit is de inschakelstroon (I_RI) en de uitschakelstroom (I_RU) af te leiden.
De relais die ik gebruik: V_RI = 4,5 volt, V_RU = 1,5 Volt. Bij 6 Volt loopt er een stroom van 150 mA, dus _RR = 6 / 0,15 = 80 Ohm. I_RI is dus: 4,5 / 80 = 112,5 mA, en I_RU = 37,5 mA.
De opgegeven werkspanning (V_RW) van het relais is 6 Volt, de maximaal toelaatbare spanning (V_RM) is 9 Volt.

Wanneer de transformator actief is, dan staat er een wisselspanning. De spanning is het hoogst als de spoel onbelast is (V_TS0) De secundaire spoel van een transformator heeft een vaste interne weerstand (R_TS). De belaste spanning (V_TS(I)) is afhankelijk van stroomsterkte I. V_TS(I) = V_TS0 - R_TS * I.

In werkelijkheid is de deurbel zelf al aangesloten op op de secundaire spoel. De spanning (V_TSB) is dus al lager dan de onbelaste spanning (V_TS0). Deze spanning wordt nog lager als ook het relais ingeschakeld moet blijven (V_TSBR). De spoel van het relais wordt gevoed uit de condensator. Om het relais in te kunnen schakelen (als op de deurbel wordt gedrukt), moet op de condensator een hogere spanning staan dan V_RI. De spanning van de condensator zakt direct al tijdens het inschakelen van het relais, omdat het inschakelen zelf wat energie kost. dit moet voorzien wordt door extra spanning V_RI(C) in de condensator bovenop V_RI, dit is V_RI(C) Hoe groter de capaciteit van de condensator, hoe kleiner die extra spanning V_CE hoeft te zijn. V_CE is omgekeerd evenredig met de Capaciteit C.
Wanneer het bellen stopt doordat de deurbel wordt losgelaten, moet er voldoende spanning achterblijven in de condensator, om opnieuw te kunnen bellen. Dit is dus V_RI(C).

V_TSBR kan niet zomaar vergeleken worden met V_RE(C), want de eerste is een wisselspanning en het tweede is een gelijkspanning. V_TSBR wordt gelijkgericht (* wortel van 2) en er treed spanningverlies op de de geleidspanning van de diodes (- 2 * 0,6 Volt) en spanningsverlies door de beschermweerstand RB ( - I * R_B). Dit resulteert in de spanning op de condensator V_C
V_C moet minstens zo hoog zijn dan de vereiste V_RE(C).

V_RI = 4,5 Volt
V_RU = 1,5 Volt
V_RW = 6 Volt
V_RM = 9 Volt
R_R = 80 Ohm
V_RE(C) = 0,5 Volt, wanneer C = 470 µF
V_RI(C) = 5 Volt, wanneer C = 470 µF

V_TS0 = 9 Volt
V_TSB = 6 Volt
V_TSBR = 4,5 Volt

Daaruit volgt: V_C = 4,5 * 1,41 - 1,2 - 0,5 = 4,645 Volt En V_C,start = 8,7 Volt
Wat gebeurt er als er de eerste keer gebeld wordt?
V_C,start is groter dan V_RE(C), dus het relais wordt ingeschakeld. De spanning van de condensator zakt naar V_C. Het relais blijft ingeschakeld want deze spanning is groter dan de vereiste V_RU. Het bellen gaat door totdat de knop wordt losgelaten.
Wat gebeurt er als er de tweede keer gebeld wordt, in een korte tijd?
V_C is lager dan de vereiste V_RE(C), dus de tweede poging mislukt, de bel klinkt niet.

In dit geval er meerdere oplossingen mogelijk om steeds opnieuw te kunnen bellen:

Condensator vergroten tot 2200 µF
De bel zelf op een lagere spanning zetten zodat V_TSBR hoger wordt dankszij een lagere belasting van de secundaire spoel
De aansluiting op een hogere spanning zetten
Relais met een lagere V_RI, dan wordt V_C hoger
Relais met een hogere R_R, dan wordt V_TSBR hoger
R_B verlagen, dan wordt V_C hoger
Transformator met een hogere V_TS0
Transformator met een lagere R_TS, dan wordt V_TSBR hoger

Hiervoor heb ik een printplaat met korte banen gebruikt, er hoeft alleen nog maar gesoldeerd te worden. Kijk eerst waar de gaten geboord moeten worden, deze gebieden dienen bij het solderen gemeden te worden, ook mag er geen stroom kunnen staan op de banen die doorgeboord zullen worden, ter voorkoming van kortsluiting. Let op dat er geen stukjes metaal tussen de spleten zitten, dit kan leiden tot kortsluiting dat tot electrocutie of brand kan leiden. Label de aansluitingsdraden of gebruik verschillende kleuren, dan kun je later zien welke draden waarop moeten worden aangesloten.

Tussen de volgende punten mag enkele gelijkstroom gemeten kunnen worden. De gemeten weerstand moet oneindig hoog zijn:

tussen beide aansluitpunten voor het lichtnet. De gemeten capaciteit mag niet veel hoger liggen dat 25 picofarad.
tussen een willekeurig aansluitpunt voor het lichtnet en een willekeurig aansluitpunt voor de deurbelknop.
tussen een willekeurig aansluitpunt voor het lichtnet en een willekeurig aansluitpunt voor de deurbel.
tussen een willekeurig aansluitpunt voor het lichtnet en een willekeurig aansluitpunt voor de secundaire winding van de transformator.
tussen een willekeurig aansluitpunt voor de primaire winding van de transformator en een willekeurig aansluitpunt voor de deurbelknop.
tussen een willekeurig aansluitpunt voor de primaire winding van de transformator en een willekeurig aansluitpunt voor de deurbel.
tussen een willekeurig aansluitpunt voor de primaire winding van de transformator en een willekeurig aansluitpunt voor de secundaire winding van de transformator.

In totaal worden 25 combinaties van aansluitingen gemeten.
controleer of de spleten tussen elk gebied minimaal 1 millimeter breed zijn. Concentreer vooral op de spleten waarbij één of beide gebieden een hoge spanning hebben.

De plastic kastjes met 4 schroefgaten zijn erg handig om in te bouwen. Er zijn 4 gaten om het kastje aan het hout vast te schroeven. En er zijn schroefgaatjes in het kastje zelf, deze steken enkele millimeters naar voeren, zodat er enkele millimeter ruimte is tussen het kastje en het printplaat. Metalen kastjes raad ik ten zeerste af! Dit vanwege het veel grotere risico op kostsluiting dat kan leiden tot brand of electrocutie.

Steek de stekker erin. Wacht tot maximaal twee uur. In de tussentijd kun je de gelijkspanning meten tussen de aansluitpunten voor de deurbelknop. Meet met tussenpozen, door het meten zelf kan de spanning zakken omdat er meetstroom verbruikt wordt. controleer of de spanning niet veel hoger wordt dan 9 volt. Haal anders de stekker eruit en controleer of de zenerdiode goed vast zit en ook goed werkt. Wanneer is gebleken dat de spanning stabiel blijft rond 9 volt, dan is de condensator voldoende opgeladen en kun je op de deurbelknop drukken.