Схема электрическая стабилизатора
Источник: http://elektronika-muk.ru/praktika/shema-jelektricheskaja-stabilizatora.html
st-dkavg
Стабилизатор с микроконтроллерным управлением 120-270 вольт (6 ступеней) с точностью на выходе 205-235 Вольт для активно-индуктивной нагрузки до 6 кВт.
Р
абочий диапазон входного напряжения , В . . . . . . . . . . . . . . . . .120…270 Выходное напряжение стабилизатора, В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205…235 Максимальная мощность нагрузки, кВт. . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6,0 Время переключения (отключения) нагрузки, мс . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Работоспособность контроллера при напряжении в сети, B . . . . . .95…
380
Стабилизатор работает по принципу ступенчатой коррекции напряжения, осуществляемой переключением отводов обмотки автотрансформатора Т3 с помощью симисторных ключей VS1—VS6 под управлением микроконтроллера AT mega 8535-16PI, следящего за уровнем напряжения в сети.
После включения автомата QF1 напряжение сети поступает на трансформатор Т1 и микроконтроллер начинает работать по заданной программе.
Загорается подсветка дисплея и спустя 3 секунды на дисплее появляется надпись “ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ”. Последующие 7 секунд микропроцессор анализирует напряжение сети, и если оно находится в пределах 120…270 В, в зависимости от результатов измерения открывает один из симисторов VS1…VS6, тем самым подключая один из шести отводов автотрансформатора.
Нагрузка подключается к пятому (снизу по схеме) отводу автотрансформатора через автоматический выключатель QF2, который служит для ограничения мощности потребления.
При этом два «внутренних» вольтметра индуцируют в верхней строке ЖК дисплея действующее напряжение в сети, а в нижней строке напряжение на нагрузке. Если напряжение ниже 120 В или выше 270 Вольт, нагрузка обесточивается.
На дисплее в этот момент в верхней строке индуцируется действующее напряжение сети, а в нижней строке мигает надпись “РЕЖИМ ЗАЩИТЫ”. Как только напряжение войдет в диапазон 120…270В, нагрузка вновь будет подключена.
В случае пропадания напряжения сети и последующего появления, микропроцессор автоматически перезагружается и через 10 секунд вновь подключает нагрузку.
В силовом узле применен метод непосредственного управления симисторами постоянным током. Такой метод не создает помех и искажений в форме сетевой синусоиды, которые могут иметь место, при использовании оптосимисторной развязки.
Силовой автотрансформатор Т3 подключен по схеме коммутации “по входу”, что позволяет использовать низковольтные симисторы и экономить на меди и габаритах сердечника.
Алгоритм работы контроллера:
Для контроля состояния ключей использован узел, описанный в Приложении к авторскому варианту статьи Компенсатор отклонения напряжения сети, опубликованной в журнале РадиоХобби №1 за 2004 год. После включения стабилизатора в сеть, в первый момент все симисторы закрыты. Левый вывод датчика управления VD10 через обмотку трансформатора подключен к нулю.
Микроконтроллер в течении 5 секунд анализирует состояние сети. Поскольку все симисторы закрыты, то на коллекторе VT10 присутствуют импульсы высокого уровня, которые совпадают по фазе с напряжением. По истечении 5 секунд происходит включение одной из ступеней стабилизатора в зависимости от состояния сети.
Оно происходит по фронту импульса, который сдвигается по фазе, если стабилизатор в момент переключения нагружен на комплексную активно-реактивную нагрузку, таким образом переключение происходит в точке перехода тока через ноль.
Если открыт хотя бы один симистор, то напряжение на правой стороне VD10 DF10 выше (или равно) напряжения на левой стороне, и на коллекторе VT 10 стабильно низкий уровень сигнализирует, что какой-то из симисторов открыт и запрещает переключение со ступени на ступень до момента закрытия всех симисторов.
Если напряжение в сети меняется, то контроллер снимает управляющее напряжение с работающего симистора.
На коллекторе VT10 появляются импульсы высокого уровня и по фронту первого импульса микроконтроллер разрешает включение другого симистора. И так каждый раз при изменении сетевого напряжения.
Таким образом осуществляется контроль за состоянием симисторов, исключающий одновременное включение ступеней и межобмоточных замыканий автотрансформатора.
Конструкция и детали:
Контроллер стабилизатора собран на печатной плате 80 x . из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5-.Как вариант, светодиоды HL1—HL8 можно смонтировать со стороны печатных проводников, чтобы при установке печатной платы в корпус они вставлялись в отверстия диаметром , просверленные в передней панели устройства.
Контролер в этом случае устанавливается (печатью к передней панели) на стойки соответствующей высоты, прикрученные к передней панели корпуса стабилизатора винтами в потай. Номинал токоограничительного резистора R 14 необходимо подобрать так, чтобы ток протекающий через светодиоды оптотранзисторов U1.1…U6.1 был в пределах 9…10мА.
Подстроечные резисторы R2, R12 проволочные многооборотные СП5-2 или СП5-3. Постоянные резисторы R6…R11 желательно использовать типа С2-23 (металлодиэлектрические) c мощностью рассеивания не менее той, что указана в схеме. Остальные – могут быть любого типа.
Конденсаторы C1,C2,С4,С5,С7,С11,С13 могут быть любыми, с емкостью, указанной на схеме, и напряжением не ниже для них указанных. Конденсаторы C3,С6,C9,С10,С12 — любые пленочные или керамические. Конденсаторы C14-C19 — пленочные на напряжение не ниже 630В. Транзисторные оптроны РС817 (U1…
U6) служат для гальванической развязки логического контроллера от силовой части стабилизатора. Мощные симисторы VS1…VS6 ТС142-80 не ниже 8 класса. Все симисторы VS1…VS6 устанавливаются на один теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности не менее 1600 кв.см.
с использованием изолирующих керамических или слюдяных прокладок, желательно с использованием термопасты для обеспечения надежного теплоотвода.
Каждую из микросхем стабилизаторов (DA1) L7905CV и (DA2) L7805CV необходимо установить на отдельный теплоотвод не менее 100 см2.
Трансформатор T1 самодельный, рассчитанный на габаритную мощность 20 Вт, имеющий площадь сечения магнитопровода 5,5 см2. Его сетевая обмотка I, рассчитана на максимальное аварийное напряжение сети 380 В, содержит 8669 витков провода ПЭВ-2 диаметром .
Обмотки II и III содержат 650 витков провода ПЭВ-2 диаметром , обмотка IV содержит 200 витков провода диаметром .
При номинальном напряжении сети 220 В напряжение выходных обмоток II и III должно составлять 15 Вольт при токе в нагрузке 400 мА, а обмотки IV – 5 Вольт при токе 50 мА.
Трансформатор Т2 типа ТПК (ТПГ) 2 с вторичной обмоткой на 5 вольт – измерительный, и служит для гальванической развязки сети от микроконтроллера.
Автотрансформатор T3 на 6 кВт, также самодельный, намотанный на тороидальном ленточном сердечнике габаритной мощностью 4 кВт. Общее число витков автотрансформатора, состоящего из частей, составляет 255 витков.
Первая часть обмотки 0-1 мотается проводом (шиной) сечением 10 кв.мм. Части обмоток 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6 мотаются шиной сечением 25,0 кв.мм. Часть обмотки 6-7 мотается проводом сечением 12,5 кв.мм.
Такое сечение необходимо, для того чтобы автотрансформатор не грелся в процессе длительной эксплуатации.
Части обмоток имеют соответственно 130, 19, 21, 25, 28, 32 витков, начиная снизу по схеме. Напряжение на нагрузку снимается с точки соединения частей обмоток 5-6 и 6-7.
Для правильной работы схемы НЕОБХОДИМО, в точности соблюсти все межсхемные подключения. В частности катоды всех симисторов объединяют общей шиной и подключаются к общему проводнику схемы контроллера.
Настройка:
После сборки платы контроллера в первую очередь необходимо проверить работоспособность блока питания во всем рабочем диапазоне стабилизатора.
Для этого необходимо нагрузить микросхемы стабилизаторов DA1, DA2 сопротивлениями 24 Ом на 2 Вт и меняя ЛАТРом входное напряжение на Т1 с 220 до 110 Вольт убедиться в наличии стабильного напряжения +5В на выходе DA2 и -5B на выходе DA1.
Если напряжение просаживается, то необходимо заменить трансформатор Т1 на более сильноточный. Блок питания во всем рабочем диапазоне должен надежно выдавать 200 мА. Настройка сводится к следующему: К сети подключается эталонный вольтметр (цифровой тестер).
Схема контроллера без силовой части и автотрансформатора включается в сеть. Подстроечным резистором R2 внутренний вольтметр входного напряжения (верхняя строка ЖК дисплея) настраивается на показания эталонного вольтметра. От этой настройки зависит точность переключния стабилизатора со ступени на ступень по заданным порогам.
По завершению с помощью ЛАТРа можно убедиться в последовательном переключении светодиодов HL2-HL7 при пересечении порогов 120,137,157,179,205,235 и 270 Вольт. Внутренний вольтметр выходного напряжения настраивается резистором R12 на показания эталонного вольтметра в самом конце, когда к контроллеру будет присоединена силовая часть и автотрансформатор Т3.
Т.
к для отечественных симисторов характерен большой разброс тока управления, то для настройки силовой части необходимо подобрать ток управления резисторами R36-R41 для соответствующего силового симистора по минимальному падению напряжения на переходе анод/катод в открытом состоянии. Для этого к аноду симистора и нулю нужно подключить лампу накаливания мощностью 100-200 Вт и цифровым тестером контролировать наименьшие показания напряжения между анодом и катодом симистора.
После окончания вышеуказанных процедур можно подключать автотрансформатор к силовым симисторам. Не забудьте настроить внутренний вольтметр выходного напряжения (нижняя строка ЖК дисплея), который настраивается резистором R12 на показания эталонного вольтметра. Они нужны только для контроля выходного напряжения стабилизатора и никак не влияют на его работу.
Источник: http://valvolodin.narod.ru/articles/st_dkavg.html
Сетевой стабилизатор напряжения
Поводом для публикации статьи про сетевые стабилизаторы напряжения послужил комментарий одного из наших уважаемых радиолюбителей в заметке про мощные стабилизаторы напряжения, обеспечивающие ток нагрузки до 3 ампер.
Здесь рассмотрим именно сетевые стабилизаторы напряжения бытового назначения, т.е. которые обеспечивают на выходе стандартное для многих стран (хотя далеко не всегда оно таковое – прим. AndReas) потребительское напряжение 220 вольт.
Так вот, при девиации сетевого напряжения на входе такого стабилизатора они призваны приводить его к номиналу 220 вольт на выходе.
Таким образом, обеспечивается стабильное и бесперебойное питание бытовых приборов или оргтехники, что способствует значительному продлению срока эксплуатации бытовой техники.
Не буду загружать вас, уважаемые радиолюбители, теоретическим материалом, поскольку здесь и так все ясно. Схем различных сетевых стабилизаторов напряжения масса.
Большинство из них также уже содержат фильтры от ВЧ помех и прочие «навороты».
Но фирмы при покупке у них готового сетевого стабилизатора напряжения всегда «до кучи» пытаются «навалить» «левого», уже ненужного товара, например, сетевые фильтры. А цена на данные устройства порой доходит до абсурда.
Для начала небольшая ремарка. Если вы зашли на эту страничку, чтобы просто найти подходящий стабилизатор для себя, то можете поискать, например, здесь. Некоторые модели вполне заслуживают внимания.
Поскольку речь в комментарии зашла про сетевые стабилизаторы напряжения торговой марки Defender, то остановлюсь на них чуточку подробнее.
Если изучить номенклатуру предлагаемых ими стабилизаторов, то в описании практически каждого устройства написано одно и то же назначение, а именно: предназначен для защиты электропитания бытовой аудио- и видеотехники, компьютеров, периферии и другой электронной аппаратуры от длительного повышения или понижения напряжения в сети, импульсных помех, а также для защиты от высокого напряжения.
Лично я для компьютера и другой маломощной цифровой электроники, вместо каких бы то ни было сетевых стабилизаторов, использую источник бесперебойного питания (или инвертор или преобразователь – кому как нравится).
Вот это крайне полезное устройство во всех отношениях.
Оно и от девиации напряжения спасает (кстати, в некоторые современные модели таких инверторов уже встроены стабилизаторы), и от его совершенного падения до нуля, да и от помех защищает.
А сетевые стабилизаторы напряжения не то чтобы необходимы, но рекомендованы приборам с электродвигателями и низкочастотными трансформаторами. А действительно необходимы они этим самым приборам за городом, на даче, т.е. там, где на выделенной вам электролинии напряжение много меньше даже 180 вольт.
Ну да ладно, лирику в сторону, продолжаем по существу. Как мне стало известно, в сетевых стабилизаторах напряжения Defender AVR применяется автотрансформаторная схема с цифровым управлением, а раньше использовалась схема с аналоговым управлением. Пример схемы с аналоговым управлением:
Более про бытовые стабилизаторы Defender никаких данных, к сожалению, найти не удалось. Вообще подобные фирмы неохотно раскрывают, так сказать, коммерческую тайну. Хотя, было бы что скрывать, если подобных разработок полно в общем доступе (прим. авт. AndReas).
Но мы подготовили ещё несколько схем сетевых преобразователей напряжения. Не думаю, что все производители подобных устройств могут предложить что-то кардинально новое. Все их, так называемые, разработки основаны на общедоступных схемотехнических решениях.
Вот один из них:
Сетевой стабилизатор напряжения, схема которого представлена чуть выше, включает последовательно с нагрузкой одну, две или три дополнительных обмотки трансформатора при девиации сетевого напряжения. Если сетевое напряжение ниже необходимого, то дополнительные обмотки включаются синфазно с сетью, и напряжение на нагрузке становится больше сетевого.
Если напряжение сети становится выше нормы, то обмотки включаются в противофазе с сетевым напряжением, приводя к уменьшению напряжения на нагрузке. Трансформатор на схеме обозначен Т1, а дополнительные обмотки римскими цифрами IV, V, VI.
Компараторы DA3…DA8 настроены на срабатывание в зависимости от уровней сетевого напряжения 250 В, 240 В, 230 В, 210 В, 200 В и 190 вольт соответственно.
Если напряжение сети превышает указанные уровни, то на выходах (вывод 9) тех компараторов, для которых выполняется указанное условие, действует напряжение высокого логического уровня (логической 1), составляющее около 12 В. Таким образом, разница уровней срабатывания компараторов составляет 10 В, или примерно 5 % сетевого напряжения.
Уровни срабатывания компараторов DA5 и DA6 отличаются на 20 вольт. Это соответствует зоне регулирования 220 В ± 5%. Следует заметить, что государственными стандартами установлено допустимое сетевое напряжение от 187 В до 242 В. Данный же стабилизатор, как видно, обеспечивает более высокую точность поддержания величины сетевого напряжения. Это можно отразить так:
Вместо указанных на схеме компараторов можно применить микросхему К1401СА1. В качестве стабилизаторов применены КР142ЕН8Б. Диодные мостики VD1 и VD2 можно заменить на КЦ402…КЦ405, КЦ409, КЦ410, КЦ412. VD4…VD7 – любые с допустимым обратным напряжением более 15 В и прямым током более 100 мА.
Оксидные конденсаторы — К50-16, К50-29 или К50-35; остальные— КМ-6, К10-17, К73-17. Реле К1 — К5 — зарубежного производства Bestar BS-902CS. Реле этого типа имеют обмотку сопротивлением 150 Ом, рассчитанную на рабочее напряжение 12 В, и контактную группу переключающего типа, рассчитанную на коммутацию напряжения 240 В при токе 15 А.
Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЛ50х40. Обмотка I намотана проводом ПЭВ-2 0,9 и содержит 300 витков; обмотка II —21 виток провода ПЭВ-2 0,45; обмотка III — 14 витков провода ПЭВ-2 0.45; обмотки IV, V, VI содержат по 14 витков провода ПБД 2.64. Удобно использовать стандартный трансформатор типа ОСМ1-0.
63, у которого все обмотки, кроме первичной (она содержит 300 витков), удалены, а вторичные обмотки намотаны в соответствии с приведенными выше данными. При изготовлении трансформатора одноименные выводы обмоток I, IV, V, VI следует пометить (на схеме обозначены точками). Номинальная мощность такого трансформатора составляет 630 Вт.
К данному сетевому стабилизатору напряжения можно подключить нагрузку до 3 киловатт. Если точность поддержания выходного напряжения нужна ниже, то число вторичных обмоток трансформатора Т2 можно снизить до двух, а их напряжение увеличить с 10 вольт до 15 вольт.
При этом число компараторов также уменьшится, а пороги их срабатывания следует установить соответственно напряжениям вторичных обмоток Т2.
Настройка этого сетевого стабилизатора следующая:
Самыми простыми в схемотехническом отношении являются электромеханические сетевые стабилизаторы напряжения. Основными компонентами такого типа приборов являются автотрансформатор и электродвигатель, например, РД-09 со встроенным редуктором, который вращает движок автотрансформатора.
Все очень просто. Контроль сетевого напряжения осуществляет электронная схема, которая при его девиации подает сигналы электродвигателю на вращение ротора по часовой или против часовой стрелки. Вращаясь, ротор перемещает движок автотрансформатора, обеспечивая тем самым стабильное выходное напряжение. Вот несколько схем электромеханических сетевых стабилизаторов:
Ещё одной разновидностью сетевых стабилизаторов напряжения являются релейные. Они обеспечивают более высокую выходную мощность вплоть до нескольких киловатт. Мощность нагрузки даже может превосходить мощность самого трансформатора.
При выборе мощности трансформатора учитывается минимально возможное напряжение в электрической сети. Если, например, минимальное напряжение сети не менее 180 вольт, то от трансформатора требуется вольтодобавка 40 вольт, т.е. в 5,5 раз меньше сетевого напряжения.
Во столько же раз выходная мощность всего стабилизатора будет больше мощности силового трансформатора. Количество ступеней регулирования напряжения обычно не превышает 3…6, что обеспечивает достаточную точность поддержания выходного напряжения.
Вот некоторые схемы стабилизаторов релейного типа:
Дополнительно можете ознакомиться со следующими схемами, описанием работы и конструкциями сетевых стабилизаторов напряжения:
Скачать схему сетевого стабилизатора на 6 киловатт
Скачать схему сетевого стабилизатора с микроконтроллерным управлением
Источник: http://xn--80a3afg4cq.xn--p1ai/poleznye-skhemy/setevojj-stabilizator-napryazheniya.html
Стабилизатор сетевого напряжения с микроконтроллерным управлением
Стабилизатор сетевого напряжения с микроконтроллерным управлением
Долгое отклонение сетевого напряжения более чем на 10 % от номинального значения 220 В в почти всех районах нашей страны, к огорчению, стало нередким явлением.
При завышенном (до 240…250 В) напряжении в сети существенно сокращается срок службы осветительных устройств, возрастает нагрев трансформаторных блоков питания и движков в компрессорах холодильников.
Понижение сетевого напряжения ниже 160… 170 В вызывает существенное повышение нагрузки на главные транзисторы в импульсных блоках питания (это может привести к их перегреву и следующему термическому пробою), также заклинивание движков в компрессорах холодильников, что тоже приводит к их перегреву и выходу из строя.
Еще огромные колебания напряжения у однофазовых потребителей, питающихся от трехфазной сети, появляются в случае обрыва нулевого провода на участке от точки подключения потребителя к четырехпроводной сети до трансформаторной подстанции.
В данном случае вследствие перекоса фаз напряжение в розетке может изменяться от нескольких 10-ов вольт прямо до линейного 380 В, что неизбежно приведет к повреждению фактически всей сложной домашней техники, присоединенной к розетке. Избежать проблем, связанных с экстремальными колебаниями напряжения в сети, поможет предлагаемый стабилизатор.
Для стабилизации напряжения сети в бытовых критериях употребляют в главном феррорезонансные стабилизаторы.
К числу их недочетов следует отнести искажение синусоидальной формы выходного напряжения (например, холодильник к такому стабилизатору подключать воспрещается), ограниченную мощность стабилизаторов бытового предназначения (300…400 Вт) при значимых массогабаритных показателях, невозможность работы без нагрузки, узенький спектр стабилизации и выход из строя при завышенном напряжении в сети.
От обозначенных недочетов свободен компенсационный стабилизатор напряжения, структурная схема которого показана на рис. 1.
Работает он по принципу ступенчатой корректировки напряжения, осуществляемой переключением отводов обмотки автотрансформатора Т1 при помощи симисторных ключей Q2—Q6 под управлением микроконтроллера (МК), следящего за уровнем напряжения в сети.
Примененный в стабилизаторе метод оценки амплитуды сетевого напряжения очень прост в реализации и обеспечивает полностью достаточную для данного внедрения точность измерения. Но он накладывает ряд ограничений на вероятное применение устройства. Сначала, частота сетевого напряжения должна оставаться неизменной (50 Гц).
Это условие может нарушаться, к примеру, если энергоснабжение делается от автономного дизель-генератора.
Не считая того, точность измерения миниатюризируется с ростом нелинейных искажений формы сетевого напряжения, возникающих при работе близко расположенных массивных потребителей с очень выраженным индуктивным нравом нагрузки.
Принципная схема устройства изображена на рис. 2.
По записанной в памяти программке МК DD1 производит измерение сетевого напряжения в каждом периоде (20 мс).
С делителя R1R2 отрицательные полуволны сетевого напряжения, проходя через стабилитрон VD1, сформировывают на нем импульсы с амплитудой, определяемой напряжением стабилизации стабилитрона, в этом случае 10 В.
С делителя R3R4, уменьшающего амплитуду приобретенного сигнала до ТТЛ уровня (рис. 3), эти импульсы приходят на линию 0 порта А, настроенную на ввод.
При помощи подстроечного резистора R4 нижний уровень сигнала на входе МК установлен на 0,2. ..0,3 В ниже уровня лог. 0.
При комнатной температуре и стабилизированном напряжении питания уровень напряжения перехода цифрового входа КМОП микросхемы из состояния лог. 1 в состояние лог.
0 (и назад из 0 в 1 с неким гистерезисом, которым в этом случае можно пренебречь ввиду его неизменного значения) остается фактически неизменным.
Как видно из рис. 3, при изменении сетевого напряжения от 145 до 275 В продолжительность импульсов, соответственных лог. 0, меняется приблизительно от 0,5 до 6 мс. Измеряя продолжительность этих импульсов, программка МК вычисляет уровень сетевого напряжения в текущем периоде. (R4.1 — сопротивление части резистора R4 от нижнего — по схеме — вывода до движка).
После включения стабилизатора сетевое напряжение контролируется в течение 5 с. Если оно находится в границах 145…275 В, мигает зеленоватый светодиод HL2 «Обычное», в неприятном случае загораются светодиод HL3 «Низкое» либо HL1 «Высочайшее» (зависимо от значения сетевого напряжения). В таком состоянии стабилизатор находится до того времени, пока напряжение в сети не войдет в данные пределы.
Если по прошествии 5 с напряжение в сети остается в допустимых границах, МК выдает команду на открывание сими-стора VS1, через который автотрансформатор Т1 подключается к сети.
После чего МК еще в течение 0,5 с производит контрольные замеры сетевого напряжения, а потом, зависимо от результата измерения, открывает один из симисторов VS2—VS6, тем подключая нагрузку к одному из 5 отводов автотрансформатора.
Гальваническая развязка симисторов с МК осуществляется тиристорными оптро-нами U1— U6.
В процессе регулирования открывающий импульс снимается с включенного симистора в конце полупериода синусоиды сетевого напряжения. После чего программка МК выдерживает паузу 4 мс, а потом подает открывающий импульс на другой симистор.
Продолжительность задержки меж переключениями симисторов может быть увеличена конфигурацией сначала программки (в блоке описания констант) соответственного значения времени задержки (см. комменты в начальном тексте программки).
Повышение сих пор до 10… 15 мс нужно в случае, если к стабилизатору подключена индуктивная нагрузка с коэффициентом мощности меньше 0,7…0,8.
При отклонении сетевого напряжения за допустимые пределы автотрансформатор вкупе с нагрузкой отключается симистором VS1. Светодиоды HL1—HL8 индицируют состояние стабилизатора и уровни напряжения в сети.
Зависимо от величины сетевого напряжения U выводы дополнительных обмоток автотрансформатора переключаются в последующем порядке:
— U — 145 — 165 — 190 — 245 — U>275 В — нагрузка отключена от сети, пылает красноватый светодиод HL1 («Высочайшее»).
Для предотвращения хаотичного переключения симисторов в случае, если сетевое напряжение находится на пороге переключения отводов автотрансформатора, в программку введен некий «гистерезис» в срабатывании. К примеру, если при увеличении сетевого напряжения от 189 до 190 В будет произведено переключение нагрузки с отвода «+20 %» на «+10 %»,
РАДИО № 8, 2002 г., с. 26-27
Источник: http://bloggoda.ru/2017/09/09/stabilizator-setevogo-napryazheniya-s-mikrokontrollernym-upravleniem/
Стабилизатор сетевого напряжения с мощностью нагрузки до 6 кВт
Напряжение сети, особенно в сельской местности, нередко выходит за пределы, допустимые для питаемой аппаратуры, что приводит к ее выходу из строя. Избежать столь неприятных последствий возможно с помощью стабилизатора, который поддерживает выходное напряжение в необходимых пределах для нагрузки, а если это невозможно — отключает ее.
Предлагаемое устройство относится к весьма перспективным конструкциям, в которых нагрузка автоматически подключается к соответствующему отводу обмотки автотрансформатора в зависимости от текущего значения напряжения сети.
Из-за нестабильности напряжения в сети в Подмосковье вышел из строя холодильник.
Проверка напряжения в течение дня выявила его изменения от 150 до 250 В. Как следствие, занялся вопросом приобретения стабилизатора. Знакомство с ценами на готовые изделия повергло в шок. Стал искать схемы в литературе и Интернет. Почти подходящий по параметрам стабилизатор с микроконтроллерным управлением описан в [1].
Но его выходная мощность недостаточно высока, переключение нагрузки зависит не только от амплитуды, но и от частоты напряжения сети.
Поэтому было решено создать собственную конструкцию стабилизатора, не обладающую этими недостатками.
В предлагаемом стабилизаторе не использован микроконтроллер, что делает его доступным для повторения более широкому кругу радиолюбителей.
Нечувствительность к частоте напряжения сети позволяет его использовать в полевых условиях, когда источником электроэнергии является автономный дизель-генератор.
Основные технические характеристики:
Входное напряжение, В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130…270 Выходное напряжение, В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205…230 Максимальная мощность нагрузки, кВт. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Время переключения (отключения) нагрузки, мс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Рис. 1
Схема источника показана на рис. 1. Устройство содержит следующие узлы: Блок питания на элементах T1, VD1, DA1, C2, C5. Узел задержки включения нагрузки C1, VT1—VT3, R1—R5.
Выпрямитель для измерения амплитуды напряжения сети VD2C2 с делителем R13R14 и стабилитроном VD3. Компаратор напряжения DA2, DA3, R15—R39. Логический контроллер на микросхемах DD1—DD5. Усилители на транзисторах VT4—VT12 с токоограничительными резисторами R40—R48.
Индикаторные светодиоды HL1—HL9, семь оптронных ключей, содержащих оптосимисторы U1—U7, резисторы R6—R12, симисторы VS1—VS7. Напряжение сети подключено к соответствующему отводу обмотки автотрансформатора T2 через автоматический выключатель-предохранитель QF1.
Нагрузка подключена к автотрансформатору T2 через открытый симистор (один из VS1—VS7).
Стабилизатор работает следующим образом. После включения питания конденсатор C1 разряжен, транзистор VT1 закрыт, а VT2 открыт.
Транзистор VT3 закрыт, а так как ток через светодиоды, в том числе входящие в состав симисторных оптронов U1—U7, может протекать только через этот транзистор, то ни один светодиод не горит, все симисторы закрыты, нагрузка отключена. Напряжение на конденсаторе C1 возрастает по мере его зарядки от источника питания через резистор R1.
По окончании трехсекундного интервала задержки, необходимого для завершения переходных процессов, срабатывает триггер Шмидта на транзисторах VT1 и VT2, транзистор VT3 открывается и разрешает включение нагрузки.
Напряжение с обмотки III трансформатора T1 выпрямляется элементами VD2C2 и поступает на делитель R13R14. Напряжение на движке подстроечного резистора R14, пропорциональное напряжению сети, поступает на неинвертирующие входы восьми компараторов (микросхемы DA2,DA3).
На инвертирующие входы этих компараторов поступают постоянные образцовые напряжения с резисторного делителя R15—R23. Сигналы с выходов компараторов обрабатывает контроллер на логических элементах «исключающее ИЛИ» (микросхемы DD1—DD5). На линии групповой связи рис.1 выходы компараторов DA2.1—DA2.4 и DA3.1—DA2.
3 обозначены цифрами 1—7, а выходы контроллера — буквами A—H. Выход компаратора DA3.4 не входит в линию групповой связи.
Если напряжение сети меньше 130 В, на выходах всех компараторов и выходах контроллера низкий логический уровень. Транзистор VT4 открыт, включен мигающий светодиод HL1, индицирующий чрезмерно низкое напряжение сети, при котором стабилизатор не может обеспечить питание нагрузки. Все остальные светодиоды погашены, симисторы закрыты, нагрузка отключена.
Если напряжение сети меньше 150 В, но больше 130 В, логический уровень сигналов 1 и A высокий, остальных — низкий. Транзистор VT5 открыт, горят светодиоды HL2 и U1.1, оптосимистор U1.2 открыт, нагрузка соединена с верхним по схеме выводом обмотки автотрансформатора T2 через открытый симистор VS1.
Если напряжение сети меньше 170 В, но больше 150 В, логический уровень сигналов 1, 2 и B высокий, остальных — низкий. Транзистор VT6 открыт, горят светодиоды HL3 и U2.1, оптосимистор U1.
2 открыт, нагрузка соединена со вторым сверху по схеме выводом обмотки автотрансформатора T2 через открытый симистор VS2.
Остальные уровни напряжения сети, соответствующие переключению нагрузки на другой отвод обмотки автотрансформатора T2: 190, 210, 230 и 250 В.
Для предотвращения многократного переключения нагрузки, в случае, когда напряжение сети колеблется на пороговом уровне, введен гистерезис 2-3 В (запаздывание переключения компараторов) с помощью положительной обратной связи через R32—R39. Чем больше сопротивления этих резисторов, тем меньше гистерезис.
Если напряжение сети больше 270 В, на выходах всех компараторов и выходе H контроллера высокий логический уровень. На остальных выходах контроллера —низкий уровень.
Транзистор VT12 открыт, включен мигающий светодиод HL9, индицирующий чрезмерно высокое напряжение сети, при котором стабилизатор не может обеспечить питание нагрузки.
Все остальные светодиоды погашены, симисторы закрыты, нагрузка отключена.
Стабилизатор выдерживает неограниченное время аварийное повышение напряжения сети до 380 В. Надписи, индицируемые светодиодами, аналогичны описанным в [1].
Конструкция и детали
Стабилизатор собран на печатной плате 90х115 мм из одностороннего фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 2. Светодиоды HL1—HL9 смонтированы так, чтобы при установке печатной платы в корпус они попали в соответствующие отверстия на передней панели устройства.
Рис. 2
В зависимости от конструкции корпуса, возможен вариант монтажа светодиодов со стороны печатных проводников. Номиналы токоограничительных резисторов R41-R47 выбраны так, чтобы ток протекающий через светодиоды симисторных оптронов U1.1-U7.
1 был в пределах 15-16 мА.
Необязательно использовать мигающие светодиоды HL1 и HL9, но их свечение должно быть хорошо заметно, поэтому их можно заменить светодиодами непрерывного излучения красного цвета повышенной яркости, такими, как АЛ307КМ или L1543SRC-Е.
Зарубежный диодный мост DF005M (VD1,VD2) можно заменить отечественным КЦ407А или любым с напряжением не менее 50В и током не менее 0,4А. Стабилитрон VD3 может быть любым маломощным, имеющим напряжение стабилизации 4,3…4,7В.
Стабилизатор напряжения КР1158ЕН6А (DA1) может быть заменен на КР1158ЕН6Б. Микросхему счетверенного компаратора LM339N (DA2,DA3), можно заменить отечественным аналогом К1401СА1. Микросхему КР1554ЛП5 (DD1-DD5), можно заменить аналогичной из серий КР1561 и КР561 или зарубежной 74AC86PC. Cимисторные оптроны MOC3041 (U1-U7) можно заменить MOC3061.
Подстроечные резисторы R14, R15 и R23 проволочные многооборотные СП5-2 или СП5-3.
Постоянные резисторы R16—R22 C2-23 с допуском не ниже 1%, остальные могут быть любыми с допуском 5%, имеющие мощность рассеяния не ниже указанной на схеме.
Оксидные конденсаторы C1—C3, C5 могут быть любыми, с емкостью, указанной на схеме, и напряжением не ниже для них указанных. Остальные конденсаторы C4, C6—C8 — любые пленочные или керамические.
Импортные симисторные оптроны MOC3041 (U1-U7) выбраны потому, что они содержат встроенные контроллеры перехода напряжения через ноль.
Это необходимо для синхронизации выключения одного мощного симистора и включения другого, чтобы предотвратить замыкания обмоток автотрансформатора.
Мощные симисторы VS1—VS7 также зарубежные BTA41-800B, так как отечественные той же мощности требуют слишком большой ток управления, который превышает предельно допустимый ток оптосимисторов 120мА.
Внимание: Все симисторы VS1—VS7 устанавливаются на один теплоотвод, с площадью охлаждающей поверхности не менее 1600 см2, через толстые слюдяные или керамические теплопроводящие прокладки, желательно с использованием термопасты для обеспечения надежного теплоотвода. Необходимо обеспечить надежную электрическую изоляцию всех корпусов симисторов от корпуса теплоотвода. Возможен вариант изоляции винтов, крепящих симисторы, с помощью текстолитовой шайбы и кусочка кембрика подходящего диаметра.
Микросхему стабилизатора КР1158ЕН6А (DA1) необходимо установить на теплоотвод, изготовленный из отрезка аллюминевой пластины или П-образного профиля с площадью поверхности не менее 15 см2.
Трансформатор T1 самодельный, рассчитанный на габаритную мощность 3 Вт, имеющий площадь сечения магнитопровода 1,87 см2. Его сетевая обмотка I, рассчитана на максимальное аварийное напряжение сети 380 В, содержит 8669 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,064 мм.
Обмотки II и III содержат по 522 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,185 мм. При номинальном напряжении сети 220 В напряжение каждой выходной обмотки должно составлять 12 В.
Вместо самодельного трансформатор T1 можно применить два трансформатора ТПК-2-2×12В, соединенных последовательно по способу, описанному в [2] как показано на рис. 3.
Рис.3
Файл печати устройства Pechat Stab-2.laypechat_stab2nov.rar [52,61 Kb] (вариант с двумя трансформаторами ТПК-2-2×12В) выполнен с помощью программы Sprint Loyout 4.0, которая позволяет выводить рисунок на печать в зеркальном отображении и очень удобна для изготовления печатных плат при помощи лазерного принтера и утюга.
Автотрансформатор T2 также самодельный, намотанный на тороидальном магнитопроводе, в качестве которого использован статор электродвигателя мощностью 10 кВт способом, описанным в [3]. Его обмотка содержит 280 витков провода ПЭВ-2 диаметром 4,2 мм (сечение 13,6 мм2).
Такое сечение необходимо, для того чтобы автотрансформатор не грелся в процессе длительной эксплуатации. Отводы сделаны от 150, 163, 180, 195, 217 и 245-го витка, считая от нижнего по схеме вывода.
Участок обмотки, к которому подведено напряжение сети (отвод от 180-го витка), рассчитан на напряжение 380 В.
Если мощность нагрузки не превышает 3 кВт, то автотрансформатор T2 может быть намотан на статоре электродвигателя мощностью 4 кВт проводом ПЭВ-2 диаметром 2,8 мм (сечение 6,1 мм2) Число витков обмотки следует пропорционально увеличить в 1,2 раз. Ток срабатывания выключателя-предохранителя QF1 должен быть снижен до 16 А. Можно применить симисторы VS1—VS7 BTA140-800, размещенные на теплоотводе площадью не менее 800 см2.
Внимание: Метод установки симисторов – как для варианта на 6 кВт, описанный выше.
Внешний вид платы с деталями показан на фотографии (рис. 4).
Рис.4
Настройка
Налаживание осуществляется с помощью ЛАТРа и двух вольтметров. Необходимо установить пороги переключения нагрузки и убедиться в том, что выходное напряжение стабилизатора находится в допустимых пределах для питаемой аппаратуры.
Обозначим U1, U2, U3, U4, U5, U6, U7 — значения напряжения на движке подстроечного резистора R14, соответствующие напряжению сети 130, 150, 170, 190, 210, 230, 250, 270 В (пороги переключения и отключения нагрузки).
Вместо подстроечных резисторов R15 и R23 временно монтируют постоянные резисторы сопротивлением 10 кОм.
Далее стабилизатор без автотрансформатора T2 включают в сеть через ЛАТР. На выходе ЛАТРа повышают напряжение до 250 В, затем движком подстроечного резистора R14 устанавливают напряжение U6 равное 3,5 В, измеряя его цифровым вольтметром. После этого понижают напряжение ЛАТРа до 130 В и измеряют напряжение U1. Пусть, например, оно равно 1,6 В.
Вычисляют шаг изменения напряжения:
∆U=(U6 – U1)/6=(3,5-1,6)/6=0,3166 В;
ток, текущий через делитель R15—R23:
I=∆U/R16=0,3166/2=0,1583 мА;
Вычисляют сопротивления резисторов R15 и R23:
R15= U1/I=1,6/0,1583=10,107 кОм,
R23= (Uпит – U6 –∆U)/I=(6–3,5–0,3166)/0,1588=13,792 кОм, где Uпит — напряжение стабилизации микросхемы DA1.
Расчет приближенный, так как в нем не учтено влияние резисторов R32—R39, однако его точность достаточна для практической настройки стабилизатора.
Далее устройство отключают от сети и с помощью цифрового вольтметра устанавливают сопротивления резисторов R15 и R23, равные вычисленным значениям и монтируют их на плату вместо постоянных резисторов, упомянутых выше.
Снова включают стабилизатор и отслеживают переключение светодиодов, плавно увеличивая напряжения ЛАТРа от минимального до максимального и обратно. Одновременное свечение двух и более светодиодов указывает на неисправность одной из микросхем DA2, DA3, DD1—DD5.
Неисправная микросхема должна быть заменена, поэтому удобнее установить на плате не сами микросхемы, а панели для них.
Убедившись в исправности микросхем, подключают автотрансформатор T2 и нагрузку — лампу накаливания мощностью 100…200 Вт. Снова измеряют пороги переключения и напряжения U1—U7.
Для проверки правильности расчетов, меняя ЛАТРом входное на Т1 необходимо убедиться в мигании светодиода HL1 при напряжении ниже 130 В, последовательном включении светодиодов HL2 — HL8 при пересечении порогов переключения, указанных выше, а также мигании HL9 при напряжении выше 270 в.
Если максимальное напряжение ЛАТРа меньше 270 В, устанавливают на его выходе 250 В, вычисляют напряжение U7 по формуле: U7=U6+∆U=3,82 В.
Перемещают движок R14 вверх, проверяют, что при напряжении U7 происходит отключение нагрузки, после чего возвращают движок R14 вниз, устанавливая прежнее значение U6, равное 3,5 В.
Завершить налаживание стабилизатора желательно его подключением к напряжению 380 В на несколько часов.
Эксплуатация
За время эксплуатации нескольких экземпляров стабилизаторов разной мощности ( в течении примерно – полгода) не было сбоев и отказов в их работе. Не было неисправностей питаемой через них аппаратуры по причине нестабильного напряжения сети.
Источник: http://cxema.my1.ru/publ/istochniki_pitanija/stabilizatory/stabilizator_setevogo_naprjazhenija_s_moshhnostju_nagruzki_do_6_kvt/107-1-0-1828
(нет голосов)
Загрузка...
detector