| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Електроніка / Схеми / Харчування апаратури / |
|
СХЕМА ЕЛЕКТРОННОГО СТАБІЛІЗАТОРА мережевої напруги НА 6 КВТ
(Перероблена схема)
Годін Олексій Валерійович
Напруга мережі, особливо в сільській місцевості, нерідко виходить за межі, допустимі для живиться апаратури, що призводить до її виходу з ладу. Уникнути таких неприємних наслідків можливо за допомогою стабілізатора, який підтримує вихідну напругу в необхідних межах для навантаження, а якщо це неможливо - відключає її. Пропоноване пристрій відноситься до вельми перспективним конструкціям, в яких навантаження автоматично підключається до відповідного відведення обмотки автотрансформатора в залежності від поточного значення напруги мережі.
Через нестабільність напруги в мережі в Підмосков'ї вийшов з ладу холодильник. Перевірка напруги протягом дня виявила його зміни від 150 до 250 В. Як наслідок, зайнявся питанням придбання стабілізатора. Знайомство з цінами на готові вироби шокувало. Став шукати схеми в літературі та Інтернет. Майже відповідний по параметрам стабілізатор з мікроконтролерним управлінням описаний в [1]. Але його вихідна потужність недостатньо висока, перемикання навантаження залежить не тільки від амплітуди, а й від частоти напруги мережі. Тому було вирішено створити власну конструкцію стабілізатора, яка не володіє цими недоліками. У пропонованому стабілізаторі не використано мікроконтролер, що робить його доступним для повторення більш широкому колу радіоаматорів. Нечутливість до частоти напруги мережі дозволяє його використовувати в польових умовах, коли джерелом електроенергії є автономний дизель-генератор.
Основні технічні характеристики
Вхідна напруга, В.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 ... 270
Вихідна напруга, В.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 ... 230
Максимальна потужність навантаження, кВт.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Час перемикання (відключення) навантаження, мс.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
ПРИНЦИП РОБОТИ СХЕМИ
- СКАЧАТИ СХЕМУ У ФОРМАТІ DjVu -
- КОРОТКИЙ ОПИС ФОРМАТУ DjVu -
Пристрій містить наступні вузли: Блок живлення на елементах T1, VD1, DA1, C2, C5. Вузол затримки включення навантаження C1, VT1-VT3, R1-R5. Випрямляч для вимірювання амплітуди напруги мережі VD2, C2 з подільником R13, R14 і стабілітронів VD3. Компаратор напруги DA2, DA3, R15-R39. Логічний контролер на мікросхемах DD1-DD5. Підсилювачі на транзисторах VT4-VT12 з струмообмежувальні резистори R40-R48. Індикаторні світлодіоди HL1-HL9, сім оптронні ключів, що містять оптосімістори U1-U7, резистори R6-R12, сімістори VS1-VS7. Напруга мережі підключено до відповідного відведення обмотки автотрансформатора T2 через автоматичний вимикач-запобіжник QF1. Навантаження підключена до автотрансформатора T2 через відкритий симистор (один з VS1-VS7).
Стабілізатор працює таким чином. Після включення живлення конденсатор C1 розряджений, транзистор VT1 закритий, а VT2 відкритий. Транзистор VT3 закритий, а так як струм через світлодіоди, в тому числі входять до складу симісторних оптронов U1-U7, може протікати тільки через цей транзистор, то жоден світлодіод не горить, все сімістори закриті, навантаження відключена. Напруга на конденсаторі C1 зростає в міру його зарядки від джерела живлення через резистор R1. Після закінчення трисекундного інтервалу затримки, необхідного для завершення перехідних процесів, спрацьовує тригер Шмідта на транзисторах VT1 і VT2, транзистор VT3 відкривається і дозволяє включення навантаження.
Напруга з обмотки III трансформатора T1 випрямляється елементами VD2C2 і надходить на дільник R13, R14. Напруга на движку підлаштування резистора R14, пропорційне напрузі мережі, надходить на неінвертуючий входи восьми компараторів (мікросхеми DA2, DA3). На інвертують входи цих компараторів надходять постійні зразкові напруги з резисторного подільника R15-R23. Сигнали з виходів компараторів обробляє контролер на логічних елементах «виключає АБО» (мікросхеми DD1-DD5). На лінії групового зв'язку рис. виходи компараторів DA2.1-DA2.4 і DA3.1-DA2.3 позначені цифрами 1-7, а виходи контролера - буквами A-H. Вихід компаратора DA3.4 не входить в лінію групового зв'язку.
Якщо напруга мережі менше 130 В, на виходах всіх компараторів і виходах контролера низький логічний рівень. Транзистор VT4 відкритий, включений миготливий світлодіод HL1, індиціюється надмірно низька напруга мережі, при якому стабілізатор не може забезпечити живлення навантаження. Всі інші світлодіоди погашені, сімістори закриті, навантаження відключена.
Якщо напруга мережі менше 150 В, але більше 130 В, логічний рівень сигналів 1 і A високий, інших - низький. Транзистор VT5 відкритий, горять світлодіоди HL2 і U1.1, оптосімістори U1.2 відкритий, навантаження з'єднана з верхнім за схемою висновком обмотки автотрансформатора T2 через відкритий симистор VS1.
Якщо напруга мережі менше 170 В, але більше 150 В, логічний рівень сигналів 1, 2 і B високий, інших - низький. Транзистор VT6 відкритий, горять світлодіоди HL3 і U2.1, оптосімістори U1.2 відкритий, навантаження з'єднана з другим зверху за схемою висновком обмотки автотрансформатора T2 через відкритий симистор VS2.
Решта рівні напруги мережі, відповідні переключення навантаження на інший відведення обмотки автотрансформатора T2: 190, 210, 230 і 250 В.
Для запобігання багаторазового перемикання навантаження, в разі, коли напруга мережі коливається на пороговому рівні, введений гістерезис 2-3 В (запізнювання перемикання компараторів) за допомогою позитивного зворотного зв'язку через R32-R39. Чим більше опору цих резисторів, тим менше гістерезис.
Якщо напруга мережі більше 270 В, на виходах всіх компараторів і виході H контролера високий логічний рівень. На інших виходах контролера-низький рівень. Транзистор VT12 відкритий, включений миготливий світлодіод HL9, індиціюється надмірно висока напруга мережі, при якому стабілізатор не може забезпечити живлення навантаження. Всі інші світлодіоди погашені, сімістори закриті, навантаження відключена.
Стабілізатор витримує необмежений час аварійне підвищення напруги мережі до 380 В. Написи, індіціруемие світлодіодами, аналогічні описаним в [1].
КОНСТРУКЦІЯ І ДЕТАЛІ
Фото зібраної конструкції
Стабілізатор зібраний на друкованій платі 90х115 мм з одностороннього фольгованого склотекстоліти.
- СКАЧАТИ МАЛЮНОК ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ В ФОРМАТІ DjVu -
Світлодіоди HL1-HL9 змонтовані так, щоб при установці друкованої плати в корпус вони потрапили у відповідні отвори на передній панелі пристрою.
Залежно від конструкції корпусу, можливий варіант монтажу світлодіодів з боку друкованих провідників. Номінали струмообмежувальні резисторів R41-R47 обрані так, щоб струм протікає через світлодіоди симісторних оптронов U1.1-U7.1 був в межах 15-16мА. Необов'язково використовувати миготливі світлодіоди HL1 і HL9, але їх світіння повинно бути добре помітно, тому їх можна замінити світлодіодами безперервного випромінювання червоного кольору підвищеної яскравості, такими як АЛ307КМ або L1543SRC-Е.
Зарубіжний діодний міст DF005M (VD1, VD2) можна замінити вітчизняним КЦ407А або будь-яким з напругою не менше 50В і струмом не менше 0,4 А. Стабілітрон VD3 може бути будь-яким малопотужним, які мають напругу стабілізації 4,3 ... 4,7 В.
Стабілізатор напруги КР1158ЕН6А (DA1) може бути замінений на КР1158ЕН6Б. Мікросхему зчетвереної компаратора LM339N (DA2, DA3), можна замінити вітчизняним аналогом К1401СА1. Мікросхему КР1554ЛП5 (DD1-DD5), можна замінити аналогічною із серій КР1561 і КР561 або зарубіжної 74AC86PC.
Cімісторние оптрони MOC3041 (U1-U7) можна замінити MOC3061.
Підлаштування резистори R14, R15 і R23 дротові багатооборотні СП5-2 або СП5-3.
Постійні резистори R16-R22 C2-23 з допуском не нижче 1%, інші можуть бути будь-якими з допуском 5%, мають потужність розсіювання не нижчою, ніж зазначена на схемі. Оксидні конденсатори C1-C3, C5 можуть бути будь-якими, з ємністю, зазначеної на схемі, і напругою не нижче для них зазначених. Решта конденсатори C4, C6-C8 - будь-які плівкові або керамічні.
Імпортні сімісторних оптрони MOC3041 (U1-U7) обрані тому, що вони містять вбудовані контролери переходу напруги через нуль. Це необхідно для синхронізації виключення одного потужного симистора і включення іншого, щоб запобігти замикання обмоток автотрансформатора. Потужні сімістори VS1-VS7 і зарубіжні BTA41-800B, так як вітчизняні тієї ж потужності вимагають занадто великий струм управління, який перевищує гранично допустимий струм оптосімістори 120мА.
Все сімістори VS1-VS7 встановлені на одному тепловідведення з площею охолоджуючої поверхні не менш як 1600 см 2.
Мікросхему стабілізатора КР1158ЕН6А (DA1) необхідно встановити на тепловідвід, виготовлений з відрізка аллюминевой пластини або П-подібного профілю з площею поверхні не менше 15 см2.
Трансформатор T1 саморобний, розрахований на габаритну потужність 3 Вт, що має площу перерізу магнітопроводу 1,87 см2. Його мережева обмотка I, розрахована на максимальне аварійне напруга мережі 380 В, містить 8669 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,064 мм. Обмотки II і III містять по 522 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,185 мм. При номінальній напрузі мережі 220 В напруга кожної вихідний обмотки має становити 12 В. Замість саморобного трансформатор T1 можна застосувати два трансформатора ТПК-2-2x12В, з'єднаних послідовно за способом, описаному в [2] як показано на рис.
Файл друку пристрою Pechat Stab-2.lay (варіант з двома трансформаторами ТПК-2-2x12В) виконаний за допомогою програми Sprint Loyout 4.0, яка дозволяє виводити малюнок на друк в дзеркальному відображенні і дуже зручна для виготовлення друкованих плат за допомогою лазерного принтера і праски . Її можна завантажити тут .
Автотрансформатор T2 і саморобний, намотаний на тороїдальним магнітопроводі, в якості якого використаний статор електродвигуна потужністю 10 кВт способом, описаним в [3]. Його обмотка містить 280 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 4,2 мм (перетин 13,6 мм 2). Такий перетин необхідно, для того щоб автотрансформатор НЕ грівся в процесі тривалої експлуатації. Відводи зроблені від 150, 163, 180, 195, 217 і 245-го витка, рахуючи від нижнього за схемою виведення. Ділянка обмотки, до якого підведено напруга мережі (відвід від 180-го витка), розрахований на напругу 380 В.
Якщо потужність навантаження не перевищує 3 кВт, то автотрансформатор T2 може бути намотаний на статорі електродвигуна потужністю 4 кВт проводом ПЕВ-2 діаметром 2,8 мм (перетин 6,1 мм2) Число витків обмотки слід пропорційно збільшити в 1,2 разів. Струм спрацьовування вимикача-запобіжника QF1 повинен бути знижений до 16 А. Можна застосувати сімістори VS1-VS7 BTA140-800, розміщені на тепловідвід площею не менше 800 см2.
НАСТРОЙКА сТАБІЛІЗАТОРА
Налагодження здійснюється за допомогою ЛАТРа і двох вольтметрів. Необхідно встановити пороги перемикання навантаження і переконатися в тому, що вихідна напруга стабілізатора знаходиться в допустимих межах для живиться апаратури. Позначимо U1, U2, U3, U4, U5, U6, U7 - значення напруги на движку підлаштування резистора R14, відповідні напрузі мережі 130, 150, 170, 190, 210, 230, 250, 270 В (пороги перемикання і відключення навантаження). Замість підлаштування резисторів R15 і R23 тимчасово монтують постійні резистори опором 10 кому. Далі стабілізатор без автотрансформатора T2 включають в мережу через ЛАТР. На виході ЛАТРа підвищують напругу до 250 В, потім движком підлаштування резистора R14 встановлюють напругу U6 рівне 3,5 В, вимірюючи його цифровим вольтметром. Після цього знижують напругу ЛАТРа до 130 В і вимірюють напругу U1. Нехай, наприклад, воно дорівнює 1,6 В.
Обчислюють крок зміни напруги:
ΔU = (U6 - U1) / 6 = (3,5-1,6) / 6 = 0,3166 В,
струм, що тече через дільник R15-R23
I = ΔU / R16 = 0,3166 / 2 = 0,1583 мА
Обчислюють опору резисторів R15 і R23:
R15 = U1 / I = 1,6 / 0,1583 = 10,107 кОм,
R23 = (Uпит - U6 -ΔU) / I = (6-3,5-0,3166) / 0,1588 = 13,792 кОм, де Uпит - напруга стабілізації мікросхеми DA1.
Розрахунок наближений, так як в ньому не враховано вплив резисторів R32-R39, проте його точність достатня для практичної настройки стабілізатора.
Далі пристрій відключають від мережі і за допомогою цифрового вольтметра встановлюють опору резисторів R15 і R23, рівні обчисленими значеннями і монтують їх на плату замість постійних резисторів, згаданих вище. Знову включають стабілізатор і відстежують перемикання світлодіодів, плавно збільшуючи напруги ЛАТРа від мінімального до максимального і назад. Одночасне світіння двох і більше світлодіодів вказує на несправність однієї з мікросхем DA2, DA3, DD1-DD5. Несправна мікросхема повинна бути замінена, тому зручніше встановити на платі не самі мікросхеми, а панелі для них.
Переконавшись у справності мікросхем, підключають автотрансформатор T2 і навантаження - лампу розжарювання потужністю 100 ... 200 Вт. Знову вимірюють пороги перемикання і напруги U1-U7. Для перевірки правильності розрахунків, змінюючи ЛАТР вхідний на Т1 необхідно переконатися в мерехтінні світлодіода HL1 при напрузі нижче 130 В, послідовному включенні світлодіодів HL2 - HL8 при перетині порогів перемикання, зазначених вище, а й миганні HL9 при напрузі вище 270 в.
Якщо максимальна напруга ЛАТРа менше 270 В, встановлюють на його виході 250 В, обчислюють напруга U7 за формулою: U7 = U6 + ΔU = 3,82 В.
Переміщують движок R14 вгору, перевіряють, що при напрузі U7 відбувається відключення навантаження, після чого повертають движок R14 вниз, встановлюючи колишнє значення U6, рівне 3,5 У.
Завершити налагодження стабілізатора бажано його підключенням до напруги 380 В на кілька годин.
За час експлуатації декількох екземплярів стабілізаторів різної потужності (приблизно півроку) не було збоїв і відмов у їх роботі. Не було несправностей живиться через них апаратури через нестабільної напруги мережі.
ЛІТЕРАТУРА
1. Коряков С. Стабілізатор напруги з мікроконтролерним управлінням. - Радіо, 2002 №8, с. 26-29.
2. Копанєв В. Захист трансформатора від підвищеної напруги мережі. - Радіо, 1997, №2 с.46.
3. Андрєєв В. Виготовлення трансформаторів. - Радіо, 2002 №7, с.58
Версія для друку
Автор: Годін Олексій Валерійович, м.Москва
PS Матеріал захищений.
Дата публікації 26.01.2005гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.