|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Стабілізований регулятор потужності. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Регулятори потужності, термометри, термостабілізатори Іноді бувають ситуації, коли необхідно стабілізувати потужність навантаження, опір якої змінюється з часом у широких межах. У таких випадках допоможе пропонований регулятор потужності, який одночасно виконує функції стабілізатора. Більшість описаних у радіоаматорській літературі регуляторів потужності працюють або з суто активною (лампа розжарювання, електроплита, електропіч), або з активно-індуктивним навантаженням (електродвигуни). Однак це навантаження або постійна (електропіч), або змінюється протягом відносно короткого перехідного процесу і потім прагне значення, що встановилося (лампа розжарювання, електродвигун). В обох випадках регулюють потужність таких навантажень зміною середнього струму, що протікає. Оскільки потужність навантаження Рн, струм через неї Iн та її опір Rн пов'язані залежністю Pн=Iн2·Rн. при постійному опорі регулювання потужності однозначно досягається регулюванням струму. Зустрічаються і такі види навантажень, опір яких залежить від різних факторів і, отже, змінюється у часі за невідомим заздалегідь законом. Приклад подібного навантаження - електродний водонагрівальний котел, в якому робочим середовищем та електропровідним тілом є вода. Опір води залежить від виду і кількості солей, температури, швидкості, протікання через котел та інших факторів, що містяться в ній. Опір такого навантаження може змінюватись у десятки разів. У цьому випадку керування струмом через навантаження не вирішує задачу регулювання потужності, оскільки її опір є змінною величиною. Тут струм через навантаження залежить як від напруги у ньому, а й від його опору. Не дозволяє керувати потужністю звичайним способом (встановленням певного значення струму). Навіть стабілізація струму не буде виходом із становища. Оскільки при напрузі на навантаженні Uн її потужність Pн=Uн·Ін для стабілізації потужності в навантаженні слід стабілізувати добуток Uн·Ін, тобто забезпечити його сталість. Регульованим параметром (незалежної змінної) може бути напруга, оскільки від значення залежать і струм, і потужність навантаження. Отже, потрібно так регулювати напругу на навантаженні, щоб за зміни опору забезпечувалася постійна середня потужність навантаженні. При цьому для визначення миттєвої потужності необхідно перемножувати миттєві значення напруги та струму у навантаженні. Це випливає із класичного визначення потужності в електротехніці. Структурна схема пристрою, що реалізує описаний вище алгоритм керування, представлена на рис. 1.
На входи помножувача подаються електричні сигнали, пропорційні миттєвим значенням напруги та струму у навантаженні. З виходу помножувача сигнал, пропорційний їхньому твору (тобто потужності), після його усереднення в часі надходить на перший вхід диференціального підсилювача, на другий вхід якого подано напругу, що задає. У диференціальному підсилювачі відбувається порівняння напруги і посилення різницевого сигналу (сигналу помилки), який потім надходить на компаратор. На другий вхід компаратора подаються імпульси пилкоподібної форми, що йдуть з подвоєною частотою мережі. На виході компаратора формуються прямокутні імпульси, шпаруватість яких визначає напругу з виходу диференціального підсилювача. Імпульси з виходу компаратора управляють симисторним комутатором, а той, своєю чергою, навантаженням. При відхиленні потужності навантаження від значення, заданого напругою Uзад, сигнал помилки з виходу диференціального підсилювача буде впливати на компаратор так, що зміна шпаруватості імпульсів призведе до стабілізації потужності. Розглянемо роботу стабілізованого регулятора потужності за його принциповою схемою (рис. 2) та часовими діаграмами (рис. 3).
На входи X та Y мікросхеми DA3 (інтегральний перемножувач сигналів) надходять сигнали, пропорційні, відповідно, миттєвим значенням напруги на навантаженні та струму через неї. Сигнал, пропорційний миттєвому значенню напруги, знімають з двигуна підстроювального резистора R4. Резистор R1 – датчик струму навантаження. Напруга з цього резистора надходить на первинну обмотку трансформатора Т2, що підвищує (коефіцієнт трансформації - близько 40). Необхідність застосування трансформатора зумовлена двома факторами. По-перше, він підвищує напругу, що подається на вхід перемножувача, а по-друге, забезпечує гальванічну розв'язку. Сигнали, пропорційні струму та напрузі, - змінні, однак у їх випрямленні немає необхідності, оскільки мікросхема К525ПС2 (DA3) допускає подачу на входи X та Y змінної напруги амплітудою до 10,5 В. Зауважимо, що сигнали напруги та струму, що подаються на перемножувач, повинні бути синфазними, що досягається відповідним підключенням обмоток трансформатора Т2. Інтегральний перемножувач напруги К525ПС2 розроблений для реалізації ряду типових функціональних залежностей (множення, розподілу, зведення в квадрат, вилучення квадратного кореня). Для виконання зазначених функцій з аналоговими сигналами використовують експонентну залежність струму колектора транзистора від його напруги база-емітер. Похибка множення - трохи більше 1%. Більш детальні відомості про структуру та застосування інтегральних перемножувачів можна знайти у [1]. При включенні інтегрального перемножувача відповідно до показаної на рис. 2 схемою з його виході Z діє напруга Uz≈0,15UxUy, де Ux, Uy - напруги, прикладені до входів X і Y мікросхеми DA3, відповідно. Імпульси керування симістором VS1 надходять з виходу компаратора напруги DA4. Інтегральний компаратор К554САЗ, що використовується в регуляторі потужності, має відкритий колекторний вихід, який розрахований на струм навантаження до 50 мА. Вихідний транзистор відкритий (тобто на виході при підключеному навантаженні напруга низького рівня), якщо напруга на вході, що інвертує (висновок 4) мікросхеми DA4 більше, ніж на неінвертуючому (висновок 3). При протилежному співвідношенні напруги на виході компаратора буде напруга високого рівня. На компараторі DA4 відбувається порівняння пилкоподібної напруги (рис. 3, діаграма 3) та напруги, що знімається з виходу ОУ DA5 (діаграма 4). Генератор пилкоподібної напруги виконаний на транзисторах VT1, VT2. Він формує імпульси частотою 100 Гц, синхронізовані напругою мережі. Напруга з випрямного мосту VD2 (рис. 3, діаграма 1) надходить на основу транзистора VT1. Більшість часу транзистор відкритий, а моменти, коли випрямлена напруга наближається до нуля, він закривається. На колекторі формуються короткі прямокутні імпульси (рис. 3, діаграма 2), які подаються на базу транзистора VT2. Поки напруга на основі дорівнює нулю, на колекторі транзистора формується напруга, що наростає (конденсатор С6 заряджається через резистор R13). У момент появи позитивного імпульсу з урахуванням транзистор VT2 відкривається і напруга з його колекторі зменшується майже нуля (рис. 3, діаграма 3). На виході компаратора формуються прямокутні імпульси (рис. 3 діаграма 5). Навантаження компаратора - резистор R16 та світлодіод оптопари U1. При протіканні струму через світлодіод оптопари її симистор відкривається, забезпечуючи відкривання симистора VS1 - струм починає протікати через навантаження, підключене до роз'єму гнізда XS1. Зміна шпаруватості імпульсів на виході компаратора призводить до зміни напруги і, отже, потужності навантаження. З часових діаграм нескладно визначити, що збільшення напруги на виході ОУ DA5 призводить до зменшення потужності навантаження. Тепер - про призначення та роботу мікросхеми DA5, яка виконує функції диференціального підсилювача або підсилювача сигналу помилки (див. рис. 1). Задаюча напруга Uзад знімають з движка змінного резистора R18 і подають на вхід, що інвертує ОУ, на неінвертуючий вхід якого надходить усереднену вихідну напругу перемножувача DA3. Усереднення вихідного сигналу перемножувача забезпечує інтегруючий ланцюг R20C8. ОУ DA5 посилює подані на її входи сигнали, забезпечуючи рівність значень напруги на них. Це означає, що зменшення напруги, що задає Uзад, приведе до зменшення напруги на виході ОУ. Очевидно, що нижньому за схемою положення двигуна змінного резистора R18 буде відповідати нульове значення потужності в навантаженні. Конденсатор С7 забезпечує стабільну роботу ОУ під впливом перешкод. Джерело живлення елементів регулятора потужності виконано на двох інтегральних стабілізаторах напруги DA1 та DA2. Використання двох різнотипних мікросхем обумовлено бажанням обійтися мережним трансформатором з однією вторинною обмоткою (хоча і з відведенням від середини) та одним випрямляючим мостом. Діод VD1 виключає вплив фільтруючого конденсатора С1 на форму випрямленої напруги, що подається на вхід пилоподібного генератора напруги. Регулятор потужності зібраний на друкованій платі із двосторонньо фольгованого склотекстоліту. Креслення друкованої плати показано на рис. 4.
В отвори квадратних контактних майданчиків необхідно вставити відрізки лудженого дроту та пропаяти їх з обох боків плати. Мікросхеми DA1, DA2 встановлені на невеликих алюмінієвих тепловідводах площею по 20...30 см² кожен; Симистор VS1 встановлений на стандартному охолоджувачі (литому тепловідводі з алюмінієвого сплаву) марки 0231. Резистор R1 виконаний з ніхромового проводу діаметром 3 мм. На місці компаратора DA4, крім зазначеного на схемі, можна використовувати К521САЗ, К521СА5, К521СА6 (остання мікросхема містить два компаратора в одному корпусі), однак при цьому доведеться скоригувати креслення друкованої плати. ОУ КР140УД708 замінимо мікросхемами К140УД7, К140УД8, К153УД2 та будь-якими аналогічними. Аналоговий перемножувач напруг К525ПС2 можна замінити на К525ПС3 з будь-яким буквеним індексом, але також з корекцією друкованої плати. Транзистори VT1, VT2 - будь-які серії КТ315, КТ342, КТ503, КТ630, KT3I02 або КТ3117А. Оптопар імпортного виробництва МОC3052 можна замінити вітчизняної АОУ160А-АОУ160В з корекцією друкованої плати. Симистор VS1 можна застосувати із серій ТС112, ТС122, ТС132, ТС142 з допустимою імпульсною напругою в закритому стані не менше 400 В і струмом у відкритому стані, що відповідає максимальному струму навантаження. Діод КД106А (VD1) замінимо будь-яким із серій КД105, КД221, КД226. Випрямлювальний міст (VD2) – будь-який із серій КЦ402, КЦ405, з корекцією друкованої плати. Оксидні конденсатори С1 - С3, С8 можуть бути К50-16, К50-35, К50-24, К50-29; С4, С5, С7 – КМ-6, К10-17, К73-17; С6 - К73-17, К73-24, К76-П2 (цей конденсатор повинен мати невеликий ТКЕ). Підстроювальні резистори R4, R5, R8-R10 - СП5-2, СПЗ-19, СПЗ-38, змінний резистор R18 - СП-0,4, СПЗ-4М, СПЗ-16, СПЗ-30, решта - МЛТ, С2- 23. Трансформатор Т1 – ТПП232. Його можна замінити на будь-який інший, у якого вторинна обмотка з відведенням від середини забезпечує напругу 33...40 і розрахована на струм не менше 150 мА. Трансформатор Т2 може бути будь-яким іншим коефіцієнтом трансформації 30...50. Вимикач живлення SA1 – автоматичний вимикач A3161, АЕ2050 або АП50. Крім того, він виконує функцію запобіжника. Налагодження регулятора потужності починають з перевірки вихідної напруги мікросхеми DA1 (+ 15 В) та встановлення вихідної напруги мікросхеми DA2 (-15 В) резистором R6. Після цього здійснюють регулювання перемножувача напруги DA3. Для цього входи X, Y вихід Z та висновок 1 відключають від інших елементів. Двигуни підстроювальних резисторів R8-R10 встановлюють у середнє положення. На вхід X подають напругу +5, а на вхід Y-О В. Резистором R9 встановлюють вихідну напругу перемножувача О В. Потім на вхід X подають напругу О, а на вхід Y- +5 В. Резистором R8 встановлюють вихідну напругу О В. Потім на обидва входи перемножувача подають напругу + 5 і вимірюють вихідну напругу. Потім на одному з входів змінюють полярність вхідного сигналу (тобто подають -5) і знову вимірюють вихідну напругу. За допомогою резистора R10 домагаються, щоб два останні значення вихідної напруги дорівнювали за абсолютним значенням (за знаком вони повинні бути протилежні). При необхідності повторюють регулювання. Після цього підключають входи та вихід перемножувача напруги до елементів регулятора. Двигуни підстроєних резисторів R4 і R5 встановлюють у середнє, а змінного резистора R18 - у нижнє за схемою положення. До роз'єму XS1 підключають навантаження та подають живлення на регулятор потужності. Плавно обертаючи вісь змінного резистора R18 переконуються у збільшенні напруги на навантаженні. Якщо напруга на навантаженні максимально при будь-якому положенні двигуна змінного резистора R18, причиною цього може бути неправильне фазування обмоток трансформатора Т2, що призводить до подачі протифазних напруг на входи X і Y мікросхеми DA3 і негативної напруги на її виході Z. У цьому випадку слід поміняти місцями будь-який з обмоток трансформатора Т2. Підстроювальні резистори R4 і R5 домагаються, щоб максимальні (амплітудні) значення напруги на входах перемножувача не перевищували 10 В. Це зручно контролювати за допомогою осцилографа. В крайньому випадку можна скористатися вольтметром змінного струму. При синусоїдальній формі напруги на навантаженні (це має місце, якщо симістор VS1 відкривається на початку кожного напівперіоду, а напруга на навантаженні при цьому практично дорівнює мережному) ефективна напруга на входах перемножувача не повинна перевищувати 7 В. Регулювання потужності має плавно здійснюватися у всьому інтервалі повороту осі змінного резистора R18 Якщо у верхньому за схемою положенні двигуна змінного резистора R18 при максимальному підключеному навантаженні напруга на ній не досягає значення мережного, слід зменшити опір резистора R17 не більше ніж до 2,2 кОм або зменшити коефіцієнти передачі струму і напруги, перемістивши вниз за схемою двигуна підстроювальних R4 та R5. Для перевірки функції стабілізації потужності необхідно мати навантаження зі змінним опором (зручно використовувати двосекційний побутовий нагрівач) та лабораторний автотрансформатор відповідної потужності. Навантаження має бути обов'язково активним (тобто не мати індуктивної або ємнісної складової). Регулятор потужності підключають до мережі через автотрансформатор та підключають до виходу регулятора одну секцію побутового нагрівача. Автотрансформатором встановлюють напругу 220 В. Підключивши паралельно навантаженню вольтметр змінного струму, що вимірює ефективні значення (квадратичний вольтметр), змінним резистором R18 встановлюють на навантаженні напруга 150...200 В. Потім підключають ще одну секцію і знову підключають ще одну секцію і знову підключають ще одну секцію і знову підключають ще одну секцію і знову підключають ще одну секцію і знов. Воно має зменшитися у 1 раза [1,4]. При іншому законі зміни опору навантаження у будь-якому випадку виконуватиметься рівність Uн²/Rн = const. Якщо опір навантаження збільшиться настільки, що для підтримки встановленої потужності напруга повинна перевищити своє максимальне значення, регулятор вийде з режиму стабілізації потужності. Регулятор потужності має стабілізуючі властивості не тільки в умовах зміни опору навантаження, але й по відношенню до коливань напруги. У цьому можна переконатися, змінюючи напругу живлення регулятора за допомогою автотрансформатора в інтервалі від 190 до 240 В (зрозуміло, при підключеному навантаженні). Напруга на навантаженні при такій зміні живильного повинна бути стабільною. Варіюватиметься лише кут відкриття симістора VS1, у чому можна переконатися за допомогою осцилографа. Сигнал можна знімати або з навантаження або з виходу компаратора DA4. Якщо у розпорядженні радіоаматора немає вольтметра, що вимірює чинне значення (наприклад, приладу електромагнітної системи), то для вимірювання потужності використовують індукційний лічильник електричної енергії: число оборотів диска лічильника має бути постійним при зміні опору навантаження і незмінному положенні двигуна змінного резистора R18. Використовувати вольтметр середньовипрямленого значення напруги для цих цілей не можна. Для підвищення надійності рекомендуємо послідовно з оптосимістором увімкнути резистор опором близько 150 Ом. література
Автор: А.Євсеєв, м.Тула
Штучна шкіра для емуляції дотиків
15.04.2024 Котячий унітаз Petgugu Global
15.04.2024 Привабливість дбайливих чоловіків
14.04.2024
▪ Рідкокристалічний кабель для передачі струму ▪ Мікроскопічні роботи з повітря
▪ Розділ сайту Електрику. ПТЕ. Добірка статей ▪ стаття Данте Аліг'єрі. Знамениті афоризми ▪ Як виник іслам, у чому його основні риси? Детальна відповідь ▪ стаття Дербенник. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Хто винайшов обчислювальну машину. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page