|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Стабілізатор напруги з мікроконтролерним управлінням. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Мікроконтролери Тривале відхилення мережної напруги більш ніж на 10% від номінального значення 220 В у багатьох районах нашої країни, на жаль, стало нерідким явищем. При підвищеній (до 240...250 В) напрузі в мережі значно скорочується термін служби освітлювальних приладів, збільшується нагрівання трансформаторних блоків живлення та двигунів у компресорах холодильників. Зниження мережевої напруги нижче 160... 170 В викликає значне збільшення навантаження на ключові транзистори в імпульсних блоках живлення (це може призвести до їх перегріву та подальшого теплового пробою), а також заклинювання двигунів у компресорах холодильників, що також призводить до їх перегріву та виходу з ладу. Ще більші коливання напруги у однофазних споживачів, що живляться від трифазної мережі, виникають у разі обриву нульового дроту на ділянці від точки підключення споживача до чотирипровідної мережі до трансформаторної підстанції. В цьому випадку внаслідок перекосу фаз напруга в розетці може змінюватися від кількох десятків вольт аж до лінійного 380 В, що неминуче призведе до пошкодження практично всієї складної побутової техніки, підключеної до розетки. Уникнути неприємностей, пов'язаних з екстремальними коливаннями напруги в мережі допоможе пропонований стабілізатор. Для стабілізації напруги мережі в побутових умовах використовують в основному ферорезонансні стабілізатори. До їхніх недоліків слід віднести спотворення синусоїдальної форми вихідної напруги (наприклад, холодильник до такого стабілізатора підключати забороняється), обмежену потужність стабілізаторів побутового призначення (300...400 Вт) при значних масогабаритних показниках, неможливість роботи без навантаження, вузький діапазон стабілізації вихід з ладу при підвищеній напрузі в мережі. Від зазначених недоліків вільний компенсаційний стабілізатор напруги, структурна схема якого показано на рис. 1.
Працює він за принципом ступінчастої корекції напруги, що здійснюється перемиканням відводів обмотки автотрансформатора Т1 за допомогою симісторних ключів Q2-Q6 під управлінням мікроконтролера (МК), що стежить за рівнем напруги мережі. Застосований у стабілізаторі спосіб оцінки амплітуди напруги вкрай простий в реалізації і забезпечує цілком достатню для даного застосування точність вимірювання. Однак він накладає низку обмежень на можливе застосування пристрою. Перш за все, частота напруги мережі повинна залишатися постійною (50 Гц). Ця умова може порушуватись, наприклад, якщо енергопостачання виробляється від автономного дизель-генератора. Крім того, точність виміру зменшується зі зростанням нелінійних спотворень форми мережевої напруги, що виникають при роботі близько розташованих потужних споживачів із сильно вираженим індуктивним характером навантаження. Принципова схема пристрою зображено на рис. 2.
За записаною у пам'яті програмі МК DD1 здійснює вимірювання напруги мережі в кожному періоді (20 мс). З дільника R1R2 негативні напівхвилі напруги мережі, проходячи через стабілітрон VD1, формують на ньому імпульси з амплітудою, що визначається напругою стабілізації стабілітрону, в даному випадку 10 В. З дільника R3R4, що зменшує амплітуду отриманого сигналу до рівня ТТЛ (рис. 3), ці імпульси приходять на лінію 0 порту А, налаштовану на введення. За допомогою підстроювального резистора R4 нижній рівень сигналу на вході МК встановлений на 0,2...0,3 нижче рівня балка. 0. При кімнатній температурі та стабілізованому напрузі живлення рівень напруги переходу цифрового входу КМОП мікросхеми стану лог. 1 стан лог. 0 (і назад з 0 в 1 з деяким гістерезисом, яким у даному випадку можна знехтувати через його постійне значення) залишається практично постійним.
Як видно із рис. 3, при зміні напруги від 145 до 275 В тривалість імпульсів, відповідних лог. 0 змінюється приблизно від 0,5 до 6 мс. Вимірюючи тривалість цих імпульсів, програма МК обчислює рівень напруги в поточному періоді. (R4.1 - опір частини резистора R4 від нижнього - за схемою - виведення до двигуна). Після включення стабілізатора напруга мережі контролюється протягом 5 с. Якщо воно знаходиться в межах 145...275 В, блимає зелений світлодіод HL2 "Нормальне", інакше загоряються світлодіод HL3 "Низьке" або HL1 "Високе" (залежно від значення напруги мережі). У такому стані стабілізатор перебуває доти, доки напруга в мережі не увійде в задані межі. Якщо після 5 напруга в мережі залишається в допустимих межах, МК видає команду на відкривання симістора VS1, через який автотрансформатор Т1 підключається до мережі. Після цього МК ще протягом 0,5 с виробляє контрольні виміри мережевої напруги, а потім, залежно від результату вимірювання, відкриває один із симісторів VS2-VS6, тим самим підключаючи навантаження до одного з п'яти відводів автотрансформатора. Гальванічна розв'язка симісторів з МК здійснюється тиристорними оптронами U1-U6. У процесі регулювання відкриваючий імпульс знімається з включеного симістора в кінці напівперіоду синусоїди напруги. Після цього програма МК витримує паузу 4 мс, а потім подає відкриваючий імпульс інший симистор. Тривалість затримки між перемиканнями симісторів може бути збільшена зміною початку програми (у блоці опису констант) відповідного значення часу затримки (див. коментарі у вихідному тексті програми). Збільшення цього часу до 10...15 мс необхідно у разі, якщо до стабілізатора підключено індуктивне навантаження з коефіцієнтом потужності менше 0,7...0,8. При відхиленні напруги мережі за допустимі межі автотрансформатор разом з навантаженням відключається симистором VS1. Світлодіоди HL1-HL8 індикують стан стабілізатора та рівні напруги в мережі. Залежно від величини напруги U U висновки додаткових обмоток автотрансформатора перемикаються в наступному порядку:
Для запобігання безладному перемиканню симісторів у випадку, якщо мережна напруга знаходиться на порозі перемикання відводів автотрансформатора, в програму введений деякий "гістерезис" у спрацьовуванні. Наприклад, якщо при збільшенні напруги від 189 до 190 В буде проведено перемикання навантаження з відведення "+20%" на "+10%", то назад на "+20%" МК переключить навантаження тільки тоді, коли мережна напруга знизиться приблизно до 187 В. Затримка між зміною напруги в мережі та відповідним перемиканням відводів автотрансформатора не перевищує 40 мс. При "провалі" мережної напруги нижче 145 В на час більше 100 мс (можна змінювати, див. коментарі у вихідному тексті програми) МК відключає автотрансформатор з підключеним до нього навантаженням від мережі, при цьому гасне зелений світлодіод HL2 "Нормальне" і спалахує червоний світлодіод HL3 "Низьке". У випадку, якщо напруга в мережі піднялася вище 275 В, контрольоване навантаження буде відключено від мережі через 40 мс і займеться червоний світлодіод HL1 "Висока". Після того як напруга в мережі повернеться до норми (145 При пропаданні напруги заряду конденсатора С2 вистачає приблизно на 30 з підтримки нормальної працездатності МК, потім програма зависає, внаслідок чого спрацьовує вбудований в МК незалежний сторожовий таймер (WDT). Інформація про сигнал від цього таймера зберігається в пам'яті МК приблизно протягом 3 хв (поки конденсатор С2 не розрядиться практично до нуля). Якщо в цей час мережна напруга відновиться, знову запущена програма, виявивши в пам'яті сигнал від WDT, чекатиме натискання кнопки SB1. Таким чином, відновлення мережної напруги після 4...5 хв після вимкнення буде розцінено стабілізатором як штатне і, отже, через 5 с (час контрольного тестування напруги в мережі) навантаження через автотрансформатор виявиться підключеним до мережі. У випадку, якщо стабілізатор працює, наприклад, спільно з джерелом безперебійного живлення або іншим пристроєм, для якого можливі цикли безладного увімкнення-вимкнення напруги через порушення роботи електромережі не критичні, очікування в програмі натискання кнопки SB1 можна обійти (див. коментарі в вихідний текст програми). Натискання на кнопку SB1 протягом 2 с при нормальній роботі пристрою призводить до вимкнення навантаження, і стабілізатор переходить у черговий режим, аналогічний тому, що відбувається після зникнення напруги в мережі. Живиться МК DD1 від двох джерел стабілізованої напруги 5 В. У черговому режимі, коли автотрансформатор Т1 відключений від мережі (симістор VS1 закритий), споживаний пристроєм управління струм мінімальний (20...25 мА) і живлення здійснюється від безтрансформаторного джерела, що складається з баластного конденсатора С1 та стабілітрона VD3. Це джерело забезпечує стабільну роботу мікроконтролера при зміні напруги від 100 до 400 В. При переході пристрою з чергового режиму в робочий, коли автотрансформатор Т1 разом з навантаженням підключається до мережі (включені оптрон U1, один із оптронів U2-U6, а також один із світлодіодів HL4-HL8 і, можливо, HL1 або HL3, що блимають при наближенні напруги мережі до меж дозволеного діапазону), споживаний струм зростає приблизно до 100 мА. У цьому режимі потужності безтрансформаторного джерела живлення виявляється недостатньо для підтримки стабільної (без помітних пульсацій) напруги живлення 5 В. Для виключення впливу нестабільності напруги живлення МК на результат вимірювання напруги мережі в пристрої передбачено друге джерело стабілізованої напруги 5 В, зібраний на інтегральному стабілізаторі DA1. Ланцюг C6R5R6 при включенні пристрою в мережу формує витримку часу перед запуском МК, необхідну для того, щоб напруга на конденсаторі С2 встигла зрости до рівня, що забезпечує нормальну роботу МК. У стабілізаторі застосовані постійні резистори МЛТ, підстроювальні (R2, R4) СП5-2. Конденсатор С1 - МБГЧ з номінальною напругою не менше 500 В. Можливе використання конденсатора К73-17 з номінальною напругою 630 В (слід, однак, врахувати, що допустима амплітуда змінної напруги цього конденсатора не перевищує 315 В). Стабілітрон VD3 бажано підібрати з напругою стабілізації на 0,05...0,1 більшим, ніж напруга на виході стабілізатора DA1. Симистори КУ208Г замінні будь-якими іншими, розрахованими на необхідний струм та напруга в закритому стані не менше 400 В. Автотрансформатор Т1 перероблений із мережевого трансформатора ТС-180-2 (від старого чорно-білого телевізора). У режимі автотрансформатора він може живити навантаження потужністю до 1 кВт [1]. Кручений магнітопровід цього трансформатора складається з двох П-подібних частин, на яких розміщені каркаси з обмотками. Обмотки, номери яких на схемі вказані без штрихів, намотані на одному каркасі, зі штрихами – на іншому. Якщо обмежитися тривалою вихідною потужністю стабілізатора 250...300 Вт, первинні обмотки 1-2 і 1'-2', що містять по 450 витків дроту ПЕВ-2 0,9, можна залишити без зміни. Всі вторинні обмотки трансформатора в цьому випадку видаляють і їх місце намотують нові проводом ПЕВ-20,9 мм. Обмотки 5-6 та 5'-6' повинні містити по 75, 7-8 і 7'-8' - по 100, обмотка 9-10 - 35 витків. Якщо ж необхідна велика потужність, обидві первинні та всі вторинні обмотки слід перемотати дротом відповідного більшого перерізу [1]. Всі деталі стабілізатора напруги, за винятком конденсатора С1, стабілітрона VD3, симісторів VS1 - VS6 та автотрансформатора Т1, змонтовані на друкованій платі розмірами 60x110 мм з двосторонньо фольгированного склотекстоліту. Для підключення МК на платі встановлено 18 гніздову панель. Симистори VS1-VS6 забезпечені П-подібними тепловідведеннями з площею розсіювання по 25 см2, зігнутими з листового алюмінієвого сплаву товщиною 2 мм. Разом зі стабілітроном VD3 вони закріплені на окремій платі розмірами 60x110 мм зі склотекстоліту. Для зменшення шуму від працюючого автотрансформатора на підставі корпусу стабілізатора по кутах бажано наклеїти чотири кружки з м'якої гуми діаметром 15 і товщиною 5 мм. Вид на монтаж стабілізатора показано на рис. 4.
Коди "прошивки" МК наведено у таблиці.
При програмуванні в байті конфігурації вказують: тип генератора - HS, WDT та Power-up timer включені. Налагодження стабілізатора починають із перевірки правильності з'єднання обмоток автотрансформатора. Для цього його первинну обмотку 1-1' підключають до мережі та вимірюють напругу між висновками 5-5' та 7-7'. При напрузі мережі 220 В на першій з них має бути 33, на другій - 44 В. Якщо замість цього напруга, що вимірюється, дорівнює 0, необхідно поміняти місцями висновки обмоток 5-6 або 7-8 залежно від того, в якому випадку напруга виявилася рівною 0. Потім вимірюють напругу між точками Г та 5'. Якщо замість 187 вийшло 253, змінюють місцями висновки 5 і 5'. На закінчення перевіряють напругу між точками 1'і 7, яка повинна дорівнювати 264 В. Напруга 176 говорить про те, що необхідно поміняти місцями висновки 7 і 7'. Для налаштування меж напруги, при яких МК виробляє відповідні перемикання відводів автотрансформатора, знадобляться регульований джерело змінної напруги (ЛАТР), вольтметр змінного струму з переділом вимірювання 300 і осцилограф. Налаштовують стабілізатор у такій послідовності. Перемістивши двигун підстроювального резистора R2 в нижнє (за схемою) положення, підключають стабілізатор до ЛА-ТР і встановлюють (по вольтметру) на його виході напруга 145 В. Потім, повільно переміщуючи двигун резистора вгору (також за схемою) і спостерігаючи на екрані напруги на стабілітроні VD1, доводять амплітуду сигналу до рівня, який приблизно на 0,1 більше його напруги стабілізації (початок появи на осцилограмі характерного майданчика, див. рис. 3). Далі встановлюють двигун підстроювального резистора R4 в нижнє (за схемою) положення (при цьому повинен запалити червоний світлодіод HL3) і повільно переміщають його вгору до тих пір, поки не почне блимати зелений світлодіод HL2. Після цього до виходу стабілізатора підключають лампу розжарювання потужністю 100...200 Вт. Плавно підвищуючи напругу на виході ЛАТРа до 290 В, світлодіодами HL4-HL8 перевіряють значення напруги, при яких відбувається перемикання відводів автотрансформатора, а також верхня межа вхідної напруги, при якому МК відключає навантаження. Бажано також по можливості перевірити працездатність стабілізатора при тривалій подачі на його вхід лінійної напруги 380 В (від трифазної мережі). Значення напруг перемикання відводів автотрансформатора можна змінити, скоригувавши відповідні константи на початку програми і перекомпілювавши текст, що вийшов, допомогою компілятора макроассемблера MPASM [2]. Вносити до вихідного тексту інші зміни, пов'язані з алгоритмом роботи програми, потрібно з особливою обережністю, чітко розуміючи зміст цих змін. Можливе виникнення пов'язаних з таким коригуванням помилок може призвести, наприклад, до одночасного включення пари симісторів з VS2-VS6 (режим короткого замикання) або перемикання навантаження при напрузі в мережі 250 на відвід "+20%" і т.п. література
Автор: С.Коряков, м.Шахти Ростовської обл.
Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024 Приміальна клавіатура Seneca
05.05.2024 Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія
04.05.2024
▪ Газонокосарка керується смартфоном ▪ Через десять років водії в Японії стануть не потрібними
▪ Розділ сайту Передача даних. Добірка статей ▪ стаття Час розкидати каміння, час збирати каміння. Крилатий вислів ▪ стаття Де проходять марафони, в яких люди змагаються одночасно з кіньми? Детальна відповідь ▪ стаття Асканія-Нова. Диво природи ▪ стаття Бронзові лаки. Прості рецепти та поради ▪ стаття Вгадування кольору дисків із зав'язаними очима. Секрет фокусу
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