|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Stabilizator napięcia sieciowego ze sterowaniem mikrokontrolerem. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Mikrokontrolery Długotrwałe odchylenie napięcia sieciowego o więcej niż 10% od wartości nominalnej 220 V stało się niestety zjawiskiem powszechnym w wielu obszarach naszego kraju. Wraz ze wzrostem napięcia w sieci (do 240...250 V) żywotność urządzeń oświetleniowych ulega znacznemu skróceniu, a nagrzewanie zasilaczy transformatorowych i silników sprężarek chłodniczych wzrasta. Spadek napięcia sieciowego poniżej 160...170 V powoduje znaczny wzrost obciążenia kluczowych tranzystorów w zasilaczach impulsowych (może to doprowadzić do ich przegrzania i późniejszej awarii termicznej), a także zakleszczenia silników w sprężarkach chłodniczych, co również prowadzi do ich przegrzania i wyłączenia z eksploatacji. Jeszcze większe wahania napięcia dla odbiorników jednofazowych zasilanych z sieci trójfazowej występują w przypadku przerwy w przewodzie neutralnym w obszarze od miejsca podłączenia odbiornika do sieci czteroprzewodowej do podstacji transformatorowej. W tym przypadku, z powodu nierównowagi faz, napięcie na wylocie może wahać się od kilkudziesięciu woltów do liniowego 380 V, co nieuchronnie prowadzi do uszkodzenia prawie wszystkich złożonych urządzeń gospodarstwa domowego podłączonych do gniazdka. Proponowany stabilizator pomoże uniknąć kłopotów związanych z ekstremalnymi wahaniami napięcia w sieci. Do stabilizacji napięcia sieciowego w warunkach domowych stosuje się głównie stabilizatory ferrorezonansu. Ich wady obejmują zniekształcenie sinusoidalnej postaci napięcia wyjściowego (na przykład zabrania się podłączania lodówki do takiego stabilizatora), ograniczoną moc stabilizatorów domowych (300 ... 400 W) ze znacznymi wskaźnikami masy i wielkości, niezdolność do pracy bez obciążenia, wąski zakres stabilizacji awarii przy wysokim napięciu w sieci. Kompensacyjny stabilizator napięcia jest wolny od tych niedociągnięć, których schemat blokowy przedstawiono na ryc. jeden.
Działa na zasadzie skokowej korekcji napięcia, realizowanej poprzez przełączanie odczepów uzwojenia autotransformatora T1 za pomocą przełączników triakowych Q2-Q6 pod kontrolą mikrokontrolera (MK) monitorującego poziom napięcia w sieci. Zastosowana w stabilizatorze metoda szacowania amplitudy napięcia sieciowego jest niezwykle prosta w realizacji i zapewnia wystarczającą dokładność pomiaru dla tego zastosowania. Nakłada jednak szereg ograniczeń na ewentualne użytkowanie urządzenia. Przede wszystkim częstotliwość napięcia sieciowego musi być stała (50 Hz). Warunek ten może zostać naruszony, na przykład, jeśli zasilanie jest dostarczane z autonomicznego generatora diesla. Ponadto dokładność pomiaru maleje wraz ze wzrostem nieliniowych zniekształceń przebiegu napięcia sieciowego, które występują podczas pracy blisko rozmieszczonych odbiorników o dużej mocy z silnie zaznaczonym indukcyjnym charakterem obciążenia. Schemat ideowy urządzenia pokazano na ryc. 2.
Zgodnie z programem zapisanym w pamięci MK DD1 dokonuje pomiaru napięcia sieciowego w każdym okresie (20 ms). Z dzielnika R1R2 ujemne półfale napięcia sieciowego przechodzące przez diodę Zenera VD1 tworzą na nim impulsy o amplitudzie określonej przez napięcie stabilizacyjne diody Zenera, w tym przypadku 10 V. Z dzielnika R3R4, który zmniejsza amplitudę odbieranego sygnału do poziomu TTL (rys. 3), impulsy te docierają do linii 0 portu A, skonfigurowanego jako wejście. Za pomocą rezystora dostrajającego R4 dolny poziom sygnału na wejściu MK jest ustawiany na 0,2...0,3 V poniżej poziomu log. 0. W temperaturze pokojowej i ustabilizowanym napięciu zasilania poziom napięcia przejścia wejścia cyfrowego mikroukładu CMOS ze stanu logowania. 1 do rejestrowania stanu. Wartość 0 (i powrót od 0 do 1 z pewną histerezą, którą w tym przypadku można pominąć ze względu na jej stałą wartość) pozostaje praktycznie stała.
Jak widać z rys. 3, gdy napięcie sieciowe zmienia się od 145 do 275 V, czas trwania impulsów odpowiada logowi. 0 waha się od około 0,5 do 6 ms. Mierząc czas trwania tych impulsów, program MC oblicza poziom napięcia sieciowego w bieżącym okresie. (R4.1 to rezystancja części rezystora R4 od dołu - wg schematu - wyjścia do silnika). Po włączeniu stabilizatora napięcie sieciowe jest kontrolowane przez 5 s. Jeśli jest w zakresie 145 ... 275 V, miga zielona dioda LED HL2 „Normal”, w przeciwnym razie świeci dioda LED HL3 „Low” lub HL1 „High” (w zależności od wartości napięcia sieciowego). W tym stanie stabilizator znajduje się, dopóki napięcie w sieci nie osiągnie określonych granic. Jeżeli po 5 s napięcie w sieci utrzymuje się w dopuszczalnych granicach, MK wydaje polecenie otwarcia triaka VS1, za pośrednictwem którego autotransformator T1 jest podłączony do sieci. Następnie MK wykonuje pomiary kontrolne napięcia sieciowego przez kolejne 0,5 s, a następnie, w zależności od wyniku pomiaru, otwiera jeden z triaków VS2-VS6, podłączając w ten sposób obciążenie do jednego z pięciu zaczepów autotransformatora. Izolacja galwaniczna triaków od MK odbywa się za pomocą transoptorów tyrystorowych U1-U6. Podczas procesu regulacji impuls otwierający jest usuwany z załączonego triaka pod koniec półcyklu sinusoidy napięcia sieciowego. Następnie program MK zatrzymuje się na 4 ms, a następnie wysyła impuls otwierający do innego triaka. Czas trwania opóźnienia pomiędzy przełączaniem triaków można zwiększyć zmieniając odpowiednią wartość czasu opóźnienia na początku programu (w stałym bloku opisu) (patrz komentarze w tekście źródłowym programu). Zwiększenie tego czasu do 10...15 ms jest konieczne w przypadku podłączenia do stabilizatora obciążenia indukcyjnego o współczynniku mocy mniejszym niż 0,7...0,8. Jeżeli napięcie sieciowe odbiega od dopuszczalnych granic, autotransformator wraz z obciążeniem jest wyłączany przez triak VS1. Diody HL1-HL8 wskazują stan stabilizatora oraz poziomy napięć w sieci. W zależności od wartości napięcia sieciowego U wyjścia uzwojeń dodatkowych autotransformatora załączane są w kolejności:
Aby zapobiec przypadkowemu przełączaniu triaków, jeśli napięcie sieciowe znajduje się na poziomie progu załączenia zaczepów autotransformatora, w programie wprowadzono pewną „histerezę” działania. Na przykład, jeśli napięcie sieciowe wzrośnie ze 189 do 190 V, obciążenie zostanie przełączone z odczepu „+20%” na „+10%”, wówczas MK przełączy obciążenie z powrotem tylko na „+20%” gdy napięcie sieciowe spadnie do około 187 V. Opóźnienie pomiędzy zmianą napięcia w sieci a odpowiednim załączeniem zaczepów autotransformatora nie przekracza 40 ms. Jeżeli napięcie sieciowe „zaniknie” poniżej 145 V na czas dłuższy niż 100 ms (można je zmienić, patrz komentarze w tekście źródłowym programu), MK odłącza od sieci autotransformator wraz z podłączonym do niego obciążeniem, natomiast zielona dioda HL2 „Normal” zgaśnie, a czerwona dioda LED HL3 „Normal” zaświeci się. Jeżeli napięcie w sieci wzrośnie powyżej 275 V, sterowane obciążenie zostanie po 40 ms odłączone od sieci i zaświeci się czerwona dioda HL1 „High”. Po powrocie napięcia sieciowego do normy (145 W przypadku zaniku napięcia sieciowego ładowanie kondensatora C2 wystarcza na około 30 sekund, aby utrzymać normalną pracę MK, po czym program zawiesza się, w wyniku czego uruchamiany jest niezależny licznik zegarowy Watchdog (WDT) wbudowany w MK. Informacja o sygnale z tego timera przechowywana jest w pamięci MK przez kolejne około 3 minuty (do momentu rozładowania kondensatora C2 prawie do zera). Jeżeli w tym czasie napięcie sieciowe zostanie przywrócone, nowo uruchomiony program po wykryciu w pamięci sygnału z WDT będzie czekał na naciśnięcie przycisku SB1. Zatem przywrócenie napięcia sieciowego po 4...5 minutach od wyłączenia będzie przez stabilizator traktowane jako normalne i dlatego po 5 s (czas kontrolnego badania napięcia sieciowego) obciążenie zostanie podłączone do sieci poprzez autotransformator. Jeżeli stabilizator współpracuje np. z zasilaczem awaryjnym lub innym urządzeniem dla którego ewentualne cykle losowego załączania i wyłączania napięcia na skutek zakłóceń w sieci elektrycznej nie są krytyczne, można poczekać w programie na naciśnięcie przycisku SB1 pominięty (patrz komentarze w kodzie źródłowym programu). Naciśnięcie przycisku SB1 na 2 s podczas normalnej pracy urządzenia powoduje wyłączenie obciążenia, a stabilizator przechodzi w stan czuwania, podobnie jak po zaniku zasilania. MK DD1 zasilany jest z dwóch źródeł stabilizowanego napięcia 5 V. W stanie gotowości, po odłączeniu autotransformatora T1 od sieci (triak VS1 jest zwarty), prąd pobierany przez urządzenie sterujące jest minimalny (20...25 mA) i zasilanie dostarczane jest ze źródła beztransformatorowego składającego się z kondensatora balastowego C1 i diody Zenera VD3. Źródło to zapewnia stabilną pracę mikrokontrolera przy zmianie napięcia sieciowego od 100 do 400 V. Gdy urządzenie przechodzi ze stanu czuwania do trybu pracy, gdy autotransformator T1 wraz z obciążeniem jest podłączony do sieci (transoptor U1, jeden z transoptorów U2-U6, a także jedna z diod LED HL4-HL8 i ewentualnie HL1 lub HL3 migają, gdy napięcie zbliża się do granic dopuszczalnego zakresu w sieci), pobór prądu wzrasta do około 100 mA. W tym trybie moc zasilacza beztransformatorowego nie jest wystarczająca do utrzymania stabilnego (bez zauważalnych tętnień) napięcia zasilania na poziomie 5 V. Aby wyeliminować wpływ niestabilności napięcia zasilania MK na wynik pomiaru napięcia sieciowego, urządzenie wyposażone jest w drugie źródło stabilizowanego napięcia 5 V, zamontowane na zintegrowanym stabilizatorze DA1. Obwód C6R5R6, gdy urządzenie jest podłączone do sieci, tworzy opóźnienie czasowe przed uruchomieniem MK, które jest konieczne, aby napięcie na kondensatorze C2 miało czas wzrosnąć do poziomu zapewniającego normalną pracę MK. W stabilizatorze zastosowano stałe rezystory MLT, trymery (R2, R4) SP5-2. Kondensator C1 to MBGC o napięciu znamionowym co najmniej 500 V. Można zastosować kondensator K73-17 o napięciu znamionowym 630 V (należy jednak wziąć pod uwagę, że dopuszczalna amplituda napięcia przemiennego tego kondensatora nie przekracza 315 V). Wskazane jest wybranie diody Zenera VD3 o napięciu stabilizacji o 0,05...0,1 V większym niż napięcie na wyjściu stabilizatora DA1. Triaki KU208G są wymienne z dowolnymi innymi, zaprojektowanymi na wymagany prąd i napięcie w stanie zamkniętym co najmniej 400 V. Autotransformator T1 jest przerobiony z transformatora sieciowego TS-180-2 (ze starego czarno-białego telewizora). W trybie autotransformatorowym jest w stanie zasilić obciążenie do 1 kW [1]. Skręcony rdzeń magnetyczny tego transformatora składa się z dwóch części w kształcie litery U, na których umieszczone są ramy z uzwojeniami. Uzwojenia, których numery są wskazane na schemacie bez uderzeń, są nawinięte na jedną ramę, a skoki na drugiej. Jeśli ograniczymy się do długoterminowej mocy wyjściowej stabilizatora 250...300 W, to uzwojenia pierwotne 1-2 i 1'-2', każde zawierające 450 zwojów drutu PEV-2 0,9, można pozostawić bez zmian . W takim przypadku usuwa się wszystkie uzwojenia wtórne transformatora, a na ich miejsce nawija się nowe drutem PEV-20,9 mm. Uzwojenia 5-6 i 5'-6' powinny zawierać 75, 7-8 i 7'-8' - 100, uzwojenia 9-10 - 35 zwojów. Jeżeli potrzeba większej mocy, zarówno uzwojenie pierwotne, jak i wszystkie uzwojenia wtórne należy przewinąć drutem o odpowiednio większym przekroju [1]. Wszystkie części stabilizatora napięcia, z wyjątkiem kondensatora C1, diody Zenera VD3, triaków VS1 - VS6 i autotransformatora T1, są zamontowane na płytce drukowanej o wymiarach 60x110 mm wykonanej z dwustronnej folii z włókna szklanego. Aby podłączyć MK, na płycie zainstalowany jest 18-gniazdowy panel. Triaki VS1-VS6 wyposażone są w radiatory w kształcie litery U o powierzchni rozpraszania 25 cm2, wygięte z blachy ze stopu aluminium o grubości 2 mm. Razem z diodą Zenera VD3 montowane są na osobnej płytce o wymiarach 60x110 mm wykonanej z włókna szklanego. Aby zmniejszyć hałas pracującego autotransformatora, zaleca się przyklejenie w rogach podstawy korpusu stabilizatora czterech miękkich gumowych kółek o średnicy 15 i grubości 5 mm. Widok instalacji stabilizatora pokazano na ryc. 4.
Kody oprogramowania MK podano w tabeli.
Podczas programowania bajt konfiguracyjny wskazuje: typ generatora - HS, WDT i włączony timer załączenia. Konfigurację stabilizatora rozpoczyna się od sprawdzenia poprawności połączenia uzwojeń autotransformatora. W tym celu jego uzwojenie pierwotne 1-1' jest podłączone do sieci i mierzone jest napięcie pomiędzy zaciskami 5-5' i 7-7'. Przy napięciu sieciowym 220 V pierwsze z nich powinno wynosić 33, drugie 44 V. Jeżeli zamiast tego zmierzone napięcie wynosi 0, należy zamienić zaciski uzwojeń 5-6 lub 7-8 w zależności od tego, w którym w przypadku gdy napięcie okazało się równe 0. Następnie zmierz napięcie pomiędzy punktami G i 5'. Jeśli zamiast 187 otrzymasz 253 V zamień piny 5 i 5'. Na koniec sprawdź napięcie pomiędzy punktami 1' i 7, które powinno wynosić 264 V. Napięcie 176 V wskazuje na konieczność zamiany pinów 7 i 7'. Aby ustawić granice napięcia, przy których MK wykonuje odpowiednie przełączanie zaczepów autotransformatora, potrzebne będzie regulowane źródło napięcia przemiennego (ALVR), woltomierz prądu przemiennego z granicą pomiaru 300 V i oscyloskop. Wyreguluj stabilizator w tej kolejności. Po przesunięciu suwaka rezystora dostrajającego R2 w dolne położenie (zgodnie ze schematem) podłącz stabilizator do LA-TR i ustaw (za pomocą woltomierza) napięcie na jego wyjściu na 145 V. Następnie powoli przesuwając suwak podniesienia rezystora (również według schematu) i obserwując kształt się na ekranie oscyloskopu napięcia na diodzie Zenera VD1, doprowadzić amplitudę sygnału do poziomu o około 0,1 V większego od jego napięcia stabilizacyjnego (początek pojawiania się charakterystyczny obszar na oscylogramie, patrz rys. 3). Następnie suwak rezystora trymującego R4 należy ustawić w dolną (zgodnie ze schematem) pozycję (powinna zaświecić się czerwona dioda HL3) i powoli przesuwać go w górę, aż zielona dioda HL2 zacznie migać. Następnie do wyjścia stabilizatora podłącza się żarówkę o mocy 100...200 W. Płynnie zwiększając napięcie na wyjściu LATR do 290 V, diody HL4-HL8 służą do sprawdzania wartości napięcia, przy którym przełączają się odczepy autotransformatora, a także górnej granicy napięcia wejściowego, przy którym MK wyłącza obciążenie. Wskazane jest również, jeśli to możliwe, sprawdzenie działania stabilizatora, gdy na jego wejście przez długi czas podawane jest napięcie liniowe 380 V (z sieci trójfazowej). Wartości napięć przełączających zaczepów autotransformatora można zmieniać dostosowując odpowiednie stałe na początku programu i rekompilując wynikowy tekst za pomocą kompilatora makro asemblera MPASM [2]. Pozostałe zmiany związane z algorytmem działania programu należy wprowadzać w tekście źródłowym ze szczególną ostrożnością, rozumiejąc w pełni sens tych zmian. Ewentualne wystąpienie błędów związanych z taką korekcją może prowadzić np. do jednoczesnego załączenia pary triaków z VS2-VS6 (tryb zwarciowy) lub przełączenia obciążenia przy napięciu 250 V na „+20%” dotknij itp. literatura
Autor: S.Koriakow, Szachty, obwód rostowski
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Zamiana na urządzenia do noszenia Samsung ▪ Pole siłowe do ochrony pojazdów ▪ Elastyczne telewizory LG i Samsung
▪ sekcja serwisu Uziemienie i uziemienie. Wybór artykułu ▪ artykuł Suchomliński Wasilij Aleksandrowicz. Słynne aforyzmy ▪ artykuł Dokąd trafiają monety z rzymskiej Fontanny di Trevi? Szczegółowa odpowiedź ▪ Artykuł Gordovina vulgaris. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Skrócony wibrator półfalowy na CB. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony