Микропроцессорное управление для стабилизаторов напряжения

Управление стабилизатором напряжения

На сегодня оптимальным решением в сфере создания систем управления для оборудования стабилизации напряжения является использование микропроцессоров. Среди его преимуществ специалисты выделяют такие факторы как

  • доступную цену;
  • компактные размеры;
  • большие возможности для интеграции;
  • высокую точность;
  • стабильность в работе ключевых компонентов системы;
  • простоту исполнения;
  • широкий выбор доступных опций для индивидуальной настройки в соответствии с особенностями применения.

Управление стабилизатором напряжения как составляющая функциональной схемы устройства

Система микропроцессорного управления включает в себя несколько каналов:

  • передачи управляющих сигналов (основной);
  • организации защиты устройства по току, напряжению;
  • обратной связи;
  • драйвера.

Принцип управления стабилизатором заключается в следующем. Для работы основного канала используется сумматор, компаратор, а также генераторы ГЛИН и ЗГ, которые формируют линейно изменяющееся напряжение и задают сигнал. В ходе работы выработка импульсов производится на частоте преобразования. При этом канал ООС (отрицательной обратной связи) функционирует в комплексе с основным. Генерируемые ими импульсы подаются на силовой транзистор устройства. Результатом такой работы становится реализация широтно-импульсной модуляции.

Весь комплекс сигналов поступает в основной канал (от ШИМ, компаратора и защитных каналов напряжения и тока). При этом последние будут подаваться только в том случае, когда сетевые параметры будут превышать указанное в настройках значение на заданный техническими условиями процент. Для усиления сигнала, полученного в сумматоре, используется драйвер.

Особенности использования ШИМ-микроконтроллеров (AVR), АЦП, ИОН при управлении стабилизаторами напряжения микроконтроллерного типа

В современной цифровой технике ШИМ-модуляция получила достаточно широкое применение. Микроконтроллеры AVR изначально имеют возможность генерации сигналов. Ключевой особенностью использования именно этого устройства становится регулировка постоянной составляющей для выходных сигналов при использовании логических элементов системы.

Управление стабилизатором напряжения выполняется также с использованием аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Основными характеристиками устройства становится его

  • точность – абсолютная величина, характеризующая отклонение реальной величины от идеальных показателей;
  • разрешающая способность, позволяющая отличать несколько полученных значений входного сигнала;
  • частота дискредитации – параметр характеризующий быстродействие устройства (определяется исходя из количества выборок, выполняемых за секунду);
  • диапазон входного напряжения (его максимум и минимум).

Принцип его работы заключается в подаче на вход аналогового сигнала, получая на выходе цифровой.

ИОН – источник опорного напряжения в данном случае становится эталонным элементом, который позволяет оценить входной сигнал в сравнении с его данными. Именно от этого элемента системы полностью зависит точность стабилизации напряжения конкретным прибором. Для повышения точности полученного выходного сигнала при проектировании оборудования принимаются дополнительные меры по фильтрации уровня шумов для опорного напряжения, которые позволяют подавить их высокочастотные составляющие.

При управлении стабилизатором напряжения с использованием прецизионного ИОН используются подключенные к выводам микросхемы внешние конденсаторы, в остальных случаях на выходе устанавливается фильтр нижних частот (активный или пассивный). В зависимости от технологии производства последние могут быть подключены непосредственно к выходу опорного напряжения или через буферный малошумящий усилитель.

Читайте также:  По графику определите амплитуду напряжения период частоту циклическую частоту

Преимущества микропроцессорного управления стабилизатором напряжения

  • Стабилизация параметров сети с высокой точностью.
  • Возможность работы стабилизатора напряжения по заданной пользователем индивидуальной программе, которая допускает внесение в неё определённых изменений в процессе эксплуатации.
  • Высокая скорость реакции.
  • Широкий диапазон рабочих напряжений.
  • Компактные габариты приборов за счёт отсутствия механических составляющих.
  • Бесшумность.
  • Длительный срок эксплуатации (в среднем 10-15 лет).

К тому же микропроцессорная система управления делает стабилизатор универсальным, позволяя использовать его не только в быту, но и в любых других сферах применения в широком диапазоне температур (от -40 ˚С).

Источник

Микропроцессорное управление для стабилизаторов напряжения

« Декабрь 2021 »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30 31

Входное напряжение стабилизатора, В — 120 . 270
Выходное напряжение стабилизатора, В — 205 . 235
Мощность нагрузки, кВт — 3,0
Время переключения (отключения) нагрузки, мс — 10
Работоспособность контроллера при напряжении в сети, В — 95 . 380

Стабилизатор работает по принципу ступенчатой коррекции напряжения, осуществляемой переключением отводов обмотки автотрансформатора Т2 с помощью симисторных ключей Q1—Q6 под управлением микроконтроллера (МК), 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. 270В, 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 QF1, 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 120В или выше 270Вольт, 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. Гальваническая развязка симисторов с МК осуществляется оптопарами U1. U6. В процессе регулирования открывающий импульс снимается с включенного симистора и подается на другой симистор в момент перехода синусоиды через «0», исключающая тем самым “токовые удары” в обмотках и семисторах. Это достигается за счет того, что за 1 период синусоиды микроконтроллер измеряет состояние амплитуды сетевого напряжения 100 раз. Осциллограмму этого процесса можно увидеть здесь .

Внимание: Для правильной работы схемы НЕОБХОДИМО, чтобы аноды симисторов и провода от «внутренних вольтметров» (левые по схеме выводы резисторов R1 и R9) были подключены к фазовому проводу.

Читайте также:  Однофазный понижающий автотрансформатор номинальной мощностью при номинальном первичном напряжении

Контроллер стабилизатора собран на печатной плате 10×12 см из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Файл печати устройства Pechat_AVR_120_270_6st.lay.(79,0 kb), который можно скачать здесь . Он выполнен с помощью программы Sprint Layout 4.0, которая позволяет выводить рисунок на печать в зеркальном отображении и очень удобна для изготовления печатных плат при помощи лазерного принтера и утюга. Также разработан вариант печати с двумя трансформаторами ТПГ 2-12 на плате, который можно скачать здесь. Если у Вас нет программы Sprint Layout 4.0, то ее можно скачать здесь .

Как вариант, светодиоды HL1 — HL8 можно смонтировать со стороны печатных проводников, чтобы при установке печатной платы в корпус они вставлялись в отверстия диаметром 5 мм, 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 22 необходимо подобрать так, чтобы ток протекающий через светодиоды симисторных оптронов U1.1. U6.1 был в пределах 8. 10мА.

В диодном мосте VD1-VD4 применены диоды Шотке 11DQ10, в связи с малым на них падением напряжения. Подстроечные резисторы R2, R10 проволочные многооборотные СП5-2 или СП5-3. Постоянные резисторы R1,R5. R9 желательно использовать типа С2-23 (металлодиэлектрические) c мощностью рассеивания не менее той, что указана в схеме. Остальные — могут быть любого типа.

Электролитические конденсаторы C1,C2,С4,С5,С8,С9 могут быть любыми, с емкостью, указанной на схеме, и напряжением не ниже для них указанных. Конденсаторы C3,С6,C7 — любые пленочные или керамические. Конденсаторы C10-C15 — пленочные на напряжение не ниже 630В.

Импортные симисторные оптроны MOC3052 (U1. U6) выбраны потому, что они не содержат встроенные контроллеры перехода напряжения через ноль. В контроллерах нет необходимости, т.к. синхронизация выключения одного мощного симистора и включения другого осуществляется программно. Мощные симисторы VS1. VS6 ВТА 40-600.

Все симисторы VS1. VS6 устанавливаются на один теплоотвод, с площадью охлаждающей поверхности не менее 800 см2, желательно с использованием термопасты для обеспечения надежного теплоотвода. Микросхему стабилизатора (DA1) КР1158ЕН5А (Б) необходимо установить на теплоотвод не менее 80 см2.

Трансформатор T1 самодельный, рассчитанный на габаритную мощность 8 Вт, имеющий площадь сечения магнитопровода 2,3 см2. Его сетевая обмотка I, рассчитана на максимальное аварийное напряжение сети 380В, содержит 8669 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,1 мм. Обмотка II содержат 585 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,25 мм. При номинальном напряжении сети 220В напряжение выходной обмотки должно составлять 13,5В при токе в нагрузке 250мА.

Настройка сводится к следующему:

К сети подключается эталонный вольтметр (цифровой тестер). Схема контроллера также включается в сеть. Подстроечными резисторами R2 и R10 поочередно настраиваются оба внутренних вольтметра стабилизатора на показания эталонного вольтметра. Для успокоения души с помощью ЛАТРа можно убедиться в последовательном переключении светодиодов HL2 — HL7 при пересечении порогов 120, 137, 157, 179, 205, 235 и 270 Вольт. ВСЕ!

По способу коммутации отводов автотрансформатора Т2 различают:

1. Коммутация отводов «по входу»

Читайте также:  Схема индикатора напряжения an6884

Симисторные ключи стоят до автотрансформатора, коммутируя отводы так, что бы нагрузка, всегда снимаемая с одного отвода (№5 снизу по схеме), находилась в необходимом диапазоне выходного напряжения 205. 235 Вольт.

Достоинства:
При намотке автотрансформатора не нужно учитывать коэффициент перенапряжения до 380 Вольт (380/220 = 1,7), что сказывается и на габаритах сердечника, и количестве меди, необходимой для намотки. Также возможно применение низковольтных симисторов ВТА40 — 600, так как симисторы при превышении 270 Вольт просто отключат автотрансформатор от сети.

Недостатки:
Ток протекающий через симисторы и первичную обмотку автотрансформатора ограничен на уровне 25 Ампер, и как следствие ток выходной обмотки равен 14,5 Ампер.

Выводы:
Вариант коммутации «по входу» позволяет снять с симистора ВТА40-600 3 кВт полезной мощности. На лицо экономия на меди, сердечнике и семисторах. Если Вас устраивает мощность стабилизатора 3 кВт, то эта схема для Вас. По моей оценке в ней больше достоинств, чем недостатков!

2. Коммутация отводов «по выходу»

Сетевое напряжение подключается к отводу №2. Симисторные ключи стоят после автотрансформатора, подключая к нагрузке тот отвод, на котором напряжение находится в необходимых пределах 205. 235 Вольт.

Достоинства:
Данный вариант подключения позволяет «снять» с симистора ВТА 40-600 5,5 кВт полезной мощности, что почти в 2 раза больше варианта коммутации «по входу».

Недостатки:
Недостатком является необходимость применения симисторов, рассчитанных на рабочее напряжение не менее 800 Вольт (в трех верхних по схеме отводах автотрансформатора ВТА40-800), и в 1,7 раза увеличенное число витков обмотки автотрансформатора.

Выводы:
Для устранения вышеперечисленных недостатков потребуется введение в схему дополнительного мощного симисторного ключа на 80 Ампер (ТС142-80-8) непосредственно перед автотрансформатором, который будет отключать первичную обмотку (отвод №2 снизу по схеме) при выходе напряжения сети за пределы 120. 270 Вольт. В аналоговых вариантах это приведет к значительному усложнению схемы контроллера, поэтому предпочтительней схема коммутации «по входу». В микроконтроллерном варианте это можно реализовать, дописав в программе микроконтроллера несколько строк.

Возможно применение дешевых симисторов ВТА41

В варианте коммутации «по входу» максимальная мощность в нагрузке составит 1,2 кВт. Все симисторы могут быть ВТА41-600. На выходе автотрансформатора (перед нагрузкой) необходимо поставить автомат QF2 на 6А, а в качестве QF1 применить автомат на 10А.

В варианте коммутации «по выходу» максимальная мощность в нагрузке составит 2,2 кВт. В трех верхних по схеме отводах нужно использовать симисторы ВТА41-800. Это необходимо, т.к. напряжения в этих отводах при аварийном напряжении в сети 380 Вольт превысит, либо будет близко к 600 Вольтам. Остальные (нижние) могут быть ВТА41-600. На выходе автотрансформатора (перед нагрузкой) необходимо поставить автомат QF2 на 10А, а в качестве QF1 применить автомат на 20А.

Испытано, что через симистор ВТА41 может протекать максимальный ток 13А. При превышении этого значения начинают отгорать выводы у симисторов как нить у предохранителя, поскольку их сечение 0,6 кв. мм (0,6х1 мм.). Оптимально ограничить ток через симисторы на уровне 10А.

Источник

Оцените статью
Adblock
detector