Стабилизатор с микроконтроллерным управлением

Источники питания
Основные технические характеристики:
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.

Конструкция и детали.

Контроллер стабилизатора собран на печатной плате 10x12 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

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"

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.

Для справки:

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.

Прошитый микроконтроллер можно заказать ЗДЕСЬ.






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.