Russian Hamradio - Схема стабилизатора с контроллером на цифровых микросхемах, мощностью до 3 кВт для активно-индуктивной нагрузки с рабочим диапазоном 120-307В (7 ступеней) и выходной точностью 205-235В.
Схема стабилизатора с контроллером на цифровых микросхемах, мощностью до 3 кВт для активно-индуктивной нагрузки с рабочим диапазоном 120-307В (7 ступеней) и выходной точностью 205-235В.
Работоспособность контроллера при напряжении в сети, B . . . .95...380
Стабилизатор работает по принципу ступенчатой коррекции напряжения, осуществляемой переключением отводов обмотки автотрансформатора Т2 с помощью симисторных ключей VS1—VS7 под управлением контроллера, следящего за уровнем напряжения в сети.
Стабилизатор состоит из следующих узлов:
Блок питания (БП): трансформатор Т1 (обмотка II), диодный мост VD1, конденсаторы С1,С3, микросхема стабилизации питания +5 вольт DA1.
Блок компараторов (БК), сравнивающий опорное напряжение, созданное делителем на R3-R11, с выпрямленным и пропорционально уменьшенным сетевым напряжением на Т1 (обмотка III), диодный мост VD2, С3, делителе R1, R2 и состоящий из микросхем DA2, DA3, резисторов обратной связи R20-R27 и ограничивающих резисторов R12-R19.
Блок контроля и синхронизации (БКС) на VD3, VT8-VT11 и резисторов R29-R37 (описан в [1])
Узел задержки 3 секунды при первом включении на VT12-VT14, R38-R43, С7.
Блок записи информации (БЗИ) на DD1 КР1533ИР27
Блок шифрации (БШ) на DD4 КР1564ЛП5.
Блок дешифрации и управления (БДУ) на DD5 КР1564ИД3.
Блок логического сравнения (БЛС) на DD2, DD3 (КР1564ЛП5) и VD4-VD11.
Силовой блок на T2, Т3, VS1-VS7, VT1-VT7, U1-U7, R44-R64, C8-C14
Узел индикации на HL1-HL9.
В силовом узле применен метод непосредственного управления симисторами постоянным током. Такой метод не создает помех и искажений в форме сетевой синусоиды, которые могут иметь место, при использовании оптосимисторной развязки.
Силовой автотрансформатор Т2 подключен по , что позволяет использовать низковольтные симисторы и экономить на меди и габаритах сердечника. Принципиальную можно посмотреть здесь.
Алгоритм работы контроллера:
1) Первое включение
В первый момент все симисторы закрыты, поэтому на выходе блока контроля и синхронизации (коллекторе VT11) присутствуют импульсы синхронизации, совпадающие по фазе с напряжением.
В течении 3 секунд, пока заряжается С7, на вывод Е1 дешифратора DD5 с коллектора VT12 подается логическая "1", поэтому дешифрирование запрещено и все светодиоды HL1-HL8 погашены. В это же время на выходах компараторов DA1-DA2 заканчиваются все переходные процессы и устанавливаются состояния в соответствии с напряжением в сети. Далее по фронту импульса синхронизации от датчика управления происходит запись в ячейки регистров DD1.
Блок логического сравнения на DD2-DD3 проверяет, что бы состояние входов и выходов регистров DD1 было одинаковое и подает на вход Е0 дешифратора DD5 логический "0", но дешифрирование пока запрещено, т.к. на входе Е1 логическая "1".
По истечении 3 секунд С7 заряжается и VT12 открывается, подавая на вход Е1 дешифратора DD5 логический “0”, тем самым разрешая дешифрирование и как следствие включение одного из симисторов VS1-VS7.
При открытии одного из симисторов импульсы синхронизации с выхода блока контроля и синхронизации (коллектор VT11) пропадают и на выводе 11 DD1 стабильный логический "0", запрещает любые изменения состояния регистров DD1.
2) Рабочий режим
Когда напряжение сети переходит в другой из семи диапазонов отслеживания - меняется состояние одного из компараторов.
На входы одного из восьми блоков логического сравнения на DD2-DD3 поступают разные логические уровни и на его выходе появляется логическая "1", которая поступая на Е0 (выв.18) DD5 запрещает дешифрирование и открытый до этого симистор закрывается.
Сразу на выходе блока контроля и синхронизации (коллектор VT11) появляются импульсы синхронизации и по фронту первого импульса в момент перехода через ноль происходит запись нового состояния в регистры DD1. Блок логического сравнения на DD2-DD3 проверяет, что бы состояние входов и выходов регистров DD1 было одинаковое и подает на вход Е0 дешифратора DD5 логический "0", разрешая дешифрирование и подавая управляющий сигнал на другой симистор.
Если напряжение ниже 120В или выше 307 Вольт, нагрузка обесточивается. В случае пропадания напряжения сети и последующего появления, контроллер автоматически подключает нагрузку через 3 секунды.
Если после перехода сетевого напряжения на другой пороговый интервал от датчика контроля и синхронизации (с коллектора VT 12) не приходят импульсы разрешения и синхронизации, что свидетельствует либо о выходе из строя датчика, либо пробое одного из симисторов, то схема уходит в "режим аварии" и обесточивается автотрансформатор и соответственно нагрузка.
Таким образом осуществляется контроль за состоянием симисторов, исключающий одновременное включение ступеней и межобмоточных замыканий автотрансформатора.
Конструкция и детали:
В качестве DD1 могут быть использованы ИР23 и ИР27 из серий КР1533 и КР1564, а также их импортные аналоги 74HC377, 74HC374, 74ALS377, 74ALS374.
В качестве DD2-DD4 могут быть использованы ЛП5 из серий КР1533 и КР1564, а также их импортные аналоги 74HC86, 74ALS86.
В качестве DD5 могут быть использованы ИД3 из серий КР1533 и КР1564, а также их импортные аналоги 74HC154, 74ALS154.
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 патай. В качестве HL9 используется автомобильная лампа накаливания на 12В не более 1Вт.
Номинал токоограничительного резистора R 28 необходимо подобрать так, чтобы ток протекающий через светодиоды оптотранзисторов U1.1...U7.1 был в пределах 9...10мА.
Подстроечный резисторы R2 проволочный многооборотный СП5-2 или СП5-3.
Постоянные резисторы R3...R27 желательно использовать типа С2-23 (металлодиэлектрические) c мощностью рассеивания не менее той, что указана в схеме. От этого зависит температурная стабильность контроллера. Остальные - могут быть любого типа.
Конденсаторы C1-C3,С7 могут быть любыми, с емкостью, указанной на схеме, и напряжением не ниже для них указанных. Конденсаторы C4-С6 — любые пленочные или керамические. Конденсаторы C8-C14 — пленочные на напряжение не ниже 630В.
Транзисторные оптроны РС817 (U1...U7) служат для гальванической развязки логического контроллера от силовой части стабилизатора. Мощные симисторы VS1...VS7 BTA40-600 устанавливаются на один теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности не менее 1200 кв.см. без изоляторов, желательно с использованием термопасты для обеспечения надежного теплоотвода.
Микросхему стабилизатора (DA1) L7805CV необходимо установить на отдельный теплоотвод не менее 100 см2.
Трансформатор T1 самодельный, рассчитанный на габаритную мощность 10 Вт, имеющий площадь сечения магнитопровода 5,5 см2. Его сетевая обмотка I, рассчитана на максимальное аварийное напряжение сети 380В, содержит 8669 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,1 мм. Обмотки II содержит 650 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,25 мм, обмотка III содержит 200 витков провода диаметром 0,1 мм. При номинальном напряжении сети 220В напряжение выходной обмотоки II должно составлять 15 Вольт при токе в нагрузке 400 мА, а обмотки III - 5 Вольт при токе 50 мА. Вместо самодельного трансформатора Т1 можно применить два трансформатора ТП114-к25 (2х15в), соединенных последовательно по способу, описанному в [2] как показано на рис.2.
Рис.2 (Способ подключения Т1)
Автотрансформатор T2 на 3 кВт, также самодельный, намотанный на тороидальном ленточном сердечнике габаритной мощностью 2 кВт. Общее число витков автотрансформатора, состоящего из частей, составляет 386 витков.
Первая часть обмотки 0-1 мотается проводом (шиной) сечением 4 кв.мм. Части обмоток 1-2, 2-3, 3-4, 4-5 мотаются шиной сечением 12,5 кв.мм. Часть обмотки 5-6, 6-7 мотаются проводом сечением 7 кв.мм. Такое сечение необходимо, для того чтобы автотрансформатор не грелся в процессе длительной эксплуатации.
Части обмоток имеют соответственно 172, 25, 28, 33, 37, 42, и 49 витков, начиная снизу по схеме. Напряжение на нагрузку снимается с точки соединения частей обмоток 4-5 и 5-6.
При изготовлении автотрансформатора при неизвестном значении магнитной проницаемости Вмах сердечника, для того, что бы не ошибиться в выборе отношения витков на вольт, необходимо провести
Трансформатор Т3 типа ТПК (ТПГ)-2 с одной вторичной обмоткой на 12 вольт - служит для индикации наличия выходного напряжения. Также его первичная обмотка (подключенная к выходу автотрансформатора Т2) работает как дроссель в моменты переключения со ступени на ступень, сглаживая броски самоиндукции автотрансформатора Т2.
Внимание:Для правильной работы схемы НЕОБХОДИМО, в точности соблюсти все межсхемные подключения. В частности выводы А1 всех симисторов объединяют общей шиной и подключаются к общему проводнику схемы контроллера.
Настройка:
После сборки платы контроллера в первую очередь необходимо проверить работоспособность блока питания во всем рабочем диапазоне стабилизатора. Для этого необходимо нагрузить микросхему стабилизатора DA1 сопротивлением 24 Ом на 2 Вт и меняя ЛАТРом входное напряжение на Т1 с 220 до 110 Вольт убедиться в наличии стабильного напряжения +5В на выходе DA1. Если напряжение просаживается, то необходимо заменить трансформатор Т1 на более сильноточный. Блок питания во всем рабочем диапазоне должен надежно выдавать 200 мА.
Настройка сводится к следующему:
К сети подключается эталонный вольтметр (цифровой тестер). Схема контроллера без силовой части и автотрансформатора включается в сеть.
При помощи ЛАТРа выставляется 235 вольт на входе Т1 и подстроечным резистором R2 добиваются напряжения 2,4 вольта на движке. От этой настройки зависит точность переключния стабилизатора со ступени на ступень по заданным порогам.
По завершению с помощью ЛАТРа можно убедиться в последовательном переключении светодиодов HL1-HL8 при пересечении порогов 120, 137, 157, 179, 205, 235, 268, 307 вольт.
Для надежной работы датчика управления нужно подобрать VT8, VT10,VT11 c коэффициентом усиления по току h21э > 100 (можно заменить на КТ3102, КТ342 или импортные аналоги...к примеру 2SC1815GR) и желательно проверить его работу на осциллографе, подсоединив к автотрансформатору согласно схемы без симисторов.
Когда не на один отвод не подано напряжение сети (имитация режима, когда все симисторы закрыты) на выходе датчика должны присутствовать импульсы, совпадающие по фазе с напряжением и амплитудой близкой к напряжению питания.
Если подать на какой-либо из отводов напряжение сети, то на выходе датчика должен быть логический ноль (около нуля). У меня уровень нуля был 0,05В.
Если будет больше 0,2 В, то нужно будет подобрать VT11 с маленьким напряжением насыщения, что бы на переходе КЭ падал как можно меньший потенциал.
После окончания вышеуказанных процедур можно подключать автотрансформатор к силовым симисторам.
