Основные технические характеристики

Рабочий диапазон входного напряжения , В . . . . . . . . . . . . . . . . .120�290
Диапазон выходного напряжения стабилизатора, В .. . . . . . . . . .211�229
Мощность нагрузки, кВт. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,0
Время переключения (отключения) нагрузки, мс . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Работоспособность контроллера при напряжении в сети, B . . . . .95...380

Дополнительные возможности

Стабилизатор работает по принципу ступенчатой коррекции напряжения, осуществляемой переключением отводов обмотки автотрансформатора Т2 с помощью симисторных ключей Q1�Q11 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" (нажмите на фото слева для просмотра)
Последующие 7 секунд микропроцессор анализирует напряжение сети, и если оно находится в пределах 120...290 В, в зависимости от результатов измерения открывает один из симисторов VS1...VS11, тем самым подключая один из шести отводов автотрансформатора.

Нагрузка подключается к восьмому (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 (нажмите на фото слева для просмотра).

Если напряжение ниже 120 В или выше 290 Вольт, нагрузка обесточивается. На дисплее в этот момент в верхней строке индуцируется действующее напряжение сети, а в нижней строке мигает надпись "РЕЖИМ ЗАЩИТЫ" (нажмите на фото слева для просмотра)

Как только напряжение войдет в диапазон 120...290В, 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...U11.
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 симисторах.
Это достигается за счет того, что за 1 период синусоиды микроконтроллер измеряет состояние амплитуды сетевого напряжения 100 раз!!!
Осцилограмму этого процесса можно увидеть здесь

Для правельной работы схемы НЕОБХОДИМО, чтобы аноды симисторов и провода от "внутренних вольтметров" (левые по схеме выводы  резисторов R1 и R10) были подключены к фазовому проводу.


КОНСТРУКЦИЯ И ДЕТАЛИ.

Контроллер стабилизатора собран на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. размером 100 х 60 мм и состоит из двух частей...платы контроллера и платы коммутатора со светодиодами. Файл печати можно скачать здесь.

Как вариант, светодиоды HL1�HL13 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, прикрученые к передней панели корпуса стабилизатора винтами в патай.
Номинал токоограничительного резистора R 12 необходимо подобрать так, чтобы ток протекающий через светодиоды симисторных оптронов U1.1...U11.1 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, R5, R11 проволочные многооборотные СП5-2 или СП5-3.
Постоянные резисторы R1,R6...R10 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-C20 � пленочные на напряжение не ниже 630В.
Импортные симисторные оптроны MOC3052 (U1...U11) 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...VS11  ВТА 40-600.
Все симисторы VS1...VS11 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 380 В, 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 220 В напряжение выходной обмотки должно составлять 13,5 В 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 R11 поочередно настраиваются оба внутренних вольтметра стабилизатора на показания эталонного вольтметра.

Токовую защиту нужно настраивать в самый последний момент, поэтому сначала ее нужно отключить.
Для этого вывод № 4 через сопративление 2 кОм кидаем на +5В, а вывод № 3 на землю.

ВНИМАНИЕ: Схема датчика тока в процессе доработки. (Она состоит из катушки на тороидальном феррите, операционного усилителя и нескольких резисторов и конденсаторов)

Забегая вперед скажу, что когда датчик уже будет работать, нужно будет замерить потенциал на выходе операционника при максимальной нагрузке (она может быть любой для разных вариантов схем) и резистором R5 выставить на выводе №4 такое же значение. При превышении этого значения схема будет уходить в защиту, и выходить из нее либо через 10 секунд либо 10 минут, в зависимости от положения S1.

Вывод №5 через замыкатель S1 - это включение режима задержки на 10 минут. Данный режим пригодится тем у кого в хозяйстве есть холодильник с термореле, которое часто выходит из строя при частых пропаданиях и появлениях энегрии в розетке.
Сначала вывод можно оставить висящим в воздухе, а когда уже понадобится этот режим, то выполнить все так, как на схеме.

На выводе №38 формируется управляющий сигнал для дополнительного симистора Qдоп (варианта коммутации по выходу).
Этот симистор управляется аналогично как и симисторы VS1...VS11 через оптопару, програмно включаясь в момент перехода через "0".
Поставьте ТС142-80-10...при этом нужно будет подобрать резистор
(приблизительно 200-470 Ом), стоящий в цепи управляющего вывода этого симистора...возможно 2 ватного резистора будет мало...все будет зависеть от экземпляра симистора и сколько он "попросит" тока на управление.
Если попадется экземпляр с током управления 200 мА, по резистор понадобится на 12-15 Вт!!! Такой экземпляр ставить не надо. Желательно подобрать с током управления до 100 мА.

Для успокоения души с помощью ЛАТРа можно убедиться в последовательном переключении светодиодов HL2-HL12 при пересечении порогов 120,130,141,153,166,180,195,211,229,248,268 и 290 Вольт.
На этом настройка закончена!
 

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 (№8 снизу по схеме), находилась в необходимом диапазоне выходного напряжения 211...229 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 привышении 290 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 симисторах.
Если Вас устраивавет 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 №4. Симисторные ключи стоят после автотрансформатора, подключая к нагрузке тот отвод, на котором напряжение находится в необходимых пределах 211...229 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 частичного устранения вышеперечисленных недостатков потребуется введение в схему дополнительного мощного симисторного ключа на 80 Ампер (ТС142-80-10) непосредственно перед автотрансформатором, который будет отключать первичную обмотку (отвод №4 снизу по схеме) при выходе напряжения сети за пределы 120...290 Вольт.

При этом коэффициент перенапряжения сердечника снизится до 290/220=1,3 раза.
В аналоговых вариантах это приведет к значительному усложнению схемы контроллера, поэтому предпочтительней схема коммутации "по входу".
В микроконтроллерном варианте это реализовано программно, без каких-либо изменений в схеме!!!

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 привышении этого значения начинают отгорать выводы у симисторов как нить у предохранителя, поскольку их сечение 0,6 кв.мм (0,6 х 1 мм.). Оптимально ограничить ток через симисторы на уровне 10А.

Таблица максимальных мощностей стабилизаторов при применение разных симисторов

Прошитый микроконтроллер можно заказать ЗДЕСЬ

На главную страницу

Документация на детали