Электрик - электричество и энергетика

Эта статья опубликована на сайте Электрик - электричество и энергетика
  http://electrik.org/

URL этой статьи:
  http://electrik.org/news/article64.php

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ

Статьи / Разное, не вошедшее в другие темы.
Послано electrik 07 Дек, 2003 г. - 20:55

А. ЕВСЕЕВ, г. Тула
Для стабилизации переменного напряжения сети, питающего бытовые электро- и радиоприборы, используют в основном феррорезонансные стабилизаторы. Но они, как известно, искажают форму кривой выходного напряжения и непригодны для работы без нагрузки. Кроме того, мощность промышленных феррорезонаисных стабилизаторов бытового назначения обычно не превышает 300...400 Вт, которой нередко оказывается недостаточно, например, на садовом участке.

От указанных недостатков свободен описываемый стабилизатор напряжения, выполненный нэ базе регулируемого автотрансформатора. Стабилизатор (см. схему) представляет собой систему автоматического регулирования, в которой часть выходного напряжения сравнивается с установленным образцовым напряжением. В зависимости от знака разности этих напряжений по-движный контакт автотрансформатора Т1 с помощью электродвигателя M1 перемешается так. что выходное напряжение приближается к образцовому.



Функцию автотрансформатора Т1 выполняет трансформатор АОСН-2—220-75V4. Его обмотка состоит из двух частей, по которым скользят графитовые ползунки В2 и ВЗ- Обмотка рассчитана на ток до 20 А, а максимальное напряжение, снимаемое с подвижных контактов. - 240 В. Входное (сетевое) напряжение 220 В подают на контакты-отводы А2 и A3, Пока контакты переключателя SA1 замкнуты, выходное напряжение с контактов В2 и ВЗ через резистор R1 поступает на диодный мост V01. С движка подстро-ечного резистора R2 выпрямленное и сглаженное конденсатором С1 напряжение подается на входы компараторов DAI, DA2, а на другие входы - поступает образцовое напряжение, снимаемое с параметрического стабилизатора VD2R3 и с регулируемого делителя напряжения R4R5. Выходные напряжения компараторов через светодиоды HL1, HL2 поступают на светодиоды оптронов U1 и U2. Ди-нисторы оптронов включены в диагонали диодных мостов VD4h VD5f управляющих подачей напряжения на обмотки асинхронного реверсивного электродвигателя Ml с редуктором типа РД-09 (коэффициент редукдии 60..240). Если открыт дини-Стор оптрона U1 вал двигателя вращается в одну сторону, а если динистор оптрона U2 - в другую.
Обмотки электродвигателя питаются переменным напряжением 127 В, снимаемым с выводов 4 и 10 первичной обмотки трансформатора Т2. Конденсатор С4 обеспечивает необходимый сдвиг фаз между напряжениями на обмотках электродвигателя.
Источником питания компараторов DA1 и DA2f параметрического стабилизатора VD2R3 и делителя напряжения R4R5 служит интегральный стабилизатор, выполненный на микросхеме DA3, Устройство работает следующим образом. Если выходное напряжение трансформатора Т1 соответствует норме, напряжение на движке подстроенного резистора R2 будет меньше напряжения на выводе 3 компаратора DA1, но больше напряжения на выводе 4 компаратора DA2, а выходной ток обоих компараторов равен нулю- В это время динисторы обоих оптронов закрыты, ток через обмотки электродвигателя Ml не протекает и ползунки автотрансформатора Т1 неподвижны. В случае повышения сетевого напряжения значения напряжения на контактах В2 и ВЗ трансформатора и на резисторе R2 также увеличатся. В результате напряжение на выводе 4 компаратора DA1 превысит напряжение на выводе 3, через его выходной вывод 9 потечет ток, откроется динистор оптрона U2. Состояние же компаратора DA2 при этом не изменится. Через диодный мост VD5 и обмотки электродвигателя начнет протекать ток, заставляя вращаться вал. При этом ползунки обмоток трансформатора Т1 начнут перемещаться по виткам в направлении уменьшения выходного напряжения. Через некоторое время напряжение достигнет нормы, компаратор DA1 переключится в исходное состояние и электродвигатель остановится.
При понижении сетевого напряжения в активном состоянии окажутся компаратор DA2 и оптрон U1. Теперь электродвигатель будет перемещать ползунки В2 и 83 в направлении увеличения выходного напряжения. Таким образом оно будет поддерживаться на заданном уровне. Диапазон возможных значений выходного напряжения (т. е. точность стабилизации) определяется разницей в уровнях напряжения на выводе 3 компаратора DA1 и выводе 4 компаратора DA2, которую устанавливают подстроенным резистором R4.
Конденсатор С1 не только сглаживает пульсаиии выпрямленного напряжения, но и фильтрует помехи, возникающие при кратковременных изменениях сетевого напряжения. Если продолжительность помехи не превышает 1,5...2 с, устройство на нее не реагирует. Резистор R6 ограничивает ток через динисторы оптронов.
Переключатель SA1 и кнопки SB1, SB2 - это элементы ручного управления двигателем, когда электронный узел устройства отключен, a SF1 и SF2 - контакты конечных выключателей. Когда ползунки В2 и ВЗ трансформатора Т1 оказываются в крайних положениях (верхнем или нижнем), контакты конечных выключателей размыкаются и отключают двигатель, исключая повреждение механических частей стабилизатора. Такое может случиться, например, при значительном снижении сетевого напряжения, если перемещение ползунков уже не приведет к установлению на выходе номинального значения напряжения.
Саетодиоды HL1, HL2 позволяют визуально контролировать направление вращения вала электродвигателя.
Компараторы К554СА1 (DA1, DA2) могут быть заменены на К521САЗ, К521СА5 или одну микросхему К521СА6 (в ее корпусе два компаратора). Оптроны U1 и U2 -любые из серии AOУ103 (кроме AOУ103A). а также AOУ115 с буквенными индексами Б, В. Диодные мосты КЦ407А (VD1, VD3-VD5) заменимы на КЦ402, КЦ405 с буквенными индексами А, Б, В, Ж, И. Стабилитрон VD2 должен быть с возможно малым значением температурного коэффициента напряжения, например серии Д818. Но если к температурной стабильности регулируемого напряжения высокие требования не предъявляются, допустимо использовать стабилитроны КС168А, КС175А, КС191А. Д814А (Б,В) или другие с напряжением стабилизации 6... 10 В. Конденсаторы С1 и С2 - оксидные К50-16, K50-6 или К50-29; СЗ - КМ-6. К10-17; С4 - К73-17. Все постоянные резисторы -MЛT. С2-23, С1-12; подстроечные R2 и R4 - СП5-2, СПЗ-19, СПЗ-38. Конечные выключатели SF1, SF2 И КНОПКИ SB1, SB2 -КМ-1, КМ2-1, переключатели SA1, SA2 -тумблер Т3. П2Т-1-1 или МТЗ.
Трансформатор Т2 - унифицированный ТПП238 - 127/220-50 или любой другой мощностью не менее 10 Вт, имеющий отвод в первичной обмотке на напряжение 127 В. Вторичная обмотка должна быть рассчитана на напряжение 18...22 В и тол нагрузки не менее 100 мА. Для преобразования вращательного движения вала электродвигателя в поступательное движение ползунков трансформатора Т1 использована винтовая пара с резьбой М12х1,75, С ее винтом вал двигателя соединен через переходную втулку. При частоте врашения вала 15 об/мин выходное напряжение стабилизатора изменяется со скоростью около 0,5 В/с. Настройка устройства заключается в установке подстроенным резистором R2 значения выходного напряжения и резистором R4 - точности его регулирования. Б описываемом экземпляре стабилизатора при выходном напряжении 220 В точность регулирования составляла ±3%. Теоретически стабилизатор способен обеспечить точность регулирования в пределах десятых долей процента - для этого надо лишь увеличить емкость конденсатора С1. Но тогда он будет реагировать и на незначительные колебания сетевого напряжения, например, при подключении и отключении электроприборов, может привести к преждевременному износу механических подвижных частей устройства. При отклонении напряжения на нагрузке от нормы вал электродвигателя должен вращаться в направлении, обеспечивающем стабилизацию этого напряжения. А если вал вращается не в ту сторону, тогда следует поменять местами включение выводов 2 и 4 обмоток двигателя.
Работоспособность стабилизатора проверена при питании электроприборов на дачном участке в условиях значительных колебаний сетевого напряжения. Когда максимальная мощность нагрузки составляла 4,4 кВт. минимальное входное напряжение, при котором стабилизатор еще выполнял свою функцию, снижалось до 180 В. При дальнейшем понижении напряжения сети срабатывал конечный выключатель и режим стабилизации прекращался, поскольку ползунки обмоток авто-трансформатора находились в крайнем нижнем по схеме положении. Чтобы избежать такой ситуации, можно рекомендовать поменять местами подключение выводов А2, A3 и В2, ВЗ обмоток трансформатора. При этом сетевое напряжение будет подаваться непосредственно на скользящие контакты В2 и ВЗ, а нагрузка подключена к выводам обмоток А2 и A3, Режим стабилизации сохранится при понижении напряжения сети даже до 50...60 В. Однако ток через отводы В2, ВЗ не будет превышать 20 А, поэтому максимальный выходной ток должен быть во столько раз меньше этого значения, во сколько выходное напряжение больше входного. Это следует из условия равенства мощностей входной и выходной цепей.
Но такой способ включения частей обмотки трансформатора имеет недостаток; при резком повышении входного напряжения к электросети через ползунки В2, ВЗ окажется подключенным несоразмерно малое число витков обмотки трансформатора, поэтому система автоматического регулирования отрабатывает входное воздействие, на нагрузке будет действовать недопустимо высокое напряжение. Для частичного устранения этого недостатка ограничивают перемещение ползунков автотрансформатора установкой конечного выключателя, который бы срабатывал при снижении входного напряжения до 150,..160 Б, и дальнейшее перемещение ползунков в сторону уменьшения числа витков обмоток, подключаемых к сети, прекращалось.
Устройство пригодно для стабилизации выходного напряжения от нескольких десятков до 220 В. Для обеспечения выходного напряжения меньше 70...80 В первичную обмотку трансформатора Т2 следует питать непосредственно от сети 220 В и, кроме того, уменьшить сопротивление резистора R1 до 47...56 кОм. Для выходного напряжения менее 10 В стабилитрон VD2 придется заменить на другой, напряжение стабилизации которого должно быть на 1...2 В меньше, чем стабилизируемое. Детали электронной части устройства монтируют на плате соответствующих размеров, а автотрансформатор прикрепляют к жесткому основанию через войлочную или резиновую прокладку, обладающую хорошими звукопоглощающими свойствами.

С вопросами можете обращаться по почте info@electrik.org [1] или посетив мой сайт: electrik.org [2].
Всего хорошего.

2003 г. Кузнецов Олег



Ссылки в этой статье
  [1] info@electrik.org
  [2] http://electrik.org

   Rambler's Top100      
Электрик © 2002-2008 Oleg Kuznetsov