マイクロコントローラ制御を備えた主電源電圧安定器

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マイクロコントローラー制御を備えた主電源電圧安定化装置。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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残念ながら、わが国の多くの地域で、長期にわたって主電源電圧が公称値の 10 V から 220% 以上逸脱することが一般的になりました。

ネットワーク内の電圧が増加（最大240 ... 250 V）すると、照明装置の耐用年数が大幅に短縮され、変圧器電源と冷蔵庫のコンプレッサーのモーターの加熱が増加します。

主電源電圧を 160 ... 170 V 未満に下げると、スイッチング電源の主要なトランジスタの負荷が大幅に増加し (過熱とその後の熱破壊につながる可能性があります)、冷蔵庫のコンプレッサーのモーターのジャミングも発生します。過熱し、出力が使用できなくなります。

消費者の接続点から 380 線式ネットワークへの変電所への領域で中性線が断線した場合、三相ネットワークによって電力を供給される単相消費者の場合、さらに大きな電圧変動が発生します。この場合、位相の不均衡により、コンセントの電圧は数十ボルトから線形XNUMX Vまで変化する可能性があり、コンセントに接続されているほとんどすべての複雑な家電製品に必然的に損傷を与えます。提案された安定器は、ネットワーク内の極端な電圧変動に関連するトラブルを回避するのに役立ちます。

家庭の状態で主電源電圧を安定させるために、鉄共振安定剤が主に使用されます。それらの欠点には、出力電圧の正弦波形式の歪み（たとえば、冷蔵庫をそのような安定器に接続することは禁止されています）、重量とサイズの重要な指標を備えた家庭用安定器の限られた電力（300 ... 400 W）が含まれます。無負荷で動作できないこと、ネットワーク内の高電圧での狭い安定化範囲の障害。

補償電圧安定器にはこれらの欠点がありません。そのブロック図を図1に示します。 XNUMX。

マイクロコントローラ制御を備えた主電源電圧安定器

これは、ネットワーク内の電圧レベルを監視するマイクロコントローラー (MK) の制御下で、トライアックスイッチ Q1-Q2 を使用して単巻変圧器 T6 の巻線のタップを切り替えることによって実行される、段階的な電圧補正の原理に基づいて動作します。

主電源電圧の振幅を推定するためにスタビライザーで使用される方法は、実装が非常に簡単で、このアプリケーションに十分な測定精度を提供します。ただし、デバイスの使用の可能性に多くの制限が課せられます。まず第一に、電源電圧の周波数は一定 (50 Hz) でなければなりません。この条件は、たとえば、自律型ディーゼル発電機から電力が供給されている場合に違反する可能性があります。さらに、主電源電圧波形の非線形歪みが増加すると、測定精度が低下します。これは、負荷の顕著な誘導性を備えた、密接に配置された強力な消費者の動作中に発生します。

デバイスの概略図を図2に示します。 XNUMX。

（クリックして拡大）

メモリに記録されたプログラムに従って、MK DD1 は各周期 (20 ms) で主電源電圧を測定します。分圧器 R1R2 から、ツェナーダイオード VD1 を通過する主電源電圧の負の半波が、ツェナーダイオードの安定化電圧 (この場合は 10 V) によって決まる振幅でパルスを形成します。

受信信号の振幅を TTL レベルに低減する分周器 R3R4 (図 3) から、これらのパルスは入力用に設定されたポート A のライン 0 に送られます。トリマ抵抗 R4 を使用すると、MK 入力の下位信号レベルはログレベルより 0,2 ～ 0,3 V 低く設定されます。 0. 室温および安定した電源電圧における、ログの状態からの CMOS マイクロ回路のデジタル入力の遷移の電圧レベル。 1 はログの状態です。 0 (およびある程度のヒステリシスを伴って 0 から 1 に戻りますが、この場合は値が一定であるため無視できます) は、ほぼ一定のままです。

マイクロコントローラ制御を備えた主電源電圧安定器

図からわかるように。図 3 に示すように、主電源電圧が 145 V から 275 V に変化するとき、パルスの持続時間は対数に対応します。 0、約 0,5 ～ 6 ミリ秒の範囲で変化します。これらのパルスの持続時間を測定することにより、MC プログラムは現在の期間の主電源電圧のレベルを計算します。（R4.1は、図によると、エンジンへの出力の下からの抵抗器R4の一部の抵抗です）。

スタビライザーをオンにした後、電源電圧は 5 秒間制御されます。 145 ... 275 V の範囲内にある場合は、緑色の LED HL2 "Normal" が点滅し、それ以外の場合は、LED HL3 "Low" または HL1 "High" が点灯します (電源電圧の値に応じて)。この状態では、スタビライザーはネットワークの電圧が指定された制限に入るまで続きます。

5 秒後、ネットワーク内の電圧が許容範囲内に留まる場合、MK はトライアック VS1 を開くコマンドを発行し、単巻変圧器 T1 がネットワークに接続されます。その後、MK はさらに 0,5 秒間主電源電圧の制御測定を行い、測定結果に応じてトライアック VS2 ～ VS6 の 1 つを開き、単巻変圧器の 6 つのタップの XNUMX つに負荷を接続します。 MK を使用したトライアックのガルバニック絶縁は、サイリスタフォトカプラ UXNUMX ～ UXNUMX によって実行されます。

調整の過程で、主電源電圧の正弦波の半サイクルの終わりに、スイッチがオンになったトライアックから開放パルスが除去されます。その後、MK プログラムは 4 ms 停止し、別のトライアックに開放パルスを送信します。スイッチングトライアック間の遅延時間は、プログラムの先頭 (定数記述ブロック内) で対応する遅延時間の値を変更することで長くできます (プログラムのソースコードのコメントを参照)。力率が 10 ～ 15 未満の誘導負荷がスタビライザーに接続されている場合は、この時間を 0,7 ～ 0,8 ms に増やす必要があります。

電源電圧が許容範囲を超えた場合、単巻変圧器と負荷がトライアック VS1 によってオフになります。 LED HL1 ～ HL8 は、スタビライザーの状態とネットワークの電圧レベルを示します。

電源電圧 U の値に応じて、単巻変圧器の追加巻線の出力は次の順序で切り替えられます。

U < 145 V - 負荷がオフで、赤色の LED HL3 がオン (「低」) です。
145< U < 165 V - 負荷は端子 7 に接続されます (以下、簡潔にするため、負荷が接続されている端子の番号のみを示します)。赤色 LED HL8 (「+ 20%」) が点灯します。 HL3 が点滅 (「低」)。
165 <U <190 V-出力7、HL8がオン（ "+ 20％"）;
190 < U < 205 V - 端子 8 および 8'、黄色の LED HL7 がオン (「+ 10%」);
205 < U < 235 V - 出力 1、緑色の LED HL6 がオン (「0%」)。
235 <U <245V-ピン6および6'、黄色のLED HL5がオン（ "-7,5％"）;
245 < U < 265 V - 出力 5'、赤色 LED HL4 がオン (「-15%」);
265 < U < 275 V - 出力 5'、赤色 LED HL4 がオン (「-15%」)、HL1 が点滅 (「High」)。
U> 275 V-負荷がネットワークから切断され、赤いLED HL1（「高」）が点灯します。

主電源電圧が単巻変圧器のタップを切り替える閾値に達した場合にトライアックの誤ったスイッチングを防ぐために、動作中に何らかの「ヒステリシス」がプログラムに導入されています。たとえば、主電源電圧が 189 V から 190 V に増加すると、負荷がタップ「+ 20%」から「+ 10%」に切り替わると、MC は負荷を「+ 20%」に戻します。主電源電圧が約 187 V に低下した場合のみ。ネットワーク内の電圧変化とそれに対応する単巻変圧器タップの切り替えの間の遅延は 40 ミリ秒を超えません。

145 V 未満の主電源電圧が 100 ms を超えて「故障」した場合 (変更可能、プログラムのソースコードのコメントを参照)、MC は負荷が接続されている単巻変圧器をネットワークから切断します。、緑色の LED HL2「Normal」が消え、赤色の LED HL3「Low」が点灯します。ネットワークの電圧が 275 V を超えた場合、制御された負荷は 40 ms 後にネットワークから切断され、赤色 LED HL1「高」が点灯します。

主電源電圧が通常に戻った後 (145

主電源電圧に障害が発生した場合、コンデンサ C2 の充電は約 30 秒間は MK の通常動作を維持するのに十分であり、その後プログラムがフリーズし、その結果 MK に組み込まれた独立したウォッチドッグタイマー (WDT) がトリガーされます。。このタイマーからの信号に関する情報は、さらに約 3 分間 (コンデンサ C2 がほぼゼロまで放電されるまで) MK のメモリに保存されます。この時点で主電源電圧が回復すると、新しく起動されたプログラムはメモリ内で WDT からの信号を検出し、SB1 ボタンが押されるのを待ちます。したがって、シャットダウン後 4 ～ 5 分後の主電源電圧の回復は、スタビライザによって通常のものとみなされるため、5 秒後 (主電源電圧の制御テストの時間)、負荷は単巻変圧器を介してネットワークに接続されます。

たとえば、スタビライザが無停電電源装置や、停電によるランダムなオンオフ電圧のサイクルが重要ではない他のデバイスと連携して動作する場合、プログラム内で SB1 ボタンを押すのを待機する必要がなくなります (プログラムのソースコード内のコメントを参照してください)。

デバイスの通常動作中に SB1 ボタンを 2 秒間押すと、負荷が切断され、スタビライザーはネットワークの停電後に発生するのと同様のスタンバイモードに入ります。

MK DD1 は、5 V の安定化電圧の 1 つの電源によって電力供給されます。スタンバイモードでは、T1 単巻変圧器がネットワークから切断されている (VS20 トライアックが閉じている) と、制御デバイスによって消費される電流は最小限になります (25 ... 1 mA) であり、電力はバラストコンデンサ C3 とツェナーダイオード VD100 から構成されるトランスレス電源から供給されます。この電源は、主電源電圧が 400 V から XNUMX V に変化した場合でも、マイクロコントローラーの安定した動作を保証します。

デバイスがスタンバイモードから動作モードに切り替わるとき、T1 単巻変圧器が負荷 (フォトカプラ U1、フォトカプラ U2 ～ U6 の 4 つ、および LED HL8 ～ HL1 の 3 つ、場合によっては HL100) とともにネットワークに接続されているとき。または HL5、電圧がネットワークの許容範囲の限界に近づくと点滅)、消費電流は約 5 mA まで増加します。このモードでは、トランスレス電源の電力は、1 V の安定した (目立ったリップルのない) 電源電圧を維持するのに十分ではありません。主電源電圧の測定結果に対する MC 電源電圧の不安定性の影響を排除するには、このデバイスは、統合スタビライザ DA6 に組み込まれた 5 V の安定化電圧の 6 番目の電源を提供します。 C2RXNUMXRXNUMX 回路は、デバイスがネットワークに接続されている場合、MK を開始する前に時間遅延を生成します。これは、コンデンサ CXNUMX の電圧が MK の通常動作を保証するレベルまで上昇するために必要です。

スタビライザーには MLT 固定抵抗、トリマー (R2、R4) SP5-2 を使用します。定格電圧が少なくとも 1 V のコンデンサ C500 - MBGCH。定格電圧が 73 V の K17-630 コンデンサも使用できます（ただし、このコンデンサの交流電圧の許容振幅には注意してください） 315Vを超えないこと）。 DA3 安定器の出力電圧よりも 0,05 ～ 0,1 V 高い安定化電圧を持つツェナーダイオード VD1 を選択することが望ましいです。

トライアック KU208G は、少なくとも 400 V の閉状態で必要な電流と電圧向けに設計された他のトライアックと置き換えることができます。

T1 単巻変圧器は、(古い白黒テレビからの) TS-180-2 ネットワーク変圧器から変換されました。単巻変圧器モードでは、最大 1 kW の電力を負荷に供給できます [1]。このトランスのねじれ磁気回路は 250 つの U 字型部分で構成され、その上に巻線を備えたフレームが配置されます。ストロークなしで図に示されている巻線の数は、一方のフレームに巻かれ、もう一方のフレームにはストロークがあります。スタビライザーの長期出力電力を 300 ... 1 W に制限すると、2 ターンのワイヤ PEV-1 2 を含む一次巻線 450-2 および 0,9'-20,9' は変更しないままにすることができます。この場合、変圧器のすべての二次巻線が取り外され、その場所に新しい二次巻線が PEV-5 mm ワイヤで巻かれます。巻線 6-5 および 6'-75' には 7、8-7 および 8'-100' - 9、巻線 10-35 - 1 ターンが含まれている必要があります。より多くの電力が必要な場合は、一次巻線とすべての二次巻線の両方を、適切に大きな断面積のワイヤで巻き直す必要があります [XNUMX]。

コンデンサ C1、ツェナーダイオード VD3、トライアック VS1 ～ VS6、単巻変圧器 T1 を除く電圧レギュレータのすべての部品は、両面フォイルグラスファイバー製の 60x110 mm プリント基板に実装されています。ボードには、MK を接続するための 18 スロットのパネルが取り付けられています。トライアック VS1 ～ VS6 には、厚さ 25 mm のアルミニウム合金のシートから曲げられた、放熱面積 2 cm2 の U 字型ヒートシンクが装備されています。これらは、VD3 ツェナーダイオードとともに、別の 60x110 mm グラスファイバーボードに実装されています。動作中の単巻変圧器からのノイズを低減するには、直径 15、厚さ 5 mm の柔らかいゴム製のマグカップを 4 つ、スタビライザーハウジングのベースの角に貼り付けることをお勧めします。スタビライザーの取り付けの図を図に示します。 XNUMX.

マイクロコントローラ制御を備えた主電源電圧安定器

MK ファームウェアコードを表に示します。

（クリックして拡大）

プログラミング時の設定バイトは、ジェネレータタイプ - HS、WDT、およびパワーアップタイマーが有効であることを示します。

プログラムのソースコード

スタビライザーの確立は、単巻変圧器の巻線が正しく接続されていることを確認することから始まります。これを行うには、その一次巻線 1-1' をネットワークに接続し、端子 5-5' と 7-7' の間の電圧を測定します。主電源電圧が 220 V の場合、最初の電圧は 33 V、44 番目の電圧は 0 V である必要があります。測定された電圧が 5 の場合は、状況に応じて巻線 6 ～ 7 または 8 ～ 0 の結論を交換する必要があります。この場合、電圧は 5 であることがわかりました。次に、点 Г と点 187' の間の電圧を測定します。 253 ではなく 5 V が得られた場合、結論 5 と 1' が入れ替わります。結論として、ポイント 7' と 264' の間の電圧がチェックされ、これは 176 V に等しいはずです。電圧 7 V は、結論 7 と XNUMX' を交換する必要があることを示します。

MK が単巻変圧器タップの対応するスイッチングを実行する電圧制限を設定するには、調整可能な AC 電圧源 (LATR)、300 V の測定再分配を備えた AC 電圧計、およびオシロスコープが必要です。スタビライザーの調整は以下の手順で行ってください。

トリマー抵抗器 R2 のエンジンを (図に従って) 低い位置に移動した後、スタビライザーを LA-TR に接続し、(電圧計に従って) 出力の電圧を 145 V に設定します。抵抗エンジンを上げて（これも図に従って）、オシロスコープの画面でツェナーダイオード VD1 の電圧の形状を観察し、信号振幅を安定化電圧より約 0,1 V 高いレベルにします（信号振幅の開始）。オシログラム上の特性領域、図 3 を参照)。次に、調整抵抗器 R4 のエンジンを (図に従って) 低い位置に設定し (この場合、赤色 LED HL3 が点灯します)、緑色 LED HL2 が点滅し始めるまでゆっくりと上げます。

その後、100 ... 200 Wの電力を持つ白熱灯が安定器の出力に接続されます。 LATR 出力の電圧を 290 V までスムーズに増加させることで、HL4 ～ HL8 LED は単巻変圧器のタップが切り替わる電圧値と、MK が負荷をオフにする入力電圧の上限をチェックします。また、可能であれば、(三相ネットワークから) 入力に 380 V の線形電圧を長期供給してスタビライザーの性能をチェックすることも望ましいです。

単巻変圧器のタップスイッチング電圧の値は、プログラムの先頭で対応する定数を調整し、MPASM マクロアセンブラコンパイラ [2] を使用して結果のテキストを再コンパイルすることによって変更できます。プログラムのアルゴリズムに関連するその他の変更をソーステキストに加える場合は、その変更の意味を明確に理解し、細心の注意を払う必要があります。このような調整に関連してエラーが発生する可能性があると、たとえば、一対のトライアックが VS2 ～ VS6 (短絡モード) で同時にオンになったり、主電源電圧 250 V で負荷が「+」に切り替わったりする可能性があります。 20%」タップなど

文学

Nikiforov I. ネットワークトランスフォーマーの単純な計算。 - ラジオ、2000 年、第 10 号、p. 39.
マイクロチップ.ru

著者: S.Koryakov、Shakhty、ロストフ地方

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