Стабилизатор сетевого напряжения с микроконтроллерным управлением. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Стабилизаторы напряжения

 Комментарии к статье

Длительное отклонение сетевого напряжения более чем на 10 % от номинального значения 220 В во многих районах нашей страны, к сожалению, стало нередким явлением. При повышенном (до 240...250 В) напряжении в сети значительно сокращается срок службы осветительных приборов, увеличивается нагрев трансформаторных блоков питания и двигателей в компрессорах холодильников.

Снижение сетевого напряжения ниже 160... 170 В вызывает значительное увеличение нагрузки на ключевые транзисторы в импульсных блоках питания (это может привести к их перегреву и последующему тепловому пробою), а также заклинивание двигателей в компрессорах холодильников, что тоже приводит к их перегреву и выходу из строя.

Еще большие колебания напряжения у однофазных потребителей, питающихся от трехфазной сети, возникают в случае обрыва нулевого провода на участке от точки подключения потребителя к четырехпроводной сети до трансформаторной подстанции. В этом случае вследствие перекоса фаз напряжение в розетке может изменяться от нескольких десятков вольт вплоть до линейного 380 В, что неминуемо приведет к повреждению практически всей сложной бытовой техники, подключенной к розетке. Избежать неприятностей, связанных с экстремальными колебаниями напряжения в сети, поможет предлагаемый стабилизатор.

Для стабилизации напряжения сети в бытовых условиях используют в основном феррорезонансные стабилизаторы. К числу их недостатков следует отнести искажение синусоидальной формы выходного напряжения (к примеру, холодильник к такому стабилизатору подключать запрещается), ограниченную мощность стабилизаторов бытового назначения (300...400 Вт) при значительных массогабаритных показателях, невозможность работы без нагрузки, узкий диапазон стабилизации и выход из строя при повышенном напряжении в сети.

От указанных недостатков свободен компенсационный стабилизатор напряжения, структурная схема которого показана на рис. 1.

Работает он по принципу ступенчатой коррекции напряжения, осуществляемой переключением отводов обмотки автотрансформатора Т1 с помощью симисторных ключей Q2-Q6 под управлением микроконтроллера (МК), следящего за уровнем напряжения в сети.

Примененный в стабилизаторе способ оценки амплитуды сетевого напряжения крайне прост в реализации и обеспечивает вполне достаточную для данного применения точность измерения. Однако он накладывает ряд ограничений на возможное применение устройства. Прежде всего, частота сетевого напряжения должна оставаться постоянной (50 Гц). Это условие может нарушаться, например, если энергоснабжение производится от автономного дизель-генератора. Кроме того, точность измерения уменьшается с ростом нелинейных искажений формы сетевого напряжения, возникающих при работе близко расположенных мощных потребителей с сильно выраженным индуктивным характером нагрузки.

Принципиальная схема устройства изображена на рис. 2.

(нажмите для увеличения)

По записанной в памяти программе МК DD1 производит измерение сетевого напряжения в каждом периоде (20 мс). С делителя R1R2 отрицательные полуволны сетевого напряжения, проходя через стабилитрон VD1, формируют на нем импульсы с амплитудой, определяемой напряжением стабилизации стабилитрона, в данном случае 10 В. С делителя R3R4, уменьшающего амплитуду полученного сигнала до ТТЛ уровня (рис. 3), эти импульсы приходят на линию 0 порта А, настроенную на ввод.

С помощью подстроечного резистора R4 нижний уровень сигнала на входе МК установлен на 0,2. ..0,3 В ниже уровня лог. 0. При комнатной температуре и стабилизированном напряжении питания уровень напряжения перехода цифрового входа КМОП микросхемы из состояния лог. 1 в состояние лог. 0 (и обратно из 0 в 1 с некоторым гистерезисом, которым в данном случае можно пренебречь ввиду его постоянного значения) остается практически постоянным.

Как видно из рис. 3, при изменении сетевого напряжения от 145 до 275 В длительность импульсов, соответствующих лог. 0, изменяется примерно от 0,5 до 6 мс. Измеряя длительность этих импульсов, программа МК вычисляет уровень сетевого напряжения в текущем периоде. (R4.1 - сопротивление части резистора R4 от нижнего - по схеме - вывода до движка).

После включения стабилизатора сетевое напряжение контролируется в течение 5 с. Если оно находится в пределах 145...275 В, мигает зеленый светодиод HL2 "Нормальное", в противном случае загораются светодиод HL3 "Низкое" или HL1 "Высокое" (в зависимости от значения сетевого напряжения). В таком состоянии стабилизатор находится до тех пор, пока напряжение в сети не войдет в заданные пределы.

Если по прошествии 5 с напряжение в сети остается в допустимых пределах, МК выдает команду на открывание сими-стора VS1, через который автотрансформатор Т1 подключается к сети. После этого МК еще в течение 0,5 с производит контрольные замеры сетевого напряжения, а затем, в зависимости от результата измерения, открывает один из симисторов VS2-VS6, тем самым подключая нагрузку к одному из пяти отводов автотрансформатора. Гальваническая развязка симисторов с МК осуществляется тиристорными оптро-нами U1- U6.

В процессе регулирования открывающий импульс снимается с включенного симистора в конце полупериода синусоиды сетевого напряжения. После этого программа МК выдерживает паузу 4 мс, а затем подает открывающий импульс на другой симистор. Длительность задержки между переключениями симисторов может быть увеличена изменением в начале программы (в блоке описания констант) соответствующего значения времени задержки (см. комментарии в исходном тексте программы). Увеличение этого времени до 10... 15 мс необходимо в случае, если к стабилизатору подключена индуктивная нагрузка с коэффициентом мощности меньше 0,7...0,8.

При отклонении сетевого напряжения за допустимые пределы автотрансформатор вместе с нагрузкой отключается симистором VS1. Светодиоды HL1-HL8 индицируют состояние стабилизатора и уровни напряжения в сети.

В зависимости от величины сетевого напряжения U выводы дополнительных обмоток автотрансформатора переключаются в следующем порядке:

- U<145 В - нагрузка отключена, горит красный светодиод HL3 ("Низкое");

- 145<U<165 В - нагрузка подключена к выводу 7 (далее для краткости указаны только номера выводов, к которым подключена нагрузка), горит красный светодиод HL8 ("+20 %"), мигает HL3 ("Низкое");

- 165<U<190 В - вывод 7, горит HL8 ("+20 %");

- 190<U<205B - выводы 8 и 8', горит желтый светодиод HL7 ("+10 %");

- 205<U<235 В - вывод 1, горит зеленый светодиод HL6 ("0 %");

- 235<U<245 В - выводы 6 и 6', горит желтый светодиод HL5 ("-7,5 %");

- 245<U<265 В - вывод 5', горит красный светодиод HL4 ("-15 %");

- 265<U<275 В - вывод 5', горит красный светодиод HL4 ("-15 %"), мигает HL1 ("Высокое");

- U>275 В - нагрузка отключена от сети, горит красный светодиод HL1 ("Высокое").

Для предотвращения беспорядочного переключения симисторов в случае, если сетевое напряжение находится на пороге переключения отводов автотрансформатора, в программу введен некоторый "гистерезис" в срабатывании. Например, если при увеличении сетевого напряжения от 189 до 190 В будет произведено переключение нагрузки с отвода "+20 %" на "+10 %",

Автор: С. Коряков, г. Шахты Ростовской обл.; Публикация: cxem.net

Смотрите другие статьи раздела Стабилизаторы напряжения.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Шапка-невидимка из обычных линз 11.10.2014 Сказочная шапка-невидимка вдохновляет физиков на все новые поиски "технологии невидимости". Уже сейчас для этого есть несколько подходов, связанных с использованием оболочек или экранов, которые способны заставить свет обогнуть предмет и продолжить распространение в прежнем направлении. При этом наблюдатель видит то, что расположено за предметом, который таким образом делается невидимым. Эта сама по себе непростая задача осложняется тем, что разным лучам требуется разное время на огибание тела, тогда как для "качественной" невидимости они должны распространяться одновременно. Реализация этих методов связана с применением наукоемких технологий и экзотических материалов, таких как метаматериалы. При этом невидимость наблюдается только при наблюдении с определенной точки, и исчезает, стоит наблюдателю немного сместиться. Физики Университета Рочестера в Нью-Йорке предложили иную концепцию - обеспечить исчезновение предмета с помощью так называемой лучевой маскировки. Они разработали систему из четырех линз, способную при наблюдении через них скрыть большие объекты, размещенные между линзами. Для ее изготовления достаточно дешевых и легкодоступных линз с разными фокусными расстояниями. Чем больше будут линзы, тем больший объект можно скрыть с их помощью. Объект между ними будет невидимым, даже если смотреть на него под разными углами (правда, разница в углах должна быть в пределах нескольких градусов). Расчеты показывают, что на больших линзах маскировка будет работать при углах до 15 градусов и даже более. Но линзы должны быть высокого качества, чтобы избежать краевых искажений. Секрет исчезновения предметов очень прост. Система из четырех линз представляет собой подобие объектива, через который наблюдатель видит фон. Но у нее есть особенность - путь, по которому свет распространяется между линзами. Линзы расставлены таким образом, что свет от фона собирается в очень узкий луч, который направлен вдоль оси системы. Такой луч называется параксиальным, отсюда и данное авторами название метода "параксиальная оптическая лучевая маскировка". Предмет, расположенный между линзами за пределами этого луча, невидим наблюдателю, который продолжает видеть фон. Нельзя только допускать перекрытие предметом этого луча, другими словами, нельзя размещать предмет в области, где проходит луч, несущий изображение фона - в этом случае предмет становится виден. Таким образом, область маскировки объекта имеет форму бублика. Правда, авторы утверждают, что у них имеется проект более сложной установки, в которой эта проблема решена. Чтобы понять, как создается параксиальный луч, достаточно вспомнить известные из школьной физики свойства выпуклой линзы. Падающий свет она собирает (фокусирует) в небольшое пятно вокруг так называемого фокуса линзы, а расходящиеся лучи света, исходящие из точки фокуса, превращает в параллельные оси линзы. Таким образом, первая линза установки фокусирует свет. Пройдя фокус первой линзы, лучи света снова начинают расходиться, но недалеко от фокуса на их пути ставится вторая линза, которая преобразует расходящийся пучок в почти параллельный. Для этого положение ее фокуса должно совпадать с фокусом первой линзы, а фокусное расстояние должно быть меньше, чтобы пучок получился узким. Оставшиеся две линзы в обратном порядке восстанавливают исходный свет.

Другие интересные новости:

▪ Предложен новый формат записи DVD

▪ INFINEON присоединится к разработке нового вида памяти

▪ Голосовые предпочтения женщин и мужчин

▪ Подсчитана стоимость колонизации человечеством Луны

▪ 13-мегапиксельный модуль камеры для смартфонов Samsung

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Автомобиль. Подборка статей

▪ статья В жизни раз бывает восемнадцать лет. Крылатое выражение

▪ статья Какая река - Волга или Кама - должна считаться притоком с научной точки зрения? Подробный ответ

▪ статья Права, обязанности и ответственность субъектов страхования

▪ статья Приготовление восковых политур для полировки деревянных изделий. Простые рецепты и советы

▪ статья Блок питания для Ethernet коммутатора D-Link DES-1005D. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026