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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 안정화된 전력 조절기. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 전력 조절기, 온도계, 열 안정기 때로는 시간이 지남에 따라 저항이 넓은 범위에 걸쳐 변하는 부하에서 전력을 안정화해야 하는 상황이 있습니다. 이러한 경우 안정 장치 역할을 동시에 수행하는 제안된 전력 조정기가 도움이 될 것입니다. 아마추어 무선 문헌에 설명된 대부분의 전력 조정기는 순전히 능동형(백열등, 전기 스토브, 전기 오븐) 또는 능동 유도 부하(전기 모터)로 작동합니다. 그러나 이 부하는 일정하거나(전기로) 상대적으로 짧은 과도 과정 동안 변경된 후 안정된 값(백열등, 전기 모터)을 나타내는 경향이 있습니다. 두 경우 모두 이러한 부하의 전력은 흐르는 평균 전류를 변경하여 조절됩니다. 부하 전력 Рн, 이를 통과하는 전류 Iн 및 저항 Rн은 종속성 Pн=In2·Rн에 의해 관련됩니다. 일정한 저항을 사용하면 전류 조절을 통해 전력 조절이 고유하게 달성됩니다. 저항이 다양한 요인에 따라 달라지므로 사전에 알려지지 않은 법칙에 따라 시간이 지남에 따라 변하는 부하 유형도 있습니다. 이러한 부하의 예는 작동 매체와 전기 전도성 몸체가 물인 전극 온수기 보일러입니다. 물의 저항은 물에 포함된 염분의 종류와 양, 온도, 보일러를 통과하는 유속 및 기타 요인에 따라 달라집니다. 이러한 부하의 저항은 수십 번 바뀔 수 있습니다. 이 경우 부하를 통해 전류를 제어해도 저항이 가변적이므로 전력 조절 문제가 해결되지 않습니다. 여기서 부하를 통과하는 전류는 부하에 걸리는 전압뿐 아니라 저항에도 영향을 받습니다. 이로 인해 일반적인 방법(특정 전류 값 설정)으로 전력을 제어할 수 없습니다. 현재의 안정화조차도 탈출구가 아닐 것입니다. 부하의 전압이 Un일 때 그 전력은 Pн=Un·In이므로 부하의 전력을 안정시키기 위해서는 제품 Un·In이 안정되어야 즉 항상성이 확보되어야 한다. 제어되는 매개변수(독립 변수)는 전압일 수 있습니다. 전류와 부하 전력이 모두 해당 값에 따라 달라지기 때문입니다. 따라서 저항이 변할 때 부하에 일정한 평균 전력이 제공되도록 부하의 전압을 조절해야합니다. 이 경우 순시 전력을 결정하려면 부하의 전압과 전류의 순시 값을 곱해야합니다. 이는 전기 공학의 전력에 대한 고전적인 정의를 따릅니다. 위에서 설명한 제어 알고리즘을 구현하는 장치의 블록 다이어그램이 그림 1에 나와 있습니다. XNUMX.
부하의 순간 전압 및 전류 값에 비례하는 전기 신호가 승수 입력에 공급됩니다. 승산기의 출력에서 시간에 따라 평균을 낸 후 곱(즉, 전력)에 비례하는 신호가 차동 증폭기의 첫 번째 입력에 공급되고 두 번째 입력에는 기준 전압이 공급됩니다. 차동 증폭기에서는 전압을 비교하고 차이 신호(오차 신호)를 증폭한 다음 비교기로 공급합니다. 비교기의 두 번째 입력에는 네트워크 주파수의 두 배에 따른 톱니파 펄스가 공급됩니다. 비교기의 출력에는 직사각형 펄스가 형성되며, 듀티 사이클은 차동 증폭기 출력의 전압을 결정합니다. 비교기 출력의 펄스는 트라이악 스위치를 제어하고, 이는 다시 부하를 제어합니다. 부하의 전력이 전압 Uset에 지정된 값에서 벗어나면 차동 증폭기 출력의 오류 신호가 비교기에 영향을 미치므로 펄스의 듀티 사이클이 변경되어 전력이 안정화됩니다. 회로도(그림 2)와 타이밍 다이어그램(그림 3)에 따라 안정화된 전력 조정기의 작동을 고려해 보겠습니다.
DA3 칩(통합 신호 배율기)의 X 및 Y 입력은 각각 부하 양단의 전압 및 이를 통과하는 전류의 순간 값에 비례하는 신호를 수신합니다. 순시 전압값에 비례하는 신호는 트리밍 저항 R4의 슬라이더에서 제거됩니다. 저항 R1은 부하 전류 센서입니다. 이 저항기의 전압은 승압 변압기 T2(변압비는 약 40)의 525차 권선에 공급됩니다. 변압기를 사용해야 하는 이유는 두 가지입니다. 첫째, 승산기 입력에 공급되는 전압을 높이고, 둘째, 갈바닉 절연을 제공합니다. 전류 및 전압에 비례하는 신호는 가변적이지만 K2PS3(DA10,5) 마이크로 회로를 사용하면 최대 XNUMXV 진폭의 교류 전압을 X 및 Y 입력에 공급할 수 있으므로 정류가 필요하지 않습니다. 승산기에 공급되는 전압 및 전류 신호는 변압기 T2의 권선을 적절하게 연결하여 달성되는 위상이 같아야 합니다. K525PS2 적분 전압 배율기는 다양한 일반적인 기능 종속성(곱셈, 나눗셈, 제곱, 제곱근)을 구현하도록 설계되었습니다. 아날로그 신호로 이러한 기능을 수행하기 위해 베이스-이미터 전압에 대한 트랜지스터 콜렉터 전류의 지수적 의존성이 사용됩니다. 곱셈 오류는 1%를 넘지 않습니다. 적분 승수의 구조와 적용에 대한 자세한 내용은 [1]에서 확인할 수 있습니다. 적분 승산기가 그림 2에 표시된 것과 같이 켜져 있을 때. 그림 0,15에서 출력 Z의 회로는 전압 Uz≒3UxUy로 작동합니다. 여기서 Ux, Uy는 각각 DAXNUMX 마이크로 회로의 입력 X 및 Y에 적용되는 전압입니다. 트라이악 VS1의 제어 펄스는 전압 비교기 DA4의 출력에서 나옵니다. 전력 조정기에 사용되는 K554SAZ 통합 비교기는 최대 50mA의 부하 전류를 위해 설계된 개방형 콜렉터 출력을 갖추고 있습니다. DA4 칩의 반전 입력(핀 4)의 전압이 비반전 입력(핀 3)의 전압보다 큰 경우 출력 트랜지스터가 열립니다(즉, 부하가 연결될 때 출력에 낮은 전압이 있음). . 반대 전압 비율을 사용하면 비교기의 출력은 높은 레벨의 전압을 갖게 됩니다. 비교기 DA4에서는 톱니파 전압(그림 3, 다이어그램 3)과 연산 증폭기 DA5의 출력에서 가져온 전압(그림 4)을 비교합니다. 톱니파 전압 발생기는 트랜지스터 VT1, VT2에서 만들어집니다. 이는 주전원 전압과 동기화된 100Hz 주파수의 펄스를 생성합니다. 정류기 브리지 VD2(그림 3, 다이어그램 1)의 전압은 트랜지스터 VT1의 베이스에 공급됩니다. 대부분의 경우 트랜지스터는 열려 있으며 정류된 전압이 3에 가까워지는 순간 닫힙니다. 짧은 직사각형 펄스가 콜렉터(그림 2, 다이어그램 2)에 형성되어 트랜지스터 VT6의 베이스에 공급됩니다. 베이스의 전압이 13인 동안 트랜지스터의 컬렉터에 증가하는 전압이 형성됩니다(커패시터 C2은 저항 R3을 통해 충전됩니다). 베이스에 양의 펄스가 나타나는 순간 트랜지스터 VT3가 열리고 콜렉터의 전압이 거의 XNUMX으로 감소합니다 (그림 XNUMX, 다이어그램 XNUMX). 비교기의 출력에는 직사각형 펄스가 형성됩니다 (그림 3, 다이어그램 5). 비교기 부하는 저항 R16과 옵토커플러 LED U1입니다. 전류가 옵토커플러의 LED를 통해 흐르면 해당 트라이악이 열리고 트라이악 VS1이 열리게 됩니다. 전류는 커넥터 XS1의 소켓에 연결된 부하를 통해 흐르기 시작합니다. 비교기 출력에서 펄스의 듀티 사이클이 변경되면 전압이 변경되고 결과적으로 부하 전력이 변경됩니다. 타이밍 다이어그램에서 연산 증폭기 DA5의 출력 전압이 증가하면 부하 전력이 감소한다는 것을 쉽게 확인할 수 있습니다. 이제 차동 증폭기 또는 오류 신호 증폭기의 기능을 수행하는 DA5 마이크로 회로의 목적과 작동에 대해 설명합니다 (그림 1 참조). 설정 전압 Uset는 가변 저항 R18에서 제거되어 연산 증폭기의 반전 입력에 공급되며, 비반전 입력은 승산기 DA3의 평균 출력 전압을 수신합니다. 승산기 출력 신호의 평균화는 적분 회로 R20C8에 의해 제공됩니다. 연산 증폭기 DA5는 입력에 공급되는 신호를 증폭하여 입력 간에 동일한 전압 값을 보장합니다. 이는 설정 전압 Uset가 감소하면 연산 증폭기 출력의 전압이 감소한다는 것을 의미합니다. 분명히 다이어그램에서 가변 저항 R18의 낮은 위치는 부하의 7 전력 값에 해당합니다. 커패시터 CXNUMX은 간섭에 노출될 때 연산 증폭기의 안정적인 작동을 보장합니다. 전력 조정기 요소의 전원 공급 장치는 두 개의 통합 전압 안정기 DA1 및 DA2를 사용하여 만들어집니다. 두 가지 다른 유형의 미세 회로를 사용하는 이유는 하나의 XNUMX차 권선(비록 중간에 탭이 있음)과 하나의 정류기 브리지가 있는 네트워크 변압기를 사용하려는 욕구 때문입니다. 다이오드 VD1은 톱니파 전압 발생기의 입력에 공급되는 정류 전압의 형태에 대한 필터 커패시터 C1의 영향을 제거합니다. 전력 조정기는 양면 포일 유리 섬유로 만들어진 인쇄 회로 기판에 조립됩니다. 인쇄 회로 기판 도면은 그림 4에 나와 있습니다. XNUMX.
사각형 패드의 구멍에 주석 도금 와이어 조각을 삽입하고 보드 양쪽에 납땜해야합니다. 마이크로 회로 DA1, DA2는 각각 20...30 cm² 면적의 소형 두랄루민 방열판에 설치됩니다. 트라이악 VS1은 표준 쿨러(알루미늄 합금으로 만든 주조 방열판) 브랜드 0231에 설치됩니다. 저항 R1은 직경 3mm의 니크롬 와이어로 만들어집니다. DA4 비교기 대신 다이어그램에 표시된 것 외에도 K521SAZ, K521SA5, K521SA6을 사용할 수도 있습니다(후자의 마이크로 회로에는 하나의 하우징에 두 개의 비교기가 포함되어 있음). 그러나 이를 위해서는 인쇄 회로 기판 도면을 조정해야 합니다. KR140UD708 연산 증폭기를 K140UD7, K140UD8, K153UD2 및 유사한 미세 회로로 교체합니다. K525PS2 아날로그 전압 배율기는 문자 인덱스가 있는 K525PS3으로 교체할 수 있지만 인쇄 회로 기판을 수정하는 경우에도 사용할 수 있습니다. 트랜지스터 VT1, VT2 - KT315, KT342, KT503, KT630, KT3I02 또는 KT3117A 시리즈 중 하나입니다. 수입된 광커플러 MOC3052는 인쇄 회로 기판을 수정하여 국내 AOU160A-AOU160B로 교체할 수 있습니다. Triac VS1은 TC112, TC122, TC132, TC142 시리즈에서 사용할 수 있으며 폐쇄 상태에서 허용되는 펄스 전압은 최소 400V이고 개방 상태의 전류는 최대 부하 전류에 해당합니다. 다이오드 KD106A(VD1)는 KD105, KD221, KD226 시리즈 중 하나로 교체할 수 있습니다. 정류기 브리지(VD2) - 인쇄 회로 기판 수정 기능이 있는 KTs402, KTs405 시리즈 중 하나입니다. 산화물 커패시터 C1 - C3, C8은 K50-16, K50-35, K50-24, K50-29일 수 있습니다. C4, C5, C7 - KM-6, K10-17, K73-17; C6 - K73-17, K73-24, K76-P2 (이 커패시터는 작은 TKE를 가져야 함) 트리머 저항 R4, R5, R8-R10 - SP5-2, SPZ-19, SPZ-38, 가변 저항 R18 - SP-0,4, SPZ-4M, SPZ-16, SPZ-30, 나머지 - MLT, S2- 23 . 트랜스포머 T1 - TPP232. 중앙에 탭이 있는 33차 권선이 40...150V의 전압을 제공하고 최소 2mA의 전류에 맞게 설계된 다른 권선으로 교체할 수 있습니다. 변압기 T30는 변환 비율이 50...1인 다른 변압기일 수 있습니다. 전원 스위치 SA3161 - 회로 차단기 A2050, AE50 또는 APXNUMX. 또한 퓨즈 역할도 합니다. 전원 조정기 설정은 DA1 칩의 출력 전압 (+ 15V)을 확인하고 저항 R2을 사용하여 DA15 칩의 출력 전압 (-6V)을 설정하는 것으로 시작됩니다. 그 후, 전압 승수 DA3이 조정됩니다. 이를 위해 입력 X, Y, 출력 Z 및 핀 1이 다른 요소로부터 연결 해제됩니다. 트리밍 저항기 R8-R10의 엔진은 중간 위치로 설정됩니다. 입력 X에 +5V의 전압이 인가되고, 입력 Y-O V에 9V의 전압이 인가된다. 저항 R5는 승산기 OV의 출력 전압을 설정한다. 그런 다음 입력 X에 8V의 전압이 인가되며, 입력 Y- +5 V에 +5 V. 저항 R10은 출력 전압 O B를 설정합니다. 그런 다음 승산기의 두 입력 모두에 + 4 V의 전압이 적용되고 출력 전압이 측정됩니다. 그런 다음 입력 중 하나에서 입력 신호의 극성이 변경되고(즉, -5V가 적용됨) 출력 전압이 다시 측정됩니다. 저항 R18을 사용하면 출력 전압의 마지막 두 값의 절대값이 동일한 것이 보장됩니다(부호는 반대여야 함). 필요한 경우 조정을 반복하십시오. 그런 다음 전압 배율기의 입력과 출력을 조정기 요소에 연결합니다. 조정된 저항 RXNUMX 및 RXNUMX의 슬라이더는 다이어그램에 따라 중간 위치로 설정되고 가변 저항 RXNUMX은 하단 위치로 설정됩니다. 커넥터 XS1에 부하가 연결되고 전원 조정기에 전원이 공급됩니다. 가변 저항 R18의 축을 부드럽게 회전시켜 부하 전체의 전압이 증가하는지 확인하십시오. 가변 저항 R18 슬라이더의 임의의 위치에서 부하 양단의 전압이 최대인 경우 그 이유는 변압기 T2 권선의 잘못된 위상 조정으로 인해 DA3 마이크로 회로의 입력 X 및 Y에 역위상 전압이 공급될 수 있기 때문입니다. 출력 Z의 음전압. 이 경우 리드는 변압기 T2의 권선 중 하나를 교체해야 합니다. 트리머 저항 R4 및 R5는 승수 입력의 최대(진폭) 전압 값이 10V를 초과하지 않도록 보장합니다. 이는 오실로스코프를 사용하여 모니터링하는 데 편리합니다. 최후의 수단으로 AC 전압계를 사용할 수 있습니다. 부하 전반에 걸쳐 정현파 전압이 있는 경우(이는 트라이악 VS1이 각 반주기 시작 시 열리고 부하 전반의 전압이 주전원 전압과 거의 동일한 경우 발생함) 승수 입력의 유효 전압은 7을 초과해서는 안 됩니다. V. 가변저항 R18의 회전간격 축 전체에 걸쳐 전력제어가 원활하게 이루어져야 한다. 다이어그램에서 가변 저항 R18 슬라이더의 상단 위치에 최대 연결 부하가 있고 그 전압이 주전원 값에 도달하지 않는 경우 저항 R17의 저항을 2,2kOhm 이하로 줄이거나 전류를 줄여야 합니다. 다이어그램 R4 및 R5에서 트리밍 저항 슬라이더를 아래로 이동하여 전압 전달 계수를 계산합니다. 전력 안정화 기능을 테스트하려면 저항이 다양한 부하(XNUMX섹션 가정용 히터를 사용하는 것이 편리함)와 적절한 전력의 실험실 자동 변압기가 있어야 합니다. 부하는 활성 상태여야 합니다(즉, 유도성 또는 용량성 구성 요소가 없어야 함). 전력 조절기는 자동 변압기를 통해 네트워크에 연결되고 가정용 히터의 한 부분은 조절기의 출력에 연결됩니다. 전압은 단권변압기를 사용하여 220V로 설정하고 실효값을 측정하는 교류전압계(제곱전압계)를 부하와 병렬로 연결하여 가변저항 R18을 사용하여 부하의 전압을 150으로 설정한다. 200V. 그런 다음 다른 섹션을 연결하고 커넥터 XS1의 전압을 다시 측정합니다. 1,4배 감소해야 합니다[2]. 부하 저항의 다른 변화 법칙을 사용하면 어떤 경우에도 Un²/Rн = const 등식이 충족됩니다. 부하 저항이 너무 증가하여 설정된 전력을 유지하기 위해 전압이 최대값을 초과해야 하는 경우 조정기는 전력 안정화 모드를 종료합니다. 전력 조정기는 부하 저항 변화 조건뿐만 아니라 주전원 전압 변동과 관련된 조건에서도 안정화 특성을 갖습니다. 이는 190~240V 범위의 자동 변압기(물론 연결된 부하 포함)를 사용하여 조정기의 공급 전압을 변경하여 확인할 수 있습니다. 이러한 공급 변화에 따른 부하 전압은 안정적이어야 합니다. 트라이악 VS1의 개방 각도만 달라지며 이는 오실로스코프를 사용하여 확인할 수 있습니다. 신호는 부하 또는 DA4 비교기의 출력에서 가져올 수 있습니다. 무선 아마추어가 유효 값을 측정하는 전압계(예: 전자기 시스템 장치)를 마음대로 가지고 있지 않은 경우 전기 에너지 유도 미터를 사용하여 전력을 측정합니다. 미터 디스크의 회전 수는 다음과 같아야 합니다. 부하 저항이 변하고 가변 저항 R18 모터의 위치가 일정하게 유지되면 일정합니다. 이러한 목적으로 평균 정류 전압계를 사용할 수 없습니다. 신뢰성을 높이려면 저항이 약 150옴인 저항을 광 트라이악과 직렬로 연결하는 것이 좋습니다. 문학
저자: A. Evseev, 툴라
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