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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 마이크로컨트롤러 제어 기능이 있는 주전원 전압 안정기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 마이크로 컨트롤러 불행히도 우리나라의 많은 지역에서 공칭 값 10V에서 220% 이상 주전원 전압의 장기적인 편차가 흔히 발생합니다. 네트워크의 전압이 증가하면(최대 240...250V) 조명 장치의 서비스 수명이 크게 줄어들고 냉장고 압축기의 변압기 전원 공급 장치 및 모터의 가열이 증가합니다. 주전원 전압을 160 ... 170 V 미만으로 낮추면 스위칭 전원 공급 장치의 주요 트랜지스터에 대한 부하가 크게 증가하고(이로 인해 과열 및 후속 열 고장이 발생할 수 있음) 냉장고 압축기의 모터 재밍도 발생합니다. 과열로 인해 출력이 중단됩니다. 380상 네트워크로 전력을 공급받는 단상 소비자의 경우 더 큰 전압 변동은 소비자와 XNUMX선 네트워크, 변전소 연결 지점에서 해당 지역의 중성선이 끊어진 경우 발생합니다. 이 경우 위상 불균형으로 인해 콘센트의 전압이 수십 볼트에서 최대 선형 XNUMXV까지 달라질 수 있으며, 이는 필연적으로 콘센트에 연결된 거의 모든 복잡한 가전 제품에 손상을 줄 수 있습니다. 제안된 안정기는 네트워크의 극심한 전압 변동과 관련된 문제를 피하는 데 도움이 됩니다. 가정 조건에서 주 전압을 안정화하기 위해 철 공진 안정기가 주로 사용됩니다. 그들의 단점은 출력 전압의 정현파 형태의 왜곡 (예 : 냉장고를 이러한 안정기에 연결하는 것은 금지되어 있음), 상당한 무게 및 크기 표시기가있는 가정용 안정기 (300 ... 400W)의 제한된 전력, 부하 없이 작동할 수 없음, 네트워크의 고전압에서 좁은 안정화 범위 실패. 보상 전압 안정기는 이러한 단점이 없으며 블록 다이어그램이 그림 1에 나와 있습니다. 하나.
네트워크의 전압 레벨을 모니터링하는 마이크로 컨트롤러(MK)의 제어 하에 트라이악 스위치 Q1-Q2을 사용하여 자동 변압기 T6 권선의 탭을 전환하여 수행되는 단계적 전압 보정 원리에 따라 작동합니다. 주전원 전압의 진폭을 추정하기 위해 스태빌라이저에 사용되는 방법은 구현하기가 매우 간단하며 이 애플리케이션에 대해 상당히 충분한 측정 정확도를 제공합니다. 그러나 장치의 가능한 사용에 많은 제한이 있습니다. 우선 주전원 전압 주파수는 일정하게 유지되어야 합니다(50Hz). 예를 들어 자율 디젤 발전기에서 전원이 공급되는 경우 이 조건을 위반할 수 있습니다. 또한 측정 정확도는 부하의 유도 특성이 뚜렷한 밀접하게 배치된 강력한 소비자가 작동하는 동안 발생하는 주전원 전압 파형의 비선형 왜곡이 증가함에 따라 감소합니다. 장치의 개략도가 그림 2에 나와 있습니다. 하나.
메모리에 기록된 프로그램에 따라 MK DD1은 각 주기(20ms)마다 주전원 전압을 측정합니다. 분배기 R1R2에서 제너 다이오드 VD1을 통과하는 주전원 전압의 음의 반파는 제너 다이오드의 안정화 전압(이 경우 10V)에 의해 결정되는 진폭으로 펄스를 형성합니다. 수신된 신호의 진폭을 TTL 레벨(그림 3)로 줄이는 분배기 R4R3에서 이 펄스는 입력용으로 구성된 포트 A의 라인 0에 도착합니다. 트리밍 저항기 R4를 사용하면 MK 입력의 하위 신호 레벨이 로그 레벨보다 0,2~0,3V 낮게 설정됩니다. 0. 실온 및 안정된 공급 전압에서 CMOS 마이크로 회로의 디지털 입력이 로그 상태에서 전환되는 전압 레벨. 1은 상태를 기록합니다. 0(일부 히스테리시스가 있는 0에서 1로 되돌아가는 경우, 이 경우 상수 값으로 인해 무시될 수 있음)은 실질적으로 일정하게 유지됩니다.
그림에서 볼 수 있듯이. 3, 주전원 전압이 145에서 275V로 변경되면 로그에 해당하는 펄스의 지속 시간. 0, 약 0,5에서 6ms까지 다양합니다. 이러한 펄스의 지속 시간을 측정하여 MC 프로그램은 현재 기간의 주전원 전압 수준을 계산합니다. (R4.1은 다이어그램에 따라 엔진으로 출력되는 하단에서 저항 R4 부분의 저항입니다). 안정기를 켠 후 주전원 전압은 5초 동안 제어됩니다. 145 ... 275 V 범위에 있으면 녹색 LED HL2 "정상"이 깜박이고 그렇지 않으면 LED HL3 "낮음" 또는 HL1 "높음"이 켜집니다(주 전압 값에 따라 다름). 이 상태에서 안정기는 네트워크의 전압이 지정된 한계에 들어갈 때까지입니다. 5초 후에도 네트워크의 전압이 허용 가능한 한도 내에 유지되면 MK는 자동 변압기 T1이 네트워크에 연결되는 트라이악 VS1을 열라는 명령을 내립니다. 그 후 MK는 추가 0,5초 동안 주전원 전압의 제어 측정을 수행한 다음 측정 결과에 따라 트라이액 VS2-VS6 중 하나를 열어 부하를 자동 변압기의 1개 탭 중 하나에 연결합니다. MK에서 트라이액의 갈바닉 절연은 사이리스터 옵토커플러 U6-UXNUMX에 의해 수행됩니다. 조정 프로세스 동안 주전원 전압 정현파의 반주기가 끝나면 스위치가 켜진 트라이악에서 개방 펄스가 제거됩니다. 그 후 MK 프로그램은 4ms 동안 일시 중지된 다음 다른 트라이악에 개방 펄스를 보냅니다. 트라이악 전환 사이의 지연 기간은 프로그램 시작 시(상수 설명 블록에서) 해당 지연 시간 값을 변경하여 늘릴 수 있습니다(프로그램 소스 텍스트의 설명 참조). 역률이 10...15 미만인 유도 부하가 안정기에 연결된 경우 이 시간을 0,7...0,8ms로 늘려야 합니다. 주전원 전압이 허용 한계를 벗어나면 자동 변압기는 부하와 함께 트라이악 VS1에 의해 꺼집니다. LED HL1-HL8은 안정기의 상태와 네트워크의 전압 수준을 나타냅니다. 주전원 전압 U의 값에 따라 자동 변압기의 추가 권선 출력은 다음 순서로 전환됩니다.
주전원 전압이 자동 변압기 탭 전환 임계값에 있는 경우 트라이액의 무작위 전환을 방지하기 위해 작동 중 특정 "히스테리시스"가 프로그램에 도입되었습니다. 예를 들어 주전원 전압이 189V에서 190V로 증가할 때 부하가 "+20%"에서 "+10%" 탭으로 전환되면 MK는 부하를 다시 "+20%"로만 전환합니다. 주전원 전압이 약 187V로 떨어지면 네트워크의 전압 변화와 자동 변압기 탭의 해당 스위칭 사이의 지연은 40ms를 초과하지 않습니다. 주 전압이 145ms 이상 동안 100V 미만으로 "실패"하는 경우(변경 가능, 프로그램 소스 텍스트의 설명 참조) MK는 부하가 연결된 자동 변압기를 네트워크에서 연결 해제합니다. 녹색 LED HL2 "Normal"이 꺼지고 빨간색 LED가 HL3 "Low"로 켜집니다. 네트워크 전압이 275V 이상으로 상승하면 40ms 후에 제어된 부하가 네트워크에서 연결이 끊어지고 빨간색 HL1 "높음" LED가 켜집니다. 주전원 전압이 정상으로 돌아온 후(145 주전원 전압이 중단되면 커패시터 C2의 충전으로 MK의 정상적인 작동을 유지하는 데 약 30초가 소요되며 프로그램이 정지되고 그 결과 MK에 내장된 독립 감시 타이머(WDT)가 트리거됩니다. 이 타이머의 신호에 대한 정보는 약 3분 동안 MK의 메모리에 저장됩니다(커패시터 C2가 거의 1으로 방전될 때까지). 이때 주전원 전압이 복원되면 새로 실행된 프로그램은 메모리에서 WDT의 신호를 감지하고 SB4 버튼을 누를 때까지 기다립니다. 따라서 전원을 끈 후 5~5분 후에 주전원 전압이 복원되면 안정 장치는 정상으로 간주하므로 XNUMX초(주전원 전압 제어 테스트 시간) 후에 부하가 연결됩니다. 자동 변압기를 통해 전원에 연결됩니다. 예를 들어, 안정 장치가 무정전 전원 공급 장치 또는 전기 네트워크 중단으로 인한 임의 전압 켜기-끄기의 가능한 주기가 중요하지 않은 다른 장치와 함께 작동하는 경우 프로그램에서 SB1 버튼을 누르는 것을 기다리는 것은 다음과 같습니다. 우회됩니다(프로그램 소스 코드의 주석 참조). 장치가 정상 작동하는 동안 SB1 버튼을 2초간 누르면 부하가 꺼지고 안정 장치는 정전 후와 유사하게 대기 모드로 전환됩니다. MK DD1은 안정화된 전압 5V의 두 소스로 전원을 공급받습니다. 대기 모드에서 자동 변압기 T1이 네트워크에서 연결이 끊어지면(트라이악 VS1이 닫힘) 제어 장치에서 소비하는 전류는 최소(20...25mA)입니다. 전원은 안정기 커패시터 C1과 제너 다이오드 VD3으로 구성된 무변압기 소스에서 공급됩니다. 이 소스는 네트워크 전압이 100V에서 400V로 변경될 때 마이크로컨트롤러의 안정적인 작동을 보장합니다. 장치가 대기 모드에서 작동 모드로 전환되면 자동 변압기 T1이 부하와 함께 네트워크에 연결될 때(광 커플러 U1, 광 커플러 U2-U6 중 하나, LED HL4-HL8 중 하나 및 가능하면 HL1 또는 HL3, 전압이 네트워크에 허용 범위 경계에 도달하면 깜박임), 전류 소비는 약 100mA로 증가합니다. 이 모드에서 무변압기 전원 공급 장치의 전력은 5V의 안정적인(눈에 띄는 리플 없이) 공급 전압을 유지하는 데 충분하지 않습니다. 주전원 전압 측정 결과에 MK 공급 전압의 불안정성이 미치는 영향을 제거하려면 장치에는 통합 안정기 DA5에 조립된 1V의 두 번째 안정화 전압 소스가 장착되어 있습니다. 회로 C6R5R6은 장치가 네트워크에 연결될 때 MK를 시작하기 전에 시간 지연을 형성합니다. 이는 커패시터 C2의 전압이 MK의 정상적인 작동을 보장하는 수준으로 증가하는 데 필요한 시간을 갖기 위해 필요합니다. 안정기는 고정 저항기 MLT, 트리머(R2, R4) SP5-2를 사용합니다. 커패시터 C1은 정격 전압이 500V 이상인 MBGC입니다. 정격 전압이 73V인 K17-630 커패시터를 사용할 수 있습니다. 그러나 교류 전압의 허용 진폭은 다음과 같습니다. 이 커패시터의 최대 용량은 315V를 초과하지 않습니다.) DA3 안정기의 출력 전압보다 0,05...0,1V 더 큰 안정화 전압을 갖는 VD1 제너 다이오드를 선택하는 것이 좋습니다. 트라이악 KU208G는 최소 400V의 폐쇄 상태에서 필요한 전류 및 전압에 맞게 설계된 다른 제품과 상호 교환 가능합니다. 자동 변압기 T1은 네트워크 변압기 TS-180-2(오래된 흑백 TV에서)에서 변환됩니다. 자동 변압기 모드에서는 최대 1kW의 부하에 전력을 공급할 수 있습니다[1]. 이 변압기의 꼬인 자기 코어는 권선이 있는 프레임이 배치되는 두 개의 U자형 부품으로 구성됩니다. 스트로크없이 다이어그램에 숫자가 표시된 권선은 한 프레임에 스트로크로 다른 프레임에 감겨 있습니다. 스태빌라이저의 장기 출력 전력을 250~300W로 제한하면 각각 PEV-1 2 와이어의 1턴을 포함하는 2차 권선 450-2 및 0,9'-20,9'를 변경하지 않고 그대로 둘 수 있습니다. . 이 경우 변압기의 모든 5차 권선이 제거되고 PEV-6mm 와이어로 새 권선이 해당 위치에 감겨집니다. 권선 5-6 및 75'-7'에는 8, 7-8 및 100'-9' - 10, 권선 35-1 - XNUMX 회전이 포함되어야 합니다. 더 많은 전력이 필요한 경우 XNUMX차 권선과 모든 XNUMX차 권선을 모두 상응하는 더 큰 단면적의 와이어로 되감아야 합니다[XNUMX]. 커패시터 C1, 제너 다이오드 VD3, 트라이액 VS1 - VS6 및 자동 변압기 T1을 제외한 전압 안정기의 모든 부분은 양면 포일 유리 섬유로 만들어진 60x110mm 크기의 인쇄 회로 기판에 장착됩니다. MK를 연결하기 위해 보드에 18슬롯 패널이 설치됩니다. 트라이악 VS1-VS6에는 25mm 두께의 알루미늄 합금 시트에서 구부러진 소산 면적이 2cm2인 U자형 방열판이 장착되어 있습니다. VD3 제너 다이오드와 함께 유리 섬유로 만들어진 60x110mm 크기의 별도 보드에 장착됩니다. 작동하는 자동 변압기의 소음을 줄이려면 모서리의 스태빌라이저 본체 바닥에 직경 15, 두께 5mm의 부드러운 고무 원 4개를 붙이는 것이 좋습니다. 스태빌라이저 설치 모습이 그림 XNUMX에 나와 있습니다. XNUMX.
MK 펌웨어 코드는 표에 나와 있습니다.
프로그래밍할 때 구성 바이트는 발전기 유형 - HS, WDT 및 전원 켜기 타이머 활성화를 나타냅니다. 안정기 설정은 자동 변압기 권선의 올바른 연결을 확인하는 것으로 시작됩니다. 이를 위해 1차 권선 1-5'이 네트워크에 연결되고 단자 5-7'와 7-220' 사이의 전압이 측정됩니다. 네트워크 전압이 33V인 경우 첫 번째는 44, 두 번째는 0V여야 합니다. 대신 측정된 전압이 5인 경우 권선 6-7 또는 8-0의 단자를 교체해야 합니다. 전압이 5인 것으로 판명된 경우. 그런 다음 지점 G와 187' 사이의 전압을 측정합니다. 253 대신 5V를 얻으면 핀 5와 1'를 교체하십시오. 마지막으로 지점 7'과 264' 사이의 전압을 확인합니다. 전압은 176V와 같아야 합니다. 전압 7V는 핀 7과 XNUMX'을 교체해야 함을 나타냅니다. MK가 자동 변압기 탭의 해당 스위칭을 수행하는 전압 제한을 설정하려면 조정 가능한 ALVR(교류 전압원), 측정 제한이 300V인 교류 전압계 및 오실로스코프가 필요합니다. 이 순서대로 스태빌라이저를 조정하십시오. 다이어그램에 따라 트리밍 저항 R2의 슬라이더를 낮은 위치로 이동한 후 안정 장치를 LA-TR에 연결하고 전압계를 사용하여 출력 전압을 145V로 설정합니다. 그런 다음 슬라이더를 천천히 움직입니다. 저항을 위로 올리고(다이어그램에 따라) 제너 다이오드 VD1의 오실로스코프 화면 전압 모양을 관찰하여 신호 진폭을 안정화 전압보다 약 0,1V 더 큰 레벨로 가져옵니다. 오실로그램의 특징적인 영역(그림 3 참조). 그런 다음 트리밍 저항기 R4의 슬라이더를 다이어그램에 따라 낮은 위치(빨간색 LED HL3이 켜짐)로 설정하고 녹색 LED HL2가 깜박이기 시작할 때까지 천천히 위로 이동합니다. 그 후 100...200W 전력의 백열등이 안정기의 출력에 연결됩니다. LATR 출력의 전압을 290V로 부드럽게 증가시키는 HL4-HL8 LED는 자동 변압기 탭 스위치의 전압 값과 MK가 꺼지는 입력 전압의 상한을 확인하는 데 사용됩니다. 짐. 가능하다면 380V의 선형 전압(XNUMX상 네트워크에서)이 입력에 오랫동안 적용될 때 안정기의 성능을 확인하는 것도 좋습니다. 자동 변압기 탭의 스위칭 전압 값은 프로그램 시작 시 해당 상수를 조정하고 MPASM 매크로 어셈블러 컴파일러[2]를 사용하여 결과 텍스트를 다시 컴파일하여 변경할 수 있습니다. 프로그램의 작동 알고리즘과 관련된 기타 변경 사항은 이러한 변경 사항의 의미를 명확하게 이해하면서 극도의 주의를 기울여 소스 텍스트에 적용되어야 합니다. 이러한 수정과 관련된 오류 발생 가능성은 예를 들어 VS2-VS6(단락 모드)에서 한 쌍의 트라이액이 동시에 활성화되거나 250V 전압에서 부하를 "+20%"로 전환하는 결과를 가져올 수 있습니다. 탭 등 문학
저자: S.Koryakov, Shakhty, Rostov 지역
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