Netzspannungsstabilisator mit Mikrocontroller-Steuerung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz

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Eine dauerhafte Abweichung der Netzspannung um mehr als 10 % vom Nennwert von 220 V ist in vielen Regionen unseres Landes leider zur Normalität geworden. Bei einer erhöhten Spannung (bis zu 240 ... 250 V) im Netz wird die Lebensdauer von Beleuchtungsgeräten erheblich verkürzt, die Erwärmung von Transformatornetzteilen und Motoren in Kühlschrankkompressoren nimmt zu.

Ein Abfall der Netzspannung unter 160 ... 170 V führt zu einer erheblichen Erhöhung der Belastung der Schlüsseltransistoren in Schaltnetzteilen (dies kann zu deren Überhitzung und anschließendem thermischen Zusammenbruch führen) sowie zum Blockieren von Motoren in Kühlschrankkompressoren. was auch zu deren Überhitzung und Leistungsausfall führt.

Noch größere Spannungsschwankungen bei einphasigen Verbrauchern, die von einem Drehstromnetz versorgt werden, treten bei einem Bruch des Neutralleiters im Bereich vom Anschlusspunkt des Verbrauchers an das Vierleiternetz bis zum Umspannwerk auf. In diesem Fall kann die Spannung in der Steckdose aufgrund eines Phasenungleichgewichts von mehreren zehn Volt bis zu linearen 380 V variieren, was unweigerlich zu Schäden an fast allen an die Steckdose angeschlossenen komplexen Haushaltsgeräten führen wird. Der vorgeschlagene Stabilisator wird dazu beitragen, die mit extremen Spannungsschwankungen im Netz verbundenen Probleme zu vermeiden.

Um die Netzspannung unter häuslichen Bedingungen zu stabilisieren, werden hauptsächlich Ferroresonanz-Stabilisatoren verwendet. Zu ihren Nachteilen gehören die Verzerrung der Sinusform der Ausgangsspannung (es ist beispielsweise verboten, einen Kühlschrank an einen solchen Stabilisator anzuschließen), die begrenzte Leistung von Haushaltsstabilisatoren (300 ... 400 W) mit erheblichen Gewichts- und Größenindikatoren, die Unfähigkeit, ohne Last zu arbeiten, ein Fehler im engen Stabilisierungsbereich bei Hochspannung im Netzwerk.

Der Ausgleichsspannungsstabilisator ist frei von diesen Mängeln, dessen Blockschaltbild in Fig. 1 gezeigt ist. eines.

Es arbeitet nach dem Prinzip der schrittweisen Spannungskorrektur, die durch Umschalten der Abgriffe der Wicklung des Autotransformators T1 mit Triac-Schaltern Q2-Q6 unter der Steuerung eines Mikrocontrollers (MK) durchgeführt wird, der den Spannungspegel im Netzwerk überwacht.

Das im Stabilisator verwendete Verfahren zur Abschätzung der Amplitude der Netzspannung ist äußerst einfach zu implementieren und bietet für diese Anwendung eine durchaus ausreichende Messgenauigkeit. Es erlegt jedoch eine Reihe von Einschränkungen für die mögliche Verwendung des Geräts auf. Zunächst muss die Frequenz der Netzspannung konstant bleiben (50 Hz). Diese Bedingung kann beispielsweise verletzt werden, wenn Energie von einem autonomen Dieselgenerator geliefert wird. Außerdem sinkt die Messgenauigkeit mit dem Anwachsen von nichtlinearen Verzerrungen des Netzspannungsverlaufs, die beim Betrieb eng beieinander liegender leistungsstarker Verbraucher mit stark ausgeprägter induktiver Natur der Last auftreten.

Das schematische Diagramm des Geräts ist in Abb. 2 dargestellt. XNUMX.

(zum Vergrößern klicken)

Gemäß dem im Speicher abgelegten Programm misst MK DD1 die Netzspannung in jeder Periode (20 ms). Vom Teiler R1R2 bilden die negativen Halbwellen der Netzspannung, die durch die Zenerdiode VD1 laufen, Impulse mit einer Amplitude, die durch die Stabilisierungsspannung der Zenerdiode bestimmt wird, in diesem Fall 10 V. Vom Teiler R3R4, der die Amplitude des empfangenen Signals auf den TTL-Pegel reduziert (Abb. 3), kommen diese Impulse auf Leitung 0 von Port A, der für den Eingang konfiguriert ist.

Mit dem Trimmerwiderstand R4 wird der untere Signalpegel am MK-Eingang auf 0,2 eingestellt. ..0,3 V unter dem Protokollpegel. 0. Bei Raumtemperatur und einer stabilisierten Versorgungsspannung ist der Spannungspegel des Übergangs des digitalen Eingangs der CMOS-Mikroschaltung vom Zustand des Protokolls. 1 zum Status des Protokolls. 0 (und zurück von 0 auf 1 mit einer gewissen Hysterese, die in diesem Fall aufgrund ihres konstanten Wertes vernachlässigt werden kann) bleibt nahezu konstant.

Wie aus Abb. ersichtlich ist. 3, wenn sich die Netzspannung von 145 auf 275 V ändert, entspricht die Dauer der Impulse dem Protokoll. 0, variiert zwischen etwa 0,5 und 6 ms. Durch Messung der Dauer dieser Impulse berechnet das MC-Programm die Höhe der Netzspannung in der aktuellen Periode. (R4.1 ist der Widerstandswert eines Teils des Widerstands R4 von unten – laut Diagramm – Ausgang zum Motor).

Nach dem Einschalten des Stabilisators wird die Netzspannung für 5 s geregelt. Liegt sie im Bereich von 145 ... 275 V, blinkt die grüne LED HL2 „Normal“, ansonsten leuchtet die LED HL3 „Low“ oder HL1 „High“ (je nach Wert der Netzspannung). In diesem Zustand befindet sich der Stabilisator, bis die Spannung im Netzwerk die angegebenen Grenzen erreicht.

Wenn die Netzspannung nach 5 s innerhalb akzeptabler Grenzen bleibt, gibt der MC einen Befehl zum Öffnen des VS1-Simistors aus, über den der T1-Spartransformator mit dem Netzwerk verbunden ist. Danach führt der MK für weitere 0,5 s Kontrollmessungen der Netzspannung durch und öffnet dann je nach Messergebnis einen der Triacs VS2-VS6 und verbindet damit die Last mit einem der fünf Abgriffe des Spartransformators . Die galvanische Trennung von Triacs mit MK erfolgt durch Thyristor-Optokoppler U1-U6.

Beim Regelvorgang wird dem eingeschalteten Triac am Ende der Halbwelle der Sinuskurve der Netzspannung der Öffnungsimpuls weggenommen. Danach pausiert das MK-Programm für 4 ms und sendet dann einen Öffnungsimpuls an einen anderen Triac. Die Dauer der Verzögerung zwischen dem Schalten von Triacs kann erhöht werden, indem am Anfang des Programms (im Konstantenbeschreibungsblock) der entsprechende Wert der Verzögerungszeit geändert wird (siehe Kommentare im Quellcode des Programms). Eine Erhöhung dieser Zeit auf 10 ... 15 ms ist erforderlich, wenn eine induktive Last mit einem Leistungsfaktor kleiner 0,7 ... 0,8 an den Stabilisator angeschlossen wird.

Weicht die Netzspannung über die zulässigen Grenzen ab, wird der Spartransformator zusammen mit der Last durch den Triac VS1 abgeschaltet. Die LEDs HL1-HL8 zeigen den Zustand des Stabilisators und die Spannungspegel im Netzwerk an.

Abhängig vom Wert der Netzspannung U werden die Ausgänge der Zusatzwicklungen des Spartransformators in folgender Reihenfolge geschaltet:

- U<145 V - die Last ist ausgeschaltet, die rote LED HL3 leuchtet ("Low");

- 145

- 165

- 190

- 205

- 235

- 245

- 265

- U>275 V - Die Last ist vom Netz getrennt, die rote LED HL1 ("High") leuchtet.

Um ein zufälliges Schalten von Triacs zu verhindern, falls die Netzspannung an der Schwelle zum Schalten der Abgriffe des Spartransformators liegt, wurde eine gewisse "Hysterese" im Betrieb in das Programm eingeführt. Wenn beispielsweise bei einem Anstieg der Netzspannung von 189 auf 190 V die Last vom Abgriff „+20 %“ auf „+10 %“ geschaltet wird,

Autor: S. Koryakov, Schachty, Rostower Gebiet; Veröffentlichung: cxem.net

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