Ступенчатый стабилизатор сетевого напряжения

Ступенчатые стабилизаторы переменного напряжения ввиду простоты изготовления и отсутствия дефицитных элементов наиболее оптимальны для самостоятельного изготовления, не содержат быстроизнашивающихся механических элементов и простыми средствами позволяют достичь большой выходной мощности.

Принцип работы таких стабилизаторов основан на вольтодобавке к сетевому напряжению с помощью коммутируемых отводов вторичной обмотки силового трансформатора, которая должна обеспечивать рабочий ток, равный максимальному току на выходе стабилизатора. Например, при максимальной выходной мощности стабилизатора 3 кВт вторичная обмотка силового трансформатора должна обеспечить ток около 15А. Требуемая мощность силового трансформатора определяется путём перемножения максимального рабочего тока на напряжение вольтодобавки и, в большинстве случаев, ниже выходной мощности стабилизатора в 4 -6 раз. В большинстве случаев достаточно 3- 4 ступеней регулирования выходного напряжения с шагом 10 … 20В. Для коммутации отводов трансформатора можно применить мощные реле, пускатели, тиристоры или симисторы.

При использовании последних схема управления значительно усложняется, т.к. требуется гальваническая развязка цепей управления тиристорами или симисторами каждой ступени и исключение возможности включения симистора следующей ступени, если не отключился симистор предыдущей ступени. При расчёте числа витков обмоток трансформатора для каждой ступени следует учитывать соответствующее уменьшение сетевого напряжения в этой рабочей точке.

Если, например, выбранное напряжение каждой ступени составляет 15В, количество витков первой ступени (А) следует считать исходя из уровня напряжения в электрической сети 205В (коэффициент трансформации равен 205/15= 13,7). Второй ступени (В) – исходя из уровня сетевого напряжения 190В (коэффициент трансформации равен 190/15= 12,7), коэффициент трансформации третьей ступени (С) 175/15 = 11,7 и т.д. Сечение проводника вторичной обмотки должно составлять не менее 1мм2 на каждые 6А. Вариант такого стабилизатора представлен ниже.

Схема обеспечивает 4 ступени регулирования выходного напряжения. В основе работы устройства положен принцип сравнения установленных на входах счетверённого компаратора уровнях напряжений с величиной, пропорциональной уровню напряжения в сети. При уменьшении сетевого напряжения на выходах компараторов (по схеме сверху вниз) последовательно появляются сигналы напряжением около 10В, которые поступают на дешифратор (микросхемы D1, D2, D3). Дешифратор служит для экономичного включения реле – при любом напряжении в сети срабатывает только одно реле К1 – К4. Схему можно переработать, снизив напряжение питания микросхем до 5В и вместо трёх логических микросхем использовать четырёхразрядный двоичный дешифратор, например КР1533ИД3 (SN74ALS154N).

Тип реле, применяемых в схеме, зависит от выходной мощности стабилизатора. При требуемом токе нагрузки свыше 15А для коммутации отводов вторичной обмотки следует установить магнитные пускатели, катушки которых соответственно подключаются к отводам силового трансформатора через контакты маломощных реле К1 … К4, а общий провод соединяется с выводом “Ф” вилки сетевого питания. Это делается для того, чтобы при пониженном напряжении в сети напряжение катушек пускателей соответствовало номинальному.

Для устойчивой работы стабилизатора напряжения конденсаторы измерительной цепи должны иметь малую утечку. Электролитический конденсатор С1 лучше использовать танталовый или ниобиевый, а конденсатор С3 должен быть плёночным лавсановым. Резисторы измерительных цепей R1, R6 должны быть стабильного ряда. Настройку схемы начинают при отключенных реле К1 … К4 с установки напряжения +5,00В в точке Е с помощью многооборотного подстроечного резистора R6 при напряжении в сети равным точно 220В. Далее с помощью подстроечных резисторов R2 – R5 настраивают пороговые напряжения срабатывания компараторов. Уровни напряжений настройки каждой ступени рассчитываются по формуле: UA=UE * U 1 ступени / 220B; UB=UE * U 2 ступени / 220B; UС=UE * U 3 ступени / 220B и т.д. Все настройки осуществляют с помощью цифрового мультиметра. Для исключения дребезга реле при напряжении в сети, близком к напряжению срабатывания порога, компараторы имеют небольшой гистерезис характеристики, который определяется соотношением сопротивлений резисторов R12/R7, R13/R8 ый определяется соотношением сопротивлений резисторов R12/R7, R13/R8 и т.д. Это соотношение должно быть около 50 … 60, что обеспечивает гистерезис порядка 5 … 10В в рабочих точках сетевого напряжения. Транзисторы могут быть любыми n-p-n с достаточным для коммутации реле током коллектора и предельным напряжением не менее 50В и коэффициентом усиления не менее 100. Сопротивление резистора R21 полностью зависит от типа применяемых реле и величины напряжения на отводах вторичной обмотки силового трансформатора.

В схему можно ввести индикацию срабатывания порогов, подключив светодиоды параллельно катушкам реле через гасящий резистор, как показано на рисунке.

Комментарии: 16Активность: 54595
0 0 голоса

Оцените статью!

guest
0 Комментарий
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии