Стабилизатор релейно-трансформаторный

В сельской местности, а иногда и в городах нередко наблюдается значительное снижение сетевого напряжения относительно номинального значения 220 В. Это часто приводит к отказу в работе холодильников.

Крайне неудобно становится работать с микроволновой печью, поскольку приготовление или разогрев пищи в ней идет по времени, а при нестабильном сетевом напряжении резко меняется мощность печи и необходим постоянный контроль за ходом процесса. Существенно падает эффективность работы с электроинструментом. Для стабилизации напряжения сети при сохранении его формы существует много вариантов релейно-трансформаторных устройств.

В основу этого устройства положена упрощенная автотрансформаторная схема (рис.1), в которой сетевое напряжение постоянно подается на обмотку I автотрансформатора, а по мере снижения напряжения сети от номинала движок переключателя SA1 переводится вверх.

В стабилизаторе переключение обмоток осуществляется контактами реле автоматически по сигналам устройства управления, которое отслеживает колебания напряжения сети. Особенностью такой схемы является то, что при отсутствии нагрузки (основная ситуация при работе на холодильник) переключение контактов реле происходит в режиме холостого хода и их износ является чисто механическим.

Число промежуточных отводов автотрансформатора определяется необходимой точностью поддержания выходного напряжения.Для переключения четырех ступеней достаточно двух реле, у одного из которых две группы переключающих контактов, у другого — одна.

Для того, чтобы реле не срабатывали слишком часто при колебаниях напряжения сети около порогов переключения, необходимо обеспечить гистерезис на включение и выключение реле. При этом, чтобы обеспечить одинаковые колебания выходного напряжения в процессе переключения SA1, коэффициенты передачи автотрансформатора для различных положений переключателя SA1 должны представлять собой геометрическую прогрессию. Поэтому, если для положения 4 SA1 (см. рис. 1) коэффициент передачи К4=1,33, то для положения 3 — К3= 1,21, а для положения 2 — К2= 1,1.
Принципиальную схему разработанного стабилизатора можно условно разделить на две части — узел управления (рис. 2) и силовой блок (рис. 3).

Обмотки автотрансформатора Т1 (см. рис. 3), номинальные напряжения которых приведены на схеме, обеспечивают необходимые коэффициенты передачи устройства. Тумблер SA1 имеет среднее положение, при установке в которое ни один из контактов не замкнут, реле К1 и К2 отпущены. Входное напряжение через контакты К2.1 и К1.1 поступает на выход, и никакие узлы устройства, кроме вольтметра на миллиамперметре РА1 и помехоподавляющей цепочки R24C6, энергии не потребляют. Этот режим соответствует выключенному состоянию стабилизатора.
При установке переключателя SA1 в любое из крайних положений начинает работать узел управления, получающий питание через автотрансформатор Т4. Напряжение для работы его элементов поступает с двух последовательно соединенных обмоток автотрансформатора Т4 по 6,3 В, выпрямляется мостом VD2 и стабилизируется микросхемой DA1 на уровне 6 В. Из него же при помощи резистивного делителя R5—R9 формируются опорные напряжения для компараторов DA2.1—DA2.3. Они приняты равными 0,01 от напряжений, соответствующих серединам петель гистерезиса — 1,69, 1,86 и 2,04 В (рис. 4).

Постоянное напряжение, пропорциональное входному, формируется при помощи обмотки трансформатора Т4 на 28 В, выпрямительного моста VD1 и сглаживается конденсатором С1. На вторые входы всех компараторов поступает его часть, определяемая делителем R2, R3, R10. Логику работы устройства в целом иллюстрирует таблица.

При номинальном сетевом напряжении уровни на инверсных входах всех компараторов больше, чем на прямых, и на их выходах лог. 0: оба реле отпущены, сигнал с выхода компаратора DA2.1 инвертируется элементом DD1.1 и через эмиттерный повторитель VT1 включает зеленый светодиод. При снижении сетевого напряжения на выходах компараторов DA2.3, DA2.2 и DA2.1 поочередно появляются уровни лог. 1. Выходные сигналы компараторов простейшим преобразователем кода на элементе «Исключающее ИЛИ» DD1.2 и повторителе DD1.3 превращаются в двухразрядный код Грея и через эмиттерные повторители на транзисторах VT2, VT3 включают светодиоды тринисторных оптронов U1, U2, которые в свою очередь через диодные мосты VD3, VD4 (см. рис. 3) включают реле К1 и К2 соответственно.

Наиболее важное свойство кода Грея заключается в том, что при переходе от одного соседнего значения к другому код изменяется только в одном разряде. Применительно к данному устройству это означает, что при изменении входного напряжения и переходе от Одного коэффициента передачи к другому никогда не будут переключаться два реле одновременно, что могло бы приводить к выбросам на выходном напряжении и другим неприятным явлениям.

В нижнем по схеме на рис. 3 положении переключателя SA1 обмотка 220 В автотрансформатора Т1 постоянно подключена к сети независимо от того, нужно ли повышение входного напряжения или достаточно передать его на выход без изменения. Это позволяет использовать напряжение с секций 22, 24 и 27 В автотрансформатора для питания низковольтных потребителей, правда, оно не будет стабилизированным. Если же переключатель установить в верхнее положение, при номинальном напряжении сети автотрансформатор Т1 будет отключаться и несколько уменьшатся бесполезные потери энергии. Контакты реле К1.2 и К2.3 подключают при необходимости автотрансформатор Т1 при разомкнутых контактах переключателя. При отсутствии реле с тремя группами контактов можно установить в качестве SA1 обычный тумблер и при включении стабилизатора подключать автотрансформатор Т1 к сети постоянно.

При проведении сварочных работ в сети возникают сильные колебания напряжения, которые приводят, если не принять специальных мер, к очень частым переключениям реле и быстрому износу контактов. Для борьбы с такими явлениями постоянная времени разряда конденсатора С1 выбрана очень большой — около 18 с. В результате при резком снижении входного напряжения переход на следующую ступень происходит примерно через 2 с и кратковременные провалы в выходном напряжении не вызывают переключения реле. В то же время постоянная времени заряда С1 очень мала и при повышении напряжения сети переключение происходит практически мгновенно. Такой способ «борьбы» со сваркой значительно проще примененного в и эффективнее его, поскольку стабилизатор при этом не отключается полностью, а продолжает следить за максимальным напряжением в сети.

• В качестве Т1 автор применил три трансформатора ТПП319-220-50, схема соединения их обмоток приведена на рис. 5. Первичная секция на 220 В составлена из трех параллельно соединенных первичных обмоток трансформаторов. На схеме (рис. 5) показано также подключение обмоток к контактам разъема ХЗ, позволяющее использовать стабилизатор для питания различных низковольтных потребителей.

Вторичные обмотки примененных трансформаторов рассчитаны на ток 8 А, чем и определяется мощность стабилизатора. Самостоятельно автотрансформатор удобно изготовить, используя в качестве основы один или несколько трансформаторов питания от ламповых телевизоров.

О других деталях. Трансформатор Т4 — ТАМ27/220-50, тумблер SA1 -П2Т-1, оксидные конденсаторы — импортные аналоги К50-35, С5 и С6 — К73-16 или К73-17. Выпрямительные мосты — практически любые, но VD3 и VD4 на рабочее напряжение не менее 300 В. Тринисторные оптроны АОУЮЗБ можно заменить на АОУ115Г, АОУ115Д [3], а при использовании АОУ 160 [5] с любым буквенным индексом мосты VD3 и VD4 исключаются. Конечно, возможно применение и многих импортных аналогичных приборов. Миллиамперметр РА1 имеет 30 делений шкалы и ток полного отклонения 1 мА. При применении других милли- и микроамперметров следует подобрать резистор R23.

Электромагнитные реле К1 и К2 — импортные с обмотками, рассчитанными на 220 В переменного тока и ток контактов 10 А. Перед установкой следует проверить, что они четко включаются при напряжении 150 В.

Конструктивно стабилизатор оформлен следующим образом. Между двумя поддонами размерами 387x177x20 мм от разобранных устройств ЕС ЭВМ установлены трансформаторы Т1—ТЗ, служащие также элементами их соединения. На верхнем поддоне смонтированы тумблер SA1, миллиамперметр РА1, держатель предохранителя FU1, две пары выходных гнезд Х1 и Х2 и 12-контактный разъем ХЗ типа ШР для подключения низковольтных потребителей (фото на рис. 6). На нижнем поддоне закреплены трансформатор Т4 и кронштейн с реле К1 и К2. Элементы блока управления смонтированы на печатной плате относительно больших размеров, определяемых удобством установки. Чертеж использованного для установки деталей участка платы размерами 50×80 мм приведен на рис. 7.

При настройке следует установить на движках подстроенных резисторов R6, R7, R8 указанные выше напряжения (2,04,1,86 и 1,69 В соответственно), а на резисторе R10 — 2,2 В при напряжении сети 220 В, после чего, подключив нагрузку мощностью 100…200 Вт и используя лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), проверить приведенную на рис. 4 зависимость выходного напряжения от входного. При необходимости подстроить резисторами R6—R8 пороги переключения, а для установки другой ширины петли какого-либо компаратора подобрать его входной резистор (R11 — R13). Ширина петли гистерезиса прямо пропорциональна сопротивлению соответствующего резистора. При эксплуатации стабилизатора резистором R3 можно оперативно подстраивать диапазон выходного напряжения, например, установить его равным 210…240 В.

Как при настройке, так и при эксплуатации следует помнить, что при уменьшении напряжения сети переключение реле происходит с весьма заметной задержкой — порядка двух секунд на каждую ступень.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *