Stabilizzatore di tensione di rete con controllo a microcontrollore. Schema, descrizione

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Stabilizzatore di tensione di rete con controllo a microcontrollore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Sfortunatamente, una deviazione a lungo termine della tensione di rete di oltre il 10% dal valore nominale di 220 V in molte regioni del nostro paese è diventata un evento comune. Con un aumento della tensione (fino a 240 ... 250 V) nella rete, la durata dei dispositivi di illuminazione viene notevolmente ridotta, aumenta il riscaldamento degli alimentatori dei trasformatori e dei motori nei compressori dei frigoriferi.

Una diminuzione della tensione di rete inferiore a 160 ... 170 V provoca un aumento significativo del carico sui transistor chiave negli alimentatori a commutazione (questo può causare il loro surriscaldamento e la successiva rottura termica), nonché il blocco dei motori nei compressori del frigorifero, che porta anche al loro surriscaldamento e fuori servizio.

Oscillazioni di tensione ancora maggiori per le utenze monofase alimentate da una rete trifase si verificano in caso di interruzione del filo neutro nell'area dal punto di connessione dell'utenza alla rete a quattro fili fino alla cabina di trasformazione. In questo caso, a causa dello squilibrio di fase, la tensione in uscita può variare da alcune decine di volt fino a 380 V lineari, il che porterà inevitabilmente al danneggiamento di quasi tutti gli elettrodomestici complessi collegati alla presa. Lo stabilizzatore proposto aiuterà ad evitare i problemi associati a fluttuazioni di tensione estreme nella rete.

Per stabilizzare la tensione di rete in condizioni domestiche, vengono utilizzati principalmente stabilizzatori di ferrorisonanza. I loro svantaggi includono la distorsione della forma sinusoidale della tensione di uscita (ad esempio, è vietato collegare un frigorifero a un tale stabilizzatore), la potenza limitata degli stabilizzatori domestici (300 ... 400 W) con indicatori di peso e dimensioni significativi, l'impossibilità di lavorare senza carico, un intervallo di stabilizzazione ristretto guasto ad alta tensione nella rete.

Lo stabilizzatore di tensione di compensazione è esente da queste carenze, il cui schema a blocchi è mostrato in fig. uno.

Stabilizzatore di tensione di rete con controllo a microcontrollore

Funziona secondo il principio della correzione graduale della tensione, effettuata commutando le prese dell'avvolgimento dell'autotrasformatore T1 utilizzando interruttori triac Q2-Q6 sotto il controllo di un microcontrollore (MK) che monitora il livello di tensione nella rete.

Il metodo utilizzato nello stabilizzatore per stimare l'ampiezza della tensione di rete è estremamente semplice da implementare e fornisce un'accuratezza di misura abbastanza sufficiente per questa applicazione. Tuttavia, impone una serie di restrizioni sul possibile utilizzo del dispositivo. Innanzitutto la frequenza della tensione di rete deve rimanere costante (50 Hz). Questa condizione può essere violata, ad esempio, se l'alimentazione viene fornita da un generatore diesel autonomo. Inoltre, l'accuratezza della misurazione diminuisce con l'aumento delle distorsioni non lineari della forma d'onda della tensione di rete, che si verificano durante il funzionamento di potenti consumatori ravvicinati con una natura induttiva del carico fortemente pronunciata.

Lo schema schematico del dispositivo è mostrato in fig. uno.

(clicca per ingrandire)

In base al programma registrato in memoria, MK DD1 misura la tensione di rete in ciascun periodo (20 ms). Dal divisore R1R2, le semionde negative della tensione di rete, che passano attraverso il diodo zener VD1, formano impulsi su di esso con un'ampiezza determinata dalla tensione di stabilizzazione del diodo zener, in questo caso 10 V. Dal divisore R3R4, che riduce l'ampiezza del segnale ricevuto al livello TTL (Fig. 3), questi impulsi arrivano alla linea 0 della porta A, configurata per l'ingresso.

Stabilizzatore di tensione di rete con controllo a microcontrollore

Utilizzando il resistore trimmer R4, il livello del segnale inferiore all'ingresso MK è impostato su 0,2. ..0,3 V al di sotto del livello di registro. 0. A temperatura ambiente e tensione di alimentazione stabilizzata, il livello di tensione della transizione dell'ingresso digitale del microcircuito CMOS dallo stato del log. 1 allo stato del log. 0 (e torna da 0 a 1 con una certa isteresi, che in questo caso può essere trascurata per il suo valore costante) rimane pressoché costante.

Come si può vedere dalla figura. 3, quando la tensione di rete passa da 145 a 275 V, la durata degli impulsi corrisponde al log. 0, varia da circa 0,5 a 6 ms. Misurando la durata di questi impulsi, il programma MC calcola il livello della tensione di rete nel periodo corrente. (R4.1 è la resistenza di parte del resistore R4 dal basso - secondo lo schema - uscita al motore).

Dopo aver acceso lo stabilizzatore, la tensione di rete viene controllata per 5 s. Se è nell'intervallo 145 ... 275 V, il LED verde HL2 "Normal" lampeggia, altrimenti si accende il LED HL3 "Low" o HL1 "High" (a seconda del valore della tensione di rete). In questo stato, lo stabilizzatore è finché la tensione nella rete non entra nei limiti specificati.

Se dopo 5 s la tensione di rete rimane entro limiti accettabili, l'MC invia un comando di apertura del simistor VS1, attraverso il quale l'autotrasformatore T1 viene collegato alla rete. Successivamente, l'MK effettua le misurazioni di controllo della tensione di rete per altri 0,5 s, quindi, a seconda del risultato della misurazione, apre uno dei triac VS2-VS6, collegando così il carico a una delle cinque prese dell'autotrasformatore . L'isolamento galvanico dei triac con MK viene effettuato dagli optoaccoppiatori a tiristori U1-U6.

Nel processo di regolazione, l'impulso di apertura viene rimosso dal triac acceso al termine del semiciclo della sinusoide della tensione di rete. Successivamente, il programma MK si interrompe per 4 ms, quindi invia un impulso di apertura a un altro triac. La durata del ritardo tra i triac di commutazione può essere aumentata modificando all'inizio del programma (nel blocco di descrizione costante) il valore corrispondente del tempo di ritardo (vedi commenti nel codice sorgente del programma). È necessario aumentare questo tempo a 10 ... 15 ms se allo stabilizzatore è collegato un carico induttivo con un fattore di potenza inferiore a 0,7 ... 0,8.

Se la tensione di rete si discosta oltre i limiti consentiti, l'autotrasformatore, insieme al carico, viene spento dal triac VS1. I LED HL1-HL8 indicano lo stato dello stabilizzatore e i livelli di tensione nella rete.

A seconda del valore della tensione di rete U, le uscite degli avvolgimenti aggiuntivi dell'autotrasformatore vengono commutate nel seguente ordine:

- U<145 V - il carico è spento, il LED rosso HL3 è acceso ("Low");

- 145

- 165

- 190

- 205

- 235

- 245

- 265

- U>275 V - il carico è scollegato dalla rete, il LED rosso HL1 ("High") è acceso.

Per evitare commutazioni casuali dei triac nel caso in cui la tensione di rete sia alla soglia di commutazione delle prese dell'autotrasformatore, è stata introdotta nel programma una certa "isteresi" di funzionamento. Ad esempio, se quando la tensione di rete aumenta da 189 a 190 V, il carico viene commutato dalla presa "+20%" a "+10%",

Autore: S. Koryakov, Shakhty, regione di Rostov; Pubblicazione: cxem.net

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