Твердотельный стабилизатор напряжения

У нас есть большая система распределения электроэнергии с большими потерями распределения и изменениями в промышленной / внутренней нагрузке. Это приводит к колебаниям напряжения, которые могут повредить электрические / электронные приборы, такие как лампы, вентилятор, телевизор, миксер, кондиционер, нагреватель, водяной насос, тостер и т. Д. Здесь мы опишем, как сделать твердотельный стабилизатор напряжения, который не использует электромеханические реле и подходит для большинства целей.

Основные характеристики твердотельного стабилизатора напряжения:

1.Широкий диапазон изменения напряжения от 120 В до 280 В
2. Требуются только две настройки: низкое напряжение и высокое напряжение
3. Стабилизированный выход 220 В
4. Компактный размер
5. Бесшумная работа
6. Индикатор напряжения светодиодный
7. Индикатор низкого / высокого напряжения и защита от отсечения

Структурная схема твердотельного стабилизатора напряжения показана на рис.1.

Рис.1: Блок-схема твердотельного стабилизатора напряжения

Схема включает следующие четыре секции:

1.Аналоговое напряжение для цифрового шагового переключателя
2. Изолированное твердотельное реле мощности
3. Блок управления питанием
4. Сетевой трансформатор

Рис.2: Схема стабилизатора напряжения

Принципиальная схема твердотельного стабилизатора напряжения показана на рис.2. Сердцем стабилизатора является драйвер дисплея панели IC1 (LM3914). Он используется в качестве вольтметра со светодиодным индикатором с более низкими значениями напряжения и верхнего напряжения через  VR1 и VR2. IC1 определяет напряжение сети. Разность между нижним напряжением и верхним напряжением делится на 10 шагов. Каждый светодиод показывает один шаг или один уровень напряжения и горит в зависимости от уровня принимаемого напряжения. Все 10 выходов IC1, которые используются для зажигания светодиодов, также подаются как входы на двойной декодер / демультиплексор CD4556. CD4556 используется для преобразования аналогового напряжения в цифровые шаги, чтобы гарантировать, что в данный момент только одно нажатие сетевого трансформатора получает входное напряжение питания от сети. Во всех условиях активным может быть только один шаг в соответствии с аналоговым входным напряжением. Предположим, что первое условие, когда напряжение в сети меньше нижнего установленного значения. Все выходные выводы (1, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10) IC1 будут высокими. IC3 (A) будет отключен, и ни один шаг не будет выбран (означает низкий уровень напряжения 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10) IC1 будет высоким. IC3 (A) будет отключен, и ни один шаг не будет выбран (означает низкое напряжение отключения). Когда напряжение в сети возрастает до более низкого значения, светодиод 1 вольтметра гистограммы горит, когда контакт 1 микросхемы IC1 низкий, а все остальные выводы выведены. В этом условии IC2 (A) активируется, потому что вход E (контакт 1) является низким. Поскольку входы A0 и A1 IC2 (A) высоки, выход Q3 становится низким. Это шаг 1 шагового зарядного устройства. Когда напряжение возрастает, вход A0 IC2 (A) становится низким, а его выход Q2 также становится низким. Оба этих выхода объединены с диодами 1N4148 и подаются на катодный вывод внутреннего светодиода IC7 (MOC3011). Поскольку внутренний светодиод IC7 светится, TRIAC1 проводит и обеспечивает сеть переменного тока нажатием «A» сетевого трансформатора X2. При дальнейшем увеличении напряжения оба входа A0 и A1 IC2 (A) переходят в низкий уровень, а оба его выхода выходят на высокий уровень, а TRIAC1 отключается. Вход A1 и выход Q2 IC2 (A) генерируют вход разрешения E для IC2 (B) с помощью входных контактов установки и сброса (S и R) триггера IC5 (A) (CD4013). Контакт 1 IC5 (A) обеспечивает низкий сигнал, чтобы разрешить вход E IC2 (B), и выход Q3 IC2 (B) становится низким. Это шаг 3 смены шага. Аналогичным образом, другие условия работают одинаково (см. Таблицу).

Количество отводов для трансформатора X2 и количество используемых реле твердотельных реле зависят от диапазона напряжения, который должен быть охвачен. Если минимальное напряжение может упасть до 100 вольт, а максимальное может подняться до 300 вольт, нам нужно покрыть 200 вольт отклонение. Этому можно управлять либо через десять отводов с разностью потенциалов 20 В, либо всего по пять отводов с разностью в 40 В между каждым. Изолированное полупроводниковое силовое реле содержит оптико-изоляционный драйвер MOC3011, мостовой выпрямитель (5A) и симистор BT136. Оптоизолятор-тиристор MOC3011 используется для управления шагами и подключения сетевого питания переменного тока для правильного подключения сетевого трансформатора X2 через твердотельное реле. Емкость твердотельного реле зависит как от компонентов, так и от мостового выпрямителя. Здесь мостовой выпрямитель BT136 и 5A используется для нагрузки 1 кВт. Triac BT139 с мостовым выпрямителем 10A может использоваться для твердотельных реле более 1 кВА и менее 3 кВА. Вы можете использовать твердотельный стабилизатор напряжения до 3 кВА с трансформатором 3 кВА. Схема схемы управления питанием показана на рис. 3. Сеть переменного тока 230 В, 50 Гц отключается трансформатором X1 для подачи вторичного выхода 24 В, 500 мА. Выход трансформатора выпрямляется полноволновым выпрямителем BR6, фильтруется конденсатором C9 и регулируется IC 7812 (IC12), который обеспечивает выход 12 В постоянного тока. C10 и C11 обеспечивают дополнительную фильтрацию. Светодиод1 действует как индикатор питания. Резистор R23 действует как ограничитель тока. Когда конденсаторы, используемые на выходе, составляют более 10 мкФ, необходимо защитить ИС регулятора с помощью диода (в данном случае D11), если их входной сигнал короток к земле. Нерегулируемое напряжение питания постоянного тока используется для ввода входа IC1 для управления шагами сетевого трансформатора через твердотельные реле.

Рис.3: Электропитание

Используемый здесь сетевой трансформатор представляет собой автоматический трансформатор с отводами напряжений 120 В, 152 В, 184 В, 216 В, 248 В и 281 В соответственно (как показано на рисунке 2). Все отводы подключены к твердотельным реле управления напряжением для обеспечения соответствующих напряжений.

Загрузите PDF-файлы для печатных плат и компонентов (рис.4, 5): нажмите здесь

Рекомендации

1. Используйте трансформатор переменного напряжения, имеющий диапазон от 0 до 300 вольт, и цифровой вольтметр (3½ цифры) для измерения сетевого питания.
2. Подключите этот твердотельный стабилизатор напряжения с переменным трансформатором, начиная с нулевого значения напряжения. Медленно увеличивайте напряжение от 0 до 120 вольт
3. Установите выходной трансформатор переменного напряжения 120 вольт с помощью цифрового вольтметра
4. Задайте предустановку низкого напряжения VR2 IC-LM3914, чтобы светился только LED1
5. Теперь установите трансформатор на 281 вольт с помощью цифрового вольтметра
6. Задайте предустановку VR1 высокого напряжения для IC1, чтобы могли загореться все светодиоды от LED1 до LED10
7. Установите трансформатор на 184 вольта и проверьте светодиоды
8. Установите трансформатор на 248 вольт и проверьте светодиоды
9. Переместите переменный трансформатор с 120 на верхний и проверьте полупроводниковый релейный выход один за другим с помощью контрольной лампы 220 В, 40 Вт. Также см. Таблицу CD4556.
10. Соедините выводы сетевого трансформатора с твердотельными реле с большой осторожностью при правильном подключении.
11. Теперь подключите цифровой вольтметр к выходному разъему и проверьте напряжение с переменным трансформатором от 120 В ~ 281. Выход должен оставаться 220В
12. Подключите контрольную лампу в качестве нагрузки и проверьте изменение напряжения. Теперь твердотельный стабилизатор напряжения готов к использованию с нагрузкой 1 кВА.

Адиб Раза