Схема. Стабилизатор переменного напряжения

      Исследовав источники [1, 2] и ряд сайтов в Интернете, я упростил схему стабилизатора переменного напряжения, описанную в статье [1]. Число микросхем удалось сократить до четырёх, число оптосимисторных ключей — до шести. Принцип действия стабилизатора такой же, как у прототипа [1].

Основные технические характеристики
Входное напряжение, В …………………………………………135…270
Выходное напряжение, В ……………………………………….197…242
Максимальная мощность нагрузки, кВт ……………………..5
Время переключения или отключения нагрузки, мс ……..10
      
      Схема стабилизатора переменного напряжения показана на рисунке. Устройство состоит из силового модуля и блока управления. Силовой модуль содержит мощный автотрансформатор Т2 и шесть ключей переменного тока, обведённых на схеме штрихпунктирной линией. Остальные детали образуют блок управления. Он содержит семь пороговых устройств: I — DA2.1R5R11R17, II — DA2.2R6R12R18, III — DA2.3R7R13R19, IV — DA2.4R8R14R20, V — DA3.1, R9R15R21, VI —DA3.2R10R16R22, VII — DA3.3R23. На одном из выходов дешифратора DD2 присутствует напряжение высокого уровня, которое вызывает включение соответствующего светодиода (одного из HL1 —HL8).

      Мощный автотрансформатор Т2 включён иначе, чем в прототипе. Напряжение сети подаётся на один из отводов обмотки или на обмотку целиком через один из симисторов VS1—VS6, а нагрузка подключена к одному и тому же отводу. При таком включении расходуется меньше провода на обмотку автотрансформатора.
      Напряжение обмотки II трансформатора Т1 выпрямляют диоды VD1, VD2 и сглаживает конденсатор C1. Выпрямленное напряжение пропорционально входному. Оно используется как для питания блока управления, так и для измерения входного напряжения сети. С этой целью оно подаётся на делитель R1—R3. С движка подстроечного резистора R2 поступает на неинвертирующие входы операционных усилителей DA2.1 —DA2.4, DA3.1—DA3.3, Эти ОУ используются в качестве компараторов напряжения. Резисторы R17—R23 создают гистерезис переключения компараторов.

      В таблице показаны пределы изменения выходного напряжения UВЫХ и логические уровни напряжения на выходах операционных усилителей и входах дешифратора DD2, а также включённые светодиоды в зависимости от входного напряжения UBX без учёта гистерезиса.
      Микросхема DA1 вырабатывает стабильное напряжение 12 В для питания остальных микросхем. Стабилитрон VD3 вырабатывает образцовое напряжение 9 В, Оно подаётся на инвертирующий вход ОУ DA3.3. На инвертирующие входы других ОУ оно поступает через делители на резисторах R5—R16.

      При сетевом напряжении ниже 135 В напряжение на движке резистора R2, а значит, и на неинвертирующих входах ОУ меньше, чем на инвертирующих. Поэтому на выходах всех ОУ низкий уровень. На всех выходах микросхемы DD1 также низкий уровень. В этом случае появляется высокий уровень на выходе 0 (вывод 3) дешифратора DD2. Включён светодиод HL1, показывая слишком низкое напряжение сети. Все оптосимисторы и симисторы закрыты. Напряжение на нагрузку не подаётся.

      При напряжении сети от 135 до 155 В напряжение на движке резистора R2 больше, чем на инвертирующем входе DA2.1, поэтому на его выходе высокий уровень. На выходе элемента DD1.1 также высокий уровень. В этом случае появляется высокий уровень на выходе 1 (вывод 14) дешифратора DD2 (см. таблицу). Светодиод HL1 гаснет. Включается светодиод HL2, течёт ток через излучающий диод оптрона U6, вследствие чего оптосимистор этого оптрона открывается. Через открытый симистор VS6 напряжение сети подаётся на нижний по схеме отвод (вывод 6) относительно начала обмотки (вывода 7) автотрансформатора Т2. Напряжение на нагрузке больше напряжения сети на 64…71 В.

      При дальнейшем повышении напряжения сети оно будет переключаться на следующий вверх по схеме вывод автотрансформатора Т2. В частности, напряжение сети от 205 до 235 В непосредственно поступает на нагрузку через открытый симистор VS2, а также на выводы 1—7 автотрансформатора Т2.
      При напряжении сети от 235 до 270 В на выходах всех ОУ, кроме DA3.3, высокий уровень, ток течёт через светодиод HL7 и излучающий диод U1.2. Напряжение сети через открытый симистор VS1 подключено ко всей обмотке автотрансформатора Т2, Напряжение на нагрузке меньше напряжения сети на 24…28 В.

      При напряжении сети более 270 В на выходах всех ОУ высокий уровень, а ток течёт через светодиод HL8, который сигнализирует о чрезмерно высоком напряжении сети. Все оптосимисторы и симисторы закрыты. Напряжение на нагрузку не подаётся.
      Маломощный трансформатор Т1 аналогичен применённому в прототипе, за исключением того, что его вторичная обмотка содержит 1400 витков с отводом от середины. Мощный автотрансформатор Т2 — готовый от промышленного стабилизатора VOTO 5000 Вт. Отмотав вторичную обмотку и часть первичной, я сделал новые отводы, считая от начала обмотки (вывода 7): вывод 6 от 215-го витка (150 В), вывод 5 от 236-го витка (165 В), вывод4 от 257-го витка (180 В), вывод 3 от 286-го витка (200 В), вывод 2 от 314-го витка (220 В). Вся обмотка (выводы 1—7) имеет 350 витков (245 В).

      Постоянные резисторы — С2-23 и ОМЛТ, подстроечный резистор R2 — С5-2ВБ. Конденсаторы С1— СЗ— К50-35, К50-20. Диоды 1 N4002 (VD1, VD2) можно заменить на 1 N4003—1 N4007, КД243Б— КД243Ж.
      Микросхему 7812 можно заменить отечественными аналогами КР1157ЕН12А, КР1157ЕН12Б.

      Налаживание схемы стабилизатора переменного напряжения выполняют с помощью ЛАТРа. Вначале устанавливают пороги переключения. Для достижения более высокой точности установки резисторы R17—R23, создающие гистерезис, не устанавливают. Мощный автотрансформатор Т2 не подключают. Устройство подключают к сети через ЛАТР. На выходе ЛАТРа устанавливают напряжение 270 В. Перемещают движок подстроечного резистора R2 снизу вверх по схеме до включения светодиода HL8. Далее на выходе ЛАТРа устанавливают напряжение 135 В. Подбирают резистор Р5так, чтобы напряжение на инвертирующем входе (вывод 2) ОУ DA2.1 было равно напряжению на его неинвертирующем входе (вывод 3). Затем последовательно подбирают резисторы R6…R10, устанавливая пороги переключения 155В, 170 В, 185 В, 205 В, 235 В, сверяя логические уровни с таблицей. После этого устанавливают резисторы R17—R23. В случае необходимости подбирают их сопротивления, устанавливая необходимую ширину петли гистерезиса. Чем больше сопротивление, тем меньше ширина петли. Установив пороги переключения, подключают мощный автотрансформатор Т2, а к нему нагрузку, например, лампу накаливания мощностью 100…200 Вт. Проверяют пороги переключения и измеряют напряжение на нагрузке. После налаживания светодиоды HL2—HL7 можно удалить, заменив их перемычками.

ЛИТЕРАТУРА
1. Годин А. Стабилизатор переменного напряжения. — Радио, 2005, № 8, с. 33—36,
2. Озолин М. Усовершенствованны и блок управления стабилизатора переменного напряжения. — Радио, 2006, N° 7, с. 34, 35.

Г. ГАДЖИЕВ, с. Ново-Георгиевка, Дагестан
«Радио» №2 2013г.

Похожие статьи:
ПОВЫШАЮЩИЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
Сигнализатор возгорания
Сигнализатор обледенения
Устройство защиты от аварийного напряжения сети
Вольтметр переменного напряжения
Простой источник бесперебойного питания
Мощный стабилизатор двухполярного напряжения для УМЗЧ