Главная » Питание
Призовой фонд
на октябрь 2017 г.
1. Термометр Relsib WT51
Рэлсиб
2. 1000 руб
PCBWay
3. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
4. 100 руб.
От пользователей

Похожие статьи:


Электронный регулятор переменного напряжения

Лабораторный автотрансформатор практически незаменим для ремонта и наладки электронной аппаратуры. Однако наличие гальванической связи с сетью повышает риск поражения электрическим током или выхода из строя измерительной аппаратуры, используемой при настройке. Предлагаемый электронный регулятор позволяет минимизировать эти риски и сделать процесс налаживания устройств более безопасным и удобным.

Электронный регулятор позволяет изменять напряжение на нагрузке в диапазоне от 0 до 255В с шагом в 1В. Напряжение на нагрузке измеряется с разрешением 0,1В и выводится на семисегментные индикаторы. Максимальный ток в нагрузке ограничивается применяемым силовым трансформатором и сечением проводов его обмоток, в данном случае он равен 3А.

Электрические принципиальные схемы платы управления регулятора напряжения и силовой части регулятора представлены ниже.

Регулирование напряжения осуществляется за счёт коммутации вторичных обмоток трансформаторов Т1 и Т2 с помощью реле К1…К8. Напряжение на обмотке II трансформатора Т1 равно 1В, на каждой последующей обмотке значения напряжения удваиваются, достигая значения 128В на обмотке III трансформатора Т2, иными словами, уровни напряжений представляют собой ряд последовательных степеней числа «2» - двоичный ряд. Микроконтроллер DD1 подаёт двоичный код, соответствующий требуемому выходному напряжению, на ключи VT6…VT13, которые управляют реле К1…К8. Младший разряд числа соответствует реле К1, старший - К8. Допустим, необходимо получить на выходе напряжение, равное 173В. Число 173 в двоичном коде представляется как 10101101, таким образом, будут включены реле К8, К6, К4, К3, К1, которые скоммутируют обмотки с напряжениями 128В, 32В, 8В, 4В, 1В последовательно друг с другом, что в сумме составит как раз 173В.

Установка выходного напряжения осуществляется кнопками SB1…SB6. После включения регулятора в ячейке памяти, где хранится значение установленного напряжения, заносится 0. Функциональное назначение кнопок следующее:
SB1 - увеличение выходного напряжения на 1В;
SB2 - уменьшение выходного напряжения на 1В;
SB3 - увеличение выходного напряжения на 10В;
SB4 - уменьшение выходного напряжения на 10В;
SB5 - увеличение выходного напряжения на 100В;
SB6 - уменьшение выходного напряжения на 100В;

Перед установкой нового кода напряжения реле К1…К8 отключаются на время около 16мс. Несмотря на то, что время выключения реле, как правило, в 2 раза меньше времени включения, при размыкании контактов под нагрузкой возникает дуга, за счёт которой время полного отключения нагрузки увеличивается, а такой эффект может привести к броску напряжения на нагрузке в момент смены кода.

Подключением/отключением нагрузки к регулятору управляет МК DD1 при помощи кнопки SB7, ключей VT14…VT16 и реле К9, начальное состояние – отключено, включенное состояние индицируется светодиодом HL2. Ключи VT14…VT16 управляются двумя линиями порта МК DD1 – PC5, активный уровень «0», и PC6, активный уровень «1». Такое управление уменьшает вероятность непроизвольного срабатывания реле в момент включения/отключения регулятора или сброса контроллера.

Элементы C2 и R4 необходимы для гашения дуги между контактами реле при отключении нагрузки, имеющей индуктивный характер. Кроме этого, они способствуют уменьшению пускового тока устройств, содержащих выпрямители (импульсные БП), за счёт частичного предварительного заряда сглаживающего конденсатора последних, что предотвращает залипание контактов реле К9 в момент включения.

Выпрямление выходного напряжения для последующего измерения осуществляется с помощью элементов DA1, R1…R4, R6…R9, VD2,VD12, C3, C6, C8 на плате реле. Резисторы R1…R4 образуют делитель напряжения, диод VD2 шунтирует отрицательную полуволну напряжения, конденсатор C3 - фильтрующий. Однополярное включение ОУ DA1 не позволяет в отсутствие сигнала на входе получить нулевое напряжение на выходе. Для решения этой проблемы в цепь ООС DA1 включен диод VD12, напряжение падения на котором больше, чем минимальное напряжение на выходе 1 DA1. Конденсатор C8 интегрирует положительные полуволны напряжения, резистор R8 развязывает выход ОУ от ёмкостной нагрузки, а конденсатор C6 обеспечивает высокочастотное шунтирование.

Для проведения измерений применяется метод преобразования напряжения в частоту, внутренний АЦП МК DD1 не применяется. Измерительная часть состоит из интегратора, собранного на элементах DA1, R3, R4, C8, VT1, компаратора DA3 и работает следующим образом. В момент запуска преобразования микроконтроллер DD1 закрывает транзистор VT1. Одновременно с этим программа разрешает работу счетного регистра TCNT1 от тактовой частоты контроллера, деленной на 8, что составляет 1 МГц. Элементы DA1, R3, R4, образующие источник стабильного тока, заряжают конденсатор C8. Компаратор DA3 сравнивает линейно нарастающее напряжение на выв. 2 с измеряемым напряжением на выв.3, и, как только нарастающее напряжение станет больше измеряемого, на выв.1 DA2 установится низкий логический уровень. Спадающий фронт на выв. 20 контроллера DD1 приведет к записи в регистр захвата ICR1 содержимого счетного регистра TCNT1, запрос на прерывание по событию «захват» и вызов подпрограммы обработки прерывания. Подпрограмма открывает транзистор VT1, разряжая конденсатор C8, преобразует насчитанное счётчиком значение (количество подсчитанных тактов пропорционально измеряемому напряжению) в десятичную форму и выводит это значение на индикатор HL1.

Стабилитрон VD1 обеспечивает ограничение напряжения на выв. 3 относительно линейно нарастающего напряжения на выв. 2 компаратора DA3, гарантируя спадающий фронт на выв. 20 DD1, а значит, прерывание по событию «захват». Это ограничение необходимо в ситуации, когда измеряемое напряжение превышает установленное программой максимальное значение, в данном случае 499,9В. Превышение измеряемого напряжения 499,9 В приведёт к мерцанию индикатора с частотой 1 Гц и отображению числа «4999».

Если на выв. 3 компаратора DA4 присутствует нулевое значение напряжения, то отрицательного перепада на выв. 20 DD1 не произойдёт, поскольку уровень напряжения на выв. 2 будет заведомо больше. В этом случае произойдёт переполнение счётчика TCNT1, и будет вызвана подпрограмма обработки прерывания по событию «переполнение», которая выведет на индикатор значение «0.0».

Конденсатор C11 необходим для подавления выброса при переключении компаратора DA3, что приводит к преждевременному возникновению прерывания по событию «захват».

Ниже представлены схемы расположения и печатные платы блока управления и силовой части регулятора соответственно. В архиве прилагаются чертежи печатных плат в формате ACAD.

Фотографии собранных плат:

Управляющая программа написана на ассемблере. Настройка фьюз-битов показана ниже, где галочка означает, что бит запрограммирован – равен нулю, а пустой квадрат - нет.

Программирование МК DD1 осуществляется через 10-ти контактный разъём XP1 по интерфейсу ISP, при этом на плату управления регулятора необходимо подать питание +12В. После того, как МК запрограммирован, при включении питания на индикатор HL1 в течении 1с выводится число «2816», после чего МК переходит в рабочий режим, и индицирует напряжение, измеренное на выходе. Для настройки измерительных цепей регулятора на вход «+Uвып» и «GND» от внешнего источника питания подаётся напряжение +4,500В…+4,800В, которое контролируется вольтметром. Подстройкой резистора R4 на индикаторе HL1 добиваются показаний, идентичных внешнему вольтметру. Далее внешний источник питания отсоединяется, и вход «+Uвып» платы регулятора соединяется с «GND». Возможна индикация значения, отличного от нуля, из-за задержек переключения, напряжения смещения нуля компаратора DA2 или ненулевого сопротивления сток-исток транзистора VT1. Для исключения этой погрешности предусмотрена программная компенсация измеренного напряжения.

Вход в режим коррекции осуществляется нажатием кнопки SB8. Индикатор HL1 начнёт мигать с частотой 1Гц, отображая при этом текущее измеряемое значение. В этом режиме каждое нажатие кнопки SB1 увеличивает константу, которая вычитается из измеренного значения напряжения, на единицу, а нажатие кнопки SB2 – уменьшает. Результат коррекции выводится на индикатор, позволяя осуществлять регулировку в режиме реального времени. После программирования МК в ячейках памяти EEPROM по всем адресам находятся значения, равные 0хFF, поэтому при первом запуске режима коррекции ячейку, в которой содержится константа, следует обнулить, нажав кнопку SB4. После нажатия на индикаторе появится значение измеряемого напряжения.

Выход из режима коррекции происходит при повторном нажатии кнопки SB8, при этом значение константы записывается в энергонезависимую память МК DD1. После этого на регулятор вновь подаётся напряжение +4,500В…+4,800В, и дополнительной подстройкой резистора R4 добиваются нужных показаний измеряемого напряжения.

Окончательная настройка сводится к установке индицируемого напряжения на индикаторе HL1 в соответствии с переменным напряжением на выходе регулятора, которое контролируется внешним вольтметром. Установка измеряемого напряжения устанавливается резистором R3 на плате реле, при этом на выходе устанавливается максимальный уровень в 255В.

Допустимая мощность нагрузки регулятора полностью зависит от характеристик трансформаторов Т1 и Т2 и реле К1…К9. Использовать 2 трансформатора не обязательно, будет достаточно и одного, но из-за большого количества витков во вторичных обмотках разместить их на одном магнитопроводе будет затруднительно.

Оба трансформатора намотаны на тороидальных сердечниках, поскольку тороидальные трансформаторы обладают более низким током покоя, практически бесшумны при работе, имеют меньший вес и габариты, чем трансформаторы, намотанные на «П» и «Ш» -образных сердечниках.

Все обмотки намотаны проводом диаметром 1,06мм, типоразмер сердечника – D=117мм, d=58мм, h=55мм. Количество витков указано в таблице ниже.

Напряжение

220В

128В

64В

32В

16В

13В

Кол-во витков

435

256

128

64

32

16

8

4

2

26

Если регулятор предполагается использовать для питания низковольтных, но потребляющих значительный ток устройств, обмотки от 1В до 16В имеет смысл мотать проводом большего сечения, нежели остальные.

Острые края тора, во избежание прокалывания изоляции у провода во время намотки, необходимо скруглить шлифмашиной или напильником, после чего наклеить на торцы шайбы из плотного картона, имеющие больший внешний диаметр, и меньше внутренний, чем у тора, на 5-7 мм. После этого тор обматывается лакотканью или киперной лентой, но если их не окажется под рукой, можно воспользоваться узким бумажным малярным скотчем.

Отводы от обмоток трансформатора лучше всего делать из гибкого и разноцветного многожильного провода, одножильный может сломаться из-за частых перегибов во время намотки, а разные цвета у обмоток помогут быстрее разобраться, какое напряжение у последних. Чтобы не перепутать фазировку при окончательном монтаже устройства, желательно сразу отмечать начало и конец обмоток. Сами обмотки пропитываются шеллаком, слои изолируется друг от друга.

Крепёжные элементы для тороидов показаны ниже, прижимная шайба изготовлена из стеклотекстолита толщиной 3мм.

В качестве прокладки между трансформаторами и корпусом регулятора используются полиуретановые мебельные подпятники.

Микроконтроллер DD1 ATmega16L можно заменить на ATmega16, резисторные сборки DR2, DR3 заменить обычными резисторами, объединив 8 выводов в один и подключив к цепи +5В. Сборка DR1 представляет собой 8 отдельных чип резисторов типоразмера 1206. Стабилизатор DA1 LM7812CV установлен на алюминиевой пластине размером 100х45 мм и толщиной 5 мм. Номиналы дугогасящей цепочки C2, R4, в зависимости от типа нагрузки, могут отличаться от указанных на схеме, возможно, их придётся пересчитать под собственные нужды. От этой цепочки можно отказаться, если вместо реле К9 использовать реле с дугогасительным магнитом.

Корпус регулятора собран из алюминиевых пластин толщиной 2мм скреплённых между собой алюминиевым уголком 15х15мм.

Фотографии собранного устройства:

При работе с регулятором, несмотря на отсутствие гальванической связи с сетью 220В, не следует забывать о технике безопасности, поскольку уровень напряжения, способный достигнуть на выходе 255В, опасен для жизни. Кроме того, при наличии элементов C2 и R4, на выходе регулятора будет присутствовать напряжение, даже если контакты реле К9 разомкнуты.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Плата управления
DD1 МК AVR 8-бит
ATmega16
1 Поиск в LCSCВ блокнот
DA1 Линейный регулятор
LM317
1 Поиск в LCSCВ блокнот
DA2 Линейный регулятор
LM7805CT
1 Поиск в LCSCВ блокнот
DA3 Компаратор1 Поиск в LCSCВ блокнот
VT1 Полевой транзисторКП505А1 Поиск в LCSCВ блокнот
VT2-VT5, VT14 Биполярный транзистор
C945
5 Поиск в LCSCВ блокнот
VT6-VT13, VT15,VT16 Биполярный транзистор
2N2222A
10 Поиск в LCSCВ блокнот
VD1 Стабилитронна 9.1В1 Поиск в LCSCВ блокнот
VD2 Выпрямительный диод
1N4148
1 Поиск в LCSCВ блокнот
С1, С4 Электролитический конденсатор470 мкФ2 Поиск в LCSCВ блокнот
С2, С3, С7, С9 Конденсатор1 мкФ4 Поиск в LCSCВ блокнот
С5, С10 Конденсатор22 пФ2 Поиск в LCSCВ блокнот
С6 Электролитический конденсатор220мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
С8 Конденсатор2.2 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
С11 Конденсатор150 пФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
R1 Резистор
1 МОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R2, R22, R25, R26 Резистор
10 кОм
4 Поиск в LCSCВ блокнот
R3 Резистор
510 Ом
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R4 Подстроечный резистор100 Ом1 Поиск в LCSCВ блокнот
R5-R12, R23 Резистор
2 кОм
9 Поиск в LCSCВ блокнот
R13-R20 Резистор
150 Ом
8 Поиск в LCSCВ блокнот
R21 Резистор
1 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R24 Резистор
330 Ом
1 Поиск в LCSCВ блокнот
DR1 Резисторные сборки
10 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
DR2,DR2 Резисторные сборки
2.7 кОм
2 Поиск в LCSCВ блокнот
ZQ1 Кварц8 МГц1 Поиск в LCSCВ блокнот
HL1 ИндикаторE405611 Поиск в LCSCВ блокнот
HL2 Светодиод1 Поиск в LCSCВ блокнот
SB1-SB8 КнопкаБез фиксации8 Поиск в LCSCВ блокнот
Силовая часть
DA1 Операционный усилитель
LM358N
1 Поиск в LCSCВ блокнот
DA2 Линейный регулятор
LM78L12
1 Поиск в LCSCВ блокнот
VD1 Диодный мост
GBU606
1 Поиск в LCSCВ блокнот
VD2 Диод Шоттки
1N5817
1 Поиск в LCSCВ блокнот
VD3-VD11 Выпрямительный диод
FR107
9 Поиск в LCSCВ блокнот
VD12 Выпрямительный диод
1N4148
1 Поиск в LCSCВ блокнот
С1, С4 Электролитический конденсатор2200мкФ 25В2 Поиск в LCSCВ блокнот
С2 Конденсатор0.47 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
С3 Конденсатор0.01 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
С5, С9, С10 Конденсатор1 мкФ3 Поиск в LCSCВ блокнот
С6 Конденсатор470 пФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
С7 Электролитический конденсатор1000мкФ 16В1 Поиск в LCSCВ блокнот
С8 Электролитический конденсатор100мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
R1, R2 Резистор
120 кОм
2 Поиск в LCSCВ блокнот
R3 Подстроечный резистор1 кОм1 Поиск в LCSCВ блокнот
R4 Резистор
1.5 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R5 Резистор
220 Ом
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R6, R7, R9 Резистор
10 кОм
3 Поиск в LCSCВ блокнот
R8 Резистор
2 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
FU1 Предохранитель1 Поиск в LCSCВ блокнот
FU2 Предохранитель1 Поиск в LCSCВ блокнот
FU3 Предохранитель1 Поиск в LCSCВ блокнот
К1-К9 РелеTRA 2L-12V9 Поиск в LCSCВ блокнот
T1, T2 Трансформатор200В/1В.2В.4В.8В.13В.16В.32В.64В.128В1 Поиск в LCSCВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 Участие в конкурсе 4
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.9 Проголосовало: 4 чел.

Комментарии (22) | Я собрал (0) | Подписаться

-2
BARS_ #
Замечательная статья, только есть одна небольшая ошибка, должно быть "Электронный регулятор переменного ТОКА", а переменного напряжения вообще не существует. Это ток бывает переменным и постоянным.
Ответить
+2
lazertok #
А я и не знал, что осциллографом я измеряю ток. Особенно на токовом шунте в 100А на котором написано 75 мВ
Отличная работа...
Вот если бы он ещё сам стабилизировал напряжение установленное на заданном уровне, ведь сеть не стабильна...
Ответить
-2
BARS_ #
Ответить
-6

[Автор]
Kampfkatze #
Если уж быть совсем точным, то название должно звучать примерно так: "Электронный регулятор напряжения переменного тока". Но поскольку большинство привыкло говорить "переменное напряжение", или "постоянное напряжение", мне показалось это не существенным. В конце концов, это же не лекция по электротехнике
Ответить
-5

[Автор]
Kampfkatze #
Как раз размышляю, стоит ли вводить дополнительный режим - стабилизация установленного напряжения.
Ответить
0
Egor #
Чем устройство лучше и удобней чем ЛАТР?
Ответить
0
turus #
Только цифровой индикацией!
Ответить
0
lazertok #
BARS_ 15.05.2013 20:48 #
напряжения вообще не существует.
Читаем
Ответить
+2
Светлана Бадрутдинова #
Просмотрела схему и описание. Чтобы получить 3А надо столько городить. Есть более достойные старые схемы латра с простым управлением на двух сравнениях заданного и выходного напряжений.
Ответить
-4

[Автор]
Kampfkatze #
Вас не затруднит привести ссылку на более достойную схему? Хоть в статье речь идёт и не о ЛАТРе, но всё же.
Ответить
+4
Светлана Бадрутдиноав #
Много схем вы найдете набрав в поиске, набрав "Автоматическое регулирование напряжения на Латр". Я взяла 10А латр и намотала сверху вторичную обмотку и переставила бегунок. Но позже собрала инвертор на 4 кВт с регулированием напряжения по обратной связи. В ключах использовала модуль BSM75GD... Схем подобных много. Кто не ленится найдет. Лучше создать нормальную вещь чем релейную хлопушку.
Ответить
-2

[Автор]
Kampfkatze #
Да набирал я, набирал... И находил! Много теоретических рассуждений на тему, "как бы я сделал то-то и то-то, если бы умел"... И потом, это ведь не я выступаю с критикой устройства, так зачем мне набирать что-то в поиске? Вот Вы наберите, и приведите ссылку на какое-нибудь описание рабочего регулятора. Чтобы можно было сравнить две конструкции, а не рассуждать, как можно было бы сделать "нормальную вещь".
Ответить
0
AL #
Извиняюсь, за глупый вопрос, а почему используется два трансформатора?
Ответить
-4

[Автор]
Kampfkatze #
У меня просто не было одного трансформатора с большим внутренним окном, чтобы разместить все обмотки. Пришлось использовать 2 трансформатора.
Ответить
0
AL #
Спасибо, значит правильно понял
Тогда ещё вопрос, а где можно достать подобный сердечник? Единственное, что нашел это готовые трансы, но отдавать по 800-1000р и потом перематывать неохота.
Ответить
0
Wasiliy60 #
А зачем перематывать, когда можно заказать с теми обмотками, которые нужны в этом устройстве? И все дела.
Ответить
-4

[Автор]
Kampfkatze #
Можно поискать старые ЛАТР'ы, ампер на 5. По объявлению, у знакомых, или на местной "барахолке". За них просят недорого. Тороиды встречаются и в стабилизаторах напряжения для старых телевизоров.
Ответить
0
Romas #
У меня один технический - практический вопрос: не выгорают ли контакты K8.1 при индуктивной нагрузке на выходе?
Мне приходилось сталкиваться с таким явлением: на похоже подключенном выходе переключателя подключена лампочка через провод около 10м. При переключении прыгает искрочька, появляться дуга, закорачивает контакты и они полностью выгорают, вырубает предохранители. Это происходило уже от где-то 160 вольт, при расстоянии между контактами (ход среднего контакта) около 3 мм. Так сгорело 7-8 переключателей. Пришлось переделать схему, чтобы убрать большое напряжение между этими крайними контактами.
Ответить
-4

[Автор]
Kampfkatze #
При индуктивной нагрузке - могут, поэтому и предусмотрена установка выходного напряжения без подключения нагрузки, и лишь затем - подключение последней с помощью реле К9, контакты которого подключены к дугогасящей цепочке C2, R5.
Ответить
0
Romas #
А, тогда ясно. Наверное в описании недосмотрел. В моём случае не было возможности отключать нагрузку.
Ответить
0
Роман #
На схеме не подписан компаратор, судя по цоколевке LM593 или нет?
Ответить
0
muver84 #
Заинтересовала данная схема, есть желание и необходимость повторить. Не могли бы вы изменить конструктивные особенности схемы? Также требуется регулировка от 0 до 380 В, возможно ли изменить программное обеспечения под такие параметры?
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется сила тока?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Регулятор мощности 2 кВт
Регулятор мощности 2 кВт
Тестер ESR, полупроводников, резисторов, индуктивностей Сатфайндер
вверх