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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Estabilizador de tensão de rede com controle por microcontrolador. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Protetores contra surtos Um desvio de longo prazo da tensão da rede em mais de 10% do valor nominal de 220 V em muitas regiões do nosso país, infelizmente, tornou-se uma ocorrência comum. Com uma tensão aumentada (até 240 ... 250 V) na rede, a vida útil dos dispositivos de iluminação é significativamente reduzida, o aquecimento das fontes de alimentação do transformador e dos motores nos compressores de geladeira aumenta. A redução da tensão de rede abaixo de 160 ... 170 V causa um aumento significativo na carga dos transistores chave nas fontes de alimentação de comutação (isso pode levar ao seu superaquecimento e posterior ruptura térmica), além de travamento de motores em compressores de geladeira, que também leva ao seu superaquecimento e saída fora de serviço. Flutuações de tensão ainda maiores para consumidores monofásicos alimentados por rede trifásica ocorrem em caso de interrupção do fio neutro na área do ponto de conexão do consumidor à rede de quatro fios até a subestação transformadora. Nesse caso, devido ao desequilíbrio de fase, a tensão na tomada pode variar de várias dezenas de volts até 380 V lineares, o que inevitavelmente causará danos a quase todos os eletrodomésticos complexos conectados à tomada. O estabilizador proposto ajudará a evitar os problemas associados a flutuações extremas de tensão na rede. Para estabilizar a tensão da rede em condições domésticas, são usados principalmente estabilizadores ferrorressonantes. Suas desvantagens incluem distorção da forma senoidal da tensão de saída (por exemplo, é proibido conectar um refrigerador a esse estabilizador), a energia limitada dos estabilizadores domésticos (300 ... falha em alta tensão na rede. O estabilizador de tensão de compensação está livre dessas deficiências, cujo diagrama de blocos é mostrado na fig. 1.
Ele funciona com o princípio da correção de tensão stepwise, realizada pela comutação das derivações do enrolamento do autotransformador T1 usando chaves triac Q2-Q6 sob o controle de um microcontrolador (MK) que monitora o nível de tensão na rede. O método utilizado no estabilizador para estimar a amplitude da tensão da rede é extremamente simples de implementar e fornece precisão de medição bastante suficiente para esta aplicação. No entanto, impõe uma série de restrições ao possível uso do dispositivo. Em primeiro lugar, a frequência da tensão da rede deve permanecer constante (50 Hz). Esta condição pode ser violada, por exemplo, se a energia for fornecida por um gerador a diesel autônomo. Além disso, a precisão da medição diminui com o crescimento de distorções não lineares da forma de onda da tensão da rede, que ocorrem durante a operação de consumidores poderosos espaçados com uma natureza indutiva da carga fortemente pronunciada. O diagrama esquemático do dispositivo é mostrado na fig. 2.
De acordo com o programa gravado na memória, o MK DD1 mede a tensão da rede em cada período (20 ms). Do divisor R1R2, as meias ondas negativas da tensão da rede, passando pelo diodo zener VD1, formam pulsos nele com uma amplitude determinada pela tensão de estabilização do diodo zener, neste caso 10 V. Do divisor R3R4, que reduz a amplitude do sinal recebido ao nível TTL (Fig. 3), esses pulsos chegam à linha 0 da porta A, configurada para entrada.
Usando o resistor trimmer R4, o nível de sinal mais baixo na entrada MK é definido para 0,2. ..0,3 V abaixo do nível de log. 0. À temperatura ambiente e uma tensão de alimentação estabilizada, o nível de tensão da transição da entrada digital do microcircuito CMOS do estado do log. 1 para o estado do log. 0 (e volta de 0 a 1 com alguma histerese, que neste caso pode ser desprezada devido ao seu valor constante) permanece quase constante. Como pode ser visto a partir da fig. 3, quando a tensão da rede muda de 145 para 275 V, a duração dos pulsos corresponde ao log. 0, varia de cerca de 0,5 a 6 ms. Ao medir a duração desses pulsos, o programa MC calcula o nível de tensão da rede no período atual. (R4.1 é a resistência de parte do resistor R4 da parte inferior - conforme o diagrama - saída para o motor). Após ligar o estabilizador, a tensão da rede é controlada por 5 s. Se estiver na faixa de 145 ... 275 V, o LED verde HL2 "Normal" pisca, caso contrário, o LED HL3 "Low" ou HL1 "High" acende (dependendo do valor da tensão da rede). Nesse estado, o estabilizador fica até que a tensão na rede entre nos limites especificados. Se após 5 s a tensão da rede permanecer dentro dos limites aceitáveis, o MC emite um comando para abrir o simistor VS1, através do qual o autotransformador T1 é conectado à rede. Depois disso, o MK faz medições de controle da tensão da rede por mais 0,5 s, e então, dependendo do resultado da medição, abre um dos triacs VS2-VS6, conectando assim a carga a uma das cinco tomadas do autotransformador . O isolamento galvânico de triacs com MK é realizado por optoacopladores de tiristores U1-U6. No processo de regulação, o pulso de abertura é removido do triac ligado no final do semiciclo da senóide da tensão da rede. Depois disso, o programa MK faz uma pausa de 4 ms e, em seguida, envia um pulso de abertura para outro triac. A duração do atraso entre os triacs de comutação pode ser aumentada alterando no início do programa (no bloco de descrição constante) o valor correspondente do tempo de atraso (ver comentários no código fonte do programa). Aumentar este tempo para 10 ... 15 ms é necessário se uma carga indutiva com fator de potência inferior a 0,7 ... 0,8 for conectada ao estabilizador. Se a tensão da rede se desviar além dos limites permitidos, o autotransformador, juntamente com a carga, é desligado pelo triac VS1. Os LEDs HL1-HL8 indicam o estado do estabilizador e os níveis de tensão na rede. Dependendo do valor da tensão de rede U, as saídas dos enrolamentos adicionais do autotransformador são comutadas na seguinte ordem: - U<145 V - a carga está desligada, o LED vermelho HL3 está aceso ("Low"); - 145 - 165 - 190 - 205 - 235 - 245 - 265 - U>275 V - a carga está desconectada da rede, o LED vermelho HL1 ("Alto") está aceso. Para evitar a comutação aleatória dos triacs no caso de a tensão da rede estar no limite para a comutação das derivações do autotransformador, uma certa "histerese" em operação foi introduzida no programa. Por exemplo, se quando a tensão da rede aumenta de 189 para 190 V, a carga é comutada da derivação "+20%" para "+10%", Autor: S. Koryakov, Shakhty, região de Rostov; Publicação: cxem.net
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