» » » Релейный стабилизатор напряжения 220V без разрыва цепи

 
 
 
6

Релейный стабилизатор напряжения 220V без разрыва цепи

Разместил if33 14 августа 2012. Просмотров: 76 044


В статье рассматривается возможность безразрывного переключения цепей переменного тока с помощью электромеханических реле. Показана возможность уменьшения эрозии контактов реле и, как следствие повышение долговечности и уменьшение помех от работы на примере стабилизатора напряжения сети для квартиры.

Идея

Встретил в интернете рекламу на сайте ООО "Прибор", г. Челябинск:
Стабилизаторы напряжения марки Селен, выпускаемые нашим предприятием, основаны на принципе ступенчатого регулирования напряжения путем безразрывного переключения обмоток автотрансформатора (патент на изобретение № 2356082). В качестве ключей используются мощные быстродействующие реле.
Приведены картинки переключений (слева "Селен", справа - с обычными характеристиками)

Меня эта информация заинтересовала, я вспомнил, что в кинопередвижке "Украина" тоже было безразрывное переключение напряжения – там, на время переключения между смежными контактами переключателя подключался проволочный резистор. Я стал искать в интернете, что-либо полезное по этому поводу. Ознакомиться с изобретением №2356082 я не смог.

Мне удалось найти статью "Типы стабилизаторов напряжения", где рассказывалось о возможности подключения диода к контактам реле в момент переключения. Идея заключается в том, чтобы в переменном напряжении произвести переключение во время положительного полупериода. При этом можно подключить диод параллельно контактам реле на время переключения.
Что дает такой способ? Переключение 220В меняется на переключение всего 20В, и так как нет разрыва тока нагрузки, то и практически нет дуги. Кроме того, при малых напряжениях дуга практически не возникает. Нет дуги – контакты не подгорают и не изнашиваются, надежность увеличивается в 10 и более раз. Долговечность контактов будет определяться только механическим износом, а он составляет 10 миллионов переключений.

На базе этой статьи были взяты самые обычные реле и измерены время отключения, время нахождения в разорванном состоянии и время включения. Во время измерений увидел на осциллографе дребезг контактов, который вызывал большое искрение и эрозию контактов, что резко уменьшает ресурс работы реле.

Для реализации и проверки этой идеи был собран релейный стабилизатор переменного тока мощностью 2 кВт, для питания квартиры. Вспомогательные реле подключают диод только на время переключения основного реле во время положительного полупериода. Оказалось, что реле имеют значительные времена задержки и дребезга, но, тем не менее операцию переключения удалось умесить в один полупериод.

Принципиальная схема



Состоит из автотрансформатора переключаемого как по входу, так и по выходу при помощи реле.
В схеме применено прямое измерение переменного напряжения микроконтроллером. Выходное напряжение через делитель R13, R14, R15, R16 поступает на вход микроконтроллера через конденсатор C10.
Питание реле и микросхемы осуществляется через диод D3 и микросхему U1. Кнопка SB1 совместно с резистором R1 служат для калибровки стабилизатора. Транзисторы Q1-Q4 – усилители для реле.
Реле Р1 и Р2 – основные, а реле Р1а и Р2а совместно с диодами D1 и D5 и замыкают цепь во время переключения основных реле. Для уменьшения времени отключения реле в усилителях реле, применены транзисторы BF422 и обмотки реле шунтированы диодами 1N4007 и диодами Зенера на 150 Вольт, включенными встречно.
Для уменьшения импульсных помех, попадающих из сети, на входе и выходе стабилизатора стоят конденсаторы C1 и C11.
Трехцветный светодиод индицирует уровни напряжения на входе стабилизатора: красный – низкое, зеленый – норма, синий – высокое.

Программа

Программа написана на языке СИ (mikroC PRO for PIC), разбита на блоки и снабжена комментариями. В программе применено прямое измерение переменного напряжения микроконтроллером, что позволило упростить схему. Микропроцессор применен PIC16F676.
Блок программы zero ожидает появление спадающего перехода через ноль
По этому перепаду происходит либо измерение величины переменного напряжения, либо начинается переключение реле.
Блок программы izm_U измеряет амплитуды отрицательного и положительного полупериодов

В основной программе производиться обработка результатов измерений и если необходимо дается команда на переключение реле.
Для каждой группы реле написаны отдельные программы включения и выключения с учетом необходимых задержек R2on, R2off, R1on и R1off.
5-й бит порта C задействован в программе для подачи импульса синхронизации на осциллограф, чтобы можно было посмотреть на результаты эксперимента.

Технические характеристики

При изменении входного напряжения в пределах 195-245 Вольт выходное напряжение поддерживается с точностью 7%. При изменении входного напряжения в пределах 185-255 Вольт выходное напряжение поддерживается с точностью 10%
Выходной ток в длительном режиме 9 А.

Детали и конструкция

При сборке использован трансформатор ТПП 320-220-50 200 Вт. Обмотки его соединены на 240 Вольт, что позволило уменьшить ток холостого хода. Основные реле TIANBO HJQ-15F-1, а вспомогательные LIMING JZC - 22F.
Все детали установлены на печатной плате, закрепленной на трансформаторе. Диоды D1 и D5 должны выдерживать ток 30-50А в течение времени переключения (5-10 мсек).


Прибор повешен на стене и закрыт кожухом из жести



Настройка

Налаживание устройства заключается в проверке безобрывного переключения и установке номинального напряжения 220 Вольт с помощью построечного резистора R15 и кнопки SB1.
Необходимо подать на вход напряжение от ЛАТР'а через лампу накаливания мощностью 100 – 150 Вт, установить напряжение 220 Вольт и удерживая кнопку добиться зеленого свечения, вращая построечный резистор.
После этого кнопку отпустить, вольтметр подключить к выходу устройства и вращая ЛАТР проверить пороги переключения: нижний 207 Вольт и верхний 232 вольта. При этом лампа накаливания при переключениях не должна вспыхивать или светиться, что свидетельствует о правильной работе. Также работу безобрывного переключения можно увидеть на осциллографе, для этого надо подключить внешний запуск к порту RC5 и наблюдать выходное напряжение стабилизатора в, изменяя входное напряжение. В моменты переключений синусоида на выходе не должна разрываться.
При напряжении на выходе меньше 187V горит красный диод, а зеленый мигает.
При напряжении на выходе больше 242V горит синий диод, а зеленый мигает.

Стабилизатор работает у меня 3-й месяц и показал себя очень хорошо. До этого у меня работал стабилизатор предыдущей разработки "Стабилизатор напряжения сети на PIC12F675 (релейный) 1,8 кВт". Он работал хорошо, но иногда в момент его переключения срабатывал источник бесперебойного питания компьютера. С новым стабилизатором эта проблема исчезла безвозвратно.

Учитывая, что в реле резко уменьшилась эрозия контактов (практически нет искрения), можно было бы в качестве основных использовать менее мощные реле (LIMING JZC - 22F ).

Замеченные недостатки

Довольно сложно было подобрать в программе время задержки реле.
Для такого включения желательно применять более быстродействующие реле.

Выводы

a) Безобрывное переключение цепей переменного тока с помощью реле – вполне реальная и разрешимая задача.
b) Можно в качестве вспомогательного реле применить тиристор или симистор, тогда на реле не будет падения напряжения, а симистор за 10 мсек не успеет нагреться.
c) В таком режиме искрение контактов резко уменьшается, а долговечность возрастает, и уменьшаются помехи от переключений реле

Использованы источники

1. Статья “Типы стабилизаторов напряжения” на сайте “Энергосбережение в Украине”
2. Официальный web-сайт предприятия ООО "Прибор", г. Челябинск
3. Даташиты на детали

Файлы

Схема, чертеж печатной платы и программа с прошивкой
Shema.zip | Файл 211,09 Kb загружен 152 раз.
Plata.zip | Файл 24,09 Kb загружен 136 раз.
Soft_V4.zip | Файл 4,97 Kb загружен 145 раз.

Иван Внуковский,
Украина, г. Днепропетровск
Иван Внуковский (if33)
Украина, г. Днепропетровск
Профиль if33
Радиолюбитель, стаж более 40 лет. Работал на заводе инженером КБ, инженером по обслуживанию ЭВМ, механиком по ремонту бытовой техники. Сейчас на пенсии.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 50

Поделись с друзьями!

Связанные материалы:


Схема на Датагоре. Новая статья Доработанный вариант малошумящего двухполярного источника питания... Здравствуйте, коллеги! Размещаю дополнение к статье «Малошумящий двухполярный блок питания...
Схема на Датагоре. Новая статья Лабораторный блок питания «Belarus 3A30» с защитой и коммутацией обмоток (0-30 V, 3 А)... Здравствуйте друзья. Позвольте представить вашему вниманию мой первый лабораторный блок питания. ...
Схема на Датагоре. Новая статья Повышающий преобразователь напряжения +12V для облегчения зимнего запуска двигателя автомобиля... При запуске двигателя внутреннего сгорания в холодное время года возникают известные всем...
Схема на Датагоре. Новая статья Дискретный регулятор напряжения от 0 до 220 Вольт с 8-битной точностью... Понадобился как-то мне регулятор переменного напряжения 220В для проведения измерений параметров...
Схема на Датагоре. Новая статья Пресостат стиральной машины - датчик уровня воды... Приветствую, сограждане-датагорцы! Написать статью я решил после публикации Дмитрия (bdna) «Датчик...
Схема на Датагоре. Новая статья TA7317P – микросхема для устройств защиты акустических систем... Усилители мощности с двуполярным питанием должны иметь узел для защиты подключаемых к ним...
Схема на Датагоре. Новая статья Схемка в блокнот. Низковольтный стабилизатор напряжения (от 0,7V; пригоден для зарядки и питания мобильного телефона)... При изготовлении разного рода устройств с использованием мобильного телефона (МТ), например GSM...
Схема на Датагоре. Новая статья Схемка в блокнот. Реле времени на КМОП микросхемах... Иногда возникает необходимость отключать (или включать) нагрузку по истечении определенного...
Схема на Датагоре. Новая статья Блок управления аудиоусилителем с лестничным регулятором громкости и ДУ... Сделал я усилитель SE на ГУ-50 и как обычно встал вопрос о регуляторе громкости. Ставить обычный СП...
Схема на Датагоре. Новая статья Прибор для наладки и тестирования импульсных блоков питания и сварочников... Я занят ремонтом инверторного сварочного оборудования, стабилизаторов переменного напряжения,...
Схема на Датагоре. Новая статья Узел коммутации обмоток выходных трансформаторов ламповых усилителей... Последнее время все мучил меня вопрос о быстрой и безболезненной коммутации вторичных обмоток...
Схема на Датагоре. Новая статья Стабилизатор напряжения сети 1,8 кВт на PIC12F675... В последнее время мощности бытовых нагрузок возросли: появились фены, обогреватели, утюги, СВЧ печи...
<
  • Гражданин
14 августа 2012 01:36

Андрей / andrew_spb

  • С нами с 21.02.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 128 комментариев
  • 2 публикации
 
  • 0
Ну прямо к моим вопросам в форуме... правда купил я себе уже стаб на 3квт, но есть старый ЭПСН-400 - надо бы с ним поэкспериментировать по данным принципам

<
  • Главный редактор
16 августа 2012 13:32

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 638 комментариев
  • 261 публикация
 
  • 0
Уважаемый Иван!
Спасибо за статью. Прошу вас немного рассказать о калибровке: что, для чего, как.

<
  • Гражданин
17 августа 2012 00:23

Иван Внуковский / if33

  • С нами с 2.03.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 73 комментария
  • 14 публикаций
 
  • 0
Подробнее о работе стабилизатора и его калибровке

Стабилизатор представляет собой автотрансформатор с вольтметром. Вольтметр измеряет ВЫХОДНОЕ напряжение в вольтах, вычисляет ошибку от номинала (220 вольт) и принимает решение какие делать переключения, чтобы выходное напряжение соответствовало требуемому.
Поэтому очень важно откалибровать внутренний вольтметр в какой-либо точке. Точка выбрана 220 (точнее 219-221) вольт, она включается кнопкой, это означает, при нажатии кнопки и входном напряжении 220 вольт должен (это делается программно) гореть зеленый светодиод. При этом внутренний вольтметр будет правильно измерять выходное напряжение. Калибровка делается ОДИН раз при настройке прибора: С помощью ЛАТР’а выставляется 220 вольт, при этом оно измеряется на выходе и при нажатой кнопке медленно вращают резистор R5. В какой-то точке загорится зеленый светодиод. Теперь кнопку можно отпустить - вольтметр откалиброван и будет правильно измерять напряжение.

Дополнение
Если диоды D1 и D5 не устанавливать - устройство будет работать как обычный релейный стабилизатор (с большим искрением).

<
  • Прохожий
25 декабря 2015 13:03

/ Leydgi

  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Интересная схема
Теперь собственно вопросы.
1. Указано что калибровка производится 1 раз. Вопрос возможна ли перекалибровка?
2. По новым нормам (ПуЭ 5 от 2003г) у нас напряжение не 220В, а 230В. Возможна ли калибровка при этом напряжении, либо надо номиналы резисторов менять?

<
  • Гражданин
7 марта 2016 11:12

Иван Внуковский / if33

  • С нами с 2.03.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 73 комментария
  • 14 публикаций
 
  • +1
1. Указано что калибровка производится 1 раз. Вопрос возможна ли перекалибровка?
Калибровку можно повторять сколько угодно раз. Это возможно в случаях, если у Вас возникают сомнения в правильности предыдущей установки, или у Вас появилась возможность воспользоваться более точным прибором.

2. По новым нормам (ПуЭ 5 от 2003г) у нас напряжение не 220В, а 230В. Возможна ли калибровка при этом напряжении, либо надо номиналы резисторов менять?
Можно откалибровать устройство и на 230 вольт, но при этом надо проверить ток холостого хода трансформатора при максимальном напряжении сети.
Также следует учесть, что при включении устройств, рассчитанных на напряжение 220 вольт (например, часы, квартирные телефоны), возможен их перегрев, особенно в ночное время из-за повышенного тока холостого хода.

<
  • Кандидат
28 февраля 2017 18:03

Валерий / lerroy13

  • С нами с 28.02.2017
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 комментарий
  • 0 публикаций
 
  • 0
Подскажите пожалуйста, можно ли таким образом доработать многочисленно выпускаемые поднебесной стабилизаторы в коих реле трабанят целыми днями и вымирают от этого?
Тоесть у меня есть стабилизатор релейный. Я могу добавить туда Вашу схему и хотябы пару лет не думать, что каждый счелчок убивает реле?

Можно переделать схему под моё количество релюшек?
Спасибо.

Информация
Вы не можете участвовать в комментировании. Вероятные причины:
— Администратор остановил комментирование этой статьи.
— Вы не авторизовались на сайте. Войдите с паролем.
— Вы не зарегистрированы у нас. Зарегистрируйтесь.
— Вы зарегистрированы, но имеете низкий уровень доступа. Получите полный доступ.