Bibliothèque technique gratuite ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Régulateur de puissance stabilisé. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Régulateurs de puissance, thermomètres, stabilisateurs thermiques Parfois, il existe des situations où il est nécessaire de stabiliser la puissance dans la charge, dont la résistance varie dans le temps sur une large plage. Dans de tels cas, le régulateur de puissance proposé aidera, qui remplit simultanément les fonctions d'un stabilisateur. La plupart des régulateurs de puissance décrits dans la littérature radioamateur fonctionnent soit avec une charge purement active (lampe à incandescence, cuisinière électrique, four électrique), soit avec une charge active-inductive (moteurs électriques). Cependant, cette charge est soit constante (four électrique), soit évolue au cours d'un processus transitoire relativement court puis tend vers une valeur constante (lampe à incandescence, moteur électrique). Dans les deux cas, la puissance de ces charges est régulée en modifiant le courant moyen circulant. Étant donné que la puissance de charge Рн, le courant qui la traverse Iн et sa résistance Rн sont liés par la dépendance Pн=Iн2·Rн. à résistance constante, la régulation de puissance se fait uniquement par régulation de courant. Il existe également de tels types de charges, dont la résistance dépend de divers facteurs et, par conséquent, évolue dans le temps selon une loi inconnue à l'avance. Un exemple d'une telle charge est une chaudière à eau à électrodes, dans laquelle le milieu de travail et le corps électriquement conducteur sont de l'eau. La résistance de l'eau dépend du type et de la quantité de sels qu'elle contient, de la température, du débit à travers la chaudière et d'autres facteurs. La résistance d'une telle charge peut varier d'un facteur dix. Dans ce cas, le contrôle du courant traversant la charge ne résout pas le problème de la régulation de puissance, puisque sa résistance est une variable. Ici, le courant traversant la charge dépend non seulement de la tension, mais également de sa résistance. Cela ne permet pas de contrôler la puissance de la manière habituelle (en définissant une valeur de courant spécifique). Même la stabilisation actuelle ne sera pas une issue. Puisque, à une tension à la charge Un, sa puissance Pn = Un·In, pour stabiliser la puissance dans la charge, il faut stabiliser le produit Un·In, c'est-à-dire assurer sa constance. Le paramètre contrôlé (variable indépendante) peut être la tension, car le courant et la puissance de charge dépendent de sa valeur. Par conséquent, il est nécessaire de réguler la tension sur la charge de sorte que lorsque la résistance change, une puissance moyenne constante dans la charge soit fournie. Dans ce cas, pour déterminer la puissance instantanée, il faut multiplier les valeurs instantanées de tension et de courant dans la charge. Cela découle de la définition classique de la puissance en génie électrique. Le schéma de principe du dispositif qui met en œuvre l'algorithme de contrôle décrit ci-dessus est illustré à la fig. 1. Les entrées du multiplicateur sont des signaux électriques proportionnels aux valeurs instantanées de tension et de courant dans la charge. A partir de la sortie du multiplicateur, un signal proportionnel à leur produit (c'est-à-dire la puissance), après l'avoir moyenné dans le temps, entre dans la première entrée de l'amplificateur différentiel, dont la deuxième entrée est alimentée par une tension de référence. Dans l'amplificateur différentiel, les tensions sont comparées et le signal de différence (signal d'erreur) est amplifié, qui est ensuite envoyé au comparateur. La deuxième entrée du comparateur reçoit des impulsions en dents de scie, suivies de deux fois la fréquence du secteur. A la sortie du comparateur, des impulsions rectangulaires sont formées, dont le rapport cyclique détermine la tension de la sortie de l'amplificateur différentiel. Les impulsions de la sortie du comparateur commandent le commutateur triac, qui, à son tour, commande la charge. Si la puissance dans la charge s'écarte de la valeur spécifiée par la tension Uset, le signal d'erreur de la sortie de l'amplificateur différentiel affectera le comparateur de sorte qu'une modification du rapport cyclique des impulsions entraînera une stabilisation de la puissance. Considérez le fonctionnement d'un régulateur de puissance stabilisée selon son schéma électrique (Fig. 2) et ses chronogrammes (Fig. 3). Les entrées X et Y de la puce DA3 (multiplicateur de signal intégral) reçoivent des signaux proportionnels, respectivement, aux valeurs instantanées de la tension à la charge et du courant qui la traverse. Un signal proportionnel à la valeur de tension instantanée est prélevé sur la résistance d'ajustement R4. Résistance R1 - capteur de courant de charge. La tension de cette résistance est fournie à l'enroulement primaire du transformateur élévateur T2 (le rapport de transformation est d'environ 40). La nécessité d'utiliser un transformateur est due à deux facteurs. D'une part, il augmente la tension appliquée à l'entrée du multiplicateur, et d'autre part, il assure une isolation galvanique. Les signaux proportionnels au courant et à la tension sont variables, mais il n'est pas nécessaire de les rectifier, car la puce K525PS2 (DA3) permet d'appliquer une tension alternative d'une amplitude allant jusqu'à 10,5 V aux entrées X et Y. Notez que les signaux de tension et de courant appliqués au multiplicateur doivent être en phase, ce qui est obtenu en connectant de manière appropriée les enroulements du transformateur T2. Le multiplicateur de tension intégré K525PS2 est conçu pour implémenter un certain nombre de dépendances fonctionnelles typiques (multiplication, division, mise au carré, extraction de racine carrée). Pour réaliser ces fonctions avec des signaux analogiques, on utilise une dépendance exponentielle du courant collecteur du transistor sur sa tension base-émetteur. Erreur de multiplication - pas plus de 1 %. Des informations plus détaillées sur la structure et l'application des multiplicateurs intégraux peuvent être trouvées dans [1]. Lorsque le multiplicateur intégral est activé conformément à celui indiqué sur la fig. 2, la tension Uz≈0,15UxUy agit sur sa sortie Z, où Ux, Uy sont les tensions appliquées respectivement aux entrées X et Y de la puce DA3. Les impulsions de commande du triac VS1 proviennent de la sortie du comparateur de tension DA4. Le comparateur intégré K554SAZ utilisé dans le contrôleur de puissance a une sortie à collecteur ouvert conçue pour un courant de charge jusqu'à 50 mA. Le transistor de sortie est ouvert (c'est-à-dire qu'à la sortie lorsque la charge est connectée, la tension est basse) si la tension à l'entrée inverseuse (broche 4) de la puce DA4 est supérieure à celle non inverseuse (broche 3) . Avec le rapport de tensions opposé, la sortie du comparateur aura une tension de niveau élevé. Sur le comparateur DA4, la tension en dents de scie est comparée (Fig. 3, schéma 3) et la tension prise à la sortie de l'ampli-op DA5 (schéma 4). Le générateur de tension en dents de scie est réalisé sur les transistors VT1, VT2. Il génère des impulsions d'une fréquence de 100 Hz, synchronisées avec la tension du secteur. La tension du pont redresseur VD2 (Fig. 3, schéma 1) est fournie à la base du transistor VT1. La plupart du temps, le transistor est ouvert, et aux moments où la tension redressée approche de zéro, il se ferme. De courtes impulsions rectangulaires sont formées sur son collecteur (Fig. 3, schéma 2), qui sont envoyées à la base du transistor VT2. Alors que la tension de base est nulle, une tension croissante se forme sur le collecteur du transistor (le condensateur C6 est chargé à travers la résistance R13). Au moment où une impulsion positive apparaît sur la base, le transistor VT2 s'ouvre et la tension sur son collecteur diminue jusqu'à presque zéro (Fig. 3, schéma 3). A la sortie du comparateur, des impulsions rectangulaires se forment (Fig. 3, schéma 5). Charge du comparateur - résistance R16 et optocoupleur LED U1. Lorsque le courant traverse la LED de l'optocoupleur, son triac s'ouvre, assurant l'ouverture du triac VS1 - le courant commence à traverser la charge connectée aux prises du connecteur XS1. Une modification du rapport cyclique des impulsions en sortie du comparateur entraîne une modification de la tension et, par conséquent, de la puissance dans la charge. À partir des chronogrammes, il est facile de déterminer qu'une augmentation de la tension à la sortie de l'ampli-op DA5 entraîne une diminution de la puissance dans la charge. Maintenant - sur le but et le fonctionnement du microcircuit DA5, qui remplit les fonctions d'un amplificateur différentiel ou d'un amplificateur de signal d'erreur (voir Fig. 1). La tension de réglage Uzad est retirée du moteur de la résistance variable R18 et envoyée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel, dont l'entrée non inverseuse reçoit la tension de sortie moyenne du multiplicateur DA3. Le moyennage du signal de sortie du multiplicateur fournit un circuit intégrateur R20C8. L'ampli-op DA5 amplifie les signaux appliqués à ses entrées, assurant l'égalité des valeurs de tension sur celles-ci. Cela signifie qu'une diminution de la tension de réglage Uset entraînera une diminution de la tension à la sortie de l'ampli-op. Evidemment, la position basse de la résistance variable moteur R18 selon le schéma correspondra à la valeur nulle de la puissance dans la charge. Le condensateur C7 assure un fonctionnement stable de l'ampli-op lorsqu'il est exposé à des interférences. L'alimentation des éléments régulateurs de puissance se fait sur deux stabilisateurs de tension intégrés DA1 et DA2. L'utilisation de deux types de microcircuits différents est due au désir de se débrouiller avec un transformateur de réseau avec un enroulement secondaire (bien qu'avec une prise du milieu) et un pont redresseur. La diode VD1 élimine l'influence du condensateur de filtrage C1 sur la forme de la tension redressée fournie à l'entrée du générateur de tension en dents de scie. Le régulateur de puissance est assemblé sur une carte de circuit imprimé en fibre de verre double face. Le dessin du circuit imprimé est illustré à la fig. 4. Insérez des morceaux de fil étamé dans les trous des pastilles carrées et soudez-les des deux côtés de la carte. Les microcircuits DA1, DA2 sont installés sur de petits dissipateurs thermiques en duralumin d'une surface de 20 ... 30 cm² chacun; le triac VS1 s'installe sur un refroidisseur standard (dissipateur thermique moulé en alliage d'aluminium) de marque 0231. La résistance R1 est en fil de nichrome d'un diamètre de 3 mm. À la place du comparateur DA4, en plus de celui indiqué sur le schéma, vous pouvez également utiliser K521CAZ, K521CA5, K521CA6 (le dernier microcircuit contient deux comparateurs dans un seul boîtier), cependant, vous devrez ajuster le dessin du circuit imprimé. Nous remplacerons l'UO KR140UD708 par K140UD7, K140UD8, K153UD2 et tout microcircuit similaire. Le multiplicateur de tension analogique K525PS2 peut être remplacé par K525PS3 avec n'importe quel index alphabétique, mais aussi avec correction PCB. Transistors VT1, VT2 - n'importe laquelle des séries KT315, KT342, KT503, KT630, KT3I02 ou KT3117A. L'optocoupleur importé MOC3052 peut être remplacé par l'AOU160A-AOU160V domestique avec correction PCB. Le triac VS1 peut être utilisé à partir des séries TS112, TS122, TS132, TS142 avec une tension d'impulsion à l'état fermé admissible d'au moins 400 V et un courant à l'état ouvert correspondant au courant de charge maximal. La diode KD106A (VD1) peut être remplacée par n'importe laquelle des séries KD105, KD221, KD226. Pont redresseur (VD2) - n'importe laquelle des séries KTs402, KTs405, avec correction PCB. Les condensateurs à oxyde C1 - C3, C8 peuvent être K50-16, K50-35, K50-24, K50-29; C4, C5, C7 - KM-6, K10-17, K73-17 ; C6 - K73-17, K73-24, K76-P2 (ce condensateur doit avoir un petit TKE). Résistances ajustables R4, R5, R8-R10 - SP5-2, SPZ-19, SPZ-38, résistance variable R18 - SP-0,4, SPZ-4M, SPZ-16, SPZ-30, le reste - MLT, S2- 23 . Transformateur T1 - TPP232. Il peut être remplacé par n'importe quel autre, dans lequel l'enroulement secondaire avec une prise du milieu fournit une tension de 33 ... 40 V et est conçu pour un courant d'au moins 150 mA. Le transformateur T2 peut être n'importe quel autre avec un rapport de transformation de 30...50. Interrupteur d'alimentation SA1 - disjoncteur A3161, AE2050 ou AP50. De plus, il remplit la fonction d'un fusible. La mise en place d'un régulateur de puissance commence par vérifier la tension de sortie de la puce DA1 (+ 15 V) et régler la tension de sortie de la puce DA2 (-15 V) avec la résistance R6. Après cela, le multiplicateur de tension DA3 est ajusté. Pour cela, les entrées X, Y, la sortie Z et la sortie 1 sont déconnectées des autres éléments. Les moteurs des résistances d'accord R8-R10 sont réglés sur la position médiane. Une tension de +5 V est appliquée à l'entrée X et une tension de +9 V à l'entrée Y. La tension de sortie du multiplicateur O V est réglée avec la résistance R5. Ensuite, une tension de O V est appliquée à l'entrée X. , et +8 V à l'entrée Y. B. Ensuite, + 5 V est appliqué aux deux entrées du multiplicateur et la tension de sortie est mesurée. Ensuite, à l'une des entrées, la polarité du signal d'entrée est modifiée (c'est-à-dire que -5 V est appliqué) et la tension de sortie est à nouveau mesurée. A l'aide de la résistance R10, on s'assure que les deux dernières valeurs de la tension de sortie sont égales en valeur absolue (elles doivent être de signe opposé). Si nécessaire, répétez le réglage. Après cela, les entrées et la sortie du multiplicateur de tension sont connectées aux éléments du régulateur. Les moteurs des résistances accordées R4 et R5 sont réglés sur la position médiane et la résistance variable R18 est réglée sur la position inférieure selon le schéma. Une charge est connectée au connecteur XS1 et l'alimentation est fournie au régulateur de puissance. En faisant tourner doucement l'axe de la résistance variable R18, nous sommes convaincus d'une augmentation de la tension aux bornes de la charge. Si la tension à la charge est maximale à n'importe quelle position du curseur de la résistance variable R18, cela peut être dû à une mise en phase incorrecte des enroulements du transformateur T2, entraînant la fourniture de tensions antiphases aux entrées X et Y de le microcircuit DA3 et une tension négative à sa sortie Z. Dans ce cas, les conclusions doivent être échangées sur l'un des enroulements du transformateur T2. Les résistances ajustables R4 et R5 garantissent que les valeurs de tension maximales (amplitude) aux entrées du multiplicateur ne dépassent pas 10 V. Ceci est contrôlé de manière pratique à l'aide d'un oscilloscope. Dans les cas extrêmes, vous pouvez utiliser un voltmètre AC. Avec une tension sinusoïdale à la charge (cela se produit si le triac VS1 s'ouvre au début de chaque demi-cycle et que la tension à la charge est pratiquement égale à la tension du secteur), la tension efficace aux entrées du multiplicateur ne doit pas dépasser 7 V. Le contrôle de la puissance doit être effectué en douceur sur tout l'axe d'intervalle de tour de la résistance variable R18. Si dans la position supérieure du moteur à résistance variable R18 selon le schéma avec la charge maximale connectée, la tension sur celui-ci n'atteint pas la valeur du secteur, vous devez réduire la résistance de la résistance R17 à 2,2 kOhm maximum ou réduire la coefficients de transfert de courant et de tension en déplaçant les moteurs de résistance d'ajustement vers le bas du circuit R4 et R5. Pour tester la fonction de stabilisation de puissance, il est nécessaire de disposer d'une charge à résistance variable (il est pratique d'utiliser un appareil de chauffage domestique à deux sections) et d'un autotransformateur de laboratoire de la puissance appropriée. La charge doit nécessairement être active (c'est-à-dire ne pas avoir de composant inductif ou capacitif). Le régulateur de puissance est connecté au réseau via un autotransformateur et une section du chauffage domestique est connectée à la sortie du régulateur. Une tension de 220 V est réglée avec un autotransformateur En connectant un voltmètre alternatif mesurant les valeurs efficaces (un voltmètre quadratique) en parallèle avec la charge, une tension de 18 ... Il devrait diminuer de 150 fois [200]. Avec une autre loi de variation de la résistance de charge, dans tous les cas, l'égalité Un² / Rn = const sera remplie. Si la résistance de charge augmente tellement que la tension doit dépasser sa valeur maximale pour maintenir la puissance réglée, le régulateur sortira du mode de stabilisation de puissance. Le régulateur de puissance a des propriétés stabilisatrices non seulement dans des conditions de variations de la résistance de charge, mais également en relation avec les fluctuations de la tension du secteur. Cela peut être vérifié en modifiant la tension d'alimentation du régulateur à l'aide d'un autotransformateur dans la plage de 190 à 240 V (bien sûr, avec la charge connectée). La tension à la charge avec un tel changement dans l'alimentation doit être stable. Seul l'angle d'ouverture du triac VS1 variera, ce qui peut être vérifié à l'aide d'un oscilloscope. Le signal peut être prélevé soit sur la charge, soit sur la sortie du comparateur DA4. Si le radioamateur n'a pas de voltmètre qui mesure la valeur efficace (par exemple, un dispositif de système électromagnétique), alors un compteur d'énergie électrique à induction est utilisé pour mesurer la puissance: le nombre de tours du disque du compteur doit être constant lorsque la charge la résistance change et la position du curseur de la résistance variable R18 reste inchangée. Il est impossible d'utiliser un voltmètre de la valeur moyenne de la tension redressée à ces fins. Pour augmenter la fiabilité, nous recommandons de connecter une résistance d'une résistance d'environ 150 ohms en série avec l'opto-triac. littérature
Auteur : A. Evseev, Tula Voir d'autres articles section Régulateurs de puissance, thermomètres, stabilisateurs thermiques. Lire et écrire utile commentaires sur cet article. Dernières nouvelles de la science et de la technologie, nouvelle électronique : Cuir artificiel pour émulation tactile
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