Управляемый регулятор мощности

Автор: sathv, sathv@mail.ru
Опубликовано 16.03.2016
Создано при помощи КотоРед.

                                         УПРАВЛЯЕМЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ.

       Устройство предназначено для регулировки мощности нагрузки низкого приоритета (например, электрорадиатора или конвектора, назовем ее нагрузкой2 ) в зависимости от включения более важной нагрузки - холодильника или электроинструмента (нагрузки1). При этом общая мощность, потребляемая электроприборами, будет или сохраняться постоянной или немного меняться.

      Управлять электрорадиатором с помощью симисторного регулятора как-то . . . неинтересно. Поэтому изготовлено устройство, в котором,.. мощность (температура нагрева) меняется путем изменения  ширины импульса тока нагрузки; причем центр его всегда приходится на максимум амплитуды сетевого напряжения.  Это дает некоторые  преимущества:

-основная паразитная гармоника при регулировании оказывается третьей, а вторая и четвертая будут заметно меньше;

- мгновенная мощность переменного тока пропорциональна SIN²  и в максимуме напряжения наибольшая, что позволяет при ограниченном среднем токе рассеивать в нагрузке 2  мощность на 15-20 процентов больше, чем при регулировании симистором. (Речь не идет о хищении электроэнергии - счетчик правильно  сосчитает все).

   Устройство выполнено на контроллере PIC16F676 (см. рисунок 3) .

RA1 используется как вход компаратора, определяющего момент прохождения нулевого напряжения     ( от “минуса” к  “плюсу”). RC1 является входом АЦП, считывающим величину тока нагрузки около 200раз за период сетевого напряжения. По полученной сумме рассчитываются моменты коммутации  SB1, SE1, SB2 и SE2 (см. рисунок 1) . Промежутки SB1-SE1 и SB2-SE2 заполняются импульсами с частотой следования 5 килогерц (выход RC3), которые через разделительный трансформатор управляют силовым транзистором, подключающим нагрузку2. Из формул на рисунке видно, что ширина импульсов управления линейно зависит от среднего значения, протекающего через измерительный трансформатор  Т3 тока:  SE1-SB1~ SUM0= K x (Среднее знач. тока нагрузки1), а ток нагрузки2 ~ SIN t, поэтому точное поддержание общего тока постоянным невозможно. Но выбирая коэффициент К и константу Р (рис.1) можно добиться приемлемой стабильности общего тока - нагрузки1 + нагрузки2.

      Интерфейс устройства ограничен четырьмя сигналами и двумя командами:

-индикация управляющих импульсов, RC3; для индикации работы устройства и оценки мощности в нагрузке 2,

- светодиод, подключенный к RA2, отображает два сигнала и две команды, меняющиеся по кольцевому меню, как показано на рис.2.Переход к последующему пункту меню производится нажатием кнопки “Меню”, “мерцание” светодиода – это его не периодическое включение.

- сброс команд происходит при нажатии кнопки “Сброс”.

      Команда1 применяется при работе электроинструмента или сварке,- резкие изменения приоритетной нагрузки, к тому же индуктивного характера сами по себе неблагоприятны, добавлять к ним импульсные переключения нагрузки2 не следует. Поэтому нагрузка 2 будет включаться только в том случае, если приоритетная нагрузка не будет включена более 2 минут.

     Команда 2,- режим работы нагрузки2 (нагревателя), примерно, на половинной мощности не зависимо от величины основной нагрузки.

      Регулятор мощности состоит из трех небольших плат, которые по отдельности изготовлены и проверены, установленных в корпусе со светодиодами, кнопками, выключателями и контактными колодками.  Фотографии регулятора представлены на рисунках 4, 5, 6.

В плате контроллера диоды  VD5,6  и VD7,8 служат для дополнительной защиты входов контроллера; транзистор VT1 служит для умощнения порта RC3 при работе на первичную обмотку и подает управляющие импульсы на развязывающий трансформатор Платы силовых цепей. Для гальванической развязки использован звуковой трансформатор проводной связи. На плате силовых цепей выполнен выпрямитель на VD9,10 формирующий импульсы управления транзистором VT2 , который включен в цепь нагрузки 2 через диодный мостик VD12-15. Измерение тока нагрузки 1 производится с помощью токового трансформатора Т3 и выпрямителя с удвоением напряжения на диодах  VD17,18;  таким образом, управляющим  является амплитудное значение тока. Стабилитрон VD16 ограничивает случайные выбросы, а переменное сопротивление устанавливает уровень отключения нагрузки2; напряжение на входе АЦП RC1 меняется в пределах 2,5 – 0,5 вольта, промежуток можно расширить или сузить меняя коэффициент деления суммы отсчетов АЦП SUM1+SUM0. Трансформатор Т3 изготовлен по методу, почерпнутому из интернета -использован корпус и обмотка герконового реле; токовая обмотка намотана поверх заводской и состоит из 10 витков провода сечением 0,75 мм.кв, а магнитопровод расположен в освободившихся промежутках и составлен из металлического крепежа. При токе 5А падение напряжения на токовой обмотке составляет 30мВ, вторичное напряжение около 3х вольт. (На фотографии показаны только обмотки без магнитопровода)

Для синхронизации управляющих импульсов с сетью использована оптопара  4N35. Положительный фронт на выходе транзистора является началом серии измерений АЦП и вычисления среднего за период тока. То есть быстродействие устройства невелико -  транзистор VT2 отрабатывает в соответствии с средним током, рассчитанным в предыдущем периоде сетевого напряжения. По этой причине, а также из-за использования в цепи управления амплитудного детектора (а не детектора среднего значения) в УРМ не вводилась ООС  для точной стабилизации тока нагрузки1+нагрузка2.

Кроме указанной недоработки хотелось бы вместо не очень подходящего звукового трансформатора намотать настоящий - импульсный, вместо сборки полевик-диодный мост (VT2 - VD12-15) сделать симметричный ключ на двух мощных полевых транзисторах и еще  остались варианты “ на когда-нибудь после“. Но  разработка не станет конструкцией без изготовления. То, что сделано, и представляю  для гаражного или дачного хозяйства уважаемому Коту.

К описанию приложены файлы с рисунками и  папка с файлами MPLAB.

Файлы:
Архив с программой для контроллера MPLAB

Все вопросы в Форум.