Стабилизатор на мрежово напрежение със сервомотор
 Част I

    Преди около месец препрочетох своята статия "Електронно управление на сервомотор за стабилизатор", публикувана през 2011 год. на нашия сайт. След толкова години, прегледах статията с "критично око" и реших, че има какво да се направи за опростяването на принципната схема, която е с твърде много елементи. Тогава се замислих за възможностите, които предлага операционния усилвател, включително като компаратор.

    Вечер след работа, седях пред работната си маса и си драсках схемички с операционни усилватели. Например една от тях, която беше доста елементарна, се превърна в основа на моите нови експерименти за управление на променливотоков стабилизатор с автотрансформатор:

    Дори при първия експеримент резисторът 1М липсваше, а инвертиращия вход бях свързал директно за изхода и операционния усилвател uA741 (LM741), работещ като повторител. Захранвах схемата с двуполярно захранване +/-15V. Едва след няколко вечери съзерцание реших, че е време да използвам по-пълно възможностите на операционния усилвател не само като компаратор, но и с хистерезис и тогава включих резистора 1М в обратната връзка. Може би ще се запитате за какво ми е необходим хистерезис? За стабилно нулево състояние, в което двете рамена на напрежителния мост са в относително "спокойствие". Разбира се, има формули за изчисляване на стойността на хистерезиса, които всеки може да намери. За моите експерименти стойността на резистора е 470к-1М. До края на експериментите си съм използвал тези стойности. На следващата схемичка виждате поредната стъпка към осъществяване на управлението на бъдещия стабилизатор:

    В цитираните преди малко формули за изчисляване на хистерезиса участват резисторите на входа (10 kOm) и в отрицателната обратна връзка (1МOm). Посочената схема е класически компаратор с хистерезис с опорно напрежение, създадено с ценеров диод Uz = 5,1V и управление на входното напрежение с тример и резистивен делител. Виждате, че резистора 1М в обратната връзка може да бъде поставен както директно към изхода на ОУ, така и към базите на транзисторното мощно стъпало. И така, поетапно, преминах към следващата стъпка в прецизиране на принципната схема:

    Както виждате на горната схема, тук вече съм отделил сензорната верига от общото захранване. Използваният трансформатор е вторични намотки на променливото напрежение (12+12+8)V, с които след изправяне получавам +/-16V за захранване на операционния усилвател и крайното транзисторно стъпало за управление на електродвигателя, както и отделно напрежение от +28V, което чрез подходящ резистивен делител подавам на сензорния вход на операционния усилвател. Тук за опорно напрежение съм използвал ценеров диод Uz = 6V. Съотношението на резисторите във входа и отрицателната обратна връзка определя хистерезиса, но ето отговора за какво ни е необходим – определяме чувствителността на схемата към промяната на входното напрежение, тоест дали тя ще реагира на +/-(4-5)V или +/- (7-8)V. Реакцията на стабилизатора на промяната на входното напрежение е по ваш избор. А ето как изглежда експериментално монтажът на показаните схеми до тук, като за случая съм използвал бредборд от Arduino, който значително опростява експериментите:

    Долу е конструкцията в по-близък план, за да придобиете представа за експериментите и детайлите, които съм използвал в различните етапи на идеята:

    В процеса на практическото изпълнение на схемите стигнах до извода, че бих могъл да направя още една дву-полупериодна група към общото захранване на операционния усилвател, която става независимо от него и да я използвам за сензорно напрежение. С това общата принципна схема се опростява още повече, а необходимостта от три вторични намотки отпада. И накрая се получи окончателната схема, по която реализирах електронното управление на стабилизатор за променливо напрежение, управляван със сервомотор:

    Виждате, че с десет-дванадесет резистора, пет-шест кондензатора, няколко диода и един операционен усилвател с два транзистора на изхода, се получи простичка и стабилна схема за управление.

    След като реализирах горната схема на бредборд, изчертах печатна платка с точно определен размер за да пасне на точно определено място в един фабричен стабилизатор на променливо напрежение. Оказа се трудна задача, да съобразявам фабричните изводи на куплунга за връзка с електронната платка и да ги изчертая в същия ред за да не променям заводската част от външните връзки. Резисторите R11, R12 играят ролята на ограничители на ток, така че ако се повреди електромотора, те изгарят и предпазват транзисторното крайно стъпало. Нормалния ток, който преминава през тях е токът на електродвигателя, който за тази мощност е около 150mA. При късо съединение токът нараства многократно и примерно при 1А, падът на напрежение върху резисторите по Закона на Ом достига 12V, изключително близо до захранващото напрежение. Ако тези резистори са маломощни при нормална работа на устройството, това няма да окаже влияние на схемата, но при голям ток и пад от 12V върху тях, отложената мощност е 12W и повече, съвсем естествено маломощни резистори 0.25W или 0.5W ще изгорят (изпушат и прекъснат).

    А на следващата снимка ви представям окончателния монтаж на платката в съществуващата кутия на фабричния стабилизатор:

Архив [zip,pcb,spl7,gif][39kb]


Литература:

Електронно управление на сервомотор за стабилизатор, Валери Терзиев, www.kn34pc.com, 2011 год.

Валери Терзиев
31 октомври 2017 година