Site Loader

Содержание

Автоматическое переключение обмоток трансформатора в блоке питания: характеристика, схемы

В состав любого измерительного комплекса, имеющегося в современной лаборатории или на рабочем месте радиолюбителя, обязательно входит недорогой и надежный блок питания (БП). Для того чтобы улучшить его эксплуатационные характеристики, специалисты советуют применить автоматическое переключение трансформаторных обмоток в блоке питания. Это существенно снижает паразитное рассеяние мощности в выходных каскадах и облегчает режим работы любого лабораторного источника тока.

Указанный подход особо востребован в тех случаях, когда в рабочих условиях востребован БП с диапазоном регулировки напряжения 50 Вольт, например, и с током нагрузки не менее 5 Ампер. Промышленные источники с такими заявленными характеристиками для рядового пользователя недоступны из-за своей высокой стоимости. Как раз это и вынуждает его применять принцип и схему автоматического переключения обмоток трансформатора в блоке питания.

Переключатель

Для чего используется система переключений обмоток трансформатора

При самостоятельном изготовлении блока питания с такими характеристиками исполнителю приходится решать целый ряд проблем, важнейшая из которых – обеспечение требуемой передаточной характеристики во всем спектре выходных напряжений. Рассмотрим пример, когда имеется источник питания, рассчитанный на максимальное напряжение до 50-ти Вольт.

Если в определенной ситуации потребовалось установить точное значение выходного напряжения всего в 5 Вольт при токе в нагрузке 5 Ампер – в выходных цепях будет бесполезно рассеиваться мощность 225 Ватт. Эта цифра получается из расчета 50-5=45 (Вольт), что после умножения на 5 Ампер дает означенною величину потерянной без всякого эффекта мощности.

Важно! В данной ситуации КПД такого источника будет предельно низким.

Для устранения указанного недостатка приходится принимать специальные меры, позволяющие существенно снизить потери в индуктивных выходных каскадах. Для этого потребуется предпринять следующее:

  • Каким-то образом коммутировать вторичные обмотки силового трансформатора (ТС), что позволит при необходимости отбирать от него меньшую по величине мощность.
  • Использовать более экономичный импульсный режим преобразования электроэнергии.
  • Воспользоваться заранее изготовленным предварительным регулятором, работающим по тому же импульсному принципу.

система обмотки трансформатора

С другой стороны, общеизвестно, что надежный и многофункциональный лабораторный блок питания не должен иметь импульсных узлов, приводящих к появлению нелинейных искажений. Более рациональным и эффективным в этом случае считается чисто линейное преобразование.

Дополнительная информация: для не очень сложных любительских схем вполне сгодится обычный импульсный блок питания.

Однако для наладки более точной электронной аппаратуры потребуется стандартное устройство, содержащее узлы с линейной передаточной характеристикой.

Принцип работы

Для решения этой проблемы при разработке промышленных источников питания инженеры пошли по первому пути, предполагающему наличие во вторичной обмотке нескольких коммутируемых отводов. Для их переключения применяются самые различные способы, включая следующие варианты:

  • Ручная коммутация (посредством галетных переключателей, например).
  • Использование типовых коммутирующих реле, управляемых отдельным электронным узлом.
  • Включение в выходную цепочку быстродействующих полупроводниковых элементов (симисторов).
  • Применение в качестве управляющего узла современных контроллеров.

Такая коммутация позволяет использовать только часть вторичной обмотки, соответствующую требуемому значению выходного напряжения (в приведенном выше примере – это 5 Вольт).

Таким образом, принцип работы такой схемы заключается в искусственной регулировке выходного переменного напряжения с установкой его фиксированной величины, меньшей полного значения выхода трансформатора. Данный подход исключает неоправданный расход энергии, идущей на бессмысленный нагрев элементов выпрямителя (в типовых схемах эту функцию выполняют силовые транзисторы).

Обратите внимание! Для повышения КПД такой схемы и снижения степени нагрева сердечника трансформатора специалисты советуют увеличивать число отводов вторичной обмотки до максимального значения.

После такой доработки выходных цепей к ним подключаются контакты галетного переключателя, посредством которого можно будет устанавливать требуемый режим питания по выходу. Единственное неудобство этого метода – увеличение числа органов управления выходным напряжением. Неэффективность механического способа подключения выходных обмоток трансформатора заставляет искать новые (более рациональные) решения.

Преимущества

Применение принципа дробления выходного напряжения на небольшие части обеспечивает следующие преимущества:

  • Возможность на свое усмотрение устанавливать на выходе устройства широкий набор рабочих напряжений.
  • Снизить потери в выходных каскадах блока питания.
  • Повысить общий КПД и, в конечном счете, сэкономить на расходе электроэнергии.

Все эти преимущества удается получить лишь при условии эффективности механических способов управления или электронных схем коммутации. Порядок построения каждой из них будет рассмотрен в следующем разделе.

Варианты схематических решений

При конструировании блоков питания, обеспечивающих экономное расходование электроэнергии и исключающих тепловые потери в сердечнике трансформатора, возможны следующие варианты:

  • Установка в выходных цепях обычных переключателей витков.
  • Применение в тех же цепочках коммутаторов релейного типа.
  • Использование в выходных управляющих линиях современных симисторных переключателей.
  • Применение в преобразовательной схеме программируемого электронного коммутатора (контроллера).

Далее каждый из этих способов управления выходным напряжением будет рассмотрен более подробно.

система обмотки трансформатора схематически

Простой блок переключения

Этот тип коммутатора может быть выполнен в виде обычного галетного переключателя, рассчитанного на определенное число положений ручки управления. Каждому из них соответствует заданное количество витков вторичной катушки трансформатора, с увеличением числа которых возрастает его выходное напряжение.

Важно! К преимуществам этого способа следует отнести простоту реализации, а к недостаткам – неудобство постоянного переключения ручки, которой приходится управлять вручную.

Кроме того, коммутации в этом случае происходят очень медленно и приводят к паразитным переходным процессам в выходных цепях, обладающих высокой индуктивностью.

Простой блок переключения

Релейный

Принцип этого метода управления выходными каскадами БП основан на применении специальных коммутирующих элементов, называемых реле. С их помощью удается существенно повысить скорость переключений и исключить появления больших всплесков напряжения (тока). Со схемой такого коммутатора можно ознакомиться на приведенном справа рисунке.

Из нее видно, что для управления положением контактов реле используется отдельная катушка, напряжение с которой выпрямляется и подается на простейший электронный модуль, выполненный на основе транзисторов.

Обратите внимание! В этом случае исполнительной частью устройства коммутации являются контакты реле, срабатывающие намного быстрее человеческой руки, переключающей галетный прибор.

Поэтому переходные процессы в данной схеме заметно меньше, а опасность возникновения перенапряжений в выходных цепях существенно снижается. С другой стороны, контакты реле со временем снашиваются, а сильное искрообразование зачастую приводит к нарушениям в нормальной работе преобразователя. Гораздо надежнее некоторые типы полупроводниковых приборов (симисторы, например), при коммутации которых в цепях исключаются паразитные помехи.

релейный трансформатор

Симисторный

Симисторная схема управления переключением обмоток (точнее – ее пример) приведена на рисунке слева. В данной ситуации коммутация витков выходной катушки осуществляется посредством электронных переходов специальных полупроводниковых приборов – симисторов. Для управления их переключением в схеме предусмотрен электронный модуль, срабатывающий по сигналу, поступающему от пользователя.

В данном случае для развязки управляющих и коммутирующих цепей применены оптические пары того же симисторного типа. Сигнал на их входные элементы поступает с выходов транзисторов, управляемых электронным коммутатором на операционных усилителях. В состав симистороной схемы управления выходными напряжениями входят:

  • Блок питания на стабилизаторе VR1.
  • Модуль задержки включения, выполненный на транзисторах VT1-VT3.
  • Блок индикации на светодиодных элементах LED1-LED3.
  • Типовой сдвоенный компаратор LM393.
  • Логика типа 74HC86.
  • Оптроны MOC3083.
  • Входной делитель R6-R7.

В процессе настройки этой схемы резистором R7 выставляется фиксированное входное напряжение, поделенное делителем R6-R7 на десять. Пример: при поступлении с БП напряжения 20 Вольт, его величина на не инвертируемых входах LM393 составит всего 2 Вольта. А резисторы R8, R10 служат для выставления пороговых напряжений переключения

симисторный трансформатор

Переключатель обмоток трансформатора на контроллере

Принцип работы программируемого блока состоит в следующем:

  • Каждому из фиксируемых значений выходного напряжения (согласно требованиям задания) ставится в соответствие определенный двоичный код.
  • Комбинация из нулей и единичек определяет нужное число обмоток, подключаемых к выходу трансформатора блока питания.
  • За счет их изменения и происходит управление выходными цепями.
  • За смену кода ответственен специальный контроллер, управляющий работой всей схемы.

Дополнительная информация! Особенностью данного метода является то, что электронный модуль не измеряет текущее выходное напряжение, а только индицирует его расчетное значение.

Применение в управляющей схеме современного микроконтроллера позволяет существенно сократить общее число комплектующих изделий. Это не только заметно упрощает проектирование и изготовление печатных плат, но и облегчает все процедуры, связанные с наладкой устройства в целом. На приведенном выше рисунке представлена схема управления выходным каскадом блока, выполненная на микроконтроллере PIC16F628A-1/P (DD1). Дополнительный узел – регистр сохранения данных ЭКР1554ИР22 (DD2).

Переключатель обмоток трансформатора на контроллере

Конечно, для реализации этого принципа управления можно было обойтись простейшим и более дешевым микроконтроллером PIC12F629. Он обычно применяется в сочетании с двумя сдвиговыми регистрами, преобразующими последовательный код в его параллельную копию. Но при этом дешевое устройство не обеспечивало бы требуемую устойчивость к воздействию импульсных помех, которые, как известно, всегда присутствуют при коммутации индуктивных цепей.

Обратите внимание! Указанное замечание непосредственно касается нашего случая, когда схемное решение предполагает использование обладающих большой индуктивностью трансформаторных обмоток.

В заключительной части тематического обзора отметим, что все известные способы переключения выходных обмоток трансформатора делятся на механические (с использованием галетного переключателя, например) и автоматические. Второй способ управления успешно реализуется за счет появления быстродействующих электронных элементов и комплектующих. При их использовании не только повышается скорость предполагаемых коммутаций, но и возрастает уровень защищенности схемы от воздействия паразитных импульсных помех.

Переключение обмоток трансформатора лабораторных источников питания. Часть первая. — Блоки питания — Источники питания

Николай Петрушов

Лабораторный источник питания для радиолюбителя является первостепенной и неотъемлемой частью радиолюбительской лаборатории. Каждый решает для себя сам — купить такой источник, или собрать его самому.
Конечно, хочется иметь в своей лаборатории источник питания с широкой регулировкой напряжения, вольт эдак до 50, и конечно с током нагрузки, желательно не менее 5 ампер.
Промышленные источники питания с такими характеристиками для рядового радиолюбителя просто не доступны, и остаётся единственный путь — изготовить такой источник самому. Но при самостоятельном изготовлении источника питания с такими характеристиками, приходится решать ряд проблем, одной из которых самой главной, является его КПД во всём диапазоне выходных напряжений.

Дело в том, что при максимальном выходном напряжении источника питания в 50 вольт, и при установке выходного напряжения, например 5 вольт и токе нагрузке 5 ампер — на выходных транзисторах будет выделяться бесполезная мощность 225 ватт. То есть КПД источника в таком режиме будет до безобразия мал.
Решить такую проблему можно разными способами, например коммутацией вторичных обмоток силового трансформатора, или сделать источник питания импульсным, или собрать импульсный пред-регулятор. Но как показала личная практика — хороший лабораторный источник питания не должен иметь ни каких импульсных каскадов и быть чисто, только линейным. Для каких либо цифровых, или не ответственных схем, вполне может подойти и импульсный источник питания, а вот для наладки какой либо приёмной аппаратуры — только линейный.
Поэтому в линейных промышленных источниках питания пошли по первому пути, где вторичная силовая обмотка трансформатора имеет несколько отводов и коммутируется двумя-тремя реле.
Эти меры частично решают данную проблему и значительно повышают КПД источника питания.
Ещё более улучшить его КПД и уменьшить нагрев выходных транзисторов, можно увеличением количества отводов силовой обмотки трансформатора и, например установки галетного переключателя, как сделано в блоке питания, схема которого обозначена на рисунке ниже. Одно неудобство — увеличивается количество органов регулировки и установки выходного напряжения.

Чтобы избавиться от этого недостатка — была разработана схема блока переключения обмоток трансформатора на реле, представленная ниже.

Вашему вниманию предлагается блок переключения обмоток трансформатора для лабораторных источников питания, который выполнен всего на трёх реле, и который переключает вторичные обмотки силового трансформатора с шагом в 5 вольт, и имеет восемь ступеней регулировки выходного напряжения.

Блок переключения меняет напряжение с трансформатора на входе блока питания ступенями по пять вольт, от 8-ми до 43 вольт в зависимости от выходного напряжения блока питания. Такое максимальное выходное напряжение (43 вольта) выбрано не случайно, и обусловлено применением в фильтре распространённых электролитических конденсаторов с рабочим напряжением 63 вольта. При этом напряжение на конденсаторах фильтра будет около 60 вольт и максимальное выходное напряжение блока питания может достигать 50-52 вольта. Вы вполне сами можете изменить максимальное выходное напряжение с трансформатора и напряжение ступеней регулирования под свои нужды. Например начальную обмотку сделать на 10-12 вольт, и ступени изменения сделать по 6 вольт. Тогда максимальное переменное напряжение, подаваемое на мост — составит 52-54 вольта. Конденсаторы фильтра в таком случае необходимо ставить на рабочее напряжение 80 вольт.
Схема блока собрана на 13-ти транзисторах и одной микросхеме. При кажущейся сложности схемы, она довольно простая, и при правильной сборке не требует никакого налаживания, начинает работать сразу и работает надёжно.

Схема блока переключения обмоток трансформатора.

В схеме применены реле на рабочее напряжение 12 вольт. Контакты реле на схеме трансформатора, обозначены в исходном положении (все реле обесточены).
Можно применять реле на любые рабочие напряжения, с коммутируемым током через контакты не менее 10 ампер. При использовании реле на другие рабочие напряжения, например на 24 вольта, необходимо будет вторичную обмотку силового трансформатора, которая питает данный блок (обмотка V), намотать на напряжение 17-18 вольт и стабилизатор 7805 желательно установить на небольшой радиатор.

Схема работает следующим образом;
Когда выходное напряжение блока питания не превышает 6,2 вольт, стабилитроны закрыты и все реле обесточены. На выпрямительный мост блока питания — подаётся переменное напряжение 8 вольт с первой части вторичной обмотки II силового трансформатора. При повышении выходного напряжения блока питания более 6,2 вольт, открывается стабилитрон ZD1, на вход микросхемы 1 (вывод 11) — подаётся логический ноль. Микросхема К555ИВ3 — является приоритетным шифратором (выше приоритет имеет вход с более высоким номером), и на выходе выдаёт двоичный код 1-2-4-8 в зависимости от того, на каком входе присутствует логический ноль. Самый высокий приоритет у входа 9 (вывод 10, мы его, вход 8 и выход 8 не используем), то есть если на этом входе логический ноль, то на выходе будет двоичный код девятки 1-0-0-1 (вернее 0-1-1-0, так как активный уровень микросхемы — логический ноль), в не зависимости от входных уровней на других входах. Поэтому после открывания стабилитрона ZD1 — срабатывает реле Р1 и переключает своими контактами обмотку II. Выходное напряжение с выхода трансформатора повышается на 5 вольт. При дальнейшем повышении выходного напряжения блока питания до уровня 12,4-12,6 вольт, открывается второй стабилитрон, на второй вход микросхемы К555ИВ3 (вывод 12) подаётся логический ноль и срабатывает реле Р2, а Р1 выключается (двоичный код двойки 0-1-0). К первой части обмотки II подключается обмотка III, и на выходе трансформатора переменное напряжение повышается ещё на 5 вольт. Ну и так далее, при повышении выходного напряжения блока питания — срабатывание всех реле происходит в двоичном коде. Пороги срабатывания выбраны следующие; 6,2 — 12,5 — 18,6 — 24,8 — 31 — 37,5 — 43,5 вольт и зависят от применённых стабилитронов.

Трансформатор блока питания.

Силовой трансформатор для применения с данным блоком, имеет три силовых обмотки. Намотать одну силовую обмотку с несколькими выводами, или три силовых обмотки — особой разницы нет, так как в основном трансформатор для своего источника питания, основная часть радиолюбителей изготавливает самостоятельно. Поэтому мотаем три обмотки, проводом рассчитанным на наш максимальный ток нагрузки. Первая на 13 вольт с отводом от 8-ми вольт (8+5), вторую на 10 вольт и третья на 20 вольт. Начало обмоток на схеме обозначены точками. Вы можете по своему усмотрению выбрать для себя необходимые напряжения и намотать свои обмотки, только необходимо помнить, что напряжение обмотки III должно быть в два раза больше второй части обмотки II, а напряжение обмотки IV — в два раза больше напряжения обмотки III.
Транзисторы в данном блоке переключения применены КТ315 и выходные КТ815. Вместо них можно ставить любые транзисторы соответствующей структуры и мощности.
Блок собран на печатной плате — размером 55х70 мм. Печатная плата рассчитана без установки на неё реле, так как они могут применяться самые разнообразные. Реле установлены на отдельной плате.

Печатная плата блока переключения обмоток трансформатора.

Зарубежные аналоги для микросхемы К555ИВ3 — 74LS/HC/HCT 147. Стабилитроны можно ставить на необходимые Вам пороги переключений. Печатная плата разработана в формате Sprint-Layout 6.0 и изображена со стороны деталей. То есть при её изготовлении рисунок нужно «зеркалить». Плата также имеется в архиве.

Архив для статьи

 

 

Устройство реечного переключателя обмоток ПБВ трансформатора

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

В статье про приемо-сдаточные испытания трансформатора ТМГ11-1600 я рассказывал, что переключение ответвлений обмоток у силового трансформатора осуществляется с помощью переключателя ПТРЛ.

Регулирование ступеней напряжения производится в ручную на стороне высокого напряжения (ВН) в пределах от -5% до +5% (ступенями по 2,5%) от номинального напряжения 6-10 (кВ) без возбуждения (ПБВ), т.е. при обязательном отключении силового трансформатора от сети, причем, как по высокой стороне (ВН), так и по низкой (НН).

Регулирование напряжения по высокой стороне (ВН) позволяет упростить конструкцию переключателя из-за меньших токов по сравнению с обмоткой низкого напряжения (НН). Кроме того, обмотка высокого напряжения (ВН) имеет гораздо больше витков, а значит регулирование напряжения можно осуществлять гораздо точнее.

В основном, переключатели ответвлений выполняют на 3 или 5 ступеней регулирования, среднее положение у которых всегда соответствует номинальному напряжению.

При проведении очередных приемо-сдаточных испытаний у подобного трансформатора, правда чуть меньшей мощности (ТМЗ-630/10У1), у нас не проходили полученные значения омических сопротивлений обмоток ВН постоянному току, т.е. разница в измеренных сопротивлениях между фазами была существенная и значительно превышала норматив в 2%, причем на всех положениях переключателя ПБВ.

ПУЭ, Глава 1.8, п.1.8.16.4 и ПТЭЭП, Приложение 3, п.2.5:

РД 34.45-51.300-97 «Объем и Нормы испытаний электрооборудования», 6-ое издание, п.6.8:

В связи с этим было решено слить масло, вскрыть крышку трансформатора и проверить контакты в переключателе ПБВ. Вот я и решил заодно показать Вам устройство и принцип работы переключателя, как говорится не на словах, а на деле.

В рассматриваемом трансформаторе ТМЗ-630/10У1 установлен переключатель ПБВ реечного типа.

Помимо переключателей реечного типа, существуют переключатели и барабанного типа, но о них я расскажу Вам как-нибудь в другой раз, по мере подходящего случая.

Реечный переключатель расположен внутри трансформатора (в масле) прямо под крышкой бака, а его рукоятка выведена наружу.

Как я и говорил в начале статьи, переключение ответвлений обмоток происходит по высокой стороне (ВН).

Вот высоковольтные вводы (ВН) трансформатора.

А вот их вид, но уже при слитом масле внутри бака трансформатора.

Заодно покажу Вам и низкую сторону (НН).

Мне не удалось найти чертеж конструкции переключателя именно нашего трансформатора ТМЗ-630/10У1. Зато на глаза мне попался чертеж аналогичного (похожего) реечного переключателя ПТРЛ с 6 выводами на каждую фазу.

ПТРЛ расшифровывается, как:

  • П — переключатель
  • Т — трехфазный
  • Р — реечный
  • Л — лимбовый привод

Как видите, конструкция реечного переключателя обмоток ПБВ достаточно простая. На нижней неподвижной рейке установлены 18 выводов (6 на каждую фазу).

К каждому выводу подключено соответствующее ответвление от обмотки, согласно ниже представленной схемы («звезда» без нуля — Y).

Над неподвижной рейкой расположена подвижная рейка, на которой установлены 3 контактных перемычки (на каждую фазу своя перемычка).

Подвижная рейка соединена с валом ручного привода, при повороте которого она перемещается с определенным шагом через зубчатый сегмент и замыкает своими контактами (перемычками) соответствующие выводы ответвлений обмоток.

Фиксация положения рукоятки переключателя на определенной ступени осуществляется специальным фиксирующим устройством, расположенным на баке трансформатора.

Вернемся к нашей проблеме, по причине которой омическое сопротивление первичных обмоток постоянному току имели неодинаковые значения и выходили за рамки нормы.

Согласно руководства по эксплуатации реечных переключателей, пружины, прижимающие подвижный контакт (перемычку) должны быть сжаты на 1/3 длины от их разжатого состояния, а винты, сжимающие пружины должны быть законтрагаены. Видимо, со временем длительной эксплуатации гайки немного ослабли и, соответственно, ослаб сам контакт, что и давало разброс параметров по омическому сопротивлению.

В итоге сжимающие пружины и гайки затянули соответствующим образом, после чего все замеры пришли в норму.

Вот такая вот история.

Помимо представленной в статье схемы первичной обмотки «звезда» без нуля (Y), существует и схема «треугольника» (Д), причем переключение обмоток которой осуществляется аналогичным реечным переключателем с 6 выводами на фазу.

Ниже представлено еще две схемы, где переключение обмоток также происходит с помощью реечного переключателя ПТРЛ, но только с 5 выводами на фазу.

Схема соединения ответвлений обмоток по схема «звезда» без нуля (Y):

Схема соединения ответвлений обмоток по схема «звезда» с нулем (Y0):

Теперь Вы представляете себе устройство реечного переключателя и как происходит переключение обмоток трансформатора. Если у Вас напряжение в сети снизилось (увеличилось) меньше (больше) предельно-допустимого значения, то переключив ступени переключателя ПБВ можно привести выходное напряжение силового трансформатора в нормируемое значение.

Принцип работы реечного переключателя ответвлений обмоток у трансформатора более наглядно продемонстрирован в видеоролике.

P.S. На этом, пожалуй, и все. Всем спасибо за внимание.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:


Переключение обмоток трансформатора лабораторных источников питания. Часть вторая. — Блоки питания — Источники питания

Николай Петрушов

В первой части нашего повествования, была рассмотрена схема коммутатора вторичной обмотки силового трансформатора, выполненная на электромагнитных реле. Для тех, кто мало работает с блоком питания в режиме стабилизации тока, и не изменяет выходное напряжение под нагрузкой — схема вполне подойдёт и прослужит очень долго, но и у неё имеются определённые недостатки.
При регулировке выходного напряжения БП слышны щелчки срабатываемых реле. Так как коммутация обмоток происходит с прерыванием тока, контакты реле могут обгорать, особенно в режиме стабилизации  тока с подключенной нагрузкой.
Всех этих недостатков не имеет электронный вариант коммутатора вторичных обмоток трансформатора ЛБП, рассматриваемый ниже.

Схема электронного коммутатора выполнена на симисторах и работает в режиме вольт добавки. Ей абсолютно всё равно, в какой момент полупериода переменного напряжения включится или выключится симистор, и сколько включится симисторов. Она просто добавляет или уменьшает (но не прерывает) входное напряжение на блок питания, которое зависит от количества включенных симисторов и соответственно выходного напряжения блока питания.
Идея использования вольт добавки, предложенная kotosob-ом с форума сайта «Паяльник», я здесь лишь предлагаю свой вариант её исполнения.

Схема этого варианта коммутатора, так же, как и в первой части, собрана на микросхеме К555ИВ3. Без неё было бы трудно реализовать алгоритм переключения симисторов, да и увеличилось бы количество отводов вторичной обмотки силового трансформатора и используемых в схеме диодов и симисторов, при аналогичных пределах переключений и используемых напряжений.
В силовой части коммутатора используются четыре симистора (соответственно четыре симисторных оптрона) и три диодных моста, которые при применении симисторов в изолированных корпусах, можно установить на общий радиатор.

Схема блока переключения обмоток трансформатора.

Как видно из схемы, она похожа на релейный вариант коммутатора, рассмотренного в первой части.
Для задания порогов переключения, здесь так же используются стабилитроны на рабочее напряжение 6,2 — 6,8 вольт. Лучше конечно использовать стабилитроны на рабочее напряжение 6,8 вольт, тогда пороги переключений будут следующие — 6,8 v; 13,6 v; 20,4 v; 27,2 v; 34 v; 40,8 v.

В электронном коммутаторе используются четыре симистора, которые коммутируют вторичные обмотки силового трансформатора таким образом, что выходное напряжение с моста, подаваемое на вход блока питания (на электролитические конденсаторы фильтра), изменяется от 8-ми до 44 вольт, с пределом изменения в 6 вольт, в зависимости от выходного напряжения блока питания, то есть равняется 8, 14, 20, 26, 32, 38, 44. Необходимое напряжение вторичных обмоток силового трансформатора для данного варианта блока питания, указано на схеме силовой части коммутатора.
С таким коммутатором можно построить блок питания с выходным напряжением, изменяемым от 0 и до 40-45 вольт, с током нагрузки 5-10 ампер с хорошим КПД во всём диапазоне выходных напряжений.

Схема силовой части.

Если в фильтре блока питания применить электролитические конденсаторы на рабочее напряжение 80 вольт, то можно построить блок питания, максимальное выходное напряжение которого, может достигать 55-65 вольт.
Для этого необходимо будет намотать силовой трансформатор, первые три секции которого (I, II, III) имеют выходное напряжение по 8 вольт, две последующие (IV, V) по 16 вольт, соответственно проводом, рассчитанным на необходимый ток нагрузки. Напряжения, подаваемые на вход блока питания в этом случае будут следующие — 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56 вольт. Так же все стабилитроны необходимо будет заменить на стабилитроны с напряжением стабилизации 7,5 — 8,2 вольта, для расширения порогов переключения электронного коммутатора.

Работа электронной схемы, аналогична схеме релейного коммутатора, описанного в первой части, а силовая часть работает следующим образом.
Если выходное напряжение БП не превышает 6,2-6,8 вольт (рабочее напряжение стабилитрона), то все симисторы закрыты, и на вход БП поступает напряжение 8 вольт с III-части вторичной обмотки силового трансформатора. При повышении выходного напряжения, открывается первый стабилитрон, на выходе 1 (вывод 9) микросхемы К555ИВ3 появляется логический ноль, загорается светодиод оптрона U3, открывается симистор VS3.
К диодам второго моста VD9-VD10 подключается II-часть вторичной обмотки и к 8-ми вольтовой обмотке добавляется 6 вольт. В итоге выходное напряжение повышается на 6 вольт (8+6).
Выпрямительные диоды VD7-VD8 при этом запираются поступающим на них повышенным обратным напряжением с диодов VD9-VD10 и исключаются из работы.
В дальнейшем при повышении выходного напряжения БП, открывается второй стабилитрон. На выходе 2 (вывод 7) микросхемы К555ИВ3 — появляется логический ноль, на выходе 1 (вывод 9) — логическая единица.
Загорается светодиод оптрона U2, симистор VS2 открывается, а светодиод  оптрона U3 гаснет и симистор VS3 — закрывается.
В работу вступают диоды VD3-VD4 (и VD7-VD8), которые запирают диоды VD5-VD6. К 8-ми вольтовой обмотке добавляется 12 вольт, а 6 вольт (VS3, VD9-VD10) отключается. Итоговое напряжение на входе БП повышается ещё на 6 вольт (8+12).

В дальнейшем при повышении выходного напряжения БП — симисторы VS1-VS3 (точнее будет VS3-VS1), срабатывают в двоичном коде и напряжение ступенями по 6 вольт повышается до максимума. Последним открывается симистор VS4. При уменьшении выходного напряжения блока питания, всё происходит в обратном порядке.

Переключатель обмоток собран на печатной плате, размером 56х77 мм.

Печатная плата коммутатора.

Печатную плату для коммутатора любезно предоставил пользователь нашего сайта Анатолий Соколов (anatolurew). Печатная плата в формате Sprint-Layout от Анатолия Соколова добавлена к статье в прикреплении (архиве) для скачивания.

Зарубежные аналоги для микросхемы К555ИВ3, как указывалось в первой части — 74LS/HC/HCT 147.
В качестве диодных мостов (VD1-VD4, VD5-VD8, VD9-VD12) и силовых симисторов, можно применить любые симисторы и диодные мосты, а так же отдельные диоды, рассчитанные на требуемый ток и соответствующее напряжение. В качестве транзисторов — любые маломощные транзисторы. Оптроны так же можно применять любые из имеющихся, но только симисторные. транзисторные и диодные не подойдут. Можно вместо них в крайнем случае поставить и маломощные электромагнитные (герконовые) реле. Резисторы по 330 ом, которые включены последовательно со светодиодами оптронов в этом случае исключаются, а контакты реле подключаются вместо симисторов оптронов.

Приложение:

Скачать архив.

 

 

cxema.org — Коммутатор обмоток для лабораторного блока питания

Коммутатор обмоток для лабораторного блока питания

Регулируемый источник питания является обязательным атрибутом на столе радиолюбителя, но из-за их немалой стоимости многие предпочитают сделать лабораторный блок питания своими руками. 
Блоки питания бывают линейными и импульсными, основное преимущество импульсных схем — это их высокий КПД (>90%). Линейные схемы имеют низких КПД, но обеспечивают более чистое выходное напряжение, которые свойственны импульсным источникам питания.

Линейные источники питания лучше, но при конструировании таких источников питания большой мощности возникают проблемы с охлаждением силовых транзисторов.

В чем же заключается основная сложность?. Допустим мы собрали блок питания с регулировкой напряжения от нуля до 30 Вольт и ток от нуля до 5 Ампер. И если мы выставим на выходе малое напряжение и большой ток, например 3 Вольта и 5 Ампер, на выходе получим мощность около 9 Ватт, при этом на транзисторе будет падение напряжения как минимум 27 Вольт, с учетом тока в 5 ампер, получаем около 140 ватт мощности в виде бесполезного тепла, которое нужно отводить.

Есть два основных варианта решения этой проблемы:

  1. Громадный радиатор с вентилятором для охлаждения силового транзистора;
  2. Система переключения обмоток трансформатора.

Второй вариант наиболее предпочтителен, и позволит избавиться от массивных радиаторов и шумного вентилятора.

Принцип работы очень прост — при малых выходных напряжениях на вход также подается малое напряжение. Таким образом мощность рассеиваемая на транзисторе будет гораздо меньше, КПД увеличивается в разы.

Но для того, чтобы задействовать коммутатор, нужно иметь трансформатор с несколькими вторичными обмотками, желательно с полностью одинаковыми параметрами, например три обмотки по 12 Вольт.

Перед вами сейчас самая простая и безотказная схема релейного коммутатора.

Коммутатор обмоток для лабораторного блока питания, принципиальная схема

Имеем пару стабилитронов  на одинаковое напряжения и пару реле, которыми  управляют маломощные транзисторы обратной проводимости. Точка «А» подключается к выходу лабораторного блока питания. Масса питания общая. Схема коммутатора питается от отдельной, маломощной обмотки.

Схема работает следующим образом, если напряжение на выходе лабораторного блока питание ниже 12 Вольт, стабилитрон закрыт.  Если напряжение на выходе лабораторного блока питания больше 12 Вольт первый стабилитрон моментально откроется, сигнал поступит на базу первого транзистора, отпирая его, через  открытый переход поступит питание на обмотку реле, как следствие — реле также сработает, коммутируя соответствующую обмотку. Теперь на вход стабилизатора поступает напряжение 24 Вольта.

При увеличении выходного напряжения блока питания до порогового значения, а это сумма напряжений обеих стабилитронов, точно таким же образом откроется второй стабилитрон, что приведёт к отпиранию второго транзистора и сработкет второго реле, и на вход стабилизатора поступит полное напряжение со всех трех последовательно соединенных обмоток трансформатора.

В этот момент первое реле тоже находится во включенном состоянии, но так как питание поступает по второму реле, на выходное напряжение это не влияет. Добавив в схему еще один транзистор со стабилитроном, в эти моменты можно отключать его.

Коммутатор обмоток для лабораторного блока питания, принципиальная схема

Если напряжение на выходе источника питания больше значения суммы напряжений стабилизации стабилитронов откроется третий транзистор, шунтируя базу транзистора, который управляет первой реле на массу питания, тот закроется и отключит реле.

Стоит заметить, что через стабилитроны и переходы база эмиттер протекают ничтожно малые токи.

В схеме использованы реле с напряжением катушки 12 Вольт.

Коммутатор обмоток для лабораторного блока питания, реле 12ВКоммутатор обмоток для лабораторного блока питания, реле 12В

Диоды предназначены для защиты от пробоя управляющих транзисторов напряжением самоиндукции с обмоток реле во время их отключения.

Ток коммутации реле зависит от вашего блока питания, если конструируете лабораторный блок питания на 5 Ампер, реле желательно взять с двукратным запасом, например 10-12 Ампер.

Базовые ограничительные резисторы для транзисторов могут иметь сопротивление от 6,8 до 15 кОм. Сами транзисторы обратной проводимости, можно взять  любые малой и средней мощности.

К недостаткам схемы можно отнести использование электромагнитного реле. Должен сказать, что во многих промышленных блоках питания применяется именно такое решение. Реле издают звук во время переключения, а контакты не вечные.

Есть системы, где переключающим элементом является симистор, но такие коммутаторы также не идеальны, часто возникают проблемы с управлением, а на самих симисторах будут потери, следовательно и нагрев, к тому же симисторные схемы довольно сложны.

Питать схему коммутации можно как от отдельной обмоткой, которая намотана на основном трансформаторе, так и от отдельного маломощного блока питания. Напряжение этого источника должно быть от 18 до 20 вольт, при токе в 200-300мА.

Печатная плата тут 

Регулирование напряжения трансформатора — Википедия

Регули́рование напряже́ния трансформа́тора — изменение числа витков обмотки трансформатора. Применяется для поддержания нормального уровня напряжения у потребителей электроэнергии.

Большинство силовых трансформаторов[1] оборудовано некоторыми приспособлениями для настройки коэффициента трансформации путём добавления или отключения числа витков.

Настройка может производиться с помощью переключателя числа витков трансформатора под нагрузкой либо путём выбора положения болтового соединения при обесточенном и заземлённом трансформаторе.

Степень сложности системы с переключателем числа витков определяется той частотой, с которой надо переключать витки, а также размерами и ответственностью трансформатора.

В зависимости от нагрузки электрической сети меняется её напряжение. Для нормальной работы электроприёмников потребителей необходимо, чтобы напряжение не отклонялось от заданного уровня больше допустимых пределов, в связи с чем применяются различные способы регулирования напряжения в сети. Одним из способов является изменение соотношения числа витков обмоток первичной и вторичной цепи трансформатора (коэффициента трансформации), так как
U2=U1w2w1{\displaystyle U_{2}=U_{1}{w_{2} \over w_{1}}}

В зависимости от того, происходит это во время работы трансформатора или после его отключения от сети, различают «переключение без возбуждения» (ПБВ) и «регулирование под нагрузкой» (РПН). И в том и в другом случае обмотки трансформатора выполняются с ответвлениями, переключаясь между которыми, можно изменить коэффициент трансформации трансформатора.

Схема работы переключателя ответвлений

Данный тип переключения используется во время сезонных переключений, так как предполагает отключение трансформатора от сети, что невозможно делать регулярно, не лишая потребителей электроэнергии. ПБВ позволяет изменить коэффициент трансформации в пределах от −5 % до +5 %. На маломощных трансформаторах выполняется с помощью двух ответвлений, на трансформаторах средней и большой мощности с помощью четырёх ответвлений по 2,5 % на каждое[2].

Ответвления чаще всего выполняются на той стороне, напряжение на которой в процессе эксплуатации подвергается изменениям. Обычно это сторона высшего напряжения. Выполнение ответвлений на стороне высшего напряжения имеет также то преимущество, что при этом, ввиду большего количества витков, отбор ±2,5 % и ±5 % количества витков может быть произведён с большей точностью. Кроме того, на стороне высшего напряжения величина силы тока меньше, и переключатель получается более компактным[3]. При этом надо заметить, что у понижающих трансформаторов (питание подводится со стороны обмотки высшего напряжения) регулирование напряжения будет сопровождаться изменением магнитного потока в магнитопроводе. В нормальном режиме это изменение незначительно.

Регулирование напряжения переключением числа витков обмотки со стороны питания и со стороны нагрузки имеет разнохарактерный вид: при регулировании напряжения изменением числа витков на стороне нагрузки для повышения напряжения необходимо увеличить число витков (поскольку напряжение пропорционально числу витков), но при регулировании со стороны питания для повышения напряжения на нагрузке необходимо уменьшить число витков (это связано с тем, что напряжение сети уравновешивается ЭДС первичной обмотки, и для уменьшения последней необходимо уменьшить число витков).

При переключении ответвлений обмотки с отключением трансформатора, переключающее устройство получается проще и дешевле, однако переключение связано с перерывом энергоснабжения потребителей и не может проводиться часто. Поэтому этот способ применяется главным образом для коррекции вторичного напряжения сетевых понижающих трансформаторов в зависимости от уровня первичного напряжения на данном участке сети в связи с сезонным изменением нагрузки[3].

Переключатели числа витков без возбуждения[править | править код]

Переключатель числа витков без возбуждения имеет достаточно простое устройство, предоставляющее соединение с выбранным переключателем числа витков в обмотке. Как следует из самого названия, он предназначен для работы только при отключенном трансформаторе. Именно этот тип переключателя имеет второе, жаргонное название — «анцапфа» (нем. Anzapfen — отводить, отбирать)[4].

Для уменьшения и стабильности переходного сопротивления контактов на них поддерживается давление с помощью специального пружинного приспособления, которое при определённых ситуациях может вызывать вибрацию. Если переключатель числа витков без возбуждения находится в одном и том же положении в течение нескольких лет, то сопротивление контакта может медленно расти в связи с окислением материала в точке контакта (поскольку в качестве материала контакта чаще применяется медь или сплавы на её основе (латунь), окислы которых имеют достаточно высокое электрическое сопротивление и химическую стойкость) и постепенным разогревом контакта, который приводит к разложению масла и осаждению пиролитического углерода на контактах, что ещё более увеличивает контактное сопротивление и снижает степень охлаждения, приводя к местным перегревам. Данный процесс может происходить лавинообразно. В конечном итоге наступает неконтролируемая ситуация, приводящая к срабатыванию газовой защиты (из-за газов, появляющихся при разложения масла в точках местных перегревов) или даже к поверхностному пробою по осевшим на изоляции твёрдым продуктам разложения масла. Персонал предприятия,обслуживающий трансформаторы, оборудованные переключателем коэффициентом трансформации ПБВ (переключатель без возбуждения), должен не менее чем 2 раза в год перед наступлением зимнего максимума нагрузки и летнего минимума нагрузки произвести проверку правильности установки коэффициента трансформации[5]. При этом необходимо, чтобы переключение числа витков проводилась в отключенном от сети состоянии, с переводом переключателя во все положения — данный цикл должен быть повторен несколько раз для удаления окисных плёнок с поверхности контактов и возвратом его обратно в заданное положение[6]. Для контроля качества контактов производится измерение сопротивления обмоток постоянному току. «Трансформаторы силовые транспортирование, разгрузка, хранение, монтаж и ввод в эксплуатацию СПО и И Союзтехэнерго, Москва» 1981г. Вышеуказанные операции проводятся также если трансформатор был отключён в течение большого промежутка времени и вновь вводится в эксплуатацию.

Данный тип переключений применяется для оперативных переключений, связанных с постоянным изменением нагрузки (например, днём и ночью нагрузка на сеть будет разная). В зависимости от того, на какое напряжение и какой мощности трансформатор, РПН может менять значение коэффициента трансформации в пределах от ±10 до ±16 % (примерно по 1,5 % на ответвление). Регулирование осуществляется на стороне высокого напряжения, так как величина силы тока там меньше, и соответственно, устройство РПН выполнить проще и дешевле. Регулирование может производиться как автоматически, так и вручную из ОПУ или диспетчерского пульта управления. Уже в 1905—1920 годах были разработаны устройства для регулирования напряжения на трансформаторах под нагрузкой (РПН). Принцип регулирования напряжения таких устройств также основан на изменении числа витков. Сложность выполнения таких устройств заключается:

  • в невозможности простого разрыва цепи при изменении числа витков, как это делается в ПБВ (это связано с возникновением электрической дуги большой мощности и больших перенапряжений из-за действия ЭДС индукции) что приведёт к выходу из строя трансформатора;
  • использовании кратковременных (на время переключения ступени напряжения) замыканий части витков обмоток.

Для ограничения тока в короткозамкнутых обмотках необходимо использовать токоограничивающие сопротивления. В качестве токоограничивающего сопротивления используются индуктивности (реакторы) и резисторы.

РПН с токоограничивающими реакторами[править | править код]

Каждая ступень РПН с токоограничивающим реактором состоит из двух контакторов и одного реактора. При этом реактор состоит из двух обмоток, к каждой из них подключены контакторы. В нормальном режиме оба контактора замыкают один и тот же контакт и через эти оба параллельно включённых контактора и реактор проходит ток обмотки. Во время операции переключения один из контакторов переключается на другой контакт (соответствующий необходимой ступени регулирования). При этом часть обмотки трансформатора замыкается накоротко — ток в этой цепи ограничивается реактором. Далее на этот же контакт переводится другой контактор, переводя трансформатор на другую ступень регулирования — на этом операция регулирования заканчивается.

РПН с токоограничивающими резисторами[править | править код]

Довольно важное улучшение в работе переключателей числа витков под нагрузкой произошло в результате изобретения быстродействующего триггерного контактора, названного принципом Янсена (Janssen) по имени изобретателя. Принцип Янсена подразумевает, что контакты переключателя нагружены пружиной, и они перебрасываются из одного положения в другое после очень короткого периода соединения между двумя переключателями числа витков, через токоограничивающий резистор.

Применение реактора является альтернативой принципу Янсена с последовательностью быстрых переключений и резисторами. В переключателе числа витков реакторного типа, напротив, намного труднее прервать циркулирующий реактивный ток, и это довольно сильно ограничивает скачок напряжения, однако этот принцип хорошо работает при относительно высоких токах. В этом отличие от быстродействующего резисторного переключателя числа витков, который применим для более высоких напряжений, но не для высоких токов. Это приводит к тому, что реакторный переключатель числа витков обычно находится в низковольтной части трансформатора, тогда как резисторный переключатель витков подсоединен к высоковольтной части.

В переключателе витков реакторного типа потери в средней точке реактора благодаря току нагрузки и наложенного конвекционного тока между двумя вовлеченными переключателями числа витков невелики, и реактор может постоянно находиться в электрической цепи между ними. Это служит промежуточной ступенью между двумя переключателями числа витков, и это даёт в два раза больше рабочих положений, чем число переключателей числа витков в обмотке.

С 1970-х годов стали применяться переключатели числа витков с вакуумными выключателями. Вакуумные выключатели характеризуются низкой эрозией контактов, что позволяет переключателям числа витков выполнять большее количество операций между обязательными профилактическими работами. Однако конструкция в целом становится более сложной.

Также на рынке появлялись экспериментальные переключатели числа витков, в которых функция переключения исполняется силовыми полупроводниковыми элементами. Эти модели также направлены на то, чтобы сократить простои на проведение технического обслуживания.

В переключателях витков резисторного типа контактор находится внутри контейнера с маслом, которое отделено от масла трансформатора. Со временем масло в этом контейнере становится очень грязным и должно быть изолировано от масляной системы самого трансформатора; оно должно иметь отдельный расширительный бак со своим отдельным вентиляционным клапаном.

Устройство переключения числа витков представляет собой клетку или изолирующий цилиндр с рядом контактов, с которыми соединяются переключатели числа витков от регулирующей обмотки. Внутри клетки два контактных рычага передвигаются пошагово поперёк регулирующей обмотки. Оба рычага электрически соединены с вводными клеммами контактора. Один рычаг находится в положении активного переключателя числа витков и проводит ток нагрузки, а другой рычаг находится без нагрузки и свободно передвигается к следующему переключателю числа витков. Контакты устройства переключения никогда не разрывают электрический ток и могут находиться в масле самого трансформатора.

Автоматическое регулирование напряжения[править | править код]

Переключатель числа витков устанавливается для того, чтобы обеспечивать изменение напряжения в линиях, соединённых с трансформатором. Совсем необязательно, что целью всегда будет поддержание постоянного вторичного напряжения на трансформаторе. Чаще всего падения напряжения происходят во внешней сети — особенно это проявляется для дальних и мощных нагрузок. Для поддержания номинального напряжения на дальних потребителях может потребоваться увеличение напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Система управления РПН относится к релейной защите и автоматике станции — переключатель числа витков всего лишь получает команды: повысить или понизить. Однако обычно функции согласования коэффициентов трансформации между различными трансформаторами внутри одной и той же станции относятся к системе РПН. При соединении трансформаторов в параллель их переключатели числа витков должны двигаться синхронно. Для этого один из трансформаторов выбирается ведущим, а другие — как ведомыми, их системы управления РПН следят за изменением коэффициента трансформатора ведущего трансформатора. Обычно синхронным переключением числа витков добиваются исключения токов циркуляции между обмотками параллельных трансформаторов (из-за разницы вторичных напряжений параллельных трансформаторов) хотя на практике в момент действия РПН циркуляционные токи всё же возникают из-за рассогласования при переключении, однако это допускается в определённых пределах.

Последовательные регулировочные трансформаторы (Вольтодобавочные трансформаторы)[править | править код]

Для регулирования коэффициента трансформации мощных трансформаторов и автотрансформаторов иногда применяют регулировочные трансформаторы (вольтодобавочные), которые подключаются последовательно с трансформатором и позволяют менять как напряжение, так и фазу напряжения. В силу сложности и более высокой стоимости регулировочных трансформаторов, такой способ регулирования применяется гораздо реже.

  1. ↑ IEC 60076-1 «Силовые трансформаторы»
  2. ↑ Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 648 с.: ил. ББК 31.277.1 Р63
  3. 1 2 А. И. Вольдек. Электрические машины. — Л., «Энергия», 1974.
  4. ↑ Л.А. и Р.А. Эрамус. Технический немецко-русский словарь. ОЗГИС 1931г.
  5. ↑ Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. Атомиздат, Москва 1970г.
  6. ↑ ABB Transformer Handbook
  • Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 648 с.: ил. ББК 31.277.1 Р63

Электронный коммутатор вторичных обмоток лабораторного БП — 5 Августа 2013 — РАДИО

 

Существует очень много различных схем для переключения отводов вторичных обмоток трансформатора в лабораторных блоках питания, для уменьшения рассеиваемой мощности выходных транзисторов БП, и для повышения КПД блоков питания при небольших выходных напряжений.
Есть схемы «переключалок» и на реле, и электронные варианты на симисторах, типа такой, как на рисунке ниже.

Симисторы ко вторичной обмотке силового трансформатора подключаются у такого переключателя следующим (или подобным) образом.

У всех этих схем имеются какие то свои определённые недостатки.
Схемы не реле издают щелчки, да и контакты реле не вечны, особенно в режиме стабилизации (ограничения) тока.
В схеме на симисторах подобного недостатка нет, она работает достаточно стабильно, но … бывают такие моменты, когда вышибает симисторы, особенно с мощным трансформатором. То-ли один симистор не успевает закрыться, когда уже второй открылся, то-ли ещё какие либо причины, но факт остаётся фактом — симисторы иногда со свистом вышибает.
Все эти недостатки скорее всего из-за того, что происходит коммутация обмоток с прерыванием тока. Что бы избавиться от этих недостатков, нужно уйти от прерывания тока, то есть не прерывать ток в нагрузке, а добавлять или уменьшать входное напряжение на блок питания.

Ниже Вашему вниманию предлагается схема электронного переключателя вторичных обмоток трансформатора, выполненного на тиристорах и лишённого этих недостатков. Её например можно применить в лабораторном блоке питания с выходным напряжением 0-35 вольт. Сразу скажу, что эта идея не моя, а предложенная kotosob-ом с форума сайта «Паяльник», я лишь предлагаю свой вариант реализации данной идеи. Для данной схемы абсолютно все равно, в какой момент полупериода включаться тиристоры и в какое время напряжение на выпрямителе станет больше или меньше. В этой схеме тиристоры играют роль управляемых выпрямительных диодов, которые при их включении замещают и запирают выпрямительные диоды мостика, или открывшиеся тиристоры с меньшим выходным напряжением.
Количество ячеек выпрямителя можно уменьшить или увеличить, в зависимости от потребностей.

 

Схема электронного коммутатора вторичных обмоток.

Схема работает следующим образом;
Если выходное напряжение блока питания не превышает 7,5 вольт, то все стабилитроны (ZD1-ZD3) и соответственно тиристоры закрыты, и напряжение на диодный мост подаётся с первой части (II) вторичной обмотки силового трансформатора.
При повышении выходного напряжения блока питания выше 7,5 вольт — открывается стабилитрон ZD1 и естественно транзистор VT1. Нагрузкой транзистора является светодиод симисторного оптрона, который отпирает симистор оптрона, и тот в свою очередь тиристоры VS1, VS2.
Тиристоры начинают работать как выпрямительные диоды, а так, как их выходное напряжение превышает на 8 вольт (минус напряжение падения на тиристорах) выходное напряжение подаваемое на верхнее плечо диодного моста, последние просто запираются и выходное напряжение выпрямителя повышается.
При дальнейшем увеличении выходного напряжения блока питания — открываются следующие стабилитроны и соответственно тиристоры и увеличивается выходное напряжение, подаваемое на конденсаторы фильтра.
При уменьшении выходного напряжения блока питания — всё происходит в обратном порядке. Закрываются стабилитроны и соответственно сопутствующие им тиристоры, и напряжение подаваемое на конденсаторы фильтра — уменьшается.

Пороги переключений здесь выбраны при следующих выходных напряжениях блока питания — 7,5; 15; 22,5 вольт, и зависят от применяемых стабилитронов. Соответственно напряжения подаваемые на вход блока питания равны 8, 16, 24, 32 вольт (без учёта падания напряжение на элементах выпрямителя).

Схема рассчитана на применение в ней тиристоров.
В схеме можно применять любые тиристоры с необходимым выходным током и допустимым напряжением, и если их нет, то можно поставить и любые симисторы. При применении последних, резисторы R1-R6 нужно исключить. И если применять симисторы серии ВТА, то их необходимо выбирать с максимальным током — не менее чем в 2-3 раза превышающий выходной максимальный ток блока питания.

При применении симисторов, чтобы схема работала должным образом, необходимо соблюсти следующее; Симисторы включаются вместо тиристоров следующим образом — 2-й анод симистора по даташиту — на место анода тиристора по схеме, -1-й анод симистора по даташиту — на место катода тиристора по схеме.
Лучше всего применять тиристоры (и симисторы) в изолированных корпусах, что бы их можно было установить на общий радиатор.
Так же оптроны, транзисторы и диоды можно применять любые в зависимости от имеющихся в наличии.
Вторичная обмотка силового трансформатора содержит отводы (секции) на необходимое выходное напряжение и намотана проводом с сечением в соответствии с необходимым током нагрузки.
В описываемой схеме, все секции вторичной обмотки одинаковы и имеют выходное напряжение 8 вольт.
Вы вполне можете сами выбрать по своему усмотрению пороги переключений, количество секций (отводов) вторичной обмотки трансформатора и количество необходимых Вам каскадов (ячеек) выпрямителя.

Схема питается от дополнительного источника с выходным напряжением 5 вольт. Можно использовать дополнительный источник с выходным напряжением 5-24 вольт, но в этом случае необходимо будет подобрать резисторы в коллекторных цепях транзисторов так, что бы при открытии транзистора, ток через светодиод оптрона не превышал 10-15 мА.

Да, описанная схема обладает гистерезисом, так как стабилитроны здесь открываются плавно. Для простых БП это вполне приемлемо, а там, где необходим БП со стабилизацией тока и быстрых изменений напряжения на нагрузке, схему на стабилитронах лучше всего заменить схемой на компараторах и выставить гистерезис в пределах до 0,5 вольт.

 

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *