Імітатор генератора

РЕФЕРАТ

Імітатор генератора

ЗМІСТ

1. Теоретичні основи

2. Принципова схема пристрою

3. Деталі та конструкція

4. Налагодження

Пристрій призначений для відмотування показів індукційних електролічильників без зміни їх схем включення. Стосовно до електронних та електронно-механічних лічильників, у конструкцію яких закладено нездатність до зворотного відліку показань, пристрій дозволяє повністю зупинити облік до споживання електроенергії в кілька кВт. При вказаних на схемах елементах пристрій розрахований на номінальну напругу мережі 220 В і потужність відмотування 2 кВт. Застосування інших елементів дозволяє відповідно збільшити потужність.

Пристрій, зібране за пропонованою схемою, просто вставляється в розетку і лічильник починає рахувати у зворотну сторону. Вся електропроводка залишається недоторканою. Заземлення не потрібно.

1. Теоретичні основи

Робота устрою заснована на тому, що датчики струму електролічильників, в тому числі й електронних, містять вхідний індукційний перетворювач, що має низьку чутливість до струмів високої частоти. Цей факт дозволяє внести значну негативну похибка в облік, якщо споживання здійснювати імпульсами високої частоти. Інша особливість - лічильник є реле напрямки потужності, тобто якщо за допомогою будь-якого джерела (наприклад дизель-генератора) живити саму електричну мережу, то лічильник обертається у зворотний бік.

Перераховані фактори дозволяють створити імітатор генератора. Основним елементом такого пристрою є конденсатор відповідної ємності. Конденсатор протягом чверті періоду мережевої напруги заражають від мережі імпульсами високої частоти. При певному значенні частоти (залежить від характеристик вхідного перетворювача лічильника), лічильник враховує тільки чверть від фактично спожитої енергії. У другу чверть періоду конденсатор розряджають назад у мережу безпосередньо, без високочастотної комутації. Лічильник враховує всю енергію, живильну мережу. Фактично енергія заряду і розряду конденсатора однакова, але повністю враховується тільки друга, створюючи імітацію генератора, що живить мережу. Лічильник при цьому вважає у зворотний бік зі швидкістю, пропорційною різниці в одиницю часу енергії розряду і врахованої енергії заряду. Електронний лічильник буде повністю зупинений і дозволить безоблікового споживати енергію, не більше значення енергії розряду. Якщо потужність споживача виявиться більшою, то лічильник буде віднімати з неї потужність пристрою.

Фактично пристрій приводить до циркуляції реактивної потужності у двох напрямках через лічильник, в одному з яких здійснюється повний облік, а в іншому - частковий.

2. Принципова схема пристрою

Пристрій складається з чотирьох модулів, принципові схеми яких наведені на рис.1 - 4.

Інтегратор (рис.1) призначений для виділення з мережевої напруги сигналів, синхронизирующих роботу інших модулів. Це прямокутні імпульси рівня ТТЛ на виходах С1 і С2.

Фронт сигналу С1 збігається з початком позитивної півхвилі мережевої напруги, а спад - з початком негативної півхвилі. Фронт сигналу С2 збігається з початком позитивної півхвилі інтеграла мережевої напруги, а спад - з початком негативної півхвилі. Таким чином, сигнали С1 і С2 є прямокутні імпульси, синхронізовані мережею і зміщені по фазі відносно один одного на кут  / 2.

Сигнал, відповідний напрузі мережі, знімається з резистивного дільника R 1.1, R 1.3, обмежується до рівня 5 В з допомогою резистора R 1.5 і стабілітрона D 1.2, потім через вузол гальванічної розв'язки на оптрон ОС1.1 подається на інші модулі. Аналогічно формується сигнал, відповідний інтегралу напруги мережі. Процес інтегрування забезпечується процесами заряду і розряду конденсатора С1.1.

Система управління (рис.2) служить для формування сигналів управління потужними ключовими транзисторами рекуператора (рис.3). Алгоритм управління синхронізований сигналами С1 і С2, одержуваними з інтегратора. Для забезпечення імпульсного процесу протікання енергоспоживання пристроєм служить генератор, що задає на логічних елементах DD 2.3.4 і DD 2.3.5. Він формує імпульси частотою 2 кГц амплітудою 5 В. Частота сигналу на виході генератора і шпаруватість імпульсів визначаються параметрами времязадающих ланцюгів С2.1-R 2.1 і C 2.2-R 2.2. Ці параметри можуть підбиратися при настройці для забезпечення найбільшої похибки обліку електроенергії, споживаної пристроєм.

Логічний блок системи на основі аналізу сигналів С1 і С2 формує сигнали U 1 - U 4, кожен з яких керує відповідним плечем рекуператора. У необхідні моменти часу логічний блок модулює відповідний вихідний сигнал сигналом генератора, що задає, забезпечуючи високочастотне енергоспоживання.

Рекуператор (рис.3) є два однакових каналу, кожний з яких забезпечує підключення до електричної мережі окремого накопичувального конденсатора С3.1 або С3.2. Канал управління конденсатором С3.1 складається з потужних транзисторів Т3.2, Т3.6, випрямних діодів D 3.1, D 3.3, підсилювальних каскадів на транзисторах Т3.1, Т3.3 і вузлів гальванічної розв'язки від електромережі на оптронах ОС3.1, ОС3 .3. Канал управління конденсатором С3.2 побудований аналогічно. За рахунок алгоритму роботи системи управління забезпечується робота конденсатора С3.1 на позитивній полуволне мережевої напруги, а С3.2 - на негативною.

Блок живлення (рис.4) побудований за класичною схемою. Необхідність застосування трьох каналів живлення продиктована особливістю зв'язку каскадів рекуператора з електричною мережею. При цьому загальним проводом можна лише умовно вважати негативний полюс 5 - вольтового виходу. Він не повинен заземлюватися або мати зв'язок з проводами мережі. Головною вимогою до блоку живлення є можливість забезпечити струм до 3 А на виходах 16 В. Це необхідно для введення потужних ключових транзисторів у режим насичення у відкритому стані. В іншому випадку на них буде розсіюватися велика потужність, і вони вийдуть з ладу.

3. Деталі та конструкція

Мікросхеми можуть застосовуватися будь-які: 155, 133, 156 і інших серій. Не рекомендується застосування мікросхем на основі МОН - структур, так як вони більш схильні до впливу наведень від роботи потужних ключових каскадів.

Ключові транзистори рекуператора обов'язково встановлюються на радіаторах. Краще для кожного транзистора використовувати окремий радіатор площею не менше 100 см ^2. З міркувань безпеки не слід використовувати металевий корпус пристрою у якості радіатора для транзисторів.

Для всіх високовольтних конденсаторів на схемі позначено їх номінальну напругу. Конденсатори на більш низьку напругу застосовувати не можна. Конденсатор С1.1 може бути тільки неполярних. У цьому вузлі застосування електролітичного конденсатора не допускається. Схема рекуператора спеціально складена для використання в якості С3.1 і С3.2 дешевих електролітичних конденсаторів, але надійніше і довговічніше все-таки застосування полярних конденсаторів.

Резистори: R 1.1 - R 1.4 типу МЛТ-2; R 3.17 - R 3.22 дротові потужністю не менше 10 Вт; інші резистори типу МЛТ-0.25.

Трансформатор Tr 1 - будь-який малопотужний з двома окремими вторинними обмотками на 12 В і однієї на 5 В. Головна вимога - забезпечити при номінальній напрузі 12 В струм кожної вторинної обмотки не менш 3 А.

Всі модулі пристрої слід змонтувати на окремих платах для полегшення наступного налаштування. Пристрій в цілому збирають в будь-якому корпусі. Дуже зручно (особливо з метою конспірації) використовувати для цього корпус від побутового стабілізатора напруги, які в недалекому минулому широко використовувалися для харчування лампових телевізорів.

4. Налагодження

При налагодження схеми дотримуйтеся обережності! Пам'ятайте, що не вся низьковольтна частина схеми має гальванічну розв'язки від електричної мережі! Не рекомендується в якості радіатора для транзисторів використовувати металевий корпус пристрою. Застосування плавких запобіжників - обов'язково! Накопичувальні конденсатори працюють в граничному режимі, тому перед включенням влаштування їх потрібно розмістити в міцному металевому корпусі.

Низьковольтний блок живлення перевіряють окремо від інших модулів. Він повинен забезпечувати струм не менше 3 А на виходах 16 В, а також 5 В для живлення системи управління.

Потім налагоджують генератор, відключивши силову частину схеми від електромережі. Генератор має формувати імпульси амплітудою 5 В і частотою близько 2 кГц. Шпаруватість імпульсів приблизно 1 / 1. При необхідності для цього підбирають конденсатори С2.1, С2.2 або резистори R 2.1, R 2.2. Логічний блок системи керування за умови правильного монтажу налагодження не вимагає. Бажано лише переконатися за допомогою осцилографа, що на виходах U 1 - U 4 є сигнали прямокутної форми.

Інтегратор перевіряють двулучевую осцилографом. Для цього загальний провід осцилографа з'єднують з нульовим проводом електромережі (N), провід першого каналу під'єднують до точки з'єднання резисторів R 1.1 і R 1.3, а проведення другого каналу - до точки з'єднання R 1.2 і R 1.4. На екрані повинні бути видно дві синусоїди частотою 50 Гц і амплітудою близько 150 В кожна, зміщені між собою по осі часу на кут  / 2. Далі перевіряють наявність сигналів на виходах С1 і С2. Для цього загальний провід осцилографа з'єднують з точкою GND пристрою. Сигнали повинні мати правильну прямокутну форму, частоту також 50 Гц, амплітуду близько 5 В і також повинні бути зміщені між собою на кут  / 2 по осі часу. Якщо фазосмещеніе сигналів відрізняється від  / 2, то його коригують підбираючи конденсатор С1.1.

Налаштування ключових елементів рекуператора полягає в установці струму бази транзисторів Т3.2, Т3.4, Т3.6, Т3.8 на рівні не менше 1.5 - 2 А. Це необхідно для насичення цих транзисторів у відкритому стані. Для налаштування рекомендується відключити рекуператор від системи управління (виходи U 1 - U 4), і при настройці кожного каскаду подавати напругу +5 В на відповідний вхід рекуператора U 1 - U 4 безпосередньо з блоку живлення. Струм бази встановлюють по черзі для кожного каскаду, підбираючи опір резисторів R 3.19 - R 3.22 відповідно. Для цього може знадобитися ще підбір R 3.4, R 3.8, R 3.12, R 3.16 для відповідного каскаду. Після відключення напруги на вході струм бази ключового транзистора повинен зменшуватися майже до нуля (кілька мкА) .. Така настройка забезпечує найбільш сприятливий тепловий режим роботи потужних ключових транзисторів.

Після налаштування всіх модулів відновлюють всі з'єднання у схемі і перевіряють роботи схеми в зборі. Перше включення рекомендується виконати з зменшеними значеннями ємності конденсаторів С3.1, С3.2 приблизно до 1 мкФ. Конденсатори краще використовувати неполярні. Після включення пристрою дайте йому попрацювати кілька хвилин, звертаючи особливу увагу на температурний режим ключових транзисторів. Якщо все гаразд - можете встановлювати електролітичні конденсатори. Збільшувати ємність конденсаторів до номінального значення рекомендується в кілька етапів, кожен раз перевіряючи температурний режим.

Потужність відмотування безпосередньо залежить від ємності конденсаторів С3.1 і С3.2. Для збільшення потужності потрібні конденсатори більшої ємності. Граничне значення місткості визначається величиною імпульсного струму заряду. Про його величині можна судити, підключаючи осцилограф паралельно резисторам R 3.17 і R 3.18. Для транзисторів КТ848А він не повинен перевищувати 20 А. Якщо потрібно ще більша потужність відмотування, доведеться використовувати більш потужні транзистори, а також діоди D 3.1-D 3.4.

Не рекомендується використовувати занадто велику потужність відмотування. Як правило, 1-2 кВт цілком достатньо. Якщо пристрій працює спільно з іншими споживачами, лічильник при цьому віднімає з їх потужності потужність пристрою, але електропроводка буде завантажена реактивною потужністю. Це потрібно враховувати, щоб не вивести з ладу електропроводку.

Рис.1. Інтегратор

Рис.2. Система управління

Рис.3. Рекуператор

Рис.4. Блок живлення