Генератор реактивної потужності 1 Квт

Пристрій призначений для відмотування показань індукційних електролічильників без зміни їх схем включення. Стосовно до електронних та електронно-механічним лічильникам, в конструкцію яких закладено нездатність до зворотного відліком показань, пристрій дозволяє повністю зупинити облік до рівня реактивної потужності генератора. При вказаних на схемі елементах пристрій розраховане на номінальну напругу мережі 220 В і потужність відмотування 1 кВт. Застосування інших елементів дозволяє відповідно збільшити потужність. Пристрій, зібране за пропонованою схемою, просто вставляється в розетку і лічильник починаєвважати у зворотний бік. Вся електропроводка залишається недоторканою. Заземлення не потрібно.

Теоретичні основи

Робота пристрою заснована на тому, що датчики струму електролічильників, в тому числі й електронних, містять вхідний індукційний перетворювач, 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 реленапрямки потужності, тобто якщо за допомогою якого-небудь джерела (наприклад дизель-генератора) живити саму електричну мережу, то лічильник обертається в зворотну сторону. 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, що живить мережу. Фактично енергія заряду і розряду конденсатора однакова, але повністю враховується тільки друга, створюючи імітацію генератора, що живить мережу. Лічильник при цьомувважає 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 в двох напрямках через лічильник, у одному з яких здійснюється повний облік, а в іншому – частковий.

Принципова схема пристрою

Клацніть по картинці для збільшення!

Принципова схема наведена на рис.1. Основними елементами пристрої є інтегратор, що представляє собою резистивний міст R1-R4 і конденсатор С1, формувач імпульсів (стабілітрони D1, D2 і резистори R5, R6), логічний вузол (Елементи DD1.1, DD2.1, DD2.2), тактовий генератор (DD2.3, DD2.4), підсилювач (Т1, Т2), вихідний каскад (С2, Т3, Br1) і блок живлення на трансформаторі Tr1. Інтегратор призначений для виділення з мережевої напруги сигналів, синхронізуючих роботу логічного вузла. Це прямокутні імпульси рівня ТТЛ на входах 1 і 2 елементи DD1.1. Фронт сигналу на вході 1 DD1.1 збігається з початком позитивної напівхвилі мережевої напруги, а спад – з початком негативної напівхвилі. Фронт сигналу на вході 2 DD1.1 збігається з початком позитивної півхвилі інтеграла мережевої напруги, а спад – з початком негативної напівхвилі. Такимчином, ці сигнали являють собою прямокутні імпульси, синхронізовані мережею і зміщені по фазі відносно один одного на кут p / 2. Сигнал, відповідний напрузі мережі, знімається з резистивного дільника R1, R3, обмежується до рівня 5 В за допомогою резистора R5 і стабілітрона D2, потім через гальванічну розв’язку на оптроні ОС1 подається на логічний вузол. Аналогічно формується сигнал, відповідний інтегралу напруги мережі. Процес інтегрування забезпечується процесами заряду і розряду конденсатора С1. Логічний вузол служить для формування сигналів керування потужним ключовим транзистором Т3 вихідного каскаду.Алгоритм управління синхронізований вихідними сигналами інтегратора. На основі аналізу цих сигналів, на виході 4 елементи DD2.2 формується сигнал управління вихідним каскадом. У необхідні моменти часу логічний вузол модулює вихідний сигнал сигналом генератора, що задає, забезпечуючи високочастотне енергоспоживання. Для забезпечення імпульсного процесу заряду накопичувального конденсатора С2 служить задаючий генератор на логічних елементах DD2.3 і DD2.4. Він формуєімпульси частотою 2 кГц амплітудою 5 В. Частота сигналу на виході генератора і шпаруватість імпульсів визначаються параметрами времязадающіх ланцюгів С3-R20 і C4-R21. Ці параметри можуть підбиратися при налаштуванні для забезпе-чення найбільшою похибки обліку електроенергії, споживаної пристроєм. Сигнал управління вихідним каскадом через гальванічну розв’язку на оптроні ОС3 надходить на вхід двокаскадного підсилювача на транзисторах Т1 і Т2. Основне призначення цього підсилювача- Повне відкриття з введенням в режим насичення транзистора Т3 вихідного каскаду інадійне замикаючи-ние його в моменти часу, які визначаються логічним вузлом. Тільки введення в насичення і повне закриття дозволять транзистору Т3 функціонувати вважких умовах роботи вихідного каскаду. Якщо не забезпечити надійне повне відкриття і закриття Т3, причому за мінімальний час, то він виходить з ладу від перегріву протягом декількох секунд. Блок живлення побудований за класичною схемою. Необхідність застосування двох каналів харчування продиктована особливістю режиму вихідного каскаду. Забезпечити надійне відкриття Т3 вдається тільки при напрузі живлення не менше 12В, а для живлення мікросхем необхідно стабілізується-ванне напруга 5В. При цьому загальним проводом можна лише умовно вважати негативний полюс 5 – вольтового виходу. Він не повинен заземлятися або мати зв’язок з проводами мережі. Головною вимогою до блоку живлення є можливість забезпечити струм до 2 А на виході 36 В. Це необхідно для введення потужного ключового транзистора вихідного каскаду врежим насичення у відкритому стані. В іншому випадку на ньому буде розсіюватися велика потужність, і він вийде з ладу.

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 впливу наведень від роботи потужного ключового каскаду. Ключовий транзистор Т3 обов’язково встановлюється на радіаторі площею не менше 200 см2. Для транзистора Т2 застосовується радіатор площею не менше 50 см2. З міркувань безпеки як радіатори не слід використовувати металевий корпус пристрої. Накопичувальний конденсатор С2 може бути тільки неполярним. Застосування електролітичного конденсатора не допускається. Конденсатор повинен бути розрахований на напруга не менше 400В. Резистори: R1 – R4, R15 типу МЛТ-2; R18, R19 – дротяні потужністю не менше 10 Вт; ос-тальне резистори типу МЛТ-0.25. Трансформатор Tr1 -будь потужністю близько 100 Вт з двома роздільними вторинними обмотками. Напруга обмотки 2 повинно бути 24 – 26 В, напруга обмотки 3 має бути 4 – 5В. Головне вимога – обмотка 2 повинна бути розрахована на струм 2 – 3 А. Обмотка 3малопотужна, ток потреб-ления від неї складе не більше 50 мА.

Налагодження

При наладці схеми дотримуйтеся обережності! Пам’ятайте, що не вся низьковольтна частина схеми має гальванічну розв’язки від електричної мережі! Чи не рекомендується в якості радіатора для вихідного транзистора використовувати металевий корпус пристрої. Застосування плавких запобіжників – обов’язково! Накопичувальний конденсатор працює в граничному режимі, тому перед включенням пристрої його потрібно розмістити в міцному металевому корпусі. Застосування електролітичного (Оксидного) конденсатора не допускається! Низьковольтний блок живлення перевіряють окремо від інших модулів. Він повинен забезпечувати струм не менше 2 А навиході 36 В, а також 5 В для живлення системи управління. Інтегратор перевіряютьдвулучевой осцилографом. Для цього загальний провід осцилографа з’єднують з нульовимпроводом електромережі (N), провід першого каналу під’єднують до точки з’єднаннярезисторів R1 і R3, а провід другого каналу – до точки з’єднання R2 і R4. На екрані повинні бути видно дві синусоїди частотою 50 Гц і амплітудою близько 150 В кожна, зміщені між собою по осі часу на кут p / 2. Далі перевіряють наявність сигналів на виходах обмежувачів, підключаючи ос-ціллограф паралельно Стабілітрони D1 і D2. Для цього загальний провід осцилографа з’єднують з точкою N мережі. Сигнали повинні мати правильну прямокутну форму, частоту 50 Гц, амплітуду близько 5В і також повинні бути зміщені між собою на кут p / 2 по осі часу. Допускається наростання і спад імпульсів протягом не більше 1мс. Якщо фазосмещеніе сигналів відрізняється від p / 2, то його коригують підбираючи конденсатор С1. Крутизну фронту іспаду імпульсів можна змінювати, підбираючи опору резисторів R5 і R6. Ці опори повинні бути не менше 8 кОм, в іншому випадку обмежувачі рівня сигналу будуть впливати на якість процесу інтегрування, що в підсумку буде призводити до перевантаження транзистора вихідного каскаду. Потім налагоджують генератор, відключивши силову частину схеми від електромережі. Генератор повинен формувати імпульси амплітудою 5 В і частотою близько 2 кГц. Шпаруватість імпульсів приблизно 1/1. При необхідності для цього підбирають конденсатори С3, С4 або резистори R20, R21. Логічний вузол за умови правильного монтажу налагодження не вимагає. Бажано тільки переконатися за допомогою осцилографа, що на входах 1 і 2 елементи DD1.1 є періодичні сигнали прямокутної форми, зміщені відносно один одного по осі часу на кут p / 2. На виході 4 DD2.2 повинні періодично через кожні 10 мс формуватися пачки імпульсів частотою 2 кГц, тривалість кожної пачки 5 мс. Налаштування вихідного каскаду полягає в установці струму бази транзистора Т3 на рівні не менше 1.5 -2 А. Це необхідно для насичення цього транзистора в відкритому стані. Для налаштування рекомендується відключити вихідний каскад з підсилювачем від логічного вузла (від’єднати резистор R22 від виходу елемента DD2.2), і управляти каскадом подаючи напругу +5 В на від’єднаний кон-такт резистора R22 безпосередньо з блоку живлення. Замість конденсатора С1 тимчасово включають навантаження в вигляді лампи розжарювання потужністю 100 Вт Струм бази Т3 встановлюють підбираючи опір резистора R18. Для цього може знадобитися ще підбір R13 і R15 підсилювача. Після запалюючи-ня оптрона ОС3, струм бази транзистора Т3 повинен зменшуватися майже до нуля (кілька мкА). Така настройка забезпечує найбільш сприятливий тепловий режим роботи потужного ключового транзистора вихідного каскаду.Після налаштування всіх елементів відновлюють всі з’єднання в схемі і перевіряють роботу схеми в зборі. Перше включення рекомендується виконати з зменшеним значенням ємності конденсатора С2 приблизно до 1 мкФ. Після включення пристрою дайте йому попрацювати кілька хвилин, звертаючи особливу увагу на температурний режим ключового транзистора. Якщо все в порядку – можете збільшувати ємність конденсатора С2. Збільшувати ємність до номінального значення реко-Мендуся в кілька етапів, кожен раз перевіряючи температурний режим. Потужність відмотування в першу чергу залежить від ємності конденсатора С2. Для збільшення потужності потрібен конденсатор більшої ємності. Граничне значення ємності визначається величиною імпульсного струму заряду. Про його величиною можна судити, підключаючи осцилограф паралельно резистору R19. Для транзисторів КТ848А він не повинен перевищувати 20 А. Якщо потрібно збільшити потужність відмотування, доведеться використовувати більш потужні транзистори, а також діоди Br1. Але краще для цього використовувати іншусхему з вихідним каскадом на чотирьох транзисторах. Не рекомендується використовувати занадто велику потужність відмотування. Як правило, 1 кВт цілком достатньо. Якщо пристрій працює спільно з іншими споживачами, лічильник при цьому віднімає з їх потужності потужність пристрою, але електропроводка буде завантажена реактивної потужністю. Це потрібно враховувати, щоб не вивести з ладу електропроводку.