По даній формулі можна обчислити, що при потужності величиною Р = 1 Вт і N = 1000 диск лічильника здійснить 1 оборот за 3600 секунд. Але буде велика похибка вимірювання через тертя в рухомих частинах диска лічильника, а велика тривалість одного обороту утруднить процес вимірювання. Тут і стане в нагоді розглянута мікросхема перетворювача.

Схема такого лічильника представлена ​​на рис. 5.7.

Мікросхема перетворювача потужності DA4 включена у відповідності зі схемою свого типового включення, показаної на рис. 5.6. Різниця тільки в тому, що тут додані діоди VD2-VD5, підключені до входів мікросхеми. Їх призначення – обмежувати напруга, прикладена до висновків 2 і 16 мікросхеми. При перевищенні напругою величини +6 В або –6 В відкривається відповідний діод і обмежує напругу на вході мікросхеми на рівні близько 7 В. Замість обмежувальних діодів можна застосовувати стабілітрони типів КС133А, КС139А, включені послідовно-зустрічно. Такі ланцюга з двох стабілітронів кожна включаються між загальним проводом і висновками 2 і 16 мікросхеми.

Датчики напруги і струму – такі ж, як і в попередній схемі. Для можливості регулювання сигналу з датчика напруги резистор R2 вибраний підлаштування.

Лічильник імпульсів – трьохрозрядний. Кожен розряд виконаний на мікросхемі К176ІЕ4 і семисегментний люмінесцентному індикаторі ІВ-3 А Мікросхема К76ІЕ4 являє собою двійковій-десятковий лічильник, поєднаний з дешифратором для перетворення двійкового коду лічильника в код семисегментного індикатора. Зраді-

Рис. 5.7. Схема застосування мікросхеми КР1095ПП1 в лічильнику електричної енергії ня стану лічильника відбувається по спадів вхідних імпульсів, а установка в початковий стан виробляється подачею напруги високого рівня на вхід R за допомогою вимикача SA1 «Пуск». Сигнал перенесення знімається з виходу Р. Напруга на сегменти індикатора подається безпосередньо з виходів мікросхеми DD1. При цьому аноди-сегменти індикатора харчуються зниженою напругою 9 В (номінальне напруга становить 20 … 30 В), проте яскравість світіння виявляється цілком достатньою. Зате значно спрощується схема, тому що не потрібно застосовувати сім транзисторних ключів і окреме джерело живлення анодів індикатора. Нитки напруження індикаторів харчуються через струмообмежувальні резистор R10. Для спрощення накреслення схеми другий і третій розряди лічильника показані прямокутниками штрихпунктирной лінією і позначені символами С2 і СЗ.

Для перетворення двополярного імпульсів з амплітудою ± 6 В, наявних на виході FOP мікросхеми, в однополярні імпульси використаний ключ на транзисторі VT1. Діод VD7 виключає подачу негативних імпульсів на базу транзистора. Світлодіод HL1 служить для візуального контролю наявності імпульсів на виході мікросхеми. На виході ключа (тобто на колекторі транзистора VT1) є прямокутні імпульси позитивної полярності з амплітудою 9 В, а їх частота дорівнює частоті імпульсів на виході FOP.

Харчуються елементи пристрою від двополярного джерела напруг +9 В, +6 В, –6 В, виконаного на мостовому випрямлячі VD1 і інтегральних стабілізаторах напруги DAI-DA3.

Налаштування лічильника електроенергії полягає у встановленні підлаштування резистором R2 коефіцієнта перетворення потужності в частоту, рівним 10 Гц / Вт.

Для вимірювання кількості надійшла в навантаження електроенергії замикають контакти вимикача SA1 «Пуск». При цьому лічильники С1-СЗ починають працювати в рахунковому режимі. Оскільки один імпульс на виході FOP мікросхеми КР1095ПП1 при встановленому коефіцієнті перетворення відповідає перенесенню кількості електрики в 0,1 Вт-с (2,77-10-8 кВт-год), лічильник С1 вважає десяті частки ватг-секунд, лічильник С2 – одиниці ват-секунд, а лічильник СЗ – десятки ват-секунд. Заміривши секундоміром час вимірювання, нескладно визначити середню за період вимірювання потужність в навантаженні: для цього слід розділити показання індикаторів на час вимірювання. Так, якщо після 60 с індикатори показали 45,0 Вт-с, середня потужність буде рівна 0,75 Вт

Щоб підвищити чутливість електролічильника (тобто збільшити коефіцієнт перетворення), сигнал на верхній висновок різі стору R7 можна подавати з виходу FOC мікросхеми – це призведе до збільшення коефіцієнта перетворення потужності в частоту в 16 разів. Аналогічний результат може бути отриманий і при збільшенні опору резистора R1. Варто тільки пам’ятати, що напруги на вимірювальних входах мікросхеми не повинні перевищувати 4 В. Якщо ж потрібно, навпаки, знизити чутливість електролічильника, то слід зменшити опір резистора R1.

Рис. 5.8. Схема включення трансформатора струму

Якщо цього недостатньо, між виходом транзисторного ключа і рахунковим входом мікросхеми DD1 слід включити дільник частоти з необхідним коефіцієнтом ділення. Для цього зручно використовувати мікросхеми К561ИЕ8, К561ІЕ10.

Для вимірювання потужності при великому струмі через навантаження можна використовувати трансформатор струму, що містить один виток в первинній обмотці, включеної в ланцюг навантаження (рис. S.8).

Напруга, що знімається з резистора R1 і подається на входи мікросхеми, може бути обчислено за формулою

де 1І – Струм навантаження,

W2 – число витків вторинної обмотки трансформатора струму.

Знаючи максимальний струм навантаження і граничне напруга на вході ІМС (4 В амплітудного значення), нескладно розрахувати кількість витків вторинної обмотки. Резистор R1 повинен мати можливо менше значення опору (на схемі вказано граничне значення цього опору), оскільки трансформатор струму повинен працювати в режимі короткого замикання, в іншому випадку точність трансформації струму буде знижена. Трансформатор струму зручно виконати на тороидальном (кільцевому) муздрамтеатрі, виготовленому з трансформаторної сталі, наприклад, типорозміру Κ50χ32χ16. Вторинна обмотка повинна містити 100 … 1000 витків дроту ПЕТВ-2 0,1 … 0,2. При цьому трансформатор струму зможе вимірювати значення струмів від 2,8 А до 28 А.

Якщо пристрій передбачається використовувати для вимірювання потужності, споживаної навантаженням, а не для вимірювання кількості електроенергії, як це було реалізовано в схемі на рис. S.7, цифровий

Рис. 5.9. Схема вузла для безпосереднього вимірювання потужності лічильник можна замінити стрілочним індикатором. Схема, такий приставки наведена на рис. 5.9.

З виходу FOP мікросхеми ПМЧ через диференціюються ланцюг C1R1R2 імпульси надходять на чекає мультивибратор, виконаний на тригерах Шміта DD1.1, DD1.2 і елементах С2, R3. У результаті на виході мультивібратора формуються імпульси строго постійної тривалості, визначається постійною часу C2R3. Середній струм, що протікає через рамку магнітоелектричного приладу РА1, прямо пропорційний частоті імпульсів, надходять на вхід чекає мультивібратора. Як відомо, для нормальної роботи чекає мультивібратора необхідно виконання наступного нерівності: тривалість .виходних імпульсів повинна бути більше тривалості запускають імпульсів, але менше періоду проходження вихідних імпульсів ПМЧ при найбільшій частоті, тобто при найбільшої потужності. Величини опорів і ємностей, зазначені на принциповій схемою, забезпечують нормальну роботу чекає мультивібратора при граничній частоті вихідних імпульсів ПМЧ (8 кГц).

Налаштування приставки для вимірювання потужності полягає в добірці опору додаткового резистора R4, яке залежить від струму повного відхилення стрілки приладу РА1; величина цього опору може лежати в межах від 5 кОм до 50 кОм. Прилад РА1 може бути зі струмом повного відхилення 0,1 … 1 мА, наприклад типу М4200.

Мікросхема КР1095ПП1 може бути з успіхом використана в стабілізованих регуляторах активної потужності. В одній з книг автора [1] був описаний такий регулятор на базі електромеханічного побутового лічильника електроенергії. Нагадаємо, що мова йде про стабілізацію потужності, споживаної навантаженням, при змінюваному опорі навантаження.

Схема стабілізованого регулятора потужності представлена ​​на рис. 5.10.

Рис. 5.10. Стабілізований регулятор потужності на базі мікросхеми перетворювача потужності в частоту

Управління потужністю в навантаженні здійснюється, шляхом зміни кута включення симистора VS1, який (кут) залежить від різниці між задає напругою (знімається з движка змінного резистора R19) і напругою, пропорційним потужності в навантаженні (знімається з резистора R16). Операційний підсилювач DA1 працює таким чином, що зазначена різницю прагне до нуля. Оскільки напруга на резисторі R16 пропорційно потужності в навантаженні, величина цієї потужності підтримується на заданому рівні.

Розглянемо роботу стабілізатора потужності докладніше. Датчиком струму є первинна обмотка трансформатора струму Т1. Напруга з резистора R3, пропорційне току навантаження, подається на струмові входи мікросхеми DA3. Датчиком напруги є обмотка II трансформатора живлення Т2, напруга з якої через підлаштування резистор R4 подається на входи вимірювання напруги мікросхеми. Стабілітрони обмежують напруга на вимірювальних входах мікросхеми на рівні близько 4 В.

На мікросхемі DD1 виконаний чекає мультивибратор, робота якого була розглянута вище. На виході інтегруючого ланцюга C9R16 є постійна напруга, середнє значення якого пропорційно потужності в навантаженні. Інтегруюча ланцюг застосована для зниження рівня пульсацій напруги.

Розглянемо тепер процес формування імпульсів для управління сімістором VS1. Ця імпульси знімаються з виходу компаратора напруги – мікросхеми DA4. Інтегральний компаратор К554САЗ має відкритий колекторний вихід, розрахований на підключення навантаження струмом до 50 мА. Вихідний транзистор відкритий (т. Е. На виході при підключеній навантаженні діє напруга, низького рівня), якщо напруга на виводі 4 більше напруги на виводі 3 мікросхеми DA4. При протилежному співвідношенні напруг на виході компаратора буде напруга високого рівня.

Компаратор DA4 порівнює пилкоподібна напруга і напруга, що знімається з виходу мікросхеми DA5. Генератор пілоообраого напруги виконаний на транзисторах VT1, VT2. Він формує імпульси пилкоподібної форми частотою 100 Гц, синхронізовані напругою сету. Напруга з випрямного моста VD7 через резистор R6 надходить на базу транзистора VT1. Велику частину часу транзистор відкритий, а в моменти, коли синусоидальное випрямлена напруга стає рівним нулю, транзистор закривається. На його колекторі формуються короткі прямокутні імпульси, які подаються на базу транзистора VT2. Поки напруга на базі дорівнює нулю (транзистор закритий), на колекторі транзистора формується наростаюче напруження (конденсатор С6 заряджається через резистор R8). У момент появи позитивного імпульсу на базі транзистора VT2 останній відкривається, і напруга на колекторі зменшується практично до нуля. На виході компаратора DA4 формуються прямокутні імпульси. Навантаженням компаратора є резистор R17 і світлодіод оптопари U1. При протіканні струму через світлодіод оптопари її симистор відкривається, забезпечуючи відкривання силового симистора VS1 – при цьому через навантаження, підключену до гнізд роз’єму XS1, протікає струм. Зміна тривалості імпульсів на виході компаратора призводить до зміни середнього значення напруги і, отже, потужності в навантаженні. Збільшення напруги на виході мікросхеми DAS призводить до зменшення потужності в навантаженні, і навпаки.

Яке призначення мікросхеми DA5? Вона виконує функції підсилювача сигналу помилки, тобто разностного сигналу задає напруги і напруги, пропорційного потужності. Задає напруга знімається з движка змінного резистора R19 і подається на інвертується вхід диференціального підсилювача через резистор R20, а на другий, неинвертирующий, вхід підсилювача через резистор R21 подається напруга, пропорційне потужності в навантаженні. Усереднення, або інтегрування, вихідного сигналу, що знімається з виходу чекає мультивібратора, забезпечується інтегрує ланцюгом C10R20. Операційний підсилювач DA5, володіючи дуже великим коефіцієнтом посилення (для даного типу мікросхеми близько 30000), працюючи в системі автоматичного управління, якою є стабілізований регулятор потужності, забезпечує рівність напруг на обох своїх входах. Це означає, що, наприклад, зменшення величини задає напруги змусить так працювати систему управління, що потужність у навантаженні знизиться до величини, при якої забезпечується рівність напруг на входах операційного підсилювача. Це відбудеться завдяки зменшенню напруги на виході мікросхеми DA5. Очевидно, що нижньому за схемою положенню движка змінного резистора R19 буде відповідати нульове значення потужності в навантаженні, а верхнього – максимальне.

Джерело живлення елементів регулятора потужності виконаний на двох мікросхемах інтегральних стабілізаторів напруги – DA1 і DA2. Використання двох різнотипних мікросхем обумовлено бажанням обійтися однією вторинною обмоткою живильного трансформатора (хоча і з відведенням від середини) і одним випрямним мостом. При використанні двох однакових мікросхем (наприклад,

КР142ЕН8В, у яких регулюючий транзистор включений в плюсову ланцюг), таке схемне рішення не вдалося б реалізувати.

Діод VD6 виключає вплив фільтруючого конденсатора С2 на форму випрямленої напруги, що подається на вхід генератора пилкоподібної напруги через резистор R6.

Про деталі стабілізатора потужності. В якості компаратора DA4, крім зазначеного на схемі, можна також використовувати мікросхеми типів К521САЗ, К521СА5, К521СА6, К1401СА1. Дві останніх мікросхеми містять відповідно два і чотири компаратора в одному корпусі. В якості операційного підсилювача DA5 можна також застосувати мікросхеми К140УД7, К140УД8, К140УД20 (містить два операційних підсилювача в одному корпусі), К553УД2, К1401УД1 (містить чотири операційних підсилювача в корпусі) і будь-які аналогічні операційні підсилювачі. Мікросхему КР1157ЕН602А (DA1) можна замінити імпортними аналогами 78L62 або 78М06, а мікросхему КР1162ЕН6Б (DA2) – імпортними аналогами 7906, 79М06. Транзистори VT1, VT2 – будь-які з серій КТ315, КТ342, КТ503, КТ630, КТ3102. Оптопара імпортного виробництва МОС3052 може бьггь замінена на вітчизняну АОУ160 (А, Б, В). В якості силового симистора VS1 може бути використаний симистор із серій ТС112, ТС122, ТС132, ТС142 з допустимим імпульсною напругою в закритому стані не менш 400 В і струмом у відкритому стані, відповідним максимальному струму навантаження. Діод КД243А (VD1) замінимо на КД105, КД106, КД221, КД226 з будь-якими буквами. Випрямний міст VD7 – будь-який з серій КЦ402, КЦ403, КЦ417. Оксидні конденсатори С2, СЗ можуть бьггь типів К50-16, К50-35, К50-24, К50-29; С1, С4, С5, С9, СЮ – КМ-6, К10-17, К73-17; С6 – К73-17, К73-24, К76-П2 (цей конденсатор повинен мати невеликий температурний коефіцієнт ємності). Підлаштування резистори R4, R18 – СП5-2, СПЗ-19, СПЗ-39, змінний резистор R19 – СП-04, СПЗ-4М, СПЗ-16, СПЗ-30. Решта резистори – МЛТ, С2-23. Трансформатор струму Т1 виконаний на тороидальном (кільцевому) магнопроводе, виготовленому з трансформаторної сталі, наприклад, типорозміру Κ50χ32χΐ6. Вторинна обмотка містить 1000 витків дроту ПЕТВ-2 0,1 … 0,2. Єдиний виток первинної обмотки являє собою відрізок проводу ПЕТВ-2 діаметром 2 … 2,5 мм або монтажного проводу перерізом не менше 4 мм2. Трансформатор ТПП232 (Т2) замінимо на будь-який інший, у якого вторинна обмотка забезпечує напругу 18 … 22 В, має відвід від середини і розрахована на струм не менше 150 мА. Вимикач живлення Q1 – автоматичний вимикач типу АЗ 161, АЕ2050 або АП50. Він виконує також функцію запобіжника, тобто розмикає ланцюг живлення при неприпустиме збільшення струму (понад 40 … 50 А).

Після перевірки правильності монтажу перевіряють працездатність пристрою. Спочатку перевіряють вихідні напруги мікросхем DA1 і DA2 (вони повинні відповідати зазначеним на принциповій схемі).

Движки підлаштування резисторів R4 і R18 встановлюють в середнє положення, а змінного резистора R19 – в нижнє положення.

Підключивши навантаження (лампу розжарювання потужністю 100 … 200 Вт) до гнізда XS1, подають харчування на регулятор потужності. Плавно обертаючи вісь змінного резистора R19, переконуються в збільшенні напруги на навантаженні. Може виявитися, що напруга на навантаженні максимально при будь-якому положенні движка змінного резистора R19, а імпульси на виході FOP мікросхеми DA3 відсутні. Причиною цього може бути неправильна фазировка обмотки II трансформатора Т2 з вторинною обмоткою трансформатора струму Т1. У цьому випадку висновки кожній із зазначених обмоток слід поміняти місцями.

За допомогою підлаштування резистора R4 домагаються, щоб максимальна (амплітудне) значення напруги на вході U1 мікросхеми DA1 не перевищувало 4 В при максимальній потужності в навантаженні. Це зручно контролювати за допомогою осцилографа. При його відсутності можна скористатися вольтметром змінного струму. Тоді регулювання потужності повинно плавно здійснюватися у всьому діапазоні повороту осі змінного резистора R19. Якщо у верхньому положенні движка змінного резистора RI9 при максимальній підключеній навантаженні напруга на ній не досягає величини мережевого, то слід зменшити опір підлаштування резистора R18.

Для перевірки функції стабілізації потужності необхідно мати навантаження із змінним опором (зручно використовувати двосекційний побутової нагрівач) і лабораторний автотрансформатор відповідної потужності. Навантаження повинна бути обов’язково активної (т. Е. Не мати індуктивної або ємнісної складових). Регулятор потужності підключають до мережі через автотрансформатор і підключають до виходу регулятора одне навантаження (одну секцію побутового нагрівача). Автотрансформатором встановлюють напругу 220 В. Підключивши паралельно навантаженні вольтметр змінного струму, що вимірює ефективні значення (квадратичний вольтметр), змінним резистором R19 встановлюють на навантаженні напруга 150 … 200 В. Потім підключають ще одну секцію на1рузкі і знову заміряють напруга На роз’ємі XS1. Воно має зменшитися в. раза. Це випливає з того, що підключення другого навантаження зменшить загальний опір навантаження в два рази (за формулою про опір двох паралельно соедіненнихрезісторов), а потужність навантаження обчислюється за формулою Отже, для забезпечення функції стабілізації потужності (Рн = Const) напруга повинна зменшитисяраз. При іншому законі зміни опору навантаження в будь-якому випадку буде виконуватися рівність= Const – в діапазоні UH від нуля до мак симально значення, рівного різниці напруг мережі живлення і падіння напруги на відкритому сімісторов (1,5 … 2 В). Якщо ж опір навантаження збільшиться настільки, що для підтримки встановленої потужності напруга повинна перевищити своє максимальне значення, то регулятор вийде з режиму стабілізації потужності, оскільки UH не може перевищити напругу живлення мережі.

Гідність регулятора потужності – володіння стабілізуючими свойствамй не тільки в умовах зміни опору навантаження, але і по відношенню до коливань напруги. У цьому можна переконатися, змінюючи напругу живлення регулятора за допомогою автотрансформатора в діапазоні від 190 В до 240 В (зрозуміло, при підключеній навантаженні). Напруга на навантаженні (діюче значення) при такій зміні живлячої напруги змінитися не повинно. Змінюватися буде лише кут відкривання сістора VS1, в чому можна переконатися за допомогою осцилографа. Сигнал можна знімати або з навантаження (якщо в осцилографі є відповідний дільник напруги), або з виходу компаратора DA4 (на екрані осцилографа буде спостерігатися зміна шпаруватості імпульсів).

Стабілізований регулятор потужності може бути легко перетворений на стабілізатор змінного струму або напруги. Для цього на одну пару вимірювальних входів мікросхеми КР1095ПП1 має бути подана постійне напруга величиною не більше 4 В. Так, для стабілізації напруги струмовий вхід II (висновок 2 мікросхеми DA1) відключають від трансформатора струму і подають постійна напруга з движка змінного резистора, крайні висновки якого підключені до загального проводу і шини живлення + 6 В або –6 В. Якщо ж потрібно стабілізувати струм через навантаження, то задає напруга позитивної або негативної полярності слід подавати на вхід U1 (висновок 16 мікросхеми DA1). Слід зауважити, що входи напруги і струмові входи є рівнозначними і сигнал з датчика струму або напруги може бути поданий на будь-який з них.

При подачі на вимірювальний вхід постійної напруги коефіцієнт Кімі перетворення добутку сигналів в частоту зменшується. Це пов’язано з тим, що протягом однієї половини полеріода змінного напруги його знак збігається зі знаком постійного задає напруги (сигнали синфазних), при цьому вихідні імпульси присутні на виході FOP мікросхеми; протягом другої половини напівперіоду знаки змінної напруги і задає напруги протилежні (сигнали противофазно) і вихідні імпульси є на виході FON мікросхеми.

Зміна К “мс необхідно враховувати також і в тих випадках, коли проводиться вимірювання або стабілізація потужності струму однополярної форми, наприклад після однлі двухполуперіодного випрямлення.

Автор сподівається, що радіоаматори зможуть запропонувати й інші варіанти застосування цієї дійсно універсальною мікросхеми, і з вдячністю прийме зауваження та побажання на свою електронну адресу: evseev@tula.net.

Читачам буде корисно знати, що зазначену мікросхему випускає єдине в Росії підприємство – Калузький радіолампах завод (E-mail: krlz@kaluga.ru).

Література 1. Євсєєв А. Н. Радіоаматорські пристрої для дому. – М .: СОЛОН-Р, 2002. С. 186-206.

Джерело: За редакцією А. Я. Гріфа, Оригінальні схеми і конструкції. Творити разом! – М .: СОЛОН-Пресс, 2004. – 200 с .: іл. – (Серія «СОЛОН – радіоаматори», вип. 23)