1

Детектор перехода через ноль

При построении схемы управления фазой необходима информация о моментах перехода сетевого напряжения через ноль. Представленная схема детектора ноля поможет сделать это очень точно, дополнительно указав направление прохождения.

Детектор перехода через ноль

Детектор перехода через ноль

Схема

При построении системы управления необходима информация о моменте перехода через ноль. Представленная схема содержит активный канал обнаружения нулевого напряжения, поэтому работает гораздо точнее многих аналогов.

Принципиальная схема детектора пересечения ноля показана на рисунке 1. Операционный усилитель US1A работает в схеме идеального полупериодного выпрямителя.

Рис. 1

Когда напряжение сети (приложенное к выходу 2) больше нуля, выход усилителя стремится к отрицательному потенциалу источника питания. Диод D8 закрыт, а D7 открыт. Ток, протекающий через диод D7, поступает из резисторной цепи R8 и из схемы входных резисторов R6 и R7. В результате напряжение на выходе выпрямителя (после резистора R8) равно 0. При отрицательном полупериоде на входе этой схемы выходное напряжение US1A увеличивается выше нуля. Диод D7 закрывается а D8 открывается. Ток с выхода протекает через D8 и компенсирует уменьшение инвертирующего входного потенциала. Напряжение за выпрямителем положительное, а его амплитуда подавлена ​​в двадцать раз по отношению к напряжению сети. Это связано с соотношением R8 / (R6 + R7). Пиковое напряжение за этим выпрямителем должно составлять 16 В, но напряжение питания слишком низкое, поэтому выходное напряжение достигнет около 10 В. На входе выпрямителя также имеется ограничитель амплитуды (D5 и D6), который защищает схему от повреждения. Амплитуда сетевого напряжения ограничена значением около 13,7 В. За выпрямителем находится простой триггер Шмитта, который формирует прямоугольный сигнал из подаваемого, полу выпрямленного синусоидального сигнала.

При переключении выхода триггера в противоположное состояние не возникает никаких колебаний. Смещение напряжения, смещающее точку реакции триггера Шмитта, заставляет схему реагировать на переход сетевого напряжения на величину приблизительно 3,6 В. 35 мс, то есть всего 0,2% от всего периода. По сравнению с простыми схемами детектора нуля это устройство несравненно лучше и, что более важно, легче в изготовлении и настройке.

Можете увеличить значение R4 и тем самым приблизить точку обнаружения к нулю.

В качестве операционного усилителя была выбрана микросхема TL082. Вход на транзисторах JFET означает, что не нужно беспокоиться о компенсации токов, поляризующих входной каскад. Кроме того, он характеризуется относительно высокой скоростью увеличения выходного напряжения, порядка 13 В / мс, что очень важно при работе в режиме триггера. Выход усилителя US1B дает готовую информацию о моментах прохождения через ноль, но выходной сигнал должен быть гальванически развязанным.

Поскольку передаваемая информация является исключительно индивидуальной, для этого использовалась оптопара LTV357T. В схеме есть место для резистора коллектора R11, благодаря которому к клеммам разъема J2 просто нужно подключить напряжение около 5 В, и появятся прямоугольные импульсы. Увеличение значения R11 позволяет работать при более высоком напряжении, но это отрицательно повлияет на параметры схемы.

Для правильной работы схемы необходимо обеспечить симметричное напряжение питания. Поскольку вся схема подключается к сети, использование трансформатора было бы бессмысленным. Использовалась безтрансформаторная схема питания с двумя стабилитронами. В течение положительного полупериода сетевого напряжения диод D1 открывается, заряжая конденсатор C2. Аналогичным образом, отрицательный полупериод открывает диод D4, заряжая конденсатор C3. Отключение схемы от сети может произойти в любой момент, поэтому конденсатор С1 можно зарядить до потенциально высокого напряжения. Резисторы R2 и R3 используются для его разрядки. Резистор R1 ограничивает «пустой» зарядный ток C1, когда он включается при высоком напряжении сети.

Сборка и настройка

Схема детектора нуля была установлена ​​на односторонней печатной плате размером 78 × 53 мм, показаной на рисунках 2 и 3.

Детектор перехода через ноль

Рис. 2

Детектор перехода через ноль

Рис. 3

На плате есть одна перемычка. Резисторы выделяют немного тепла, особенно R6 и R7, поэтому стоит паять их на удлиненных ножках, на небольшом расстоянии от поверхности платы. Собранный макет (со стороны дорожек) представлен на фотографии 1.

Фото 1

Детектор нуля работает с синусоидальным напряжением значением 230 В и частотой 50 Гц. Потребление тока от сети составляет около 35 мА.

Заключительные замечания

Форма выходного напряжения (желтая) на фоне сетевого напряжения (синяя) показана на рисунке 4.

Детектор перехода через ноль

Рис. 4

Здесь видно, что пересечение нуля с положительной производной соответствует нарастающему фронту прямоугольного сигнала, а отрицательное пересечение к падающему краю. Моменты пересечения через ноль точно показаны на рисунках 5 и 6.

Детектор перехода через ноль

Рис. 5

Детектор перехода через ноль

Рис. 6

Используя осциллограф, измеряется временной интервал между активацией детектора и фактическим моментом перехода через ноль. В случае нарастающего уклона эта разница составляла около 40 мс, а для спадающего наклона около 25 мс.

1 комментарий

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.