Напряжение домашней электросети часто бывает пониженным, никогда не достигая нормальных 220 В. В такой ситуации и холодильник плохо запускается, и освещение слабое, и вода в электрочайнике долгое время не закипает. Мощность устаревшего стабилизатора напряжения, предназначенного для питания черно-белого (лампового) телевизора, обычно недостаточна для всех других бытовых приборов, да и напряжение в сети зачастую падает ниже допустимого для такого стабилизатора.
Известен простой способ повысить напряжение в сети, используя трансформатор мощностью значительно меньше мощности нагрузки. Первичную обмотку трансформатора включают непосредственно в сеть, а нагрузку соединив последовательно со вторичной (понижающей) обмоткой трансформатора. При соответствующей фазировке напряжение на нагрузке будет равно сумме сетевого и снимаемого с трансформатора.
Схема стабилизатора сетевого напряжения , действующего по этому принципу, изображена на рис. 1. Когда включенный в диагональ диодного моста VD2 полевой транзистор VT2 закрыт, обмотка I (первичная) трансформатора Т1 отключена от сети. Напряжение на нагрузке практически равно сетевому за вычетом небольшого падения напряжения на обмотке II (вторичной) трансформатора Т1. Если же открыть полевой транзистор, цепь питания первичной обмотки трансформатора будет замкнута, а к нагрузке приложена сумма напряжения его вторичной обмотки и сетевого.
Рис. 1 Схема стабилизатора напряжения
Напряжение на нагрузке, пониженное трансформатором Т2 и выпрямленное диодным мостом VD1, поступает на базу транзистора VT1. Движок подстроечного резистора R1 должен быть установлен в положение, при котором транзистор VT1 открыт, a VT2 закрыт, если напряжение на нагрузке больше номинального (220 В). При напряжении меньше номинального транзистор VT1 будет закрыт, a VT2 - открыт. Организованная таким образом отрицательная I обратная связь поддерживает напряжение на нагрузке приблизительно равным номинальному
Выпрямленное мостом VD1 напряжение использовано и для питания коллекторной цепи транзистора VT1 (через интегральный стабилизатор DA1). Цепь C5R6 подавляет нежелательные выбросы напряжения сток-исток транзистора VT2. Конденсатор С1 снижает помехи, проникающие в сеть при работе стабилизатора. Резисторы R3 и R5 подбирают, добиваясь наилучшей и устойчивой стабилизации напряжения. Выключателем SA1 включают и выключают стабилизатор вместе с нагрузкой. Замкнув выключатель SA2, отключают автоматику, поддерживающую напряжение на нагрузке неизменным. Оно в этом случае становится максимально возможным при данном напряжении в сети.
Большинство деталей стабилизатора смонтированы на печатной плате, изображенной на рис. 2. Остальные соединяются с ней в точках А-Г.
Подбирая замену диодному мосту КЦ405А (VD2), следует иметь в виду, что он должен быть рассчитан на напряжение не менее 600 В и ток, равный максимальному току нагрузки, деленному на коэффициент трансформации трансформатора Т1. Требования к мосту VD1 скромнее: напряжение и ток - не менее соответственно 50 В и 50 мА
Рис. 2 Монтаж печатной платы
Транзистор КТ972А можно заменить на КТ815Б , a IRF840 - на IRF740 . Полевой транзистор имеет теплоотвод размерами 50x40 мм.
"Вольтодобавочный" трансформатор Т1 изготовлен из трансформатора СТ-320, применявшегося в блоках питания БП-1 телевизоров УЛПЦТ-59. Трансформатор разбирают, и аккуратно сматывают вторичные обмотки, оставив первичные в сохранности. Новые вторичные обмотки (одинаковые на обеих катушках) наматывают эмалированным медным проводом (ПЭЛ или ПЭВ) в соответствии с данными, приведенными в таблице. Чем сильнее падает напряжение в сети, тем больше потребуется витков и тем меньше допустимая мощность нагрузки.
После перемотки и сборки трансформатора выводы 2 и 2" половин первичной обмотки, находящихся на разных стержнях магнитопровода, соединены перемычкой. Половины вторичной обмотки нужно соединить последовательно таким образом, чтобы их суммарное напряжение было максимальным (при неправильном соединении оно окажется близким к нулю). По максимуму суммарного напряжения вторичной обмотки и сети нужно определить, какой из оставшихся свободными выводов этой обмотки следует соединить с выводом 1 первичной, а какой - с нагрузкой.
Трансформатор Т2 - любой сетевой с напряжением на вторичной обмотке, близким к указанному на схеме при потребляемом от этой обмотки токе 5О...1ООмА.
Таблица 1
| Добавочное напряжение, В | 70 | 60 | 50 | 40 | 30 | 20 |
| Максимальная мощность нагрузки, кВт | 1 | 1.2 | 1.4 | 1,8 | 2,3 | 3,5 |
| Число витков обмотки II | 60+60 | 54+54 | 48+48 | 41+41 | 32+32 | 23+23 |
| Диаметр провода, мм | 1.5 | 1,6 | 1,8 | 2 | 2,2 | 2,8 |
Включив собранный стабилизатор в сеть, подстроечным резистором R1 установите напряжение на нагрузке равным 220 В. Следует учитывать, что описанное устройство не устраняет колебания сетевого напряжения, если оно превышает 220 В или опускается ниже минимального, принятого при расчете трансформатора.
Стабилизатор, устанавливаемый в сыром помещении, нужно обязательно поместить в заземленный металлический корпус.
Примечание: в тяжелых режимах работы стабилизатора, мощность, рассеиваемая транзистором VT2, бывает весьма увеличенной. Именно она, а не мощность трансформатора, может ограничить допустимую мощность нагрузки. Поэтому следует позаботиться о хорошем теплоотводе транзистора.
Отправим материал вам на e-mail
Потребление электроэнергии растёт с появлением большого количества приборов, облегчающих быт человека. Жителям мегаполисов в этом плане повезло: они не страдают от перебоев электричества. В больших городах существуют возможности поддержания электросетей в надлежащем состоянии. А вот всем остальным часто приходится сталкиваться со скачками напряжения. Хорошо, если дело обойдётся мигающими лампочками, но зачастую перебои приводят к выходу из строя дорогостоящих приборов. Какой выбрать стабилизатор напряжения 220в для дома, чтобы раз и навсегда забыть об этой проблеме?
Этот компактный прибор поможет справиться с перебоями электросети
Стабилизатор напряжения 220в: какой выбрать для дома, преимущества и принцип действия
Известно, что организации, поставляющие электричество в дома потребителей, нередко поднимают напряжение в сетях, рассчитанных на 220 – 380 вольт на десять процентов, а то и больше. Результатом становится не только повышенная оплата за энергию, но и выход из строя чувствительных приборов, потеря ценных данных и сбои в жизненно важных для человека системах.
Для чего необходим стабилизатор
Элементарный пример: десять процентов лишнего напряжения в сети заставляет лампу гореть на треть сильнее и при этом снижает продолжительность её службы почти вполовину. А заплатить за работу этой лампы придётся на двадцать процентов больше.
Оптимальный выход в этой ситуации – купить стабилизатор напряжения 220в для дома на 10квт или больше, мощность будет зависеть от количества подключённых приборов.
Преимущества от использования стабилизационного прибора:
- экономия расходов на электроэнергию;
- повышение сроков службы и производительности приборов, рассчитанных на нормальное напряжение сети;
- экономия на обслуживании электроприборов за счёт уменьшения количества поломок, связанных со скачками в сети.
Как работает прибор
Самый простой стабилизатор состоит из пары катушек, изолированных одна от другой и намотанных на один сердечник. К первой катушке подключается источник электроэнергии, а ко второй – потребитель. Магнитная индукция преобразует напряжение тока. Простейший прибор можно изготовить своими руками, схема стабилизатора напряжения 220в:
В современных стабилизационных приборах обмотки соединены гальваническим методом.
Кроме автоматического трансформатора в устройство входит:
- измерительный прибор входного напряжения, подающий информацию на блок управления;
- блок управления, регулирующий ток;
- защитное устройство, предотвращающее короткое замыкание и перегрузку;
- дополнительную защиту от попадания высоковольтного разряда;
- механизм непрерывного электропитания.
Виды стабилизаторов
Приборы для стабилизации напряжения в сети подразделяются на три основных вида:
- Электронные стабилизаторы.
- Сервоприводные устройства.
- Релейные приборы.
Электронные стабилизаторы
Самый современный вид стабилизирующих устройств. Имеют максимальную защиту от перегрузок и скачков за счёт электронных ключей, тиристоров или симисторов, с высокой скоростью реакции.
Полезная информация! Возможные отклонения на выходе электронного устройства не превышают трёх вольт.
Если стоит вопрос, какой выбрать стабилизатор напряжения 220в для дома, где есть дорогостоящая высокотехнологичная аппаратура – лучше подобных устройств не найти. Стоят они дороже остальных видов приборов, имеющих механические схемы.
Сервоприводные устройства
В основе работы этого прибора лежит изменение числа активных витков в обмотке вторичного вида. Бегунок по виткам перемещает миниатюрный сервоприводный мотор.
Сервоприводное устройство стоит гораздо меньше электрического, но уступает последнему в скорости реакции на скачки в сети. Кроме того, этот прибор издаёт негромкий, но заметный шум. Подобное устройство не спасёт дорогостоящую технику от резкого изменения напряжения. Его обычно устанавливают на дачах, где нет чувствительной техники.
Сервоприводное устройство можно изготовить своими руками. Повышающий стабилизатор напряжения 220в можно сделать из сварочного аппарата.
Релейные устройства
Трансформаторный метод стабилизации – самый простой из приведённых. Он основан на изменении количества витков в обмотке трансформаторного устройства. Реле реагирует на изменение напряжения и отключает или подключает нужное количество витков. На выходе получается стабильное напряжение с точностью регулировки в восемь процентов. Такие механизмы доступны по цене и отличаются продолжительным сроком службы за счёт устойчивости к перегрузке.
Какой лучше стабилизатор напряжения: релейный или электромеханический? Однозначный ответ дать на этот вопрос довольно сложно. Электронный прибор намного надёжнее защитит домашнюю технику, но его срок службы и стоимость проигрывают простейшему релейному устройству.
Обзор схем подключения стабилизатора напряжения в частном доме
Следует учитывать, что из-за реактивной мощности некоторых домашних электроприборов в момент запуска происходит пиковая нагрузка. Именно на её размер и стоит рассчитывать стабилизатор. Кроме того, важно принять во внимание коэффициенты трансформации, которые при снижении и поднятии напряжения «съедают» мощность аппарата.
Таблица 1. Коэффициенты трансформации
| Напряжение | 130 | 150 | 170 | 210 | 220 | 230 | 250 | 270 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Коэффициент | 1.77 | 1,55 | 1,35 | 1,10 | 1,05 | 1,10 | 1,35 | 1,55 |
Подбирать общее стабилизирующее устройство на весь дом следует, исходя из суммарной мощности все электроприборов, умноженной на 0.7 и коэффициент трансформации, приведённый в таблице.
Общая схема подключения трансформатора выглядит следующим образом.
Современная сеть электропитания работает таким образом, что в ней очень часто меняется напряжение. Конечно, изменение тока являются допустимым, но в любом случае оно не должно быть больше десяти процентов от номинальных 220 вольт.
Данная норма отклонения должна соблюдаться как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения напряжения. Однако такое состояние сети электропитания является большой редкостью, так как ток в ней характеризуется большими изменениями.
Такие изменения очень не «нравятся» электроприборам, которые могут потерять не только свои проектные возможности, а еще могут выйти из строя. Для устранения такого негативного сценария люди используют различные стабилизаторы.
Сегодня рынок предлагает очень много различных моделей, большая часть из которых стоит больших денег. Другая же часть не может похвастаться надежностью работы.
И что же делать тогда, если нет желания переплачивать или покупать некачественный продукт? В этой ситуации можно сделать стабилизатор напряжения своими руками.
Конечно, можно сделать различные виды стабилизационных приборов. Одним из наиболее эффективных является симисторный. Собственно его сборка и будет рассмотрена в этой статье.
Характеристики собираемого устройства
Этот стабилизационный аппарат не будет чувствительным к частоте напряжения, которое подается через общую сеть. Выравнивание тока будет осуществляться при условии, если на входе будет больше 130-ти и меньше 270-ти вольт.
Подключенные приборы будут получать ток, который имеет больше 205-ти и меньше 230-ти вольт. К этому стабилизационному устройству можно будет подключить электроприборы, общая мощность которых может быть равной шести киловаттам.
Стабилизационный прибор будет осуществлять переключение нагрузки за 10 миллисекунд.
Устройство стабилизационного прибора
Общая схема этого стабилизационного устройства подается на рисунке:
Рис. 1. Строение стабилизационного прибора.
- Блока питания, в состав которого входят конденсаторы С2 и С5, компаратор DA1, тепло-электрический диод VD1 и трансформатор Т1.
- Узла, который будет задерживать включение нагрузки. Он состоит из резисторов R1-R5, транзисторов VT1-VT3 и конденсатора С1.
- Выпрямителя, который будет измерять амплитуду напряжения. Он состоит из конденсатора С2, диода VD2, стабилитрона VD2 и делителей R14, R13.
- Компаратора напряжения. Его состав предполагает наличие резисторов R15-R39 и компараторов DA3 и DA2.
- Логического контроллера, который находится на микросхемах с отметкой DD1…5.
- Усилителей, которые в основе имеют транзисторы VT4…12 и токоограничивающие резисторы R40...48.
- Индикаторных светодиодов HL1-HL9.
- Оптронных ключей (их количество равняется цифре семь). Каждый оснащается симисторами VS1…7, резисторами R6…12 и оптосимисторами U1-U7.
- Автоматического выключателя-предохранителя QF1.
- Автоматического трансформатора Т2.
Принцип работы
Каким же образом работает наш стабилизатор сетевого напряжения, который легко делается своими руками?
После того, как включается питание конденсатор С1 находится в разряженном состоянии, транзистор VT2 открыт, а VT2 является закрытым. Также закрытым является транзистор VT3. Именно через него будет подаваться ток на каждый светодиод и симисторный оптотрон.
Поскольку этот транзистор является закрытым, светодиоды не светятся, каждый симистор является закрытым и нагрузка отключена. В это время электрический ток проходит через резистор R1 и попадает в С1. Далее происходит зарядка этого конденсатора.
Интервал задержки длится всего лишь три секунды. За это время осуществляются все переходные процессы, и после окончания происходит срабатывание триггера Шмитта, основу которого составляют транзисторы VT1 и VT2.
Напряжение, которое выходит с третьей обмотки Т1, выпрямляется диодом VD2 и конденсатором С2. Далее ток проходит через делитель R13…14. Из R14 напряжение, уровень которого является пропорциональным количеству вольт в сети, входит в каждый неинвертирующий вход компараторов.
Количество компараторов равняется восьми и все они находятся на микросхемах DA2 и DA3. В этот же момент на инвертирующий вход каждого компаратора входит постоянный образцовый ток. Его подают резисторные делители R15...23.
После этого в игру вступает контроллер, который осуществляет обработку сигнала на входе у каждого компаратора.
Особенности работы
Когда входное количество вольт является меньшим 130-ти, на выходах каждого компаратора фиксируется логический уровень низкой величины. В это время в открытом состоянии находится транзистор VT4 и мигает первый светодиод.
Он сообщает о том, что сеть характеризуется очень низким уровнем напряжения. Это означает, что регулируемый стабилизатор напряжения, сделанный своими руками, не может выполнить свою функцию.
Каждый его симистор является закрытым и нагрузка находится в отключенном состоянии.
Когда число входных вольт колеблется от 130-ти до 150-ти, то сигналы 1 и А характеризуются высоким значением логического уровня. Этот уровень всех других сигналов является низким. В этой ситуации открывается транзистор VT5 и загорается второй светодиод.
Происходит открытие оптосимистора U1.2 и симистора VS2. Именно через последний будет проходить нагрузка. Далее она войдет в верхний вывод обмотки автоматического трансформатора Т2.
Если входное количество вольт находится в диапазоне 150-170 вольт, то сигналы 2, 1 и В характеризуются высоким значением логического уровня. Этот уровень всех других сигналов является низким.
При таком входном количестве вольт происходит открытие транзистора VT6, включение третьего светодиода. В это время открывается второй симистор (VS2) и ток передается на той вывод обмотки Т2, который является вторым сверху.
Созданный своими руками стабилизатор напряжения, который сможет способен подать 220 В, будет переключать соединения с обмотками второго трансформатора при условии, если уровень входного напряжения будет достигать 190-ти, 210-ти, 230-ти и 250-ти вольт.
Для производства такого стабилизатора нужно взять печатную плату, которая имеет размеры 115х90 миллиметров. Основным элементом, из которого она должна быть изготовлена, должен быть односторонний фольгированный стеклотексолит. Размещение элементов на плате подается ниже.
Рис. 2. Схема размещения элементов на плате.
Такую плату можно легко напечатать на лазерном принтере. Далее используют утюг. Часто для создания файлов печати, в которых и хранятся макеты таких плат, используется программа Sprint Loyout 4.0. Именно с помощью нее удобно изготавливать печатные платы.
Изготовление трансформаторов
Что касается трансфоматоров Т1 и Т2, то их можно сделать вручную.
Для изготовления Т1, мощность которого будет рассчитана на три киловатта, нужно подготовить магнитопровод, площадь сечения которого должна составлять 1,87 кв. сантиметров, а также три провода ПЭВ-2.
Первый должен иметь диаметр 0,064 миллиметра. С помощью него создают первую обмотку. Число ее витков должно составлять 8 669.
Два других провода используются для создания других двух обмоток. Эти провода должны иметь одинаковый диаметр, а именно 0,185 миллиметров. Количество витков в каждой обмотке должно равняться 522.
Полезный совет: Также можно взять два готовых трансформатора ТПК-2-2x12В, которые должны быть последовательно соединены.
Схема соединения ниже:
Рис. 3. Соединение двух трансформаторов ТПК-2-2x12В.
Для создания трансформатора Т2 с мощностью в 6 киловатт, используют тороидальный магнитопровод. Обмотку делают с помощью провода ПЭВ-2. Количество витков - 455.
В этом трансформаторе нужно сделать семь отводов. Первые три отводы мотаются с помощью провода, который в диаметре имеет три миллиметра. Для создания других четырех используются шины. Их сечение должно составлять 18 квадратных миллиметров. Благодаря сечению такой величины Т2 не будет греться.
Отводы делают на 398, 348, 305, 266, 232 и 203 витках. Отсчет витков начинается с самого нижнего отвода. При этом ток из сети должен идти через отвод 266-го витка.
Необходимые компоненты
Что касается других элементов стабилизатора, который собирается своими руками и который будет подавать постоянное напряжение, то их лучше купить в магазине.
Так, нужно осуществить закупку:
- - оптронов симисторных MOC3041 (их нужно семь штук);
- - семи симисторов BTA41-800B;
- - стабилизатора КР1158ЕН6А (DA1);
- - двух компараторов LM339N (для DA2 и DA3);
- - двух диодов DF005M (на схеме VD2, VD1)
- - трех проволочных резисторов СП5-2 или СП5-3 (для R25, R14 и R13);
- - семи резисторов С2-23, которые имеют допуск не менее одного процента (для R16...R22);
- - тридцати любых резисторов, имеющих допуск в 5 процентов;
- - семи токоограничительных резисторов. Они будут пропускать ток, сила которого равняется 16 мА (для R41-47).
- - четырех любых оксидных конденсаторов (для С5, С1-С3);
- - четырех керамических или пленочных конденсаторов (С4, С6...С8);
- - включателя-предохранителя.
Полезный совет: семи симисторных оптронов MOC3041 возможно заменить MOC3061. Стабилизатор КР1158ЕН6А можно легко заменить КР1158ЕН6Б. Компаратор К1401СА1 является отличным аналогом LM339N. В качестве диодов можно применить и КЦ407А.
Микросхему КР1158ЕН6А надо монтировать на теплоотвод. Для его создания берут алюминиевую пластину, площадь которой должна превышать 15 квадратных сантиметров.
Также на теплоотвод должны устанавливаться симисторы. Для всех семи симисторов можно использовать один теплоотвод, который должен иметь охлаждающую поверхность. Ее площадь должна быть большей, чем 1 600 квадратных сантиметров.
Наш стабилизатор переменного напряжения, который изготавливается своими руками, должен быть оснащен и микросхемой КР1554ЛП5, которая будет выполнять роль микроконтроллера.
Выше отмечалось, что прибор предполагает наличие девяти светодиодов. На представленной выше схеме они располагаются таким образом, чтобы могли попасть в соответствующие отверстия на передней панели самого прибора.
Полезный совет: если конструкция корпуса не позволяет смонтировать их так, как показано на схеме, то их можно разместить и на той стороне, на которые находятся печатные проводники.
Светодиоды должны быть мигающими.
Полезный совет: можно взять и такие светодиоды, которые не мигают. Они должны выдавать красный цвет повышенной яркости. Для этого можно взять L1543SRC-Е или АЛ307КМ.
Конечно, можно осуществить сборку и более простых стабилизационных приборов, которые будут обладать своими особенностями.
Преимущества и недостатки перед фабричными
Если говорить о преимуществах стабилизационных устройств, сделанными своими руками, то главной из них является меньшая стоимость. Как уже отмечалось выше, производители запрашивают довольно высокие цены. Сборка своего же обойдется дешевле.
Еще одним преимуществом можно назвать и возможность облегченного самостоятельного ремонта стабилизатора напряжения, который был сделан своими руками. Здесь имеется в виду то, что каждый, кто собрал такое устройство, разбирается в его строении и понимает принцип работы.
В случае выхода из строя какого-либо элемента разработчик может легко обнаружить сломанный компонент и заменить его. Легкая замена обусловлена и тем, что практически каждый элемент ранее был куплен в магазине и его легко найти во многих других.
К недостаткам можно отнести невысокий уровень надежности таких стабилизаторов. На предприятиях существует очень много измерительного и специального оборудования, которое дает возможность разработать очень качественные модели стабилизационных приборов.
Также предприятия имеют большой опыт в создании различных моделей и допущенные ранее ошибки однозначно исправляются. Это сказывается как на качестве, так и надежности заводских стабилизационных приборов.
Недостатком является и сложная настройка.
Видео.
На видео ниже представлено, как собрать стабильный регулятор напряжения, например для управления лампами накаливания и светодиодами.
По установленному стандарту ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009), напряжение в линии от промышленных источников питания подается с частотой 50±0,2 Гц и 230В±10 %. Несоблюдения определенных правил установки электроустановок при монтажных работах в процессе эксплуатации вызывают аварийные ситуации. В этих случаях установленные параметры сети могут существенно отклоняться, что отрицательно воздействует на оборудование, которое используется в качестве нагрузки. Особенно чувствительна к скачкам напряжения старая бытовая техника: стиральные машины, холодильники, кондиционеры, пылесосы и ручные электроинструменты. Для исключения этих отрицательных явлений напряжение сети стабилизируется до 220 вольт.
В случаях повышенного напряжения обмотки электродвигателей перегреваются, коллектора быстро изнашиваются, возможны пробои изоляционного слоя и межвитковое замыкание в обмотках. При заниженном напряжении двигатели запускаются рывками или не запускаются вообще, это приводит к преждевременному износу элементов пускового оборудования. Контакты на магнитных пускателях искрят и пригорают, световые приборы работают не на полную мощность и светятся тускло. Оптимальным вариантом стабилизировать параметры напряжения в сети без отрицательных последствий считается применение в схеме питания вольтодобавочного трансформатора, напряжение вторичной обмотки которого складывается с сетевым, приближая его к установленным параметрам.
В новых образцах радиоэлектронной аппаратуры, телевизорах, персональных компьютерах, видео,- или аудиоплеерах устанавливаются импульсные блоки питания, они эффективно выполняют работу стабилизирующих элементов. Импульсный блок питания в состоянии поддерживать нормальную работу аппаратуры при напряжении сети в пределах от 160 до 230В. Такой способ надежно защищает оборудование от выгорания отдельных элементов входной цепи при перенапряжении в сети. Для защиты устаревших видов техники используются отдельные стабилизаторы напряжения, через которые подключаются приборы. Такие стабилизаторы продаются в специализированных магазинах, но при желании и наличии определенных знаний и практических навыков простейшие схемы можно собрать самостоятельно. Многие любители делают стабилизатор напряжения своими руками.
Виды стабилизаторов напряжения
В зависимости от мощности нагрузки в сети и других условий эксплуатации, используются различные модели стабилизаторов:
- Феррорезонансные стабилизаторы считаются самыми простыми, в них применяется принцип магнитного резонанса. Схема включает в себя всего два дросселя и конденсатор. Внешне он похож на обычный трансформатор с первичной и вторичной обмотками на дросселях. Такие стабилизаторы имеют большой вес и габариты, поэтому почти не используются для бытовой аппаратуры. Благодаря высокому быстродействию, эти приборы применяются для медицинского оборудования;
- Сервоприводные стабилизаторы обеспечивают регулировку напряжения автотрансформатором, реостатом которого управляет сервопривод, получающий сигналы с датчика контроля напряжения. Электромеханические модели могут работать с большими нагрузками, но имеют малую скорость срабатывания. Релейный стабилизатор напряжения имеет секционную конструкцию вторичной обмотки, стабилизация напряжения производится группой реле, сигналы на замыкание и размыкание контактов которых поступают с платы управления. Таким образом, осуществляется подключение нужных секций вторичной обмотки для поддержания выходного напряжения в пределах установленных величин. Скорость регулировки осуществляется быстро, но точность установки напряжения невысокая;
- Электронные стабилизаторы имеют аналогичный принцип, как и релейные, но вместо реле используются тиристоры, симисторы или полевые транзисторы для выпрямления соответствующей мощности, в зависимости от тока нагрузки. Это значительно повышает скорость переключения секций вторичной обмотки. Бывают варианты схем без трансформаторного блока, все узлы выполнены на полупроводниковых элементах;
- Стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием осуществляют регулировку по инверторному принципу. Эти модели преобразуют переменное напряжение в постоянное, потом обратно в переменное напряжение, на выходе преобразователя формируется 220В.
Схема стабилизатора не преобразует напряжение сети. Инвертор постоянного напряжения в переменное при любом напряжении на входе генерирует на выходе 220В переменного тока. Такие стабилизаторы совмещают высокую скорость срабатывания и точность установки напряжения, но имеют высокую цену по сравнению с ранее рассмотренными вариантами.
Схема электронного стабилизатора напряжения
Рассмотрим более подробно, как сделать электронный стабилизатор напряжения своими руками на 220В, сборку схемы и настройку. Схема такого стабилизатора проста и востребована у потребителей, проверена временем.
Основные технические характеристики:
- Диапазон входного напряжения сети – 160-250В;
- Напряжение на выходе после стабилизации – 220В;
- Допустимая мощность, потребляемая нагрузкой, – 2 кВт;
Такой мощности вполне достаточно, чтобы подключить через стабилизатор один или несколько ценных бытовых приборов, чувствительных к перепадам напряжения. Вес и габариты прибора зависят от корпуса, основные элементы, трансформатор и плату можно разместить в готовой коробке или корпусе от другой электротехники.
Практика показывает, что самодельный стабилизатор напряжения при сборке имеет некоторые сложности: одним из трудоемких процессов в сборке схемы стабилизатора является изготовление трансформатора, но в нашем случае эту работу можно упростить. Для данной схемы на стабилизатор напряжения 220в идеально подходят трансформаторы марки ТС180-ТС320, в торговых сетях их может не быть, но в старых телевизорах и на рынках можно купить за 300-500 рублей.
Трансформаторы серий ТН, ТПП тоже неплохо показали свою работу в составе этой схемы. Вторичные обмотки этих трансформаторов выдают напряжение от 24 до 36 вольт, выдерживают токи нагрузки до 8А.
Основные элементы и принцип работы схемы
На первичную обмотку трансформатора поступает сетевое напряжение 160-250В, после трансформации с выхода вторичной обмотки напряжение 24-36 подается на диодный мост VD1. Ключевой транзистор VT1 подключен в цепь через стабилизатор напряжения DA1 c переменным сопротивлением R5, которым регулируется напряжение на выходе стабилизатора. Параллельный стабилизатор DA1 и диодный мост VD2 контролируют напряжение ошибки и усиливают его.
При повышении напряжения сети увеличивается напряжение вторичной обмотки и на конденсаторе С3, что приводит к открытию стабилитрона DA1, таким образом, шунтируется напряжение на резисторе R7. Это приводит к падению напряжения на затворе транзистора VT1, он закрывается, на выходных контактах стабилизированного напряжения ХТ3, ХТ4 его увеличение ограничивается.
При пониженном напряжении на первичной обмотке происходит обратная реакция: снижается напряжение на вторичной обмотке, закрывается стабилитрон DA1, транзистор открывается, напряжение на вторичной обмотке растет.
Светодиод HL1 показывает состояние ключевого транзистора, когда он открыт, на вторичную обмотку подается дополнительное напряжение, диод светится. Стабилитрон VD3 ограничивает напряжение до установленного наминала, защищая затвор транзистора от перенапряжения.
Транзистор устанавливается на дюралевый радиатор 50x50x10 мм, обычно этого достаточно для отвода тепла, провода силовой линии должны быть сечением не менее 4 мм2, провода в цепях управления – меньшего сечения.
Предохранители FU1, FU2 желательно ставить плавкие на 8-10 А.
Характеристики элементов схемы
| Наименование детали | Марка | Номинальное значение | Количество |
|---|---|---|---|
| DА1 | Ис источника опорного напряжения | TL431 | * |
| VТ1 | MOSFET-транзистор | IRF840 | * |
| VD1 | Диодный мостик | RS805 | * |
| VD2 | Выпрямляющий диод | RL102 | **** |
| VD3 | Паралельный стабилитрон | КС156Б | * |
| C1 | Конденсатор (емкость) | 0.1 mkf \400 В | * |
| C2 | Конденсатор(электролит) | 10 mkf \450 В | * |
| C3 | Электролитический конденсатор | 47 mkf 25 В | * |
| C3 | Конденсатор | 1000 pF | * |
| C4 | Конденсатор | 0.22 mF | * |
| R1 | Сопротивление | 5600 Ω | * |
| R2 | Сопротивление | 2200 Ω | * |
| R3 | Сопротивление | 1500 Ω | * |
| R4 | Сопротивление | 8200 Ω | * |
| R5 | Переменный резистор | 2200 Ω | * |
| R6 | Сопротивление | 1000 Ω | * |
| R7 | Сопротивление | 1200 Ω | * |
| Т1 | Трансформатор | ТС320 | * |
| НL1 | Светодиод | АЛ307Б | * |
| FU1, FU2 | Предохранитель | 10 A | ** |
| SА1 | Переключатель | * | |
| ХТ1-ХТ4 | Вилка с клеммой заземления | ** |
Для монтажа всех элементов используется печатная плата, изготовление которой требует более детального рассмотрения в отдельной теме. При необходимости можно заказать изготовление платы для данной схемы у специалистов, которые занимаются этим профессионально на сайте http://megapcb.com/ .
Как видно, схема стабилизатора напряжения 220в своими руками собирается несложно и надежно работает.
Очень важно! После сборки требуется отрегулировать пределы стабилизации выходного напряжения. Для этого на выход стабилизатора подключается обычная лампа накаливания 100-200 Вт, далее нужно выставить переменным резистором R5 на выходе 225В. Потом подключить больше нагрузку до 1.5 кВ и довести напряжение до 220В. Измерения можно проводить обычным мультиметром или установить в схему стрелочный вольтметр. После 10 минут работы на максимальной нагрузке потрогайте, как сильно разогрелся транзистор, при необходимости увеличьте размеры радиатора.
Важно! Не забывайте, что транзистор на радиатор крепится с использованием теплопроводящей пасты через слюдяную прокладку. В целях безопасности на входе стабилизатора используйте трехпроводной шнур или кабель с вилкой, у которой есть заземляющая клемма. Заземляющий провод подключите к нейтральной линии на плате и корпусу, особенно когда он металлический.
Видео
Приборы для стабилизации напряжения сети применяются уже не одно десятилетие. Многие модели давно не используются, а другие пока не нашли широкого распространения, несмотря на высокие характеристики. Схема стабилизатора напряжения не является чем-то слишком сложным. Принцип работы и основные параметры различных стабилизаторов следует знать тем, кто ещё не определился с выбором.
Виды стабилизаторов напряжения
В настоящее время применяются следующие виды стабилизаторов:
- Феррорезонансные;
- Сервоприводные;
- Релейные;
- Электронные;
- Двойного преобразования.
Феррорезонансные стабилизаторы конструктивно являются самыми простыми устройствами. Они состоят из двух дросселей и конденсатора и работают на принципе магнитного резонанса. Стабилизаторы такого типа отличаются высокой скоростью срабатывания, очень большим сроком эксплуатации и могут работать в широком диапазоне напряжения на входе. В настоящее время их можно встретить в медицинских учреждениях. В быту практически не применяются.
Принцип действия сервоприводного или электромеханического стабилизатора основан на изменении величины напряжения с помощью автотрансформатора. Устройство отличается исключительно высокой точностью установки напряжения. Вместе с тем скорость стабилизации самая низкая. Электромеханический стабилизатор может работать с очень большими нагрузками.
Релейный стабилизатор
так же имеет в своей конструкции трансформатор с секционированной обмоткой. Выравнивание напряжения осуществляется с помощью группы реле, которые срабатывают по командам с платы контроля напряжения. Прибор имеет относительно высокую скорость стабилизации, но точность установки заметно ниже за счёт дискретного переключения обмоток.
Электронный стабилизатор работает по такому же принципу, только секции обмотки регулирующего трансформатора переключаются не с помощью реле, а силовыми ключами на полупроводниковых приборах. Точность электронного и релейного стабилизатора приблизительно одинаковая, но скорость электронного устройства заметно выше.
Стабилизаторы двойного преобразования , в отличие от других моделей, не имеют в своей конструкции силового трансформатора. Коррекция напряжения осуществляется на электронном уровне. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью и точностью, но их стоимость намного выше, чем у других моделей. Стабилизатор напряжения 220 вольт своими руками, несмотря на кажущуюся сложность, может быть реализован именно на инверторном принципе.
Электромеханический стабилизатор
Сервоприводный стабилизатор состоит из следующих узлов:
- Входной фильтр;
- Плата измерения напряжения;
- Автотрансформатор;
- Серводвигатель;
- Графитовый скользящий контакт;
- Плата индикации.
В основе работы лежит принцип регулировки напряжения путём изменения коэффициента трансформации. Это изменение осуществляется перемещением графитового контакта по свободной от изоляции обмотке трансформатора. Перемещение контакта осуществляется серводвигателем.
Напряжение сети поступает на фильтр, состоящий из конденсаторов и ферритовых дросселей. Его задача максимально очистить приходящее напряжение от высокочастотных и импульсных помех. В плате измерения напряжения заложен определённый допуск. Если напряжение сети в него укладывается, то оно сразу поступает на нагрузку.
При отклонении напряжения сверх допустимого, плата измерения напряжения подаёт команду на узел управления серводвигателем, который перемещает контакт в сторону увеличения или уменьшения напряжения. Как только величина напряжения придёт в норму, серводвигатель останавливается. Если напряжение сети нестабильно и часто изменяется, сервопривод может отрабатывать процесс регулирования практически постоянно.
Схема подключения стабилизатора напряжения малой мощности не представляет ничего сложного, поскольку на корпусе установлены розетки, а включение в сеть осуществляется шнуром с вилкой. На более мощных устройствах сеть и нагрузка подключаются с помощью винтовой колодки.
Релейный стабилизатор
В релейном стабилизаторе имеется почти такой же набор основных узлов:
- Сетевой фильтр;
- Плата контроля и управления;
- Трансформатор;
- Блок электромеханических реле;
- Устройство индикации.
В этой конструкции коррекция напряжения осуществляется ступенчато, с помощью реле. Обмотка трансформатора разделена на несколько отдельных секций, каждая из которых имеет отвод. Релейный стабилизатор напряжения имеет несколько ступеней регулирования, число которых определяется количеством установленных реле.
Подключение секций обмотки, а, следовательно, и изменение напряжения может осуществляться либо аналоговым, либо цифровым способом. Плата управления, в зависимости от изменения напряжения на входе, подключает необходимое количество реле для обеспечения напряжения на выходе, соответствующего допуску. имеют самую низкую цену среди этих приборов.
Пример схемы релейного стабилизатора
Еще одна схема стабилизатора релейного типа
Электронный стабилизатор
Принципиальная схема стабилизатора напряжения этого типа имеет лишь небольшие отличия от конструкции с электромагнитными реле:
- Фильтр сети;
- Плата измерения напряжения и управления;
- Трансформатор;
- Блок силовых электронных ключей;
- Плата индикации.
Принцип работы не отличается от принципа работы релейного устройства. Единственное отличие заключается в применении электронных ключей вместо реле. Ключи представляют собой управляемые полупроводниковые вентили – тиристоры и симисторы. Каждый из них имеет управляющий электрод, подачей напряжения на который вентиль можно открыть. В этот момент и происходит коммутация обмоток и изменение напряжения на выходе стабилизатора. Стабилизатор отличается хорошими параметрами и высокой надёжностью. Широкому распространению мешает высокая стоимость прибора.
Стабилизатор двойного преобразования
Это устройство, называемое так же , по своей конструкции и техническим решениям, полностью отличается от всех других моделей. В нем отсутствует трансформатор и элементы коммутации. В основу его работы положен принцип двойного преобразования напряжения. Из переменного напряжения в постоянное, и обратно в переменное.
