Симисторно-трансформаторный стабилизатор переменного напряжения

Как сделать трансформаторы Т1 и Т2?

Первый трансформатор Т1 мощностью 3 кВт изготавливается с использованием магнитопровода с площадью поперечного сечения (ППС) 187 кв. мм. И трех проводов ПЭВ-2:

• Для первой обвивки ППС всего 0,003 кв. мм. Количество витков – 8669;
• Для второй и третьей обмоток ППС всего 0,027 кв. мм. Количество витков – 522 на каждой.

Если же нет желания наматывать провод, то можно приобрести два трансформатора ТПК-2-2×12В и соединить их последовательно, как на рисунке ниже.

Чтобы изготовить автотрансформатор второй мощностью в 6 кВт, вам понадобится тороидальный магнитопровод и провод ПЭВ-2, из которого будет сделана обвивка в 455 витков. И тут нужны отводы (7 штук):

• Обвивка 1-3 отводов из провода с ППС 7 кв. мм;
• Обвивка 4-7 отводов из провода с ППС 254 кв. мм.

Отводы делаются на витках (считать снизу вверх): 203, 232, 266, 305, 348, 398. Из сети вольтаж должен подводиться к витку №266.

Особенности подключения

Процедура подключения стабилизаторов инверторного типа не очень сложна и не занимает много времени. Тем не менее её лучше поручить мастеру.

Перед подсоединением прибора требуется обесточить всю домашнюю сеть. Подключать выпрямитель можно как перед конкретными устройствами, так и сразу за счётчиком.

Немало моделей инверторов подсоединяется к сети посредством клемм. Вначале подключается входная проводка, которая будет вести подачу тока. Для этого в силовом щитке требуется установить, какой кабель является «нулём», а какой «фазой». Про заземление также не стоит забывать.

Провод с «фазой» подсоединяется к клемме – обозначение L или L1. Провод с «нулём» соединяется с нулевой клеммой. Сечение входной проводки не должно быть меньше 2,5 мм.

Как сделать трансформаторы Т1 и Т2?

Первый трансформатор Т1 мощностью 3 кВт изготавливается с использованием магнитопровода с площадью поперечного сечения (ППС) 187 кв. мм. И трех проводов ПЭВ-2:

• Для первой обвивки ППС всего 0,003 кв. мм. Количество витков – 8669;
• Для второй и третьей обмоток ППС всего 0,027 кв. мм. Количество витков – 522 на каждой.

Если же нет желания наматывать провод, то можно приобрести два трансформатора ТПК-2-2×12В и соединить их последовательно, как на рисунке ниже.

Чтобы изготовить автотрансформатор второй мощностью в 6 кВт, вам понадобится тороидальный магнитопровод и провод ПЭВ-2, из которого будет сделана обвивка в 455 витков. И тут нужны отводы (7 штук):

• Обвивка 1-3 отводов из провода с ППС 7 кв. мм;
• Обвивка 4-7 отводов из провода с ППС 254 кв. мм.

Отводы делаются на витках (считать снизу вверх): 203, 232, 266, 305, 348, 398. Из сети вольтаж должен подводиться к витку №266.

Разновидности стабилизаторов

Все промышленные образцы такого оборудования можно разделить на две большие группы:

• электромеханические;
• импульсные.

Электромеханические

Работа электромеханических устройств основана на сервоприводе, который способен изменять количество витков обмотки (а значит – и выходящее напряжение) перемещением токопроводящего ползунка по реостату. Такие аппараты дешевле всех других моделей, и обладают очень хорошими показателями стабилизации. Однако они чаще ломаются из-за наличия множества механических деталей.

Но самый главный их минус – скорость срабатывания. Из-за того, что привод перемещает токосниматель не мгновенно, задержка стабилизации может составлять до 0.1 секунды, что катастрофически много для приборов, чувствительных к перепадам. Другими словами, такой стабилизатор может попросту не успеть защитить современную электронику. К тому же, ввиду наличия механических частей, воспроизвести такой прибор дома – нетривиальная задача.

Импульсные

Импульсными называют стабилизаторы, работа которых основывается на принципе накапливания тока, и выдачи его потребителю отрывками – импульсами. Эти временные промежутки позволяют системе накопить нужный ток в конденсаторах, и после выдать стабилизированное питание. К таким аппаратам относят и приборы, работа которых основана на симисторах и тиристорах.

Подобные устройства дороже своих электромеханических аналогов, но и значительно надежнее – нет трущихся и движущихся частей, а значит, и ломаться, по сути, нечему. Правда показатели стабилизации у них хуже – они способны лишь на пропорциональное повышение или понижение входящих показателей. Зато скорость срабатывания – до 20 миллисекунд, а этого достаточно, чтобы обезопасить даже самые чувствительные домашние электроприборы. К тому же – такой аппарат можно собрать своими руками, обладая необходимой сноровкой и элементной базой.

Кроме разделения по принципу стабилизации, существует разделение на одно- и трехфазные устройства. Но ввиду того, что дома обычно используется однофазное питание, трехфазные аппараты мы в расчет не берем.

Условия работы прибора

В процессе преобразования тока необходимо защитить прибор от влаги, пыли, перегрева и механических повреждений. Устройство нельзя включать в работу, если в корпусе возникло образование конденсата от перепада температуры окружающей среды, для защиты стабилизатора от короткого замыкания необходимо дождаться полного испарения влаги с внутренних элементов оборудования.

Сделанный выпрямитель тока, изготовленный своими руками в частной мастерской, может эксплуатироваться только в сухих помещениях, где отсутствуют грызуны, насекомые, взрывоопасные и горючие материалы. Для стабилизации частоты колебания тока прибор должен устанавливаться на открытом пространстве, на расстоянии не менее 50 мм от стены, использоваться нулевой или фазный кабель.

Какой лучше: релейный или симисторный

Если сравнить стабилизатор симисторный и релейный или тиристорный, то первый, несомненно, является более надежным, долговечным и безопасным устройством. Объясняется это отсутствием переключателей с подвижными контактами, наличием управляющей платы, мощного автотрансформатора и силовых ключей-симисторов. Единственным недостатком симисторных стабилизаторов, по сравнению с другими устройствами, является их высокая стоимость, которая со временем оправдывает себя длительным сроком эксплуатации и высокой надежностью.

Таким образом, описанное в данной статье устройство позволяет эффективно бороться с такой проблемой многих владельцев квартир, дачных и загородных домов, как скачки напряжения в электрической сети. Использование стабилизатора позволяет свести к нулю риск поломки электроприборов и последующего дорогостоящего их ремонта от кратковременных перепадов напряжения в сети. Большая разница в цене таких устройств, по сравнению с аналогами, в разы меньше, чем затраты на ремонт или приобретение новых приборов и оборудования, поврежденных скачками нестабильного сетевого электрического тока.

Устройство

Конструкционной особенностью стабилизаторов симисторного типа является наличие следующих обязательных комплектующих элементов:

• автоматического трансформатора, оснащенного парой обмоток, соединяемых напрямую;
• контроллеров;
• ключей силового типа.

Контроллерами осуществляется регулирование напряжения на входе посредством сопоставления показаний с номинальными показателями. Такой принцип работы позволяет симисторному стабилизатору среагировать на любые изменения в максимально короткие сроки.

Стабилизатор напряжения тиристорный (симисторный) SUNTEK ТТ 10000 va пониженного входного напряжения

Следует отметить, что уровень точности при выравнивании показателей напряжения напрямую зависит от количества ступеней в регулировке. При минимальном шаге регулирования и значительном количестве ступеней осуществляется более точный процесс стабилизации.

Особенности сборки устройства для выравнивания напряжения

Микросхема стабилизирующего ток устройства устанавливается на теплоотводе, для которого подходит пластинка из алюминия. Ее плошать не должна быть меньше 15 кв. см.

Теплоотвод с охлаждающей поверхностью необходим и симисторам. Для всех 7 элементов достаточно одного теплоотвода с площадью не меньше 16 кв. дм.

Чтобы изготавливаемый нами преобразователь переменного напряжения работал, понадобится микроконтроллер. С его ролью отлично справляется микросхема КР1554ЛП5.

Вы уже знаете, что в схеме можно найти 9 мигающих диодов. Все они расположены на ней так, чтобы они попадали в отверстия, которые имеются на лицевой панели устройства. И если корпус стабилизатора не допускает их расположения, как на схеме, то вы можете видоизменить ее так, чтобы светодиоды выходили на ту сторону, которая будет для вас удобна.

Теперь вы знаете, как сделать стабилизатор напряжения на 220 вольт. И если ранее вам уже приходилось делать что-то подобное, то эта работа для вас не окажется сложной. В результате вы сможете сэкономить несколько тысяч рублей на покупке стабилизатора промышленного производства.

Техника безопасности при сборке стабилизатора напряжения своими руками

Надо было поместить этот пункт раньше, но надеемся, что Вы еще не начали работы. При сборке стабилизатора соблюдайте крайнюю осторожность. Не прикасайтесь руками к оголенным контактам, если стабилизатор под напряжением. Внимательно контролируйте свои действия
. Не производите работы в нетрезвом виде и в присутствии детей. Стоит отметить, что каждый раз подключать изделие к сети, а потом выдергивать вилку неудобно. Рекомендуем перед сборкой стабилизатора организовать свое рабочее место следующим образом. Установите на столе специальную розетку и сделайте так, чтобы напряжение на нее можно было подавать нажатием педали.

Во-первых, у Вас освободятся руки, во-вторых в чрезвычайных ситуациях педаль можно отпустить гораздо быстрее, чем тянуть вилку из розетки. В качестве педали можно использовать покупную или самодельную, закрепив кнопку между двумя дощечками.

Чтобы избежать последствий при случайном замыкании, подавайте напряжение сети к стабилизатору не напрямую, а через мощную нагрузку, например, через масляный нагреватель или через утюг. Утюг хорош тем, что он компактный и всегда под рукой, но об него можно обжечься. По возможности лучше выбрать из своего оборудования что-нибудь другое.

Комментарии:

Череватый

Познавательная статья, спасибо. Схемы подробные и легко читаются. Будет чем заняться в отпуске. Хочу подкинуть такой стабилизатор под самодельную ветряную станцию, которая питает лампочку в беседке. Как думаете, подойдет схема?

Гайворонский

Собрал все по схеме — все работает, спасибо автору. Буду дальше экспериментировать с паяльником и печатными платами.

Славон

У-ф-ф… А кто-нибудь знает, где все детали можно купить? Чтоб в одном месте и не переплачивать за доставку одного реле, а то так стабилизатор получится дороже, чем магазинный

Советуем изучить 10 простых схем зарядок литий-ионных аккумуляторов и как правильно заряжать

Алекс

Славон, да на любой железке все эти детали продаются. Не стоит заморачиваться. В любом случае на рынке они дешевле, да и БУшные можно брать (но только если советские) — так вообще цена получается копеечной

Олег Киев

Язык изложения, безусловно, заслуживает особого внимания.

Вячеслав

как вы смогли повторить конструкцию, если на трансформатор Т2 нет данных по магнитопроводу?

Сергей

Как пересчитать делитель на напряжение 100-250 вольт?

Недостатки предлагаемых рынком моделей ЭТ

В дешевых моделях отсутствует специальная защита от перегруза
Несмотря на экономичную и хорошо отработанную схему блоки питания на ЭТ имеют целый ряд недостатков, к которым принято относить:

• отсутствие в простейших китайских моделях специальной защиты от перегруза;
• вызванная этим необходимость обязательной доработки схемы;
• во многих рыночных образцах отсутствует входное фильтрующее устройство, что вынуждает добавлять в нее сглаживающий электролитический конденсатор (он ставится после «мощного» дросселя).

К перечисленным недостаткам обычно относят «жесткий» режим работы высоковольтных транзисторов, включенных по ключевой схеме.

При случайном замыкании по выходу (КЗ) эти элементы просто «сгорают», что приводит к необходимости срочного обновления всего электронного модуля. Нередко при этом выходит из строя и выпрямитель на полупроводниковых диодах, также нуждающийся в замене.

Этапы изготовления

Чтобы собрать стабилизатор напряжения 220В для дома своими руками сначала нужно подготовить печатную плату размером 115х90 мм. Она изготавливается из фольгированного стеклотекстолита. Схема размещения деталей может быть напечатана на лазерном принтере и при помощи утюга перенесена на плату.

Смотрим видео, самодельный несложный прибор:

схема электрическая принципиальная

Далее переходим к сборке трансформаторов. Для одного такого элемента потребуется:

• магнитопровод площадью сечения 1,87 см²;
• три кабеля ПЭВ-2.

Первый провод используется для создания одной обмотки, при этом его диаметр составляет 0,064 мм. Число витков должно равняться 8669.

Два оставшихся провода потребуются для выполнения других обмоток. Они отличаются от первого диаметром, составляющим 0,185 мм. Количество витков для этих обмоток будет равно 522.

Если хотите упростить себе задачу, то можно воспользоваться двумя готовыми трансформаторами ТПК-2-2 12В. Их соединяют последовательно.

В случае изготовления этих деталей самостоятельно после того как будет готов один из них переходят к созданию второго. Для него будет нужен тороидальный магнитопровод. Для обмотки выбирают тот же ПЭВ-2, что и в первом случае, только количество витков составит 455.

Также во втором трансформаторе придется выполнить 7 отводов. Причем для первых трех используется провод диаметром 3мм, а для остальных – шины, сечением 18 мм². Это поможет избежать нагревания трансформатора в процессе работы.

соединение двух трансформаторов

Все остальные комплектующие для прибора, создаваемого своими руками лучше приобретать в магазине. После того, как все необходимое закуплено можно приступать к сборке. Начинать лучше всего с установки микросхемы, выполняющей роль контроллера на теплоотвод, который изготавливается из алюминиевой платины площадью более 15 см². На него также монтируются симисторы. Причем теплоотвод, на который предполагается их установка должен иметь охлаждающую поверхность.

Далее необходимо установить на плату светодиоды. Причем лучше выбирать мигающие. Если не получается расположить их согласно схеме, то можно разместить на стороне, где находятся печатные проводники.

Если сборка симисторного стабилизатора напряжения 220В своими руками для вас кажется сложной, то можно остановиться на более простой линейной модели. Она будет обладать аналогичными свойствами.

Эффективность изделия, выполненного своими руками

Что толкает человека на изготовление того или иного прибора? Чаще всего – его высокая стоимость. И в этом смысле стабилизатор напряжения, собранный своими руками, конечно, превосходит фабричную модель.

Кроме того, все детали для такого прибора предварительно покупались в магазине, поэтому в случае выхода их из строя всегда можно будет найти аналогичную.

Если же сравнивать надежность стабилизатора, собранного своими руками и произведенного на предприятии, то здесь преимущество на стороне заводских моделей. В домашних условиях разработать модель, отличающуюся высокой производительностью практически невозможно, так как нет специального измерительного оборудования.

Заключение

Существуют различные типы стабилизаторов напряжения, причем некоторые из них вполне реально сделать своими руками. Но для этого придется разобраться в нюансах работы оборудования, приобрести необходимые комплектующие и выполнить их грамотный монтаж. Если вы не уверены в своих силах, то лучший вариант – приобретение устройства заводского изготовления. Стоит такой стабилизатор дороже, но и по качеству значительно превосходит модели, собираемые самостоятельно.

Основные этапы сборки

Правильная сборка стабилизатора напряжения обеспечит его долговечную и бесперебойную работу. Поэтому все элементы должны быть спаяны согласно схеме, иначе возможно возникновение короткого замыкания.

Последовательность сборки стабилизатора:

1. Последовательно к одному из проводов, поступающих на вход в устройство, должен быть впаян предохранитель. Это поможет избежать чрезмерных нагрузок, а также короткого замыкания.
2. Далее на макетную плату устанавливаются компоненты схемы, за исключением силовых, которые будет установлены отдельно.
3. Затем необходимо выполнить соединения и пайку проводом для монтажа.
4. После запайки логической части схема, блока питания необходимо проверить логику работы, не подключая управления оптосимисторами и симисторами. С помощью ЛАТРа, подавая на вход напряжение разного уровня убедитесь, что срабатывают верные светодиоды.
5. После этого, можно завершать сборку устройства и выполнять окончательную проверку, предварительно еще раз убедившись в правильности выполненного монтажа.

Ошибки подключения

1

У вас может быть все идеально подключено и соблюдена схема, но стабилизатор будет постоянно греться и отключаться, либо на его табло выскакивать ошибки.

О том, где можно, а где ни в коем случае нельзя располагать данный прибор подробно читайте в статье ”Где устанавливать стабилизатор напряжения в доме”.

2

Безусловно, данный пункт и ошибкой то трудно назвать. Тем более 90% потребителей именно так и делают.

Однако, этот выключатель может реально спасти ваш прибор от выхода из строя.

Сначала вы отключаете автоматы на панели стабика.

Потом сам переключатель переводите в положение ТРАНЗИТ или БАЙПАС.

И только затем снова включаете автоматы.

Многие забывают об этом и делают переключение под нагрузкой. Что в итоге приводит к поломкам.

С 3-х позиционным автоматом такое исключено. Вы автоматически переключаете напряжение, без каких либо манипуляций на стабилизаторе. И все это одной клавишей!

Никакой последовательности запоминать не нужно. Так что данную процедуру можно смело доверять любому члену семьи.

3

Вы можете выбирать меньшее сечение, только когда запитываете отдельные электроприемники.

Если же у вас на стабилизаторе сидит весь дом, то будьте добры соблюдать параметры по вводу согласно всей общедомовой нагрузке.

4

Почему-то многие забывают, что зачастую через стабилизатор проходит вся нагрузка вашего дома. Ровно такая же как и на вводом автомате.

При этом в электрощите все провода обжаты, даже на выключателях освещения с минимальными токами, а вот на клеммниках стабилизатора или его автоматах, постоянно можно встретить голый провод просто поджатый винтом.

Поэтому не скупитесь, и заранее вместе с аппаратом приобретайте соответствующие наконечники.

5

Иногда после подключения стабилизатора, начинает выбивать вводной автомат. При этом без стабилизатора, все нормально и ничего не отключается.

Многие сразу грешат на неправильную схему подключения или дефект аппарата. Везут его на гарантийный ремонт и т.п.

А причина может быть совсем в другом. Если у вас через чур низкое напряжение 150-160В, то при его повышении до стандартных 220-230В, ток в сети значительно вырастет.

Отсюда и все проблемы

Обращайте на это внимание, прежде чем нести его обратно в магазин

Источники — https://cable.ru, Кабель.РФ

Работать руками над корпусом своего стабилизатора не потребуется!

Коль скоро мы собрались ставить свой стабилизатор напряжения в щиток, то его корпус должен удовлетворять этому. Благо, что индустрия предвидела наши потребности, выпустив готовые корпуса для РЭО, и руками нам ничего делать не придется.
Тот, который нам нужен, выпускает фирма Gainta Industries. Его стоимость около 300 рублей, что для такого изделия, как стабилизатор напряжения воспринимается в «пределах погрешности цены», то есть очень не дорого. В данный корпус удобно разместить две свои платы, а потом просто защелкнуть его и изделие готово. Открыть обратно корпус голыми руками не получится, так что если стабилизатор напряжения потребуется разобрать, понадобится отвертка.

Кстати пластик корпуса имеет соответствующие сертификаты по стойкости к температуре и напряжению, что для нашего конечного изделия очень подходит.

Определение типа защиты

На сегодняшний день стабилизаторы делятся на 2 основных типа:

• стационарные приборы для стабилизации напряжения, их монтаж делают на весь дом;
• переносные модели, они могут стабилизировать работу всего нескольких электрических устройств.

Также, стабилизаторы стационарного назначения подразделяются на однофазные и трехфазные, все зависит от условий, в которых их планируют эксплуатировать. В своем доме или квартире более уместным будет установить и подключить стабилизатор вблизи распределительного щита электроэнергии, с помощью такого шага вы сможете предотвратить сбои и перегрузки всей сети.

Советуем изучить Явление электромагнитной индукции

Схема стабилизатора напряжения 220В для дома, принцип работы, монтаж

Как самостоятельно сделать стабилизатор напряжения 220В для дома — необходимые комплектующие и инструменты, схема, алгоритм сборки, видео.

1. Принцип работы
2. Схема, комплектующие и инструменты
3. Монтаж

Изменение значений тока и напряжения в электросетях в сторону уменьшения или увеличения должно быть не более чем на 10 % от номинальных 220 В. Но в реальности скачки характеризуются большими изменениями, в связи с чем электроприборы, подключенные к сети напрямую, могут выходить из строя.

Избежать неприятностей поможет использование специального оборудования. Но поскольку оно стоит недешево, многие предпочитают собирать стабилизатор напряжения для дома своими руками. Насколько оправдан такой шаг и что потребуется для его реализации? Об этом и поговорим!

Выбор стабилизатора напряжения для компьютера

Компьютер состоит из системного блока и монитора. Поэтому мощность надо суммировать. Также если в стабилизатор включены еще и дополнительные приборы (сканер, принтер и т.д.) то всю мощность надо просуммировать и полученный результат сравнить с линейкой номиналов рассматриваемых стабилизаторов напряжения. Как правило, для домашнего компьютера можно выбрать стабилизатор мощностью не более 1000 Вт.

Для компьютера также рекомендую вместо стабилизатора применить Smart UPS (интерактивные ИБП). Они содержат в себе функцию стабилизации (релейного типа) и имеют аккумулятор. Таким образом, и напряжение будет относительно стабильным, и резерв обеспечен.

Некоторые модели инверторных стабилизаторов

В качестве компактного бытового стабилизатора можно рассмотреть инверторный стабилизатор напряжения Штиль R 3500. Это однофазный стабилизатор, который прекрасно подойдёт для работы с потребителями небольшой мощности. Прибор работает при напряжении от 90 до 310В и обеспечивает на выходе гладкую синусоиду. Погрешность его составляет 220В ± 2%. Он может выдерживать перегрузку в 150% порядка 5 секунд.

Если требуется установить более серьёзную модель, то можно обратить внимание на инверторный стабилизатор напряжения 10 кВт Powercom AR-10K. Это устройство способно обеспечить работу мощной нагрузки. Выходные параметры данного стабилизатора соответствуют самым строгим критериям. Он имеет все виды защиты и информационный дисплей. Стоит достаточно дорого, и если нет жестких требований к выходным параметрам, то можно обойтись более дешёвыми моделями.

Принцип работы

Работает подобное стабилизирующее устройство следующим образом:

1. Поступающее из внешней сети на устройство напряжение замеряется управляющей платой (контроллером) при помощи специального датчика;
2. На основании полученных замеров контроллер принимает решение о корректировке напряжения;
3. Контроллер посылает соответствующий сигнал на вводные симисторы;
4. При помощи посланного на симисторы контроллером сигнала производится подача выровненного до определённого значения напряжения;
5. При помощи расположенного в корпусе автотрансформатора происходит выравнивание подаваемого из внешней сети напряжения до необходимого для нормальной работы электроприборов значения.

Данный многоступенчатый процесс занимает доли секунд. При этом, в отличие от релейных моделей, наличие симисторов позволяет сделать включение и отключение обмоток трансформатора бесшумным и очень быстрым делом.

Виды современных устройств

Развитие полупроводниковой техники позволило осуществить управление мощностью, используя радиоэлементы с коэффициентом полезного действия от восьмидесяти процентов. Это дало возможность их комфортно применить в сети с напряжением 220 вольт, не требуя при этом больших систем охлаждения. А появление интегральных микросхем и вовсе позволило достичь миниатюрных размеров всего регулятора в целом.

На сегодняшний момент производство выпускает следующие типы приборов:

1. Фазовые. Используются для управления яркости свечения ламп накаливания или галогенных ламп. Другое их название — диммеры.
2. Тиристорные. В основе работы лежит использование задержки включения тиристорного ключа на полупериоде переменного тока.
3. Симисторные. Мощность регулируется вследствие изменения количества полупериодов напряжения, которые действуют на нагрузку.
4. Регулятор хода. Позволяет плавно изменять электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель.

При этом регулировка происходит независимо от формы входного сигнала. По своему виду расположения приборы управления разделяются на портативные и стационарные. Они могут выполняться как в независимом корпусе, так и интегрироваться в аппаратуру. К основным параметрам, характеризующим регуляторы электрической энергии, относят:

• плавность регулировки;
• рабочую и пиковую подводимую мощность;
• диапазон входного рабочего сигнала;
• КПД.

Таким образом, современный регулятор электрической мощности представляет собой электронную схему, использование которой позволяет контролировать количество энергии, пропускаемой через него.

Тиристорный прибор управления

Принцип действия такого прибора не отличается особой сложностью. В основном тиристорный преобразователь используется для управления устройствами малой мощности. Типовая схема тиристорного регулятора мощности состоит непосредственно из самого тиристора, биполярных транзисторов и резисторов, устанавливающих их рабочую точку, и конденсатора.

Транзисторы, работая в ключевом режиме, формируют импульсный сигнал. Как только значение напряжения на конденсаторе сравнивается с рабочим, транзисторы открываются. Сигнал подаётся на управляющий вывод тиристора, открывая и его. Конденсатор разряжается и ключ запирается. Так повторяется в цикле. Чем больше задержка, тем в нагрузку поступает меньше мощности.

Преимущества такого типа регулятора в том, что он не требует настройки, а недостаток в чрезмерном нагреве. Для борьбы с перегревом тиристора используется активная или пассивная система охлаждения.

Используется такого типа регулятор для преобразования мощности, подающейся как к бытовым приборам (паяльник, электронагреватель, спиральная лампа), так и к промышленным (плавный запуск мощных силовых установок). Схемы включения могут быть однофазными и трёхфазными. Наиболее применяемые: ку202н, ВТ151, 10RIA40M.

Симисторный преобразователь мощности

Симистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в цепи переменного тока. Отличительной чертой прибора является то, что его выводы не имеют разделения на анод и катод. В отличие от тиристора, пропускающего ток только в одну сторону, симистор проводит ток в обоих направлениях. Именно поэтому он используется в сетях переменного тока.

Важное отличие симисторных схем от тиристорных состоит в том, что нет необходимости в выпрямительном устройстве. Принцип действия основан на фазном управлении, то есть на изменении момента открытия симистора относительно перехода переменного напряжения через ноль. Такое устройство позволяет управлять нагревателями, лампами накаливания, оборотами электродвигателя. Сигнал на выходе симистора имеет пилообразную форму с управляемой длительностью импульса.

Самостоятельное изготовление такого вида приборов проще, чем тиристорного. Широкую популярность получили симисторы средней мощности типа: BT137–600E, MAC97A6, MCR 22−6. Схема регулятора мощности на симисторе с использованием таких элементов отличается простотой изготовления и отсутствия необходимости в настройке.

Фазовый способ трансформации

Сам по себе диммер имеет широкую область применения. Одним из вариантов его использования является регулировка интенсивности освещения. Электрическая схема прибора чаще всего реализуется на специализированных микроконтроллерах, использующих в своей работе встроенную электронную схему понижения напряжения. Из-за этого диммеры способны плавно изменять мощность, но чувствительны к помехам.

Читать также: Где заправить газом баллоны пропаном

Фазовые регуляторы мощности не стабилизируются с помощью стабилитронов, а в качестве стабилизатора используют попарно работающие тиристоры. Основа их работы лежит в изменении угла открывания ключевого тиристора, в результате чего на нагрузку поступают сигналы с отрезанной начальной частью полупериода, снижая действующую величину напряжения. К недостаткам диммеров относят высокий коэффициент пульсаций и низкий коэффициент мощности выходного сигнала.

При работе диммеров в широком спектре частот возбуждаются электромагнитные помехи. Такие излучения приводят к снижению КПД из-за появления паразитного тока в проводниках. Для борьбы с такими токами в конструкцию добавляются индуктивно-ёмкостные фильтры.

Плюсы и минусы

К плюсам подобного устройства относятся:

• Высокое быстродействие – устройство, благодаря наличию обладающих высокой скоростью переключения симситоров, способно очень быстро реагировать на скачки напряжения в сети, сглаживая их до необходимого значения;
• Широкий диапазон входного напряжения – стабилизаторы данного типа способны работать при значениях входного наряжения от 95 до 275 В (для однофазной модели), от 260 до 470-471 В ( для трехфазных стабилизаторов);
• Высокая точность стабилизации – выходное напряжение, выдаваемое такими устройствами, имеет максимальное колебание в пределах 1,5 % (3,3-5,7 В), что не оказывает отрицательного влияния на работу подключенных к нему приборов.
• Контроль значений входной и выходной разности потенциалов с погрешностью не более 0,5%;
• Высокое КПД – благодяря использованию симистора, значение данного показателя у большинства моделей достигает 95-97%;
• Бесшумность – отсутствие в конструкции стабилизатора релейных переключателей и подвижных контактов позволяет работать ему практически бесшумно;
• Небольшие размеры – собранные на симисторах стабилизаторы, по сравнению с релейными, имеют небольшие размеры и могут быть компактно размещены на полу или стене даже самого небольшого помещения;
• Длительный срок эксплуатации – большинство современных качетвенных моделей могут нормально выполнять свои функции в течение 10 и более лет;
• Большая мощность – разлиные модели способны обеспечить нормальную работу подключаемых приборов и оборудования суммарной мощностью от 3 до 10 кВт.

К минусам таких стабилизаторов относятся:

• Высокая стоимость – качественные модели стабилизаторов имеют достаточно высокую, не всегда доступную для многих владельцев квартир и домов стоимость.
• Скачкообразное изменение разности потенциалов на выходе устройства – данный недостаток характерен для недорогих моделей китайского производства. В более дорогостоящих аналогах правтически не проявляется.

На заметку. Несмотря на высокую стоймость таких устройств, их приобретение при проблемах с напряжением в сети будет очень выгодным и окупится достаточно быстро – при остуствии стабилизатора могут произойти серьезные поломки чувствительной бытовой техники, насосоного и отопительного оборудования. В некоторых случаях подобные скачки не просто портят подключенные к сети приборы, а выводят их из строя, что влечет их замену, приводя к незапланированным и занчительным финансовым расходам и другим неудобствам.

Измерение напряжения стабилизатора при его коммутации «руками»

Вернемся к своим трансформаторам и попробуем разобраться, как с помощью них можно менять напряжение вверх и вниз. Для этого обмотки 220 В соединим параллельно, а обмотки на 25 В последовательно. Получим схему некого «би»- трансформатора с широкой возможностью коммутации обмоток. Снимем вольтамперную характеристику при нагрузке 120 Вт (ожидаемая мощность котла), меняя пока схему руками. На рисунках то, что будет выдавать стабилизатор при изменении напряжения от 160 до 285 Вольт.

Как показал эксперимент, будущий стабилизатор способен обрабатывать напряжение от 160 до 280 Вольт. При этом, находясь в своем диапазоне, на выходе система выдает напряжение с погрешностью не более 8%, что достаточно соответствует стандартам. Настало время освободить руки и сделать регулирование автоматическим.

Дополнительные функции стабилизаторов напряжения

Кроме основной функции стабилизаторов напряжения – стабилизации, есть также такой минимальный набор функций и параметров:

Может, это тоже будет интересно?

1. Анализ выходного напряжения. Стабилизатор должен быть оснащен информационным (цифровым или стрелочным) табло которое показывает выходное напряжение. Если на стабилизаторе есть функция анализа входного напряжения, это будет дополнительной полезной информацией.
2. На больших номиналах (чаще от 3000 ВА) устанавливается функция «Bypass» – функция в электронном устройстве (обработки сигнала, стабилизации напряжения и др.), позволяющая выполнить коммутацию входного сигнала непосредственно на выход, минуя все функциональные блоки. То есть возможность включать сеть в обход стабилизатора напряжения. Если напряжение нормализовалось или Вам не нужен сейчас стабилизатор – нажали рычажок вверх и напряжение пошло минуя блоков стабилизации.
3. Виды крепления стабилизаторов напряжения Существуют два типа крепления стабилизаторов напряжения – напольное и настенное исполнение. Напольное исполнение подразумевает, что стабилизатор находится на полу, полке. Такое расположение не всегда удобно, потому как особенно крупные номиналы не полке не разместишь из-за своего веса, а на полу они занимают достаточно большие площади. При навесном исполнении стабилизаторы делают более плоскими, для удобства клиентов. В принципе они могут использоваться и в напольном исполнении, только часто информационная часть табло оказывается в таком случае “вверх ногами” к пользователю.
4. Во многих моделях на рынке стабилизаторов напряжения используется кнопка задержки. Это сделано, для того, чтобы если пропадет напряжение в сети или временно выйдет за рамки рабочего диапазона, то оборудование до следующего включения придет за это время задержки в положение покоя. Во многих стабилизаторах кнопка задержки предлагается в нескольких диапазонах -6, 90, 120 сек. В более современных моделях задержка уже стала автоматическая и когда она включается, то показывает потребителю на табло время включения стабилизатора в в виде обратного отсчета.

Характеристика стабилизатора

Это устройство стабилизации не будет иметь повышенную чувствительность к изменениям напряжения, подающегося по общей линии. Сглаживание напряжения будет производиться в том случае, если на входе напряжение будет находиться в пределах от 130 до 270 вольт.

Включенные в сеть устройства будут питаться напряжением, имеющим величину от 205 до 230 вольт. От такого прибора можно будет питать электрические устройства, суммарная мощность которых до 6 кВт. Стабилизатор будет производить переключение нагрузки потребителя за 10 мс.

Особенности сборки устройства для выравнивания напряжения

Микросхема стабилизирующего ток устройства устанавливается на теплоотводе, для которого подходит пластинка из алюминия. Ее плошать не должна быть меньше 15 кв. см.

Теплоотвод с охлаждающей поверхностью необходим и симисторам. Для всех 7 элементов достаточно одного теплоотвода с площадью не меньше 16 кв. дм.

Чтобы изготавливаемый нами преобразователь переменного напряжения работал, понадобится микроконтроллер. С его ролью отлично справляется микросхема КР1554ЛП5.

Вы уже знаете, что в схеме можно найти 9 мигающих диодов. Все они расположены на ней так, чтобы они попадали в отверстия, которые имеются на лицевой панели устройства. И если корпус стабилизатора не допускает их расположения, как на схеме, то вы можете видоизменить ее так, чтобы светодиоды выходили на ту сторону, которая будет для вас удобна.

Теперь вы знаете, как сделать стабилизатор напряжения на 220 вольт. И если ранее вам уже приходилось делать что-то подобное, то эта работа для вас не окажется сложной. В результате вы сможете сэкономить несколько тысяч рублей на покупке стабилизатора промышленного производства.

↑ Принципиальная схема

Состоит из автотрансформатора переключаемого как по входу, так и по выходу при помощи реле. В схеме применено прямое измерение переменного напряжения микроконтроллером. Выходное напряжение через делитель R13, R14, R15, R16

поступает на вход микроконтроллера через конденсатор
C10
. Питание реле и микросхемы осуществляется через диод
D3
и микросхему
U1
. Кнопка
SB1
совместно с резистором
R1
служат для калибровки стабилизатора. Транзисторы
Q1-Q4
– усилители для реле. Реле Р1 и Р2 – основные, а реле Р1а и Р2а совместно с диодами D1 и D5 и замыкают цепь во время переключения основных реле. Для уменьшения времени отключения реле в усилителях реле, применены транзисторы
BF422
и обмотки реле шунтированы диодами
1N4007
и диодами Зенера на 150 Вольт , включенными встречно. Для уменьшения импульсных помех, попадающих из сети, на входе и выходе стабилизатора стоят конденсаторы C1 и C11. Трехцветный светодиод индицирует уровни напряжения на входе стабилизатора: красный – низкое, зеленый – норма, синий – высокое.

Работа электромеханического стабилизатора Suntek

Для изменения входного напряжения используется автотрансформатор, которым можно менять напряжение в необходимых пределах. При этом на выходе стабилизатора напряжение не выходит за рабочий диапазон.

В сельской местности для безопасного использования бытовой техники, требуется однофазный стабилизатор напряжения 220В, который при сильной просадки напряжения в сети поддерживает на выходе номинальное выходное напряжение в 220 вольт.

Советуем изучить Эквивалентное сопротивление

В электрической конструкции имеются три пороговых блока, построенные по принципу делителя напряжения, состоящие из и сопротивлений (R2-VD1-R1, VD5-R3-R6, R5-VD6-R6). Кроме того в схеме задействованы два транзисторных ключа VT1 и VT2 управляющие реле К1 и К2.

Диоды VD2 и VD3 вместе с фильтрующей емкостью С2 составляют источник питания для всего устройства. Конденсаторы С1 и С3 используются для гашения небольших просадок напряжения в сети переменного тока. Емкость С4 и резистор R4 являются искрогасительными компонентами. Для снижения выбросов напряжения самоиндукции, в обмотках реле в схему введены два полупроводниковых диода VD4 и VD7.

Если напряжение в сети снижается ниже уровня в 185 вольт, то контакты реле включены как на схеме. Напряжение на нагрузке будет суммой напряжений сети плюс вольтодобавки, получаемых с II и III обмоток трансформатора Т1.

Если напряжение лежит в интервале 185-205 вольт, то стабилитрон VD5 открыт. Ток течет через реле К1, VD5 и резисторы R3 и R6. Но этого тока не достаточно для срабатывания реле К1. Из-за падения напряжения на резисторе R6 открывается VT2. Этот транзистор запускает реле К2 которое своими контактами переключает обмотку II (вольтодобавка).

Если напряжение в сети в норме 205-225 вольт, то открыт стабилитрон VD3. Это приводит к открытию VT1, поэтому отключается второй пороговый блок и VT2 вместе с реле К2. Зато срабатывает К1 и своими контактами отключает обмотки II и III и поэтому на выходе напряжение соответствует входному.

При повышении уровня сетевого напряжения выше 225 но ниже 245 вольт открывается стабилитрон VD6 открывающий открытию оба . Оба реле срабатывают III обмотка Т1, подсоединена в противофазе с сетевым напряжением (т.е вычитается)). На выходе будет нормальное переменное напряжение лежащее в интервале 205-225 вольт.

Устройство стабилизатора

Схема устройства стабилизации.

Стабилизатор напряжения по указанной схеме имеет в своем составе следующие части:

1. Питающий блок, в который входят емкости С2, С5, компаратор, трансформатор, теплоэлектрический диод.
2. Узел, задерживающий подключение нагрузки потребителя, и состоящий из сопротивлений, транзисторов, емкости.
3. Выпрямительного моста, измеряющего амплитуду напряжения. Выпрямитель состоит из емкости, диода, стабилитрона, нескольких делителей.
4. Компаратора напряжения. Его составными частями являются сопротивления и компараторы.
5. Логического контроллера на микросхемах.
6. Усилителей, на транзисторах VТ4-12, резисторов, ограничивающих ток.
7. Светодиодов в качестве индикаторов.
8. Оптитронных ключей. Каждый из ник снабжается симисторами и резисторами, а также оптосимисторами.
9. Электрического автомата, либо предохранителя.
10. Автотрансформатора.

Самодельный аппарат

Качественный стабилизатор на несколько кВт и выходным током более 10 ампер можно собрать на основе старого трансформатора, установленного в сварочном аппарате. Однако подобную «заготовку» найти непросто. Более того, действующая техника пригодна для последующего применения по целевому назначению. Для воспроизведения в домашних условиях без профессиональных навыков подойдет представленная ниже схема на электронных компонентах. Она обеспечит:

• оперативную коррекцию выходных параметров со скоростью переключения не более 8-12 миллисекунд;
• рабочий диапазон входного напряжения 125-265 V;
• мощность подключенных потребителей до 5,5 кВт.

Электрическая и монтажная схема, печатная плата

Преимущества самодельного устройства

Кроме хороших технических параметров, нужно отметить следующие плюсы:

• разумные затраты;
• возможность самостоятельного выполнения ремонтных операций.

Недостатки

Потребительские параметры изделия во многом зависят от сборки. В данном случае предполагается отсутствие хорошо отработанных на практике навыков, профессионального монтажного (измерительного) оборудования. С другой стороны, внимательное выполнение отдельных рабочих операций поможет контролировать качество тщательнее, по сравнению с действиями сторонних исполнителей.

Отличия от заводских моделей

Современное производство отличается высоким уровнем автоматизации. Это уменьшает вредное влияние «человеческого фактора», снижает издержки. С применением профессиональных технологий проще обеспечить идеальный внешний вид. Однако при создании самоделки можно применять уникальные технические и эстетические решения.

Комплектующие

Основные узлы (функциональные комплектующие детали):

• трансформаторный блок питания с компенсацией температуры на диоде и компаратором;
• выпрямитель с делителем;
• транзисторная схема задержки подключения нагрузки;
• контроллер на цифровых микросхемах;
• светодиодная индикация рабочих режимов и аварийных ситуаций;
• ключи из оптитронных пар.

Особенности домашнего производства

Подойдут типовые трансформаторы ТПК-2-2х12V. При необходимости можно создать аналоги собственноручно, используя для ПЭВ с диаметром проводника 0,064 мм (8669 витков) и 0,185 мм (522 витка) в первичной и вторичной обмотках, соответственно.

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.

Далее открывается третий транзистор и включается нагрузка.

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.

Симисторно-трансформаторный стабилизатор переменного напряжения

В сельской местности, а иногда и в городах нередко случаются значительные понижения сетевого напряжения относительно номинального 230 В. Зачастую это приводит к отказам холодильников. Существенно падает эффективность работы с электроинструментом, тускнеет освещение. Для стабилизации напряжения сети при сохранении его формы автор в своё время применил релейно-трансформаторный стабилизатор [1], но от многолетней эксплуатации износились контакты установленных в нём реле. Было решено переработать стабилизатор, заменив электромагнитные реле симисторными ключами. Нагрузочная способность предлагаемого стабилизатора — 1840 В·А.

Прежде всего, рассмотрим возможные схемы стабилизаторов переменного напряжения на базе автотрансформатора. В устройстве по схеме, изображённой на рис. 1,а, компенсируют снижение сетевого напряжения (недопустимое превышение номинала наблюдается крайне редко), постепенно переводя вниз по схеме подвижный контакт переключателя SA1. При этом напряжение на каждой из обмоток автотрансформатора и на выходе стабилизатора приблизительно сохраняется, колеблясь в ограниченных пределах. В стабилизаторе, собранном по схеме рис. 1 ,б, сетевое напряжение постоянно подают на один из отводов обмотки автотрансформатора, а по мере снижения напряжения в сети подвижный контакт переключателя SA1 переводят вверх.

Рис. 1. Возможные схемы стабилизаторов переменного напряжения на базе автотрансформатора

Рассмотрим основные особенности приведённых вариантов.

В устройстве по схеме, изображённой на рис. 1,а, стабилизировано напряжение на каждой из секций обмотки, что позволяет использовать её секции II-IV в качестве стабильных источников сравнительно небольшого переменного напряжения, например, для питания низковольтных электроинструментов. Переключение отводов автотрансформатора (в реальной конструкции с помощью реле или симисторов) всегда, даже при работе стабилизатора на холостом ходу, происходит под индуктивной или активно-индуктивной нагрузкой, что неблагоприятно для коммутирующих устройств.

В устройстве по схеме рис. 1 ,б напряжение на секциях обмотки не стабилизировано. При отсутствии нагрузки, а это основная ситуация при работе на холодильник, переключение происходит в режиме холостого хода, износ контактов реле чисто механический.

Критерием выбора для автора послужило последнее различие между вариантами.

Отметим, что оба рассмотренных варианта станут пригодными и для компенсации повышения напряжения в сети, если выходной (на рис. 1,а) или входной (на рис. 1 ,б) провод перенести на другой отвод обмотки автотрансформатора. В своей практике автор столкнулся с вариантом стабилизатора, схема которого показана на рис. 1,в. При напряжении в сети меньше или равном номинальному он работает так же, как и в варианте на рис. 1 ,а. При превышении напряжением в сети номинального значения подвижный контакт переключателя SA1 фиксируют в верхнем по схеме положении, а переключатель SA2 переводят в положение 2.

Примем за основу схему, изображённую на рис. 1,б, и определим порядок расчёта коэффициентов трансформации для различных положений движка переключателя SA1. Зададим пределы изменения входного напряжения и допустимые колебания выходного. По результатам наблюдений на даче, для которой строился описываемый стабилизатор, напряжение в сети иногда опускалось до 150 В. Такому входному напряжению должно соответствовать выходное напряжение 200 В, при котором ещё работают все бытовые электроприборы. Поэтому коэффициент повышения напряжения при переключателе SA1 в положении 1 должен быть равен 200/150 = 1,33. Здесь и далее я умышленно не применяю термин «коэффициент трансформации», поскольку под ним понимают отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной. В данном случае логичнее использовать обратную величину — коэффициент повышения напряжения.

Число отводов от обмотки автотрансформатора зависит от необходимой точности поддержания выходного напряжения. В результате нескольких пробных расчётов сделан вывод, что для сохранения его в пределах 210…240 В достаточно четырёх ступеней, в числе которых и прямое соединение нагрузки с сетью. Понижение напряжения в сети до 150 В при этом рассматривается, как аварийный случай, при котором напряжение на нагрузке падает до 200 В.

Можно показать, что для получения одинаковых пределов изменения выходного напряжения в каждом положении переключателя SA1 значения коэффициентов повышения в этих положениях должны представлять собой геометрическую прогрессию. Поэтому, если в положении 1 коэффициент повышения равен 1,33, он должен быть равным 1,1 в положении 3 и 1,21 — в положении 2. В положении 4 напряжение на выход поступает непосредственно из сети и коэффициент равен 1.

Построим график зависимости выходного напряжения от входного. Для этого на листе миллиметровки размерами не менее 250×250 мм начертим координатные оси в масштабе 1 мм/В и проведём из начала координат четыре прямые с тангенсами угла наклона 1; 1,1; 1,21 и 1,33. Выделим участки этих прямых, находящиеся между горизонталями, соответствующими выходному напряжению210 и 240 В. Из точек пересечения линий с наклоном 1,33, 1,21 и 1,1с горизонталью 240 В опустим вертикальные прямые до пересечения с ближайшими линиями с наклоном 1,21, 1,1 и 1. От точек пересечения этих наклонных линий с горизонталью 210 В проведём вверх аналогичные прямые.

На рис. 2 приведён фрагмент полученного рисунка. При входном напряжении более 220 В переключатель SA1 находится в положении 4, и выходное напряжение поступает на выход без изменения. При снижении напряжения сети до 210 В переключатель устанавливается в положение 3, коэффициент передачи возрастает до 1,1, а выходное напряжение скачком увеличивается до 231 В. При дальнейшем снижении напряжения сети примерно до 191 В выходное уменьшится до 210 В, переключатель будет установлен в положение 2, выходное напряжение вновь поднимется до 231 В. Аналогичный процесс произойдёт и при снижении входного напряжения до 173 В. При его снижении до 150 В выходное напряжение, как было сказано выше, опустится до 200 В.

Рис. 2. График зависимости выходного напряжения от входного

При повышении входного напряжения переключение происходит при достижении входным напряжением значений 180, 198 и 218 В, при этом выходное каждый раз снижается скачком от 240 до 218 В. Таким образом, при изменении сетевого напряжения от 158 до 240 В выходное поддерживается в пределах от 210 до 240 В.

Чтобы при колебаниях напряжения в сети около порогов переключения скачки не происходили слишком часто, необходим гистерезис. Описанный алгоритм переключения отводов обмотки обеспечивает его в достаточной мере. Нетрудно видеть, что при сохранении числа ступеней даже небольшое повышение точности поддержания выходного напряжения за счёт сужения петель гистерезиса приведёт к существенному уменьшению их ширины, что недопустимо. Поэтому для достижения большей точности необходимо увеличивать число ступеней изменения коэффициента. Отметим также, что рассуждения по выбору его значений справедливы и для устройств по схемам рис. 1,а и рис. 1 ,в.

Принципиальная схема стабилизатора изображена на рис. 3 , а схема его блока управления — на рис. 4. Автотрансформатор составлен из трёх одинаковых трансформаторов T1-T3 — ТПП319-127/220-50 [2], первичные обмотки которых соединены параллельно, а последовательное соединение вторичных обмоток обеспечивает требуемые коэффициенты повышения напряжения.

Рис. 3. Принципиальная схема стабилизатора

Рис. 4. Схема блока упраления стабилизатора

При установке переключателя SA1 (см. рис. 3) в положение «Обход» входное напряжение поступает прямо на выход, и никакие узлы устройства, кроме вольтметра PV1 и помехоподавляющей цепи R2C2, энергии от сети не потребляют. Этот режим соответствует отсутствию стабилизации выходного напряжения. В среднем положении переключателя SA1 все его контакты разомкнуты, поэтому напряжение на выход не поступает.

При установке переключателя SA1 в положение «Стаб.» начинает работать блок управления, получающий питание от трансформатора T4 — ТА1-127/220-50 [2]. Напряжение с двух его обмоток по 6 В, соединённых последовательно, выпрямляет мост VD2 и стабилизирует на уровне 5 В интегральный стабилизатор DA2. Из выходного напряжения стабилизатора резистивный делитель R7-R11 формирует образцовые напряжения для компараторов DA1.2-DA1.4, поступающие на их неинвертирующие входы. Для упрощения расчётов они приняты равными 1/100 напряжений, соответствующих серединам петель гистерезиса на рис. 2 — 2,14, 1,95 и 1,77 В.

Постоянное напряжение, пропорциональное входному, формирует из поступающего с обмотки 11-12 трансформатора T4 выпрямительный мост VD1. Его сглаживает конденсатор C3. На инвертирующие входы всех компараторов поступает часть этого напряжения, определяемая делителем R5R6R15.

Логику работы устройства в целом иллюстрирует таблица. При сетевом напряжении более 218 В значения напряжения на инвертирующих входах всех компараторов выше, чем на неинвертирующих, а на их выходах установлен низкий логический уровень напряжения. Сигнал с выхода компаратора DA1.2 инвертирует элемент DD1.1 и ещё раз инвертирует элемент DD2.1. Через эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 он включает светодиод HL1 и одновременно поступает на излучающий диод оптрона U1. Открывается симистор VS1, напряжение сети поступает на выход стабилизатора.

Таблица

При снижении сетевого напряжения на выходах компараторов DA1.3 и DA1.4 один за другим устанавливаются высокие логические уровни. Выходные сигналы всех компараторов, превращённые простейшим логическим узлом на элементах «Исключающее ИЛИ» DD1.1-DD1.4 в позиционный код, через эмиттерные повторители на транзисторах VT2-VT4 включают излучающие диоды симисторных оптронов U2-U4. Оптроны, в свою очередь, включают соответственно симисторы VS2-VS4, и выходное напряжение остаётся в заданных пределах. С повышением напряжения в сети описанные процессы происходят в обратном порядке.

Между выходами элементов микросхемы DD1 и входами триггеров Шмитта микросхемы DD2 установлены RC-цепи, обеспечивающие задержку открывания очередного симистора относительно момента прекращения сигнала, разрешавшего открывание предыдущего. Это необходимо для предотвращения состояний, в которых одновременно открыты два симистора. Диоды VD4-VD7, включённые параллельно резисторам этих цепей, обеспечивают быстрое снятие разрешающего сигнала с симисторного оптрона в выключаемом канале. Длительность задержки открывания фотодинисторов оптронов U1-U4, которая должна гарантировано превышать половину периода напряжения сети, можно рассчитать по формуле

t3 ≈ R·C·ln(Uпит/(Uпит — Uпор)) = 330·0,047·ln(5/(5 — 3,3)) = 16,7 мс,

где R — сопротивление резистора цепи задержки, кОм; С — ёмкость конденсатора этой цепи, мкФ; Uпит=5 В — напряжение питания; Uпор = 3,3 В — типовое пороговое напряжение триггера Шмитта микросхемы HCF4093B при повышении входного напряжения на объединённых входах. Согласно паспортным данным этой микросхемы, допускается его разброс на ±0,7 В, поэтому при указанных номиналах резисторов и конденсаторов задержка может находиться в пределах от 12 до 24 мс. Если предположить, что реальный разброс вдвое меньше, задержка будет находиться в пределах от 14 до 20 мс, что уже более приемлемо, но требует контроля при налаживании устройства.

Чтобы исключить одновременное включение нескольких симисторов при переходных процессах, следующих за моментом подачи напряжения сети, введён узел задержки на детекторе понижения напряжения DA3. В момент подачи сетевого напряжения конденсатор C10 разряжен, за счёт диода VD3 транзистор VT5 закрыт и напряжение на его эмиттере близко к нулю. Излучающие диоды оптронов U1-U4 выключены.

По достижении напряжением на конденсаторе C10 значения около 1 В начинает работать микросхема DA3, её выходной транзистор открывается, напряжение на выходе становится равным нулю. Оно сохраняется таким до достижения напряжением на конденсаторе C10 значения 4,2 В, на что уходит около 200 мс, которых достаточно для завершения переходных процессов. В этот момент выходной транзистор микросхемы DA3 будет закрыт, а напряжение на базе и эмиттере транзистора VT5 скачком увеличится до близкого к напряжению питания. Оптроны заработают, будет открыт нужный симистор.

Во время сварочных работ в сети возникают сильные колебания напряжения, которые приводят, если не принять специальных мер, к очень частым переключениям симисторов. Для борьбы с этим явлением постоянная времени разрядки конденсатора C3 выбрана довольно большой — около 8 с. В результате при резком снижении входного напряжения переход на следующую ступень происходит примерно через 1 с, а кратковременные провалы во входном напряжении переключений не вызывают. В то же время постоянная времени зарядки конденсатора C3 невелика, и с повышением напряжения сети переключение произойдёт практически мгновенно. Такой способ «борьбы со сваркой» значительно проще применённого в [3] и эффективнее его, поскольку стабилизатор не выключается полностью, а продолжает реагировать на повышение напряжения в сети.

На схеме стабилизатора (см. рис. 3) показано также подключение к обмоткам контактов разъёма XS1, что позволяет использовать его для питания различных низковольтных потребителей. Вторичные обмотки трансформаторов ТПП319-127/220-50 рассчитаны на ток 8 А, чем и определяется указанная во врезке к статье предельная мощность нагрузки стабилизатора. Однако следует отметить, что она зависит и от свойств переключателя SA1, который должен позволять коммутировать указанный ток.

Автотрансформатор для стабилизатора можно изготовить самостоятельно, взяв за основу один или несколько трансформаторов питания от ламповых телевизоров [4-6]. Такие трансформаторы имеют обозначения, состоящие из букв ТС, дефиса и числа, соответствующего его мощности в ваттах.

Такой трансформатор после перемотки вторичных обмоток сможет обеспечить выходной ток стабилизатора, равный частному от деления его мощности на суммарное напряжение всех необходимых вторичных обмоток (23 + 25,3 + 27,6 » 76 В). А по выходному току можно определить максимальную мощность нагрузки стабилизатора.

Например, при использовании двух трансформаторов ТС-200 суммарной мощностью 400 Вт допустим выходной ток до 400/76 = 5,26 А, а максимальная мощность нагрузки (при выходном напряжении, равном номинальному в сети) — 230×5,26 = 1210 Вт. Таким образом, предельная мощность нагрузки стабилизатора в три раза превысит суммарную мощность использованных трансформаторов.

Имеющиеся на трансформаторах вторичные обмотки следует аккуратно смотать (они обычно намотаны поверх половин первичной), подсчитав при этом число витков накальной обмотки Nm намотанной самым толстым проводом. Напряжение этой обмотки под нагрузкой — 6,3 В, поэтому для вторичной обмотки на напряжение U число витков Nu можнонайти по формуле

NU = Nн·U/6,3.

Если магнитопровод трансформатора П-образный (как у трансформатора ТС-200-2), каждую секцию вторичной обмотки следует разделить на две равные части, намотать их на разных кернах магнитопровода трансформатора и соединить половины последовательно согласно. При противофазном соединении суммарное напряжение будет равно нулю, и нужно будет поменять местами выводы любой из половин.

При трёх трансформаторах можно для упрощения намотать на каждом по одной из вторичных обмоток. Если предполагается использовать трансформаторы разной мощности, на наименее мощном из них следует намотать обмотку с наименьшим напряжением, а на наиболее мощном — с наибольшим.

Половины первичных обмоток (на разных кернах) также следует соединить согласно. Обязательно первый раз включайте изготовленный трансформатор в сеть через плавкую вставку. При неправильном соединении половин первичной обмотки она спасёт от возможного пожара.

Диаметр провода вторичных обмоток d в миллиметрах (без изоляции) можно найти по формуле

d = 0,7·√I,

где I — ток вторичной обмотки, А.

Наиболее прочная изоляция у обмоточного провода ПЭВ-2, удобен также провод в шёлковой изоляции ПЭЛШО. Наматывают обмотку аккуратно, виток к витку, слои изолируют между собой прокладками из писчей бумаги. После намотки нужно собрать магнитопровод так, как он был собран ранее, и тщательно его стянуть винтами или обоймой — это уменьшит гудение.

Большинство элементов стабилизатора смонтированы на печатной плате размерами 120×85 мм, чертёж которой и схема расположения элементов на ней приведены на рис. 5. Все отверстия в плате расположены по сетке 2,5×2,5 мм. Для подключения внешних по отношению к плате цепей в неё впаяны контактные штыри от разъёмов серии 2РМ. Диаметр штырей — 1,5 мм для цепей симисторов и 1 мм — для остальных. К присоединяемым к ним проводам припаяны гнёзда от таких же разъёмов. Цвет проводов соответствует указанному на схемах рис. 3 и рис. 4, а контактные штыри для них промаркированы надетыми отрезками термоусаживаемой трубки соответствующего цвета.

Рис. 5. Чертёж печатной платы и схема расположения элементов на ней

На плате установлены импортные оксидные конденсаторы — аналоги К50-35. Конденсаторы C15-C18 (а также C1 и C2 на рис. 3) — металлоплёночные К73-17. Конденсаторы C11 — C14 нежелательно применять керамические, особенно если предполагается пользоваться стабилизатором при минусовой температуре. Здесь также подойдут конденсаторы К73-17, которые значительно термостабильнее керамических конденсаторов равной ёмкости.

Микросхему HCF4093BEY можно заменить другой 4093, 4093B в корпусе DIP14 или микросхемой К561ТЛ1, а счетверённый ОУ LM324N — на К1446УД3 или К1401УД2. В последнем случае нужно иметь в виду, что выводы питания микросхемы К1401УД2 расположены зеркально по отношению к микросхеме LM324N. Поэтому при установке на плату микросхемы К1401УД2 следует развернуть на 180о, не меняя рисунка печатных проводников. При использовании микросхемы К1446УД3 сопротивление резисторов R12-R14 следует уменьшить приблизительно на 20 % для сохранения ширины петель гистерезиса. Дело в том, что ОУ микросхемы К1446УД3 относятся к классу rail-to-rail, где максимальный и минимальный уровни выходного напряжения равны потенциалам соответственно плюсового и минусового выводов питания. В результате размах выходного напряжения несколько больше, чем у ОУ микросхем LM324N и К1401УД2.

Детектор понижения напряжения КР1171СП42 можно заменить на МСР100-450, МСР100-460 или МСР100-475 [7]. Вместо транзистора КТ3102ГМ допустимо установить КТ3102ЕМ. Выпрямительные мосты VD1, VD2, диоды VD3-VD7 — любые кремниевые малогабаритные. Резисторы R12-R18 следует использовать с допуском не хуже ±5 %.

Интересно, что в рассматриваемой конструкции набор элементов «Исключающее ИЛИ» К561ЛП2 можно заменить дешифратором К561ИД1. Входы 1, 2, 4 дешифратора следует подключить к выходам компараторов, а выходы 0, 1, 3, 7 — к цепям задержки.

Симисторы BTA16-600BW заменять другими нежелательно. Индекс W в их обозначении означает, что эти симисто-ры допускают увеличенную скорость нарастания напряжения между основными электродами, не выходя из закрытого состояния. Кроме того, симисторы этой серии имеют полностью изолированный от всех электродов металлический теплоотводящий фланец, что позволяет устанавливать их на не изолированный от корпуса стабилизатора теплоотвод. Если же использовать симисторы, фланец которых соединён с электродом 2, следует изолировать их общий теплоотвод от корпуса стабилизатора.

Тринисторные оптроны МОС3043M заменяются аналогичными, имеющими встроенный узел, гарантирующий открывание симистора в момент перехода мгновенного значения приложенного к нему напряжения через ноль [8]. Если используемые оптроны открываются большим, чем 5 мА, током управления, необходимо обратно пропорционально требуемому току изменить сопротивление резисторов R29-R32.

Как показал опыт, установка демпфирующих RC-цепей (например, R41C15) требуется больше для оптронов, чем для симисторов. Рекомендации по выбору параметров этих цепей приведены в [8] и [9].

Цифровой вольтметр переменного напряжения PV1 — готовый импортный, приобретён в интернет-магазине. Измеряемое напряжение частотой 50 Гц — от 70 до 500 В, погрешность — ± 1 %, габариты — 48x22x29 мм.

Трансформатор Т4 можно исключить, если использовать вместо него, выпрямителя на диодном мосте VD2 и стабилизатора напряжения DA2 готовый стабилизированный преобразователь напряжения сети в постоянное 5 В. Здесь может подойти зарядное устройство для сотового телефона. Следует, однако, иметь в виду, что стабильность выходного напряжения зарядных устройств обычно невысока, а само оно незначительно превышает 5 В. Необходимо убедиться, что это напряжение практически не изменяется при подключении к выходу зарядного устройства резистора сопротивлением 50…100 Ом и при изменении напряжения в сети от 120 до 250 В. Если это не так, на выход зарядного устройства следует установить микросхемустабилизатор напряжения 5 В с низким падением напряжения между входом и выходом (так называемый low drop стабилизатор), например, LM2931Z-5.0 или КР1158ЕН5 с любым буквенным индексом.

При исключении трансформатора T4 вместо напряжения 28 В на мост VD1 нужно подать напряжение сети, а сопротивление резисторов R3, R5, R6 увеличить приблизительно в восемь раз. Конденсатор C3 установить ёмкостью 3,3 мкФ на напряжение 400 В. Следует иметь в виду, что в результате этих переделок все элементы стабилизатора будут находиться под напряжением сети.

Трансформаторы T1 -T3 закреплены между двумя металлическими поддонами размерами 387x177x20 мм от разобранных устройств ЕС ЭВМ. На переднем, согласно рис. 6, поддоне смонтированы переключатель SA1, вольтметр PV1, держатель предохранителя FU1, светодиоды HL1-HL4, две пары выходных гнёзд XS2, XS3 и 12-контактный разъём XS1 ШР32П12НГ3 для подключения низковольтных потребителей. На заднем поддоне закреплён трансформатор T4.

Рис. 6. Монтаж устойства

В качестве теплоотвода для симисторов использован алюминиевый брусок сечением 10×25 мм, служащий распоркой, соединяющей поддоны. По нему тепло от симисторов отводится на корпус. К этой же стойке и другой аналогичной прикреплена печатная плата. Выводы симисторов следует припаивать к контактным площадкам на печатной плате лишь после установки симис-торов на теплоотвод, к которому прикреплена и печатная плата.

При налаживании стабилизатора сначала следует подключить к сети только трансформатор T4 и установить на движках подстроечных резисторов R8-R10 напряжения соответственно 2,14; 1,95 и 1,77 В относительно общего провода, а на резисторе R15 — 1/100 текущего значения напряжения в сети. Используя лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), проверить порядок включения светодиодов HL1-HL4 в соответствии с приведённой ранее таблицей. Пороги переключения коэффициентов повышения напряжения должны соответствовать указанным при описании рис. 2. При необходимости можно поточнее отрегулировать подстроечными резисторами R8-R10 пороги переключения, а для изменения ширины петли гистерезиса какого-либо компаратора подобрать его входной резистор (R12-R14). Ширина этой петли прямо пропорциональна сопротивлению соответствующего резистора.

Целесообразно проверить исправность цепей задержки открывания симисторов (элементы R20-R23, C11 — C14, VD4-VD7), отключив мост VD1 от трансформатора T4 и подключив к точке соединения резисторов R6 и R15 цепь, схема которой приведена на рис. 7. При замкнутом выключателе SA2 напряжение на конденсаторе C19 плавно нарастает от нуля до 2,5 В, при разомкнутом — спадает до нуля. Следует проверить осциллографом со ждущей развёрткой наличие задержки спадающего перепада импульса на выходе каждого триггера Шмитта (DD2.1 — DD2.4) относительно нарастающего перепада импульса на выходе соответствующего элемента «Исключающее ИЛИ» (DD1.1-DD1.4). На осциллограмме рис. 8, где скорость развёртки 2 мс/дел., эта задержка равна 15,5 мс при допустимых пределах 14…20 мс.

Рис. 7. Схема цепи

Рис. 8. Осциллограмма

После этого можно восстановить подключение симисторов к трансформаторам (перед первым включением установив в цепь электрода 2 каждого симистора плавкую вставку на 5 А), подключить нагрузку мощностью 100…200 Вт и проверить показанную на рис. 2 зависимость выходного напряжения от входного. При эксплуатации стабилизатора можно оперативно регулировать подстроечным резистором R6 интервал изменения выходного напряжения, например, установить его 200…230 В.

Полезные советы по конструктивному оформлению стабилизатора, обеспечивающему его пожарную безопасность, можно найти в [3].

Как при налаживании, так и во время эксплуатации стабилизатора следует помнить, что при резком уменьшении напряжения в сети переключение стабилизатора происходит с весьма заметной задержкой — около секунды на каждую ступень.

Литература

1. Бирюков С. Релейно-трансформаторный стабилизатор переменного напряжения. — Схемотехника, 2003, № 7, с. 26-28.

2. Сидоров И. Н., Мукосеев В. В., Христинин А. А. Малогабаритные трансформаторы и дроссели. Справочник. — М.: Радио и связь, 1985.

3. Майоров М. Стабилизатор сетевого напряжения для холодильника. — Схемотехника, 2002, № 2, с. 53-59.

4. Кузинец Л. М., Соколов В. С. Узлы телевизионных приёмников. — М.: Радио и связь, 1987.

5. Сидоров И. Н., Биннатов М. Ф., Васильев Е. А. Устройства электропитания бытовой РЭА. — М.: Радио и связь, 1991.

6. Сидоров И. Н., Скорняков С. В. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. — М.: Радио и связь, 1994.

7. Потапчук М. Супервизоры серии MCP10X фирмы Microchip. — Схемотехника, 2006, № 1, с. 10, 11.

8. MOC3031M, MOC3032M, MOC3033M, MOC3041M, MOC3042M, MOC3043M 6-Pin DIP Zero-Cross Optoisolators Triac Driver Output (250/400 Volt Peak). — URL: https://www. farnell.com/datasheets/1639837.pdf (12.12.17).

9. Николайчук О. Управление нагрузкой на переменном токе. — Схемотехника, 2003, № 4, с. 25, 26.

Автор: С. Бирюков, г. Москва