Схемы стабилизаторов напряжения электронного, релейного и электромеханического типа

Стабилизация напряжения бытовой сети

Стремление обеспечить стабилизированное напряжение в бытовой сети — явление очевидное. Такой подход обеспечивает безопасность эксплуатируемой техники, зачастую дорогостоящей, постоянно необходимой в хозяйстве. Да и в целом коэффициент стабилизации является гарантией повышенной безопасности при эксплуатации электрических сетей.

Для бытовых целей чаще всего покупают стабилизатор для газового котла, автоматика которого требует подключения к сети, для холодильников, насосного оборудования, сплит-систем и подобных потребителей.

Стабилизатор сетевого напряжения промышленного образца, который легко приобрести на рынке. Выбор такого оборудования велик, но всегда есть возможность создания собственного дизайна

Есть много способов решить эту проблему, самый простой – купить мощный стабилизатор напряжения, изготовленный промышленным способом.

На коммерческом рынке много предложений стабилизаторов напряжения. Однако варианты закупок часто ограничены стоимостью единиц или других предметов. Соответственно, альтернативой покупке является сборка стабилизатора напряжения своими руками из доступных электронных компонентов.

При наличии необходимых навыков и знаний электромонтажа, теории электротехники (электроники), схем электромонтажа и пайки элементов самодельный регулятор напряжения можно реализовать и успешно использовать на практике. Есть такие примеры.

Примерно так может выглядеть аппаратура стабилизации, сделанная своими руками из дешёвых и недорогих радиодеталей. Шасси и корпус можно получить из старого промышленного оборудования (например из осциллографа)

Схемные решения стабилизации электросети 220В

Рассматривая возможные схемные решения стабилизации напряжения с учетом относительно большой мощности (не менее 1-2 кВт), следует иметь в виду разнообразие технологий.

Существует несколько схемных решений, определяющих технологические характеристики устройств:

• феррорезонансный;
• сервопривод;
• электронный;
• инвертор.

Какой вариант выбрать, зависит от ваших предпочтений, доступных для сборки материалов и ваших навыков работы с электрооборудованием.

Вариант #1 — феррорезонансная схема

Для самостоятельного изготовления самый простой вариант схемы кажется первым пунктом в списке — феррорезонансный контур. Он работает на использовании эффекта магнитного резонанса.

Структурная схема простого стабилизатора, выполненного на основе дросселя: 1 — первый дроссельный элемент; 2 — второй газовый элемент; 3 — конденсатор; 4 — сторона ввода напряжения; 5 — сторона выходного напряжения

Конструкцию достаточно мощного феррорезонансного стабилизатора можно собрать всего из трех элементов:

1. Рычаг дроссельной заслонки 1.
2. Рычаг дроссельной заслонки 2.
3. Конденсатор.

Однако эта простота сопряжена с рядом недостатков. Конструкция мощного стабилизатора, собранного по феррорезонансной схеме, получается массивной, громоздкой и тяжелой.

Вариант #2 — автотрансформатор или сервопривод

Фактически речь идет о схеме, использующей принцип автотрансформатора. Преобразование напряжения осуществляется автоматически за счет управления реостатом, ползунок которого перемещает сервопривод.

В свою очередь сервопривод управляется сигналом, поступающим, например, от датчика уровня напряжения.

Принципиальная схема устройства с сервоприводом, сборка которого позволит вам создать мощный стабилизатор напряжения для дома или дачи. Однако этот вариант считается технологически устаревшим

Примерно по такой же схеме работает устройство релейного типа с той лишь разницей, что коэффициент трансформации при необходимости изменяют, подключая или отключая соответствующие обмотки с помощью реле.

Схемы такого типа уже технически выглядят более сложными, но в то же время не обеспечивают достаточной линейности изменения напряжения. Допускается ручной монтаж реле или сервоблока. Однако разумнее выбрать электронную версию. Стоимость труда и ресурсов практически одинакова.

Вариант #3 — электронная схема

Сборка мощного стабилизатора по электронной схеме управления с обширным ассортиментом радиодеталей для продажи становится вполне возможной. Как правило, такие схемы собираются на электронных компонентах — симисторах (тиристорах, транзисторах).

Разработан также ряд схем стабилизаторов напряжения, в которых в качестве ключей используются силовые полевые транзисторы.

Структурная схема модуля электронной стабилизации: 1 — входные клеммы устройства; 2 — симисторный блок управления обмотками трансформатора; 3 — микропроцессорный блок; 4 — выходные клеммы для подключения нагрузки

Сделать мощное устройство полностью под электронным управлением руками неспециалиста достаточно сложно, лучше купить готовое устройство. В этом случае без опыта и знаний в области электротехники не обойтись.

Этот вариант для самостоятельного изготовления целесообразно рассматривать при наличии сильного желания построить стабилизатор, плюс накопленный опыт электронщика. Далее в статье мы рассмотрим конструкцию электронной конструкции, подходящей для производства своими руками.

Подробные инструкции по сборке

Схема, рассматриваемая для собственного производства, является скорее гибридной альтернативой, поскольку предполагает использование силового трансформатора в сочетании с электроникой. Трансформатор в данном случае используется из числа установленных в старых телевизорах.

Вот примерный силовой трансформатор, необходимый для изготовления самодельной конструкции стабилизатора. Однако не исключен выбор и других вариантов или намотка своими руками

Правда, как правило, в ТВ-приемники устанавливались трансформаторы ТС-180, тогда как стабилизатор требует не менее ТС-320 для обеспечения выходной нагрузки до 2 кВт.

Шаг #1 — изготовление корпуса стабилизатора

Для изготовления корпуса устройства подойдет любой подходящий короб на основе изоляционного материала – пластика, текстолита и т.п. Главный критерий — достаточно места для размещения силового трансформатора, электронной платы и других компонентов.

Допускается также изготовление корпуса из стеклопластикового листа путем скрепления отдельных листов уголками или другими способами.

Допускается выбрать корпус из любой электроники, подходящий для размещения всех рабочих элементов схемы самодельного стабилизатора. Корпус тоже можно собрать своими руками, например из листов стеклопластика

Коробка стабилизатора должна быть оборудована пазами для установки переключателей, интерфейсов ввода и вывода, а также других аксессуаров, предусмотренных схемой в качестве элементов управления или переключателей.

Под изготовленный корпус нужна нижняя пластина, где будет «лежать» электронная плата и закрепляться трансформатор. Пластина может быть изготовлена ​​из алюминия, но должны быть предусмотрены изоляторы для крепления электронной платы.

Шаг #2 — изготовление печатной платы

Здесь необходимо предварительно разработать схему размещения и подключения всех электронных деталей согласно принципиальной схеме, кроме трансформатора. Затем лист фольгированного текстолита размечают по макету и на боковой стороне фольги рисуют (распечатывают) созданную дорожку.

Затем производится травление платы соответствующим раствором (электронщики должны быть знакомы с методом травления платы).

Сделать плату стабилизатора можно довольно недорогими способами прямо в домашних условиях. Для этого необходимо подготовить трафарет и набор инструментов для травления на фольгированном текстолите

Полученная таким образом печатная копия проводов зачищается, лужится и производится сборка всех радиодеталей в схеме с последующей пайкой. Так изготавливается электронная плата мощного стабилизатора напряжения.

В принципе, можно использовать сторонние услуги по травлению печатных плат. Эта услуга вполне доступна, а качество «вывески» значительно выше, чем в домашнем варианте.

Шаг #3 — сборка стабилизатора напряжения

Плата, оснащенная радиодеталями, подготовлена ​​для внешней обвязки. В частности, из платы выведены внешние линии связи (проводники) с другими элементами — трансформатором, выключателем, интерфейсами и так далее

На нижней плите корпуса установлен трансформатор, к трансформатору подключены цепи электронной платы, а плата закреплена на изоляторах.

Пример самодельного релейного регулятора напряжения, изготовленного в домашних условиях, помещенного в корпус от изношенного промышленного измерительного прибора

Остается только подключить к схеме внешние элементы, закрепленные на корпусе, установить ключевой транзистор на радиатор, после чего собранная электронная конструкция закрывается корпусом. Регулятор напряжения готов. Вы можете начать настройку с дополнительных тестов.

Принцип работы и тест самоделки

Регулирующим элементом электронной схемы стабилизации является мощный полевой транзистор типа IRF840. Напряжение для обработки (220-250В) проходит через первичную обмотку силового трансформатора, выпрямляется диодным мостом VD1 и поступает на сток транзистора IRF840. Исток этого же компонента подключен к отрицательному потенциалу диодного моста.

Принципиальная схема стабилизирующего устройства большой мощности (до 2 кВт), на основе которого были собраны и успешно использовались несколько устройств. Схема показала оптимальный уровень стабилизации при заданной нагрузке, но не выше

Часть схемы, в которую входит одна из двух вторичных обмоток трансформатора, образована диодным выпрямителем (VD2), потенциометром (R5) и другими элементами электронного регулятора. Эта часть схемы генерирует управляющий сигнал, который подается на затвор полевого транзистора IRF840.

При увеличении напряжения питания управляющий сигнал понижает напряжение затвора полевого транзистора, что приводит к замыканию ключа. Следовательно, ограничивается возможное повышение напряжения на контактах подключения нагрузки (ХТ3, ХТ4). Схема работает в обратном направлении в случае снижения сетевого напряжения.

настройка устройства не представляет особой сложности. Здесь понадобится обычная лампа накаливания (200-250 Вт), которую следует подключить к выходным клеммам устройства (Х3, Х4). Далее вращением потенциометра (R5) доводят напряжение на отмеченных клеммах до уровня 220-225 вольт.

Выключите стабилизатор, выключите лампу накаливания и включите прибор уже на полную нагрузку (не выше 2 кВт).

Через 15-20 минут работы прибор снова выключается и контролируется температура радиатора ключевого транзистора (IRF840). Если нагрев радиатора значительный (более 75º), следует выбрать более мощный радиатор теплоотвода.

Если процесс производства стабилизатора показался вам слишком сложным и нерациональным с практической точки зрения, вы без проблем сможете найти и купить узел заводского изготовления. Правила и критерии выбора стабилизатора на 220 В приведены в рекомендуемой нами статье.

Виды стабилизаторов напряжения

В настоящее время используются следующие виды стабилизаторов:

• Феррорезонансный;
• Сервопривод;
• Реле;
• Электронный;
• Двойное преобразование.

Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия» вы можете найти на сайте официального представителя VoltMarket.ru.

Феррорезонансные стабилизаторы конструктивно являются простейшими устройствами. Они состоят из двух дросселей и конденсатора и работают по принципу магнитного резонанса. Стабилизаторы этого типа отличаются высоким быстродействием, очень долгим сроком службы и могут работать в широком диапазоне входных напряжений. В настоящее время их можно встретить в медицинских учреждениях.

Практически не используется в быту.

Принцип работы сервопривода или электромеханического стабилизатора основан на изменении величины напряжения с помощью автотрансформатора. Устройство имеет исключительно высокую точность установки напряжения. Однако скорость стабилизации самая низкая. Электромеханический стабилизатор может работать с очень большими нагрузками.

Релейный стабилизатор также имеет в конструкции трансформатор с секционированной обмоткой. Выравнивание напряжения выполняется с помощью группы реле, срабатывающих по командам с платы управления напряжением.

Устройство имеет относительно высокую скорость стабилизации, но точность установки заметно ниже из-за дискретного включения обмоток.

Электронный стабилизатор работает по тому же принципу, только части обмотки регулирующего трансформатора коммутируются не с помощью реле, а автоматическими выключателями на полупроводниковых приборах. Точность электронного и релейного стабилизатора примерно одинакова, но быстродействие электронного блока заметно выше.

Стабилизаторы двойного преобразования, в отличие от других моделей, не имеют в конструкции силового трансформатора. Коррекция напряжения осуществляется электронным способом. 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, можно реализовать именно по инверторному принципу.

Читайте также: Устройство сварочного генератора, принцип работы, типы, характеристики, схема, ремонт

Электромеханический стабилизатор

Сервопривод стабилизатора состоит из следующих узлов:

• Входной фильтр;
• Таблица измерения напряжения;
• Автотрансформатор;
• Серводвигатель;
• Скользящий контакт из графита;
• Выставочный щит.

Работа электромеханического стабилизатора основана на принципе регулирования напряжения изменением коэффициента трансформации. Это изменение осуществляется перемещением графитового контакта по неизолированной обмотке трансформатора. Движение контакта осуществляется серводвигателем.

Сетевое напряжение подается на фильтр, состоящий из конденсаторов и ферритовых дросселей. Его задача максимально очистить поступающее напряжение от высокочастотных помех и импульсных помех. Плата измерения напряжения имеет определенный допуск. Если в него укладывается сетевое напряжение, он сразу идет в нагрузку.

Если напряжение отклоняется от допустимого напряжения, плата измерения напряжения посылает команду на блок управления серводвигателем, который перемещает контакт в сторону увеличения или уменьшения напряжения. Как только значение напряжения возвращается к норме, серводвигатель останавливается. Если сетевое напряжение нестабильно и часто меняется, сервопривод может выполнять процесс регулирования почти постоянно.

Схема подключения слаботочного стабилизатора напряжения не представляет сложности, так как на корпусе установлены розетки, а подключение к сети осуществляется проводом с вилкой. На более мощных устройствах сеть и нагрузка соединяются вместе винтовой колодкой.

Релейный стабилизатор

Релейный стабилизатор имеет практически такой же набор основных узлов:

• Сетевой фильтр;
• Контрольно-административный совет;
• Трансформатор;
• Блоки электромеханических реле;
• Дисплейное устройство.

В этой конструкции коррекция напряжения выполняется ступенчато с помощью реле. Обмотка трансформатора разделена на несколько отдельных секций, каждая из которых имеет отвод. Релейный стабилизатор напряжения имеет несколько ступеней регулирования, количество которых определяется количеством установленных реле.

Соединение секций обмотки, а следовательно, и изменение напряжения может осуществляться как аналоговым, так и цифровым способом. Плата управления в зависимости от изменения входного напряжения подключает необходимое количество реле для обеспечения соответствия выходного напряжения допуску. Стабилизаторы релейного типа имеют самую низкую цену среди этих устройств.

Пример схемы релейного стабилизатора

Еще схема стабилизатора релейного типа

Электронный стабилизатор

Принципиальная схема стабилизатора напряжения этого типа имеет лишь незначительные отличия от конструкции электромагнитных реле:

• Сетевой фильтр;
• Плата измерения и контроля напряжения;
• Трансформатор;
• Блоки электронных ключей;
• Выставочный щит.

Принцип работы электронного стабилизатора не отличается от принципа работы релейного блока. Отличие только в использовании электронных ключей вместо реле. Ключи управляются полупроводниковыми вентилями — тиристорами и симисторами. Каждый из них имеет управляющий электрод, подав напряжение на которое можно открыть вентиль.

В этот момент происходит переключение обмоток и изменение напряжения на выходе стабилизатора. Стабилизатор имеет хорошие параметры и высокую надежность. Высокая стоимость устройства препятствует широкому распространению.

Стабилизатор двойного преобразования

Это устройство, называемое также инверторным стабилизатором, совершенно отличается от всех остальных моделей своей конструкцией и техническими решениями. В нем нет трансформатора и соединительных элементов. Его работа основана на принципе двойного преобразования напряжения. От переменного тока к постоянному и обратно к переменному.

Схема регулятора напряжения инвертора 220В состоит из следующих узлов:

• Фильтр сетевых помех;
• Силовой выпрямитель — выпрямитель;
• Блоки конденсаторов;
• Инвертор;
• Микропроцессорный узел.

Сетевое напряжение после прохождения фильтра поступает на корректор — выпрямитель, где осуществляется первое преобразование. Конденсаторная батарея хранит энергию, которая потребуется при низком напряжении.

Обычно инвертор реализуют по схеме с использованием ШИМ-регулятора. Дополнительное питание требуется для питания микропроцессора, управляющего всей работой стабилизатора.

Это устройство имеет уникальные параметры, так как преобразователь-стабилизатор не меняет величину сетевого напряжения, а восстанавливает его. Это позволяет получить качественное напряжение со стабильной частотой.

На преобразовательном принципе может быть реализована схема регулируемого стабилизатора напряжения. В этом случае на уровне схемы можно рассчитать входное напряжение, которое может быть практически любым, а на выходе стабилизатора будет 220В.

Самодельный аппарат

Реактивное сопротивление

Качественный стабилизатор на несколько кВт и выходной ток более 10 ампер можно смонтировать на базе старого трансформатора, установленного в сварочном аппарате. Однако такую ​​«болванку» найти непросто. Кроме того, имеющееся оборудование пригодно для последующего использования по назначению.

Для воспроизведения в домашних условиях без профессиональных навыков подойдет приведенная ниже схема на электронных компонентах. Это даст:

• оперативная коррекция выходных параметров со скоростью переключения не более 8-12 миллисекунд;
• рабочий диапазон для входного напряжения 125-265 В;
• мощность подключаемым потребителям до 5,5 кВт.

Преимущества самодельного устройства

Помимо хороших технических параметров, следует отметить следующие преимущества:

• разумные затраты;
• возможность проведения ремонта самостоятельно.

Недостатки

Потребительские параметры изделия во многом зависят от комплектации. При этом предполагается отсутствие наработанных практических навыков профессионального монтажа (измерительного) оборудования. С другой стороны, тщательное выполнение отдельных рабочих шагов поможет более тщательно контролировать качество по сравнению с действиями сторонних специалистов-практиков.

Отличия от заводских моделей

Современное производство характеризуется высокой степенью автоматизации. Это снижает вредное влияние «человеческого фактора», снижает затраты. С применением профессиональных технологий легче добиться идеального внешнего вида. Но при изготовлении самоделки можно использовать уникальные технические и эстетические решения.

Комплектующие

Основные узлы (функциональные компоненты):

• трансформаторный блок питания с температурной компенсацией на диоде и компараторе;
• выпрямители с деталями;
• транзисторная схема для задержки подключения нагрузки;
• элементы управления на цифровых микросхемах;
• светодиодная индикация режимов работы и аварийных ситуаций;
• ключи от оптитроника пар.

Особенности домашнего производства

Подойдут типовые трансформаторы ТПК-2-2х12В. При необходимости можно сделать аналоги своими руками, применив для ПЭВ диаметр проводника 0,064 мм (8669 витков) и 0,185 мм (522 витка) в первичной и вторичной обмотках соответственно.

Подводя итоги

Такой прибор, как стабилизатор напряжения, является надежным защитником всей бытовой техники в доме. Поэтому к производству следует отнестись со всей ответственностью, так как от качества работы зависит долговечность всех подключенных к нему электронных устройств. Важным преимуществом установки такого стабилизатора своими руками является то, что в случае ошибки его можно очень быстро исправить.

Но следует помнить: если нет уверенности, стабилизатор напряжения всегда можно купить в нужной торговой точке. Это будет дороже, но почти на все электронные устройства есть гарантия. Немаловажно и то, что качество заводских моделей намного выше стабилизаторов, собранных своими руками.