Повышающий стабилизатор напряжения своими руками. Схема стабилизатора напряжения переменного тока

Феррорезонансный стабилизатор , возьмите трансформатор, первичная обмотка которого без каких-либо отрицательных последствий для себя выдерживает , в несколько раз превышающее входное. Последовательно в ней включите бумажный конденсатор, емкость которого подберите экспериментальным путем таким образом, резонансная частота контура, образованного этим конденсатором и первичной обмоткой, оказалась равна частоте питающей сети. Конденсатор также должен выдерживать напряжение, в несколько раз превышающее входное. Связано это с тем, что при резонансе оно значительно повышается. Вторичную обмотку рассчитайте таким образом, чтобы именно при таком, повышенном напряжении на первичной напряжение на вторичной было равно требуемому. Используйте такой стабилизатор только в сетях переменного тока и только при условии стабильной частоты. Совместно с генератором, оборудованным ДВС, такой стабилизатор будет работать очень плохо.

Для изготовления параметрического стабилизатора постоянного напряжения возьмите стабилизирующий элемент - газовый или полупроводниковый стабилитрон. Последний включите в обратной полярности, поскольку в прямой он открывается как обычный диод. Последовательно включите резистор, сопротивление которого рассчитайте по формуле: R=(Uвх-Uст)/(Iст+Iн), где UВх - входное напряжение, Uст - напряжение стабилизации, I - ток стабилизации, который можно взять близким к току нагрузки, Iн - ток нагрузки.

Стабилитрон возьмите рассчитанный на максимальный ток не меньше суммы Iст и Iн. Мощность резистора рассчитайте по формуле: P=(Uвх-Uст)(Iст+Iн).
Перед расчетами все единицы переведите в систему СИ, и результаты получатся в ней же. Выходное напряжение снимите со стабилитрона.

Чтобы сделать компенсационный стабилизатор постоянного напряжения, возьмите микросхему 7805, 7806, 7809, 7812 или 7815, в зависимости от того, какое вам необходимо напряжение на выходе (соответственно, 5, 6, 9, 12 или 15 В). Установите ее на крупный теплоотвод. Возьмите два оксидных конденсатора емкостью 1000 мкФ, рассчитанные на напряжение в 25 В. Минусовые выводы обоих конденсаторов подключите ко второму выводу микросхемы, плюсовой вывод первого конденсатора - к ее выводу 1, плюсовой вывод второго - к ее выводу 3. Параллельно каждому из оксидных конденсаторов включите по керамическому любой емкости. Возьмите источник нестабильного напряжения, превышающего требуемое стабильное примерно на четыре вольта. "Плюс" его подключите к выводу 1 микросхемы, "минус" - к выводу 2. С вывода 3 снимите положительный полюс стабильного напряжения, с вывода 2 - отрицательный. Максимальный выходной ток для микросхем 7805 и 7806 равен 3 А, для остальных - 1,5 А. Для микросхем с буквами M и тем более L в середине обозначения он значительно меньше.

Исследовав источники и ряд сайтов в Интернете, я упростил стабилизатор переменного напряжения, описанный в статье . Число микросхем удалось сократить до четырёх, число оптосимисторных ключей — до шести. Принцип действия стабилизатора такой же, как у прототипа .

Основные технические характеристики стабилизатора напряжения:

• Входное напряжение, В …..135…270
• Выходное напряжение, В. . . .197…242
• Максимальная мощность нагрузки, кВт ………………5
• Время переключения или отключения нагрузки,мс …….10

Схема предлагаемого стабилизатора показана на рисунке. Устройство состоит из силового модуля и блока управления. Силовой модуль содержит мощный автотрансформатор Т2 и шесть ключей переменного тока, обведённых на схеме штрихпунктирной линией.

Остальные детали образуют блок управления. Он содержит семь пороговых устройств: I - DA2.1 R5 R11 R17, II -DA2.2 R6 R12 R18, III — DA2.3 R7 R13 R19, IV — DA2.4 R8 R14 R20, V — DA3.1 R9 R15 R21, VI — DA3.2 R10 R16 R22, VII -DA3.3 R23. На одном из выходов дешифратора DD2 присутствует напряжение высокого уровня, которое вызывает включение соответствующего светодиода (одного из HL1 — HL8).

Мощный автотрансформатор Т2 включён иначе, чем в прототипе. Напряжение сети подаётся на один из отводов обмотки или на обмотку целиком через один из симисторов VS1—VS6, а нагрузка подключена к одному и тому же отводу. При таком включении расходуется меньше провода на обмотку автотрансформатора.

Напряжение обмотки II трансформатора Т1 выпрямляют диоды VD1, VD2 и сглаживает конденсатор С1. Выпрямленное напряжение пропорционально входному. Оно используется как для питания блока управления, так и для измерения входного напряжения сети. С этой целью оно подаётся на делитель R1—R3. С движка подстроечного резистора R2 поступает на неинвертирующие входы операционных усилителей DA2.1 —DA2.4, DA3.1—DA3.3. Эти ОУ используются в качестве компараторов напряжения. Резисторы R17—R23 создают гистерезис переключения компараторов.

В таблице ниже показаны пределы изменения выходного напряжения Uвых и логические уровни напряжения на выходах операционных усилителей и входах дешифратора DD2, а также включённые светодиоды в зависимости от входного напряжения Uвх без учёта гистерезиса.

Микросхема DA1 вырабатывает стабильное напряжение 12 В для питания остальных микросхем. Стабилитрон VD3 вырабатывает образцовое напряжение 9 В. Оно подаётся на инвертирующий вход ОУ DA3.3. На инвертирующие входы других ОУ оно поступает через делители на резисторах R5—R16.

При сетевом напряжении ниже 135 В напряжение на движке резистора R2, а значит, и на неинвертирующих входах ОУ меньше, чем на инвертирующих. Поэтому на выходах всех ОУ низкий уровень. На всех выходах микросхемы DD1 также низкий уровень. В этом случае появляется высокий уровень на выходе О (вывод 3) дешифратора DD2. Включён светодиод HL1, показывая слишком низкое напряжение сети. Все оптосимисторы и симисторы закрыты. Напряжение на нагрузку не подаётся.

При напряжении сети от 135 до 155 В напряжение на движке резистора R2 больше, чем на инвертирующем входе DA2.1, поэтому на его выходе высокий уровень. На выходе элемента DD1.1 также высокий уровень. В этом случае появляется высокий уровень на выходе 1 (вывод 14) дешифратора DD2 (см. таблицу). Светодиод HL1 гаснет. Включается светодиод HL2, течёт ток через излучающий диод оптрона U6, вследствие чего оптосимистор этого оптрона открывается. Через открытый симистор VS6 напряжение сети подаётся на нижний по схеме отвод (вывод 6) относительно начала обмотки (вывода 7) автотрансформатора Т2. Напряжение на нагрузке больше напряжения сети на 64…71 В.

При дальнейшем повышении напряжения сети оно будет переключаться на следующий вверх по схеме вывод автотрансформатора Т2. В частности, напряжение сети от 205 до 235 В непосредственно поступает на нагрузку через открытый симистор VS2, а также на выводы 1—7 автотрансформатора Т2.

При напряжении сети от 235 до 270 В на выходах всех ОУ, кроме DA3.3, высокий уровень, ток течёт через светодиод HL7 и излучающий диод U1.2. Напряжение сети через открытый симистор VS1 подключено ко всей обмотке автотрансформатора Т2. Напряжение на нагрузке меньше напряжения сети на 24…28 В.

При напряжении сети более 270 В на выходах всех ОУ высокий уровень, а ток течёт через светодиод HL8, который сигнализирует о чрезмерно высоком напряжении сети. Все оптосимисторы и симисторы закрыты. Напряжение на нагрузку не подаётся.

Маломощный трансформатор Т1 аналогичен применённому в прототипе, за исключением того, что его вторичная обмотка содержит 1400 витков с отводом от середины. Мощный автотрансформатор Т2 — готовый от промышленного стабилизатора VOTO 5000 Вт. Отмотав вторичную обмотку и часть первичной, я сделал новые отводы, считая от начала обмотки (вывода 7): вывод 6 от 215-го витка (150 В), вывод 5 от 236-го витка (165 В), вывод4 от 257-го витка (180 В), вывод 3 от 286-го витка (200 В), вывод 2 от 314-го витка (220 В). Вся обмотка (выводы 1—7) имеет 350 витков (245 В).

Постоянные резисторы — С2-23 и ОМЛТ, подстроечный резистор R2 — С5-2ВБ. Конденсаторы С1 —СЗ— К50-35, К50-20. Диоды (VD1, VD2) можно заменить на — , КД243Б— КД243Ж.

Микросхему можно заменить отечественными аналогами КР1157ЕН12А, КР1157ЕН12Б.

Налаживание выполняют с помощью ЛАТРа. Вначале устанавливают пороги переключения. Для достижения более высокой точности установки резисторы R17—R23, создающие гистерезис, не устанавливают. Мощный автотрансформатор Т2 не подключают. Устройство подключают к сети через ЛАТР. На выходе ЛАТРа устанавливают напряжение 270 В. Перемещают движок подстроечного резистора R2 снизу вверх по схеме до включения светодиода HL8. Далее на выходе ЛАТРа устанавливают напряжение 135 В. Подбирают резистор R5 так, чтобы напряжение на инвертирующем входе (вывод 2) ОУ DA2.1 было равно напряжению на его неинвертирующем входе (вывод 3). Затем последовательно подбирают резисторы R6…R10, устанавливая пороги переключения 155 В, 170 В, 185 В, 205 В, 235 В, сверяя логические уровни с таблицей. После этого устанавливают резисторы R17— R23. В случае необходимости подбирают их сопротивления, устанавливая необходимую ширину петли гистерезиса. Чем больше сопротивление, тем меньше ширина петли. Установив пороги переключения, подключают мощный автотрансформатор Т2, а к нему нагрузку, например, лампу накаливания мощностью 100…200 Вт. Проверяют пороги переключения и измеряют напряжение на нагрузке. После налаживания светодиоды HL2—HL7 можно удалить, заменив их перемычками.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Годин А. Стабилизатор переменного напряжения. - Радио, 2005, № 8.
2. Озолин М. Усовершенствованный блок управления стабилизатора переменного напряжения. - Радио, 2006, № 7.

Отличие подаваемого напряжения от эталонных 220 В может быть обусловлено как качеством трансформаторов и проводов, так и удаленностью потребителя от распределяющего устройства. Также одним из важных факторов, влияющих на стабильность напряжения, является физический износ, и перегрузка линий электропередач. Все это приводит к просадкам и скачкам вольтажа, что отрицательно сказывается на всех без исключения электроприборах.

Стабилизаторы напряжения на 220 В решают эту проблему. Схема подобных устройств позволяет сглаживать скачки в сети, и получать на выходе стабильные 220 Вольт с небольшой допустимой погрешностью. При этом не обязательно покупать такой аппарат – при желании и минимальных знаниях схемотехники его можно собрать своими руками в домашних условиях.

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 , 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.

Схема стабилизатора напряжения на 220 В

В схеме, которую мы рассмотрим как пример создания стабилизатора своими руками, используются симисторы. Благодаря хорошо подобранной элементной базе, этот прибор сможет обеспечивать стабильные показатели при подаче на него от 130 до 270 В, и будет выдерживать подключение к нему нагрузки до 6 кВт. Но самое главное – скорость срабатывания – около 10 мс! Вот сама схема будущего стабилизатора напряжения на 220 В:

Не смотря на кажущуюся сложность схемы стабилизатора напряжения на 220 В, в производстве подобного прибора своими руками проблем возникнуть не должно, если вы обладаете хотя бы начальными знаниями в электрике. Итак, список комплектующих, необходимых для успешной сборки:

• Блок питания;
• Выпрямитель (корректирующий амплитуду напряжения);
• Контроллер и компаратор;
• Усилительный каскад;
• Устройство задержки включения нагрузки;
• Автоматический трансформатор;
• Ключи;
• Выключатель с функцией предохранителя.

Также будут необходимы провода для соединения элементов и намотки трансформаторов, печатная плата для сборки схемы, а из инструментов – паяльник, припой и пинцет.

Процесс изготовления стабилизатора на 220 В своими руками

Для начала нужно взять подходящий по размерам (примерно 120×90 мм) кусок фольгированного текстолита для изготовления печатной платы. Саму схему можно перенести на плоскость при помощи утюга и распечатанной на бумаге принципиальной схемы:

Получив необходимую архитектуру, можно приступать к намотке трансформаторов (можно купить и готовые ТПК-2-2, на 12В и соединить их последовательно, но можно изготовить самостоятельно). Для намотки каждого транса потребуется магнитопровод сечением 1.87 см 2 и три провода. Первая обмотка – 8669 витков провода сечением 0.064 мм. Две другие обмотки выполняются уже проводом с площадью сечения 0.185 мм, и каждая из них будет содержать по 522 витка.

Второй трансформатор отличается – он собирается на тороидальном магнитопроводе, но количество витков уже будет 455. Второй трансформаторный блок должен содержать 7 отводов, и если для первых трех достаточно провода 3мм 2 , то для остальных необходимо применять шину с площадью сечения не менее 18 мм 2 . Это позволит избежать нагревания при работе устройства, и повысит общую безопасность.

После сборки трансформаторов, их необходимо соединить последовательно согласно схеме, приведенной ниже:

Остальные комплектующие для сборки нужно покупать. Приобретя все необходимое, можно приступать к сборке прибора согласно принципиальной электрической схеме. Важно помнить, что микросхема контроллера и симисторы необходимо монтировать на охлаждающем радиаторе с применением термопроводящей пасты или клея.

Собрав все элементы воедино, вы получите надежный и качественный прибор с характеристиками, которые удовлетворят все бытовые потребности обычного жилого дома.

Если же подобная схема для вас сложна – лучше выбрать иной вариант самодельного стабилизатора, к примеру – релейный тип. Схема такого стабилизатора на 220 В не такая сложная, как у симисторного варианта, и ее обычно приводят как пример во всех журналах для радиолюбителей:

Схема проста, и содержит в себе 3 блока стабилизации, с разным порогом напряжения. Каждый из них состоит из стабилитрона и резисторов. Кроме блоков, в схеме есть два транзисторных ключа, управляющих электромагнитными реле. Благодаря простоте и относительной надежности, такой прибор станет отличной альтернативой более сложным устройствам.

Плюсы и минусы самодельного стабилизатора

Среди положительных моментов такого аппарата стоит отметить:

• Довольно высокие показатели стабилизации, достаточные для бытовых нужд;
• Низкая цена в сравнении с фабричными устройствами;
• Доступность самостоятельного ремонта.

Однако помимо достоинств, такой стабилизатор будет обладать и рядом недостатков:

• Сборка своими руками уступает по качеству фабричной (пайка, намотка трансформаторов и т.д.);
• Сложная и кропотливая настройка готового прибора;
• Отсутствие возможности получить точные данные стабилизации ввиду отсутствия специального оборудования.

В заключении хотелось бы сказать, что при отсутствии хотя бы начальных навыков в схемотехнике и опыта пайки радиодеталей, браться за сборку такого устройства не стоит, так как это ответственный и важный узел в электросети дома, от которого зависит сохранность всех электроприборов.

Основные данные по конструкции стабилизатора напряжения есть в этом видео :

Напряжение электросети у потребителей значительно отличается в связи с потерями в линии. Снижение напряжения может достигать значительных величин и вызвать сбой в работе приборов и устройств. Особенно страдают от нестандартного напряжения бытовые приборы оснащённые электродвигателями: холодильники, стиральные машины, пылесосы, водяные насосы и электроинструмент.

Повышенное напряжение электросети ведёт к интенсивному нагреву обмоток электродвигателя и износу коллектора, пробою изоляции. Пониженное напряжение оказывает не лучшее влияние: не запускаются электродвигатели или включаются рывками, что приводит к преждевременному износу пускорегулирующей аппаратуры.

Выход из создавшего положения довольно прост - установить вольтодобавочный трансформатор, суммарное напряжение вторичной обмотки и электросети станет близким к стандартному напряжению питания. Отрицательного влияния на электросеть такое устройство не оказывает. Наличие устройства поддержания напряжения электросети позволяет защитить электроприборы как от повышенного, так и от пониженного значения.

В данном устройстве силовой трансформатор небольшой мощности используется для увеличения напряжения при неизменной мощности потребления. В реальном устройстве достаточно несколько увеличить напряжение электросети вольтодобавкой, а затем стабилизировать. Разница входного и выходного напряжения используется на компенсацию при пониженном напряжении, повышенное напряжение сети снижается транзисторным регулятором.

Характеристики прибора:
Напряжение электросети 160-250 Вольт.
Вторичное напряжение 220 Вольт.
Мощность нагрузки до 2000 Ватт.
Ток нагрузки до 5 Ампер.
Вес 2кг.

Цена прибора в основном состоит из цены силового трансформатора типа ТС180-ТС320 от старых телевизоров и не превышает 500 рублей. Хорошо зарекомендовали трансформаторы типа ТН или ТПП с током вторичных обмоток в 6-8 Ампер при общем напряжении вторичных обмоток 24-36 Вольт. Схема устройства стабилизации напряжения состоит: из силового трансформатора T1, мощного диодного моста VD1 силовой цепи и ключевого транзистора VT1.

Цепи отслеживания напряжения ошибки состоят из диодного моста VD2 и усилителя ошибки на параллельном стабилизаторе DA1.

Повышение напряжения в сети приводит к увеличению напряжения во вторичной обмотке силового трансформатора 3Т1,напряжение на конденсаторе С3 увеличивается, что приводит к открыванию параллельного стабилизатора DA1 и шунтированию напряжения на резисторе R7.Напряжение на затворе полевого транзистора VT1 падает и приводит к его закрытию, что ограничивает вторичное напряжение на клеммах ХТ3, ХТ4.

Пониженное напряжение электросети приводит к обратному процессу - снижению напряжения на вторичных обмотках трансформатора, закрытию параллельного стабилизатора на м/с DA1 и открытию полевого транзистора VT1, что приводит к увеличению напряжения на вторичных обмотках.

Наладка схемы заключается в установке пределов стабилизации выходного напряжения. После включения (желательно на активную нагрузку в виде настольной лампы) резистором R5 выставляется выходное напряжение 225 вольт, подключив более мощную нагрузку в 1-1,5 квт (с соблюдение техники безопасности) - подкорректировать в пределах 220 Вольт.

Через 5-10 минут работы устройство и нагрузку отключить от электросети, проверить тепловые режимы всех радиодеталей, они не должны быть горячими, в ином случае увеличить радиатор ключевого транзистора.

Ввиду разброса усиления мощного полевого транзистора N-типа, начальное смещение можно подкорректировать подбором сопротивления резистора R4 -тока затвора. Транзистор закрепить на радиаторе 50*50*20мм через слюдяную прокладку.

Печатный монтаж схемы и трансформатор установлены в подходящем корпусе размеры которого зависят от габаритов трансформатора Т1. Индикатор работы устройства HL1 и выключатель сети SA1 с предохранителями FU1, FU2 - расположены сверху и сбоку корпуса.

При использовании металлического корпуса применить сетевую вилку с заземляющим ножом, вывод которого подключить к корпусу.

Радиодетали устройства в основном заводского исполнения, трансформатор используется без переделки: вторичная обмотка 2Т1 состоит из двух параллельных обмоток на 36 вольт, третья обмотка 3Т1 напряжением 6,3 вольта. Резисторы типа МЛТ или С29 .Подстроечные типа СП или СПО.

Силовые провода, обозначенные на схеме более толстыми линиями выполнить многожильным проводом сечением не менее 4мм., остальные соединения 0,5 мм.

Список радиоэлементов

Напряжение сети, особенно в сельской местности, нередко выходит за пределы, допустимые для питаемой аппаратуры, что приводит к ее выходу из строя.

Избежать столь неприятных последствий возможно с помощью стабилизатора, который поддерживает выходное напряжение в необходимых пределах для нагрузки, а если это невозможно - отключает ее.

Предлагаемое устройство относится к весьма перспективным конструкциям, в которых нагрузка автоматически подключается к соответствующему отводу обмотки автотрансформатора в зависимости от текущего значения напряжения сети.

Годин А.В. Стабилизатор переменного напряжения

Журнал «РАДИО». 2005. №08 (с.33-36)
Журнал «РАДИО». 2005. №12 (с.45)
Журнал «РАДИО». 2006. №04 (с.33)

Из-за нестабильности напряжения в сети в Подмосковье вышел из строя холодильник. Проверка напряжения в течение дня выявила его изменения от 150 до 250 В. Как следствие, занялся вопросом приобретения стабилизатора. Знакомство с ценами на готовые изделия повергло в шок. Стал искать схемы в литературе и Интернет.

Почти подходящий по параметрам стабилизатор с микроконтроллерным управлением описан в . Но его выходная мощность недостаточно высока, переключение нагрузки зависит не только от амплитуды, но и от частоты напряжения сети. Поэтому было решено создать собственную конструкцию стабилизатора, не обладающую этими недостатками.

В предлагаемом стабилизаторе не использован микроконтроллер, что делает его доступным для повторения более широкому кругу радиолюбителей. Нечувствительность к частоте напряжения сети позволяет его использовать в полевых условиях, когда источником электроэнергии является автономный дизель-генератор.

Основные технические характеристики

Входное напряжение, В: 130…270
Выходное напряжение, В: 205…230
Максимальная мощность нагрузки, кВт: 6
Время переключения (отключения) нагрузки, мс: 10

Устройство содержит следующие узлы: Блок питания на элементах T1, VD1, DA1, C2, C5. Узел задержки включения нагрузки C1, VT1-VT3, R1-R5. Выпрямитель для измерения амплитуды напряжения сети VD2, C2 с делителем R13, R14 и стабилитроном VD3. Компаратор напряжения DA2, DA3, R15-R39. Логический контроллер на микросхемах DD1-DD5. Усилители на транзисторах VT4-VT12 с токоограничительными резисторами R40-R48. Индикаторные светодиоды HL1-HL9, семь оптронных ключей, содержащих оптосимисторы U1-U7, резисторы R6-R12, симисторы VS1-VS7. Напряжение сети подключено к соответствующему отводу обмотки автотрансформатора T2 через автоматический выключатель-предохранитель QF1. Нагрузка подключена к автотрансформатору T2 через открытый симистор (один из VS1-VS7).

Стабилизатор работает следующим образом. После включения питания конденсатор C1 разряжен, транзистор VT1 закрыт, а VT2 открыт. Транзистор VT3 закрыт, а так как ток через светодиоды, в том числе входящие в состав симисторных оптронов U1-U7, может протекать только через этот транзистор, то ни один светодиод не горит, все симисторы закрыты, нагрузка отключена. Напряжение на конденсаторе C1 возрастает по мере его зарядки от источника питания через резистор R1. По окончании трехсекундного интервала задержки, необходимого для завершения переходных процессов, срабатывает триггер Шмидта на транзисторах VT1 и VT2, транзистор VT3 открывается и разрешает включение нагрузки.

Напряжение с обмотки III трансформатора T1 выпрямляется элементами VD2C2 и поступает на делитель R13, R14. Напряжение на движке подстроечного резистора R14, пропорциональное напряжению сети, поступает на неинвертирующие входы восьми компараторов (микросхемы DA2,DA3). На инвертирующие входы этих компараторов поступают постоянные образцовые напряжения с резисторного делителя R15-R23. Сигналы с выходов компараторов обрабатывает контроллер на логических элементах «исключающее ИЛИ» (микросхемы DD1-DD5). На линии групповой связи рис. выходы компараторов DA2.1-DA2.4 и DA3.1-DA2.3 обозначены цифрами 1-7, а выходы контроллера - буквами A-H. Выход компаратора DA3.4 не входит в линию групповой связи.

Если напряжение сети меньше 130 В, на выходах всех компараторов и выходах контроллера низкий логический уровень. Транзистор VT4 открыт, включен мигающий светодиод HL1, индицирующий чрезмерно низкое напряжение сети, при котором стабилизатор не может обеспечить питание нагрузки. Все остальные светодиоды погашены, симисторы закрыты, нагрузка отключена.

Если напряжение сети меньше 150 В, но больше 130 В, логический уровень сигналов 1 и A высокий, остальных - низкий. Транзистор VT5 открыт, горят светодиоды HL2 и U1.1, оптосимистор U1.2 открыт, нагрузка соединена с верхним по схеме выводом обмотки автотрансформатора T2 через открытый симистор VS1.

Если напряжение сети меньше 170 В, но больше 150 В, логический уровень сигналов 1, 2 и B высокий, остальных - низкий. Транзистор VT6 открыт, горят светодиоды HL3 и U2.1, оптосимистор U1.2 открыт, нагрузка соединена со вторым сверху по схеме выводом обмотки автотрансформатора T2 через открытый симистор VS2.

Остальные уровни напряжения сети, соответствующие переключению нагрузки на другой отвод обмотки автотрансформатора T2: 190, 210, 230 и 250 В.

Для предотвращения многократного переключения нагрузки, в случае, когда напряжение сети колеблется на пороговом уровне, введен гистерезис 2-3 В (запаздывание переключения компараторов) с помощью положительной обратной связи через R32-R39. Чем больше сопротивления этих резисторов, тем меньше гистерезис.

Если напряжение сети больше 270 В, на выходах всех компараторов и выходе H контроллера высокий логический уровень. На остальных выходах контроллера -низкий уровень. Транзистор VT12 открыт, включен мигающий светодиод HL9, индицирующий чрезмерно высокое напряжение сети, при котором стабилизатор не может обеспечить питание нагрузки. Все остальные светодиоды погашены, симисторы закрыты, нагрузка отключена.

Стабилизатор выдерживает неограниченное время аварийное повышение напряжения сети до 380 В. Надписи, индицируемые светодиодами, аналогичны описанным в .

Вариант с одним трансформатором питания

Конструкция и детали

Стабилизатор собран на печатной плате 90х115 мм из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.

Светодиоды HL1-HL9 смонтированы так, чтобы при установке печатной платы в корпус они попали в соответствующие отверстия на передней панели устройства.

В зависимости от конструкции корпуса, возможен вариант монтажа светодиодов со стороны печатных проводников. Номиналы токоограничительных резисторов R41-R47 выбраны так, чтобы ток протекающий через светодиоды симисторных оптронов U1.1-U7.1 был в пределах 15-16мА. Необязательно использовать мигающие светодиоды HL1 и HL9, но их свечение должно быть хорошо заметно, поэтому их можно заменить светодиодами непрерывного излучения красного цвета повышенной яркости, такими как АЛ307КМ или L1543SRC-Е .

Зарубежный диодный мост DF005M (VD1,VD2) можно заменить отечественным КЦ407А или любым с напряжением не менее 50В и током не менее 0,4А. Стабилитрон VD3 может быть любым маломощным, имеющим напряжение стабилизации 4,3…4,7 В.

Стабилизатор напряжения КР1158ЕН6А (DA1) может быть заменен на КР1158ЕН6Б . Микросхему счетверенного компаратора LM339N (DA2,DA3), можно заменить отечественным аналогом К1401СА1 . Микросхему КР1554ЛП5 (DD1-DD5), можно заменить аналогичной из серий КР1561 и КР561 или зарубежной 74AC86PC .

Cимисторные оптроны MOC3041 (U1-U7) можно заменить MOC3061 .

Подстроечные резисторы R14, R15 и R23 проволочные многооборотные СП5-2 или СП5-3 . Постоянные резисторы R16-R22 C2-23 с допуском не ниже 1%, остальные могут быть любыми с допуском 5%, имеющие мощность рассеяния не ниже указанной на схеме. Оксидные конденсаторы C1-C3, C5 могут быть любыми, с емкостью, указанной на схеме, и напряжением не ниже для них указанных. Остальные конденсаторы C4, C6-C8 - любые пленочные или керамические.

Импортные симисторные оптроны MOC3041 (U1-U7) выбраны потому, что они содержат встроенные контроллеры перехода напряжения через ноль. Это необходимо для синхронизации выключения одного мощного симистора и включения другого, чтобы предотвратить замыкания обмоток автотрансформатора.

Мощные симисторы VS1-VS7 также зарубежные BTA41-800B , так как отечественные той же мощности требуют слишком большой ток управления, который превышает предельно допустимый ток оптосимисторов 120мА. Все симисторы VS1-VS7 установлены на одном теплоотводе с площадью охлаждающей поверхности не менее 1600 см2.

Микросхему стабилизатора КР1158ЕН6А (DA1) необходимо установить на теплоотвод, изготовленный из отрезка аллюминиевой пластины или П-образного профиля с площадью поверхности не менее 15 см2.

Трансформатор T1 самодельный, рассчитанный на габаритную мощность 3 Вт, имеющий площадь сечения магнитопровода 1,87 см2. Его сетевая обмотка I, рассчитана на максимальное аварийное напряжение сети 380 В, содержит 8669 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,064 мм. Обмотки II и III содержат по 522 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,185 мм.

Вариант с двумя трансформаторами питания

При номинальном напряжении сети 220 В напряжение каждой выходной обмотки должно составлять 12 В. Вместо самодельного трансформатор T1 можно применить два трансформатора ТПК-2-2×12В , соединенных последовательно по способу, описанному в как показано на рис.

Файл печати устройства PechatStab-2.lay (вариант с двумя трансформаторами ТПК-2-2×12В ) выполнен с помощью программы Sprint Layout 4.0 , которая позволяет выводить рисунок на печать в зеркальном отображении и очень удобна для изготовления печатных плат при помощи лазерного принтера и утюга. Ее можно скачать здесь.

Силовой трансформатор

Трансформатор T2 на 6 кВт, также самодельный, намотанный на тороидальном магнитопроводе габаритной мощностью 3-4 кВт, способом, описанным в . Его обмотка содержит 455 витков провода ПЭВ-2.

Отводы 1,2,3 мотаются проводом диаметром 3 мм. Отводы 4,5,6,7 мотаются шиной сечением 18,0 мм2 (2мм на 9 мм). Такое сечение необходимо, для того чтобы автотрансформатор не грелся в процессе длительной эксплуатации.

Отводы сделаны от 203, 232, 266, 305, 348 и 398-го витка, считая от нижнего по схеме вывода. Напряжение сети подается на отвод 266-го витка.

Если мощность нагрузки не превышает 2,2 кВт, то автотрансформатор T2 может быть намотан на статоре электродвигателя мощностью 1,5 кВт проводом ПЭВ-2. Отводы 1,2,3 мотаются проводом диаметром 2 мм. Отводы 4,5,6,7 мотаются проводом диаметром 3 мм

Число витков обмотки следует пропорционально увеличить в 1,3 раза. Ток срабатывания выключателя-предохранителя QF1 должен быть снижен до 20 А. Перед нагрузкой желательно поставить дополнительный автомат на 10А

При изготовлении автотрансформатора, при неизвестном значении магнитной проницаемости Вмах сердечника, для того, что бы не ошибиться в выборе отношения витков на вольт, необходимо провести практическое исследование статора (см. раздел ниже).

В общем архиве есть программа для расчета отводов автотрансформатора по своим габаритным размерам статора при известном значении магнитной проницаемости Вмах сердечника.

Если мощность нагрузки не превышает 3 кВт, то автотрансформатор T2 может быть намотан на статоре электродвигателя мощностью 4 кВт проводом ПЭВ-2 диаметром 2,8 мм (сечение 6,1 мм2) Число витков обмотки следует пропорционально увеличить в 1,2 раз. Ток срабатывания выключателя-предохранителя QF1 должен быть снижен до 16 А. Можно применить симисторы VS1-VS7 BTA140-800, размещенные на теплоотводе площадью не менее 800 см2.

Настройка

Налаживание осуществляется с помощью ЛАТР -а и двух вольтметров. Необходимо установить пороги переключения нагрузки и убедиться в том, что выходное напряжение стабилизатора находится в допустимых пределах для питаемой аппаратуры.

Обозначим U1, U2, U3, U4, U5, U6, U7 - значения напряжения на движке подстроечного резистора R14, соответствующие напряжению сети 130, 150, 170, 190, 210, 230, 250, 270 В (пороги переключения и отключения нагрузки).

Вместо подстроечных резисторов R15 и R23 временно монтируют постоянные резисторы сопротивлением 10 кОм.

Далее стабилизатор без автотрансформатора T2 включают в сеть через ЛАТР . На выходе ЛАТР -а повышают напряжение до 250 В, затем движком подстроечного резистора R14 устанавливают напряжение U6 равное 3,5 В, измеряя его цифровым вольтметром. После этого понижают напряжение ЛАТР -а до 130 В и измеряют напряжение U1. Пусть, например, оно равно 1,6 В.

Вычисляют шаг изменения напряжения:

∆U=(U6 – U1)/6=(3,5-1,6)/6=0,3166 В ,
ток, текущий через делитель R15-R23
I=∆U/R16=0,3166/2=0,1583 мА

Вычисляют сопротивления резисторов R15 и R23:

R15= U1/I=1,6/0,1583=10,107 кОм,
R23= (Uпит – U6 –∆U)/I=(6–3,5–0,3166)/0,1588=13,792 кОм , где Uпит - напряжение стабилизации микросхемы DA1. Расчет приближенный, так как в нем не учтено влияние резисторов R32-R39, однако его точность достаточна для практической настройки стабилизатора.

Программу для расчета R8,R16 и граничных напряжений переключения можно скачать во вложениях.

Далее устройство отключают от сети и с помощью цифрового вольтметра устанавливают сопротивления резисторов R15 и R23, равные вычисленным значениям и монтируют их на плату вместо постоянных резисторов, упомянутых выше. Снова включают стабилизатор и отслеживают переключение светодиодов, плавно увеличивая напряжения ЛАТР -а от минимального до максимального и обратно. Одновременное свечение двух и более светодиодов указывает на неисправность одной из микросхем DA2, DA3, DD1-DD5. Неисправная микросхема должна быть заменена, поэтому удобнее установить на плате не сами микросхемы, а панели для них.

Убедившись в исправности микросхем, подключают автотрансформатор T2 и нагрузку - лампу накаливания мощностью 100…200 Вт. Снова измеряют пороги переключения и напряжения U1-U7. Для проверки правильности расчетов, меняя ЛАТР -ом входное на Т1 необходимо убедиться в мигании светодиода HL1 при напряжении ниже 130 В, последовательном включении светодиодов HL2 - HL8 при пересечении порогов переключения, указанных выше, а также мигании HL9 при напряжении выше 270 в.

Если максимальное напряжение ЛАТР -а меньше 270 В, устанавливают на его выходе 250 В, вычисляют напряжение U7 по формуле: U7=U6+∆U=3,82 В. Перемещают движок R14 вверх, проверяют, что при напряжении U7 происходит отключение нагрузки, после чего возвращают движок R14 вниз, устанавливая прежнее значение U6, равное 3,5 В.

Завершить налаживание стабилизатора желательно его подключением к напряжению 380 В на несколько часов.

За время эксплуатации нескольких экземпляров стабилизаторов разной мощности (примерно полгода) не было сбоев и отказов в их работе. Не было неисправностей питаемой через них аппаратуры по причине нестабильного напряжения сети.

Литература

1. Коряков С. Стабилизатор сетевого напряжения с микроконтроллерным управлением. - Радио, 2002, №8, с. 26-29.
2. Копанев В. Защита трансформатора от повышенного напряжения сети. - Радио, 1997, №2 с.46.
3. Андреев В. Изготовление трансформаторов. - Радио, 2002, №7, с.58
4. http://rexmill.ucoz.ru/forum/50-152-1

Расчет автотрансформаторa

Вам удалось достать статор из двигателя, но Вы не знаете, из какого материала он выполнен. Вообще при расчете сердечников мощностью выше 1 кВт часто возникают проблемы с исходными данными. Можно легко избежать проблем, если провести исследования имеющегося у Вас сердечника. Сделать это очень просто.

Подготавливаем сердечник для намотки первичной обмотки: обрабатываем острые края, накладываем изолирующие прокладки (в моем случае на тороидальный сердечник я сделал накладки из картона). Теперь наматываем 50 витков провода диаметром 0.5-1 мм. Для измерений нам понадобится амперметр с пределом измерения примерно до 5 ампер, вольтметр переменного напряжения и ЛАТР .MS Excel

N/V= 50/((140-140*0.25) = 0,48 витков на вольт .

Число витков в отводах рассчитывается по средним напряжениям каждого из входных диапазонов контроллера и составит:

Отвод №1 – 128,5 В х 0,48 В = 62 Вит
Отвод №2 – 147 В х 0,48 В = 71 Вит
Отвод №3 – 168 В х 0,48 В = 81 Вит
Отвод №4 – 192 В х 0,48 В = 92 Вит
Отвод №5 – 220 В х 0,48 В = 106 Вит (с него же снимается напряжение на нагрузку)
Отвод №6 – 251,5 В х 0,48 В = 121 Вит
Отвод №7 – 287,5 В х 0,48 В = 138 Вит (полное количество витков автотрансформатора)

Вот и вся проблема!

Модернизация

Понравилось это.