Андрей Смирнов
Время чтения: ~15 мин.
Просмотров: 1

Релейный стабилизатор напряжения

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.

Оценка подавления высоких частот в линейном стабилизаторе

Описанное устройство (рис. 5) упрощает оценку подавления высоких частот в линейном стабилизаторе. Осциллограмма B (рис. 7) показывает реакцию стабилизатора LT1763 3V (рис. 5) на пульсации или выбросы с осциллограммы A при входной емкости 1 мкФ и выходной емкости 10 мкФ. Пульсации на выходе стабилизатора ослаблены примерно в 20 раз. Выбросы на выходе до некоторой степени ослаблены, но их гармонический состав остается значительным. Стабилизатор не увеличивает время нарастания выбросов. Эту работу должен выполнять конденсатор. К сожалению, неотъемлемые высокочастотные потери не позволяют конденсатору фильтровать широкополосные выбросы. На осциллограмме B видно, что время нарастания выбросов не изменяется. Увеличение емкости конденсатора на него не влияет. Содержимое осциллограмм на рис. 8 аналогично рис. 7, но емкость выходного конденсатора составляет 33 мкФ. Это дает пятикратное ослабление пульсаций, но почти не влияет на амплитуду выбросов.

Рис. 7. Пульсации на входе (осциллограмма А) и выходе (осциллограмма В) линейного стабилизатора и размер выбросов от переключений

Рис. 8. Осциллограммы, аналогичные рис. 7, но при условии, что входная емкость равна 1 мкФ, а выходная — 33 мкФ

Рис. 9 представляет собой растянутую по времени и амплитуде осциллограмму B с рис. 8. Он позволяет подробно изучить характеристики выбросов для их исследования и оптимизации. На рис. 10 показано влияние ферритовой бусины, установленной непосредственно перед входным конденсатором. Амплитуда выбросов падает примерно в пять раз. Бусина обеспечивает ослабление на высокой частоте, значительно ограничивая прохождение выбросов. Постоянная составляющая и низкочастотные составляющие на входе стабилизатора не изменяются. На рис. 11 приводится результат установки второй ферритовой бусины на выходе стабилизатора перед выходным конденсатором. Благодаря высокочастотным характеристикам бусины ослабление выбросов ниже 1 мВ без влияния на постоянную составляющую на выходе стабилизатора. Иногда можно использовать вместо бусины катушку индуктивности, но при этом нужно учитывать присущие ей ограничения (см. врезку «Использование катушек индуктивности в качестве высокочастотных фильтров»).

Рис. 12 представляет собой версию рис. 11 при увеличенном усилении. Амплитуда выбросов составляет 900 мкВ — почти в 20 раз меньше, чем без ферритовых бусин. Для проведения измерений необходимо убедиться, что синфазная составляющая или «земляные» контуры не влияют на результат. Для этого щуп осциллографа заземляется вблизи точки измерения. На рис. 13 видно практическое отсутствие сигнала, имеющегося на рис. 12. Точные широкополосные измерения при субмилливольтовых сигналах требуют выполнения специальных условий (см. врезку «Техника измерений субмилливольтовых широкополосных сигналов», а также ).

Стандартные напряжения стабилитронов

В продаже представлены стабилитроны с характеристическим напряжением от чуть более 1 В до нескольких сотен вольт. Для каждого значения напряжения обычно доступно одно или несколько значений мощности в диапазоне от чуть менее 0,5 Вт до более 5 Вт. Среди наиболее распространенных семейств стабилитронов — серия маломощных BZX55 с напряжением VZ от 2,4 В до 75 В и максимальной рассеиваемой мощностью до 500 мВт. Семейство силовых стабилитронов BZX85 также широко используется с напряжением VZ от 2,7 до 100 В и максимальной рассеиваемой мощностью до 1300 мВт. Про отечественные Д814 и Д815 говорить смысла нет, так как они уже сошли с радиолюбительской сцены.

Схема подключения

Рассмотрим работу стабилитрона на примере схемы параметрического стабилизатора. Это типовая схема. Приведем формулы для расчета стабилизатора.

Допустим, что имеется 15 Вольт, а на выходе необходимо получить 9 В. По таблице напряжений в справочнике подбираем стабилитрон Д810. Произведем расчет токоограничивающего резистора R1, согласно рисунку ниже. На нем показан токоограничивающий резистор и схема включения. Режим регулирования напряжения отмечен на вольт-амперной характеристике 1,2.

Для того чтобы полупроводник не вышел из строя, необходимо учитывать ток стабилизации и ток нагрузки. Из справочника определяем ток стабилизации.

Он равен 5 мА. На рисунке снизу представлена часть справочника.

Предполагаем, что ток нагрузки равен 100 мА:

R1= (Uвх-Uст)/(Iн+Icт)= (15-9)/(0.1+0.005)=57.14 Ом.

Если нужен мощный стабилизатор, то стоит собирать схему из стабилитрона и транзистора.

Если необходимо изготовить стабилизатор на небольшое напряжение 0,2-1 В, для этого применяется стабистор. Он является разновидностью стабилитрона, но работает в прямой ветви ВАХ и включается в прямом направлении, в чем его уникальная особенность и заключается.

Аналогичным образом можно изготовить блок питания, где стабилизатор изготовлен из диодов. Как и стабистор их включают в прямом направлении. Нужное напряжение набирают прямыми падениями напряжений на диоде, для кремниевых диодов оно находится в пределах 0.5-0.7В. При отсутствии диодов, можно собрать стабилитрон из транзистора.

На нижеприведенном рисунке представлена схема на транзисторе.

Промышленность выпускает и управляемые стабилитроны. Или, точнее сказать, это микросхема — TL431. Это универсальная микросхема, позволяет регулировать напряжение в пределах от 2,5 до 36 вольт.

Регулировка осуществляется путем подбора делителя сопротивлений. На нижеприведенной схеме представлен стабилизатор на 5 вольт. Делитель собран на резисторах номиналом 2,2 К.

Специалист должен знать, как проверить мультиметром работоспособность стабилитрона. Сразу отметим, что проверить можно только однонаправленный элемент, сдвоенные (двунаправленные) такой проверке не подлежат. Если диод Зенера исправен, то при «прозвонке» тестером в одну сторону он будет показывать обрыв, а во вторую минимальное сопротивление. Неисправный звонится в обе стороны.

Принцип действия релейного стабилизатора напряжения

В первую очередь, в стабилизаторе замеряется входящее напряжение, далее, в зависимости от полученных результатов, с платы управления посылается сигнал на открытие того или иного реле, соответственно электрический ток с одной из отпаек автотрансформатора, уменьшенный или увеличенный до нужного значения, поступает на выводы стабилизатора, к потребителю.

В качестве примера работы стабилизатора, давайте примем, что каждый отвод автотрансформатора даёт +/- 15 Вольт изменения напряжения, работает это следующим образом:

— Если напряжение в сети 220В – оно сразу передаётся к потребителю, коэффициент трансформации при этом 1. Соответственно в пределах от 205В до 235В (220В +/-15В), напряжение на выход стабилизатора, будет передаваться без изменений.

— Как только входящее напряжение опускается до значения, меньшего чем 205 Вольт, задействуется первая вторичная обмотка автотрансформатора, с коэффициентом трансформации 1,075, тем самым на выходе снова получается 220 В (205*1,075). В этот момент отвечающее за этот отвод автотрансформатора рале замыкается, пуская ток на выходные контакты стабилизатора, а все другие размыкаются.

Далее, пока напряжение не упадет еще на 15В т.е. до 190В (205В-15В), будет продолжать действовать эта вторичная обмотка с тем же коэффициентом трансформации, таким образом, если в сети напряжение упадет до 196В (граница переключения на следующий режим), на выходе получается 211В (196*1,075).

— Когда входящее напряжение опускается ниже 190В, срабатывает очередное реле, а предыдущее размыкается, тем самым включается следующая вторичная обмотка автоматического трансформатора, с коэффициентом трансформации уже 1,15 и напряжение на выходе опять становится 220В (196*1.15) и так далее, каждые 15В переключается обмотка до, допустим, 145В – после чего стабилизатор уходит в защиту.

— Если же наоборот, напряжение в сети возрастает выше 235В, с помощью соответствующего реле задействуется понижающая вторичная обмотка, с коэффициентом трансформации 0,94 и опять же напряжение в сети выравнивается до требуемых 220В (235*0,94).

Думаю, теперь, принцип действия релейного стабилизатора вам понятен, теперь давайте рассмотрим какие у стабилизатора этого типа сильные и слабые стороны, в каких сферах его лучше всего применять.

Правила эксплуатации прибора

Если вы планируете выбрать релейный стабилизатор, тогда вам необходимо будет проводить его регулярное обслуживание. Проводить осмотр устройства необходимо каждый год

Во время проведения осмотра вам следует обратить внимание:

  • Уровень надежности всех соединений проводов.
  • Уровень циркуляции воздуха в работе системы.
  • Наличие всех повреждений.
  • Правильность работы измерительных приборов.

Если вы увидите ослабленные соединения или загрязненность, тогда вам необходимо будет отключить стабилизатор и устранить проблемы. Помещение, в котором установлен стабилизатор обязательно должно быть сухим. Влажность воздуха не должна превышать 80 процентов. Во время эксплуатации все вентиляционные отверстия должны быть открыты. Также вам обязательно необходимо выполнить заземление этого устройства.

Недостатки реле

Основной недостаток реле контроля – неспособность выравнивать напряжение. Например, предельные его значения составляют 190-240 В. Если в сети длительно подается напряжение 195 В, то именно оно и будет питать все электроприборы, что, несомненно, скажется на качестве работы видеотехники и накале ламп в осветительной аппаратуре. Такое явление характерно для сельской местности. На долговечность приборов может отразиться и длительная подача напряжения 235 В. Отключение электроэнергии произойдет только при выходе напряжения за предельные значения.

Отсутствие стабилизации напряжения особенно сильно сказывается там, где электрическая сеть далека от идеальной. Нередко его колебания считаются обычным явлением, а это приводит, в частности, к миганию ламп накаливания, что резко снижает их срок службы, влияет на качество освещения и даже на человеческую психику.

Отмечается и другой недостаток. Для обеспечения полной защиты требуется установка, как минимум, двух максимальных реле – минимального и максимального. Схему такого подключения может разработать только человек с соответствующими навыками, а значит, необходимо привлекать специалиста.

Наконец, надежность работы всей бытовой техники в доме существенно зависит от правильности настройки реле контроля. Далеко не всякие скачки напряжения способны существенно повлиять на работу бытовой техники, а вот частое отключение электричества не пройдет незаметно. Пределы лучше устанавливать после консультации со специалистом и с учетом наличия конкретных приборов в доме.

Watch this video on YouTube

Watch this video on YouTube

Поэтапность изготовления

Согласно подробной инструкции, как смонтировать стабилизатор, прежде всего, следует подготовить требуемого размера плату печатную. Создаётся она из стеклотекстолита специального фольгированного. Микросхема расположения элементов может быть в напечатанном формате, либо перенесённой на плату посредством утюга.

Затем схемой создания простого стабилизатора предусмотрена непосредственно сборка прибора. Для данного элемента понадобится магнитопровод, несколько кабелей. Один провод диаметром в 0,064 мм применяется для изготовления обмотки. Количество требуемых витков достигает 8669.

Остальные два провода используют для создания оставшихся обмоток, характеризующиеся в сравнении с первым вариантом диаметром в 0,185 мм. Число обустраиваемых витков для данных обмоток равно не менее 522.

При необходимости упростить поставленную задачу предпочтительно воспользоваться последовательно соединяющимися трансформаторами марки ТПК-2-2 12В.

К тому же пошаговым собственноручным изготовлением стабилизатора во втором приборе следует произвести 7 отводов. При этом для нескольких трёх применяется провод 3 мм в диаметре, для других используются шины 18 мм2 сечением. Это даст возможность исключить нежелательное нагревание устройства во время рабочего процесса.

Остальные элементы следует покупать в специализированной торговой точке. Как только всё нужное закуплено, следует собрать прибор.

Работы следует начинать с установки необходимой микросхемы, которая выступает в качестве контроллёра на обустраиваемый теплоотвод, производимый из платины. Помимо этого на него устанавливаются симисторы. Затем на плату монтируются светодиоды мигающие.

Если создание приборов симисторного для вас является сложной задачей, то рекомендуется остановиться на линейном варианте, характеризующемся подобными свойствами.

Выбор производителя и цены

Самое непростое — выбрать производителя. Стазу стоит сказать, что китайские агрегаты лучше не рассматривать. Даже с теми, которые китайские только наполовину (с вынесенным в поднебесную производством и головным офисом в другой стране) надо быть очень аккуратными. Качество не всегда стабильно.

Советы по выбору стабилизатора

Если вам не важна внешняя составляющая, обратите внимание на стабилизаторы российского или белорусского производства. Это Штиль и Лидер

Вполне приличные агрегаты, с не очень хорошим дизайном, но со стабильным качеством.

Если вам нужна идеальная аппаратура, ищите итальянские ORTEA. У них и качество сборки, и внешний вид на высоте. Также неплохие отзывы у РЕСАНТА. Их товар оценивают на 4-4,5 по пятибалльной шкале.

Несколько примеров стабилизаторов разного типа мощностью 10-10,5 кВт с характеристиками и ценами приведены в таблице. Смотрите сами.

Название ТипРабочее входное напряжение Точность стабилизацииТип размещения Цена Оценка пользователей по 5-балльной шкалеПримечания
RUCELF SRWII-12000-Lрелейный140-260 В3,5%настенный270$4,0
RUCELF SRFII-12000-Lрелейный 140-260 В3,5%напольное270$5,0
Энергия Hybrid СНВТ-10000/1гибридный144-256 В3%напольное300$4,0на выходе идеальная синусоида, защита от короткого замыкания, от перегрева, от повышенного напряжения, от помех
Энергия Voltron PCH-15000релейный100-260 В10%напольное300$4,0
RUCELF SDWII-12000-Lэлектромеханический 140-260 В1,5%настенное330$4,5
РЕСАНТА ACH-10000/1-ЭМэлектромеханический 140-260 В2%напольное220$5.0
РЕСАНТА LUX АСН-10000Н/1-Црелейный140-260 В8%настенное150$4,5синусоида без искажений
Защита
от короткого замыкания, от перегрева, от повышенного напряжения, от помех
РЕСАНТА ACH-10000/1-Црелейный140-260 В8%напольное170$4.0синусоида без искажений
Защита
от короткого замыкания, от перегрева, от повышенного напряжения, от помех
Otea Vega 10-15 / 7-20электронный187-253 В0,5%напольное1550$5,0
Штиль R 12000электронный155-255 В5%напольное 1030$4,5
Штиль R 12000Cэлектронный155-255 В5%напольное 1140$4.5
Энергия Classic 15000электронный125-254 В5%настенное830$4,5
Энергия Ultra 15000электронный138-250 В3%настенное950$4,5
СДП-1/1-10-220-Тэлектронный инверторный176-276 В1%напольное1040$5синусоида без искажений

Разброс цен поражает, но типы оборудования тут собраны самые разные — от бюджетных релейных и электромеханических до супер-надежных электронных.

Виды и типы стабилизаторов

В зависимости от того, для чего нужен стабилизатор напряжения, выбирают сетевой или магистральный. Первые используются для защиты одного прибора и подключаются к розетке. Вторые защищают все приборы дома, в том числе освещение, и подключены к автоматическому выключателю, установленному на вводе.

Стабилизаторы предназначены для понижения или повышения напряжения, в зависимости от его изменения на входе до величины 220—230 В на выходе. При выходе сетевого напряжения за пределы 140—260 В питание подключенных приборов отключается. Любой бытовой стабилизатор работает автоматически без участия человека.

Выбор стабилизатора напряжения для дома следует начинать с определения оптимального типа. Производители предлагают несколько типов, различающихся по принципу действия. Каждый из них имеет свои особенности и условия применения.

Электромеханический тип

В принципе это автотрансформатор, в котором перемещение токосъёмной щётки производится сервоприводом или электродвигателем через редуктор. Управление приводом производится электронной схемой, отслеживающей изменение напряжения на входе.

К достоинствам относятся:

  • достаточный в большинстве случаев диапазон регулирования (от 130 до 260 В);
  • отсутствие искажений формы напряжения на выходе;
  • способность выдерживать длительные перегрузки;
  • на качество работы не влияют помехи и искажения.

Недостатками считаются замедленность реагирования и шум, издаваемый при работе. Поскольку в конструкции применены подвижные элементы, требуется регулярное техобслуживание, которое проводят в мастерской или вызывают техника на дом.

Релейные и гибридные

В основу также заложен автотрансформатор, но изменение напряжения происходит за счёт переключения секций обмотки, осуществляемых с помощью реле (от 4 до 8 шт.). Реле управляются электронной схемой слежения.

Несмотря на ступенчатость регулировки, изменение напряжения не превышает допустимой нормы для электронных приборов, но лампы накаливания будут заметно мигать. Поскольку щелчки при срабатывании реле раздражают, лучше устанавливать такое устройство подальше от зон отдыха.

К достоинствам относится: высокое быстродействие, расширенная до 105 В зона реагирования, отсутствие техобслуживания и длительный, до 10 лет, срок службы. Стоят дороже электромеханических, но сохраняют работоспособность до -30⁰ C, что позволяет устанавливать их на улице. Без ущерба выдерживают перегрузку в 110% от номинала длительное время и кратковременную, до 4 секунд, 2-кратную.

Объединение электромеханического и релейного стабилизаторов позволило устранить присущие им недостатки и улучшить характеристики. В диапазоне от 105 до 280 В работает электромеханика, обеспечивая плавное и точное регулирование напряжения. При понижении до 140 В защита не будет срабатывать, а подключится релейный блок, способный обеспечить 220 В на выходе при напряжении сети до 105 В. Недостатком считается невозможность эксплуатации при температуре ниже +0⁰ C и напольная установка.

Электронные устройства

В этих стабилизаторах вместо реле используются тиристоры или симисторы, что позволяет сохранять на выходе нормальное напряжение при падении на входе до 60 В. Отсутствие подвижных элементов обеспечивает бесшумность работы и долгий срок службы, поэтому их используют даже в городских квартирах. Благодаря использованию большого количества элементов регулирования шаг регулирования меньше, чем у релейных аналогов. Основным недостатком является высокая стоимость.

К достоинствам относятся:

  • большой, начиная с 60 В, рабочий диапазон;
  • абсолютная бесшумность;
  • плавная регулировка;
  • высокая точность поддержания выходных параметров;
  • удобное настенное крепление;
  • расширенная гарантия до 3 лет.

Особенности установки и подключения

Как правило, подключение стабилизаторов не вызывает сложности, особенно сетевых и магистральных однофазных. Сетевые регуляторы подключаются к обычной розетке домашней сети. На их корпус выведены такие же розетки (одна, две или больше, в зависимости от мощности), к которым можно подключить любое устройство бытового уровня.

Магистральные стабилизаторы подключаются при помощи клеммной колодки на 5 выводов. Два — для проводов питающей сети, два — для ввода домашней сети и один для заземления (обязательно). При установке стабилизатора вблизи точки ввода кабельной линии в дом, подключить его можно самостоятельно. Но при этом следует отключить основной автоматический выключатель (рубильник). Под напряжением производить подключение крайне опасно и недопустимо по всем правилам техники безопасности.

Ставиться стабилизатор любой мощности после электросчетчика. Трехфазный стабилизатор оборудован колодкой с девятью выводами. Подключать его должен профессиональный электрик, при помощи специальных инструментов. Устанавливаются стабилизаторы на стене или на полу, в зависимости от мощности и варианта исполнения.

Как правило, их эксплуатация разрешается только при положительных температурах и нормальной влажности. При Т ≥ +40 С может сработать тепловая защита устройства, поэтому устанавливать стабилизатор следует вдали от отопительных приборов в местах, закрытых от попадания прямых солнечных лучей. 

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации