Как собрать стабилизатор напряжения своими руками. Схемы стабилизаторов напряжения своими руками Стабилизатор постоянного напряжения 220в схема

Электрическая сеть во многих наших домах не может похвастаться высоким качеством, в особенности это актуально для сельской местности, которая удалена от города. Поэтому нередко происходят перепады напряжения. Местные производители электрических приборов учитывают данное обстоятельство и предусматривают запас прочности. Но многие люди пользуются в основном заграничной техникой, для которой такие скачки губительны. В связи с чем необходимо пользоваться специальными устройствами. И не обязательно их покупать в магазинах, можно изготовить стабилизатор напряжения 220В своими руками по схеме. Задача эта не совсем сложная, если делать все по инструкции.

Только перед сборкой необходимо ознакомиться с существующими видами подобных устройств и узнать, каков их принцип действия.

Вынужденная мера

В идеале электросеть может работать эффективно при незначительных перепадах напряжения - не более 10%, как большую, так и в меньшую сторону от номинала 220В. Однако, как показывают реальные условия эксплуатации, изменения эти временами довольно значительны. А это уже грозит выходом из строя подключенных приборов.

И чтобы избежать таких неприятностей, создано такое устройство, как стабилизатор напряжения. И если ток выйдет за границы допустимого значения, устройство в автоматическом режиме обесточит подключенные электроприборы.

Чем еще может быть вызвана необходимость в таком устройстве и почему некоторые люди задумываются над изготовлением самодельного стабилизатора напряжения 220В по схеме? Наличие такого помощника оправдано в силу следующих возможностей:

• Бытовая техника гарантировано будет работать долгое время.
• Мониторинг напряжения электросети.
• Заданный уровень напряжения поддерживается автоматически.
• Перепады тока не сказываются на электроприборах.

Если в месте проживания такие электрические «аномалии» случаются часто, стоит задуматься над приобретением хорошего стабилизатора. В крайнем случае собрать его самостоятельно.

Разновидности стабилизаторов

Главная составляющая любого такого оберегающего электрического устройства - это его автотрансформатор регулируемого типа. В настоящее время многими производителями выпускается несколько видов приборов, у которых реализована своя технология стабилизации напряжения. К таковым относятся две основные схемы стабилизатора напряжения 220В для дома:

• Электромеханические.
• Электронные.

Существуют еще и феррорезонансные аналоги, которые в быту практически не используются, но о них будет сказано чуть позднее. Теперь же стоит перейти к описанию существующих моделей.

Электромеханические (сервоприводные) устройства

Регулировка напряжения электросети производится посредством ползунка, который передвигается по обмотке. Одновременно с этим задействуется разное количество витков. Все мы учились в школе, а некоторые может быть имели дело с реостатом на уроках физики.

По такому аналогичному принципу работает напряжения. Только перемещение ползунка осуществляется не вручную, а при помощи электродвигателя, называемого сервоприводом. Знать устройство этих приборов просто необходимо, если есть желание изготовить стабилизатор напряжения 220В своими руками по схеме.

Электромеханические устройства отличаются высокой надежностью, и обеспечивают плавную регулировку напряжения. Характерные преимущества:

• Стабилизаторы работают под любой нагрузкой.
• Ресурс существенно больше, чем у прочих аналогов.
• Доступная стоимость (вполовину ниже, чем у электронных приборов)

К сожалению, при всех достоинствах присутствуют и недостатки:

• В силу механического устройства задержка срабатывания очень заметна.
• В таких приборах применяются угольные контакты, которые подвержены естественному износу с течением времени.
• Присутствие шума при работе, хоть и его практически не слышно.
• Малый рабочий диапазон 140-260 В.

Стоит заметить, что в отличие от инверторного стабилизатора напряжения 220В (своими руками по схеме его можно изготовить вопреки кажущимся сложностям), здесь еще имеется трансформатор. А что касается принципа работы, то анализ напряжения производится электронным блоком управления. Если он заметит значительные отклонения от номинального значения, он посылает команду на перемещение ползунка.

Ток регулируется путем подключения большего количества витков трансформатора. На тот случай, если прибор не успевает своевременно среагировать на чрезмерное превышение напряжения, в устройстве стабилизатора предусмотрено реле.

Электронные стабилизаторы

Принцип действия электронных приборов устроен немного иначе. Здесь в основе лежат несколько схем:

• тиристорная или семисторная;
• релейная;
• инверторная.

Работают такие устройства бесшумно, за исключением релейных стабилизаторов. У них переключение режимов осуществляется при помощи силовых реле, которыми управляет электронный блок управления. Поскольку они механически разъединяют контакты, то во время эксплуатации таких приборов время от времени слышен шум. Для кого-то это может быть серьезным минусом.

Поэтому лучшим выбором будет приобретение или изготовление инверторного стабилизатора напряжения 220В своими руками, схему которого найти несложно.

Другие электронные аналоги имеют специальные ключи тиристоры и семисторы и поэтому работают они в бесшумном режиме. Также это позволяет стабилизаторам срабатывать практически мгновенно. Среди прочих достоинств можно выделить:

• отсутствие нагрева;
• рабочий диапазон составляет 85-305 В (у релейных приборах он равен 100-280 В);
• компактные габариты;
• низкая стоимость (опять-таки применимо к релейным стабилизаторам).

Общий недостаток электронных устройств заключается в ступенчатой схеме регулировки напряжение электросети. К тому же тиристорные приборы имеют самую высокую стоимость, но в то же время и отличаются весьма долгим сроком службы.

Инверторная технология

Отличительной особенностью таких устройств является отсутствие трансформатора в конструкции прибора. Однако регулировка напряжения осуществляется электронным способом, а поэтому он относится к предыдущему типу, но является как бы отдельным классом.

Если есть желание изготовить самодельный стабилизатор напряжения 220В, схему которого нетрудно достать, то лучше выбрать именно инверторную технологию. Ведь тут интересен сам принцип работы. Инверторные стабилизаторы оснащаются двойными фильтрами, что позволяет минимизировать отклонения напряжения от номинального значения в пределах 0,5%. Поступающий в устройство ток, преобразуется в постоянное напряжение, проходит через весь прибор, а перед выходом снова принимает прежнюю форму.

Феррорезонансные аналоги

Принцип действия феррорезонансных стабилизаторов основывается на эффекте магниторезонанса, возникающий в той системе с дросселями и конденсаторами. В работе они немного похожи на электромеханические устройства, только вместо ползунка здесь ферромагнитный сердечник, перемещающийся относительно катушек.

Подобная система отличается высокой надежностью, однако имеет большие размеры и издает много шума при работе. Также присутствует серьезный недостаток - функционируют такие приборы лишь под нагрузкой.

Если ранее такая схема сетевого стабилизатора напряжения 220В пользовалась популярностью, то теперь от нее лучше отказаться. К тому же здесь не исключены синусоидальные искажения. По этой причине для современных бытовых электрических приборов такой вариант не подходит. Но если в хозяйстве имеются мощные электродвигатели, ручные инструменты, сварочные аппараты, то такие стабилизаторы еще применимы.

Феррорезонансные стабилизаторы были широко распространены в быту 20 или 30 лет назад. В то время через них питались старые телевизоры, поскольку имели особую конструкцию, которая не позволяло безопасно использовать электросеть напрямую. Существуют современные модели этих стабилизаторов, которые лишены многих недостатков, но стоят они очень дорого.

Самодельный аппарат

А какую можно реализовать схему стабилизатора напряжения 220В своими руками? Самый простой вариант стабилизатора состоит из минимального количества комплектующих:

• трансформатор;
• конденсатор;
• диоды;
• резистор;
• провода (для соединения микросхем).

Используя простейшие навыки, собрать устройство не так сложно, как может показаться. Но при наличии старого сварочного аппарата все упрощается, поскольку он практически уже собран. Однако проблема в том, что не у каждого человека найдется такой сварочный аппарата, а поэтому лучше подыскать другой способ для самодельного устройства.

По этой причине рассмотрим, как можно изготовить некоторый аналог симисторного стабилизатора. Данный прибор будет рассчитан на входной рабочий диапазон 130-270 В, а на выход будет подаваться от 205 до 230 В. Большая разница входного тока это скорее плюс, а вот для выходного - это уже минус. Но для многих бытовых приборов эта разница допустима.

Что касается мощности, то схема 220В, своими руками изготавливаемого, допускает подключение электроприборов до 6 кВт. Переключение нагрузки производится в течение 10 миллисекунд.

Преимущества самодельного устройства

У стабилизатора, изготовленного самостоятельно, есть своим плюсы и минусы, о которых непременно следует знать. Главные преимущества:

• низкая стоимость;
• ремонтопригодность;
• самостоятельное проведение диагностики.

Самое очевидное достоинство заключается в невысокой себестоимости. Все детали нужно будет приобрести по отдельности, а это все равно несравнимо с готовыми стабилизаторами.

В случае выхода из строя какого-нибудь элемента приобретенного стабилизатора напряжения, вряд ли его можно заменить самому. В этом случае остается только вызывать мастера на дом или везти его в сервисный центр. Даже если имеются определенные знания в области электротехники, найти подходящую деталь не так просто. Совсем другое дело, если прибор был изготовлен собственноручно. Все детали уже знакомы и для покупки новой, достаточно наведаться в магазин.

Если кто-либо ранее уже собирал схему стабилизатора напряжения 220В 10кВт своими руками, значит, человек уже разбирается во многих тонкостях. Это значит, что выявить неисправность не составит особого труда.

Недостатки, которые следует учитывать

Теперь коснемся некоторых минусов. Кто и как бы себя ни нахваливал, он не сможет тягаться с настоящими профессионалами по электрической части. По этой простой причине надежность самодельного стабилизатора будет уступать фирменным аналогам. Обусловлено это тем, что на производстве используются высокоточные контрольно-измерительные приборы, которых нет у рядовых потребителей.

Другой момент - более широкий рабочий диапазон напряжения. Если у магазинного варианта он составляет от 215 до 220В, то у аппарата, созданного в домашних условиях, этот параметр будет превышен в 2 или даже 5 раз. А это уже критично для большого количества современной бытовой техники.

Комплектующие

Чтобы собрать по схеме электронный стабилизатор напряжения 220В своими руками, не обойтись без таких компонентов:

• блока питания;
• выпрямителя;
• компаратора;
• контроллера;
• усилителей;
• светодиодов;
• узла задержки;
• автотрансформатора;
• оптронных ключей;
• выключателя-предохранителя.

Также нужен будет паяльник и пинцет.

Особенности домашнего производства

Все элементы будут размещаться на печатной плате размером 115х90 мм. Для чего можно взять фольгированный стеклотекстолит. Схему расположения всех рабочих компонентов можно распечатать на лазерном принтере, а после перенести все, используя утюг. Сам пример ниже.

Теперь можно переходить к изготовлению трансформаторов. И здесь не все так просто. Всего нужно изготовить два элемента. Для первого нужно взять:

• магнитопровод с площадью сечения 187 мм 2 ;
• провода ПЭВ-2 в количестве трех штук.

Причем один из проводов должен быть толщиной 0,064 мм, а другой - 0,185 мм. Для начала создается первичная обмотка с количеством витков - 8669. У последующих обмоток витков поменьше - 522.

Электрическая схема стабилизатора напряжения 220В предусматривает наличие двух трансформаторов. Поэтому после сборки первого элемента стоит переходить к изготовлению второго. А для этого уже нужен тороидальный магнитопровод. Обмотка здесь также делается из провода ПЭВ-2, разве что число витков будет равным 455. Кроме того, от второго трансформатора должны исходит семь отводов. Для первых трех нужен провод диаметром 3 мм, а остальные 4 будут из шин сечением 18 мм². Благодаря этому трансформатора не будет нагреваться во время использования стабилизатора.

Задачу можно существенно упростить, если взять два уже готовых элемента ТПК-2-2 12В и соединить их последовательно. Все прочие необходимые детали нужно приобрести в магазине.

Сборочный процесс

Сборка стабилизатора начинается с установки микросхемы на теплоотвод. Это может быть алюминиевая пластина площадью не менее 15 см 2 , на которой также следует расположить симисторы. Для эффективной работы стабилизатора не обойтись без микроконтроллера, для чего можно использовать микросхему КР1554ЛП5.

Конечно, это не схема 220В, но для бытовых нужд такого прибора вполне достаточно. На следующем этапе нужно расположить светодиоды, причем брать нужно мигающие. Однако можно использовать и прочие, к примеру, АЛ307КМ либо L1543SRC-Е, у которых яркое красное свечение. Если по какой-нибудь причине не удастся расположить их как того требует схема, можно разместить их в любом удобном месте.

Если кто-либо увлекался подобными сборками ранее, то собрать собственный стабилизатор не составит большого труда. Это не только обогащение опыта, но и существенная экономия, поскольку несколько тысяч рублей останутся нетронутыми.

Необходимо правильно реализовать схему подключения И тут есть два способа:

1. После счетчика - подходит, когда нужно защитить всю электросеть квартиры или дома. Непосредственно на выход от электросчетчика ставится автомат, а регулятор напряжения подключается уже к его выводу. К самому стабилизатору при необходимости тоже можно подключить автоматический выключатель.
2. Подключение в розетку - в этом случае под защитой окажутся только те приборы, которые подключены к регулятору.

В процессе работы прибор будет греться, а тесное пространство не обеспечит должное охлаждение. В результате стабилизатор быстро выйдет из строя. Оптимальный вариант в этом случае - открытая площадка.

Если это невозможно в силу разных причин, специально для прибора можно соорудить нишу. При этом необходимо выдержать не менее 10 см от поверхности ниши до стенок стабилизатора. После сборки устройства стоит его проверить и обратить внимание на наличие каких-либо посторонних шумов.

После того как по 220В своими руками успешно создан, не стоит думать, что на этом все заканчивается. Необходимо каждый год проводить профилактические работы, которые связаны с осмотром стабилизатора и перетяжкой контактов при необходимости. Только так можно быть уверенным в том, что самодельный «продукт» будет работать также эффективно, как и производственные аналоги.

В качестве заключения

Вне всякого сомнения, самостоятельное изготовление стабилизатора требует определенных знаний и навыков. Также нужно понимать, как именно работают такие устройства, и знать некоторые нюансы. Помимо этого, потребуется приобрести все необходимые комплектующие и выполнить правильный монтаж.

Возможно, вся работу для кого-то покажется сложной. Поэтому если нет уверенности в своих силах, то лучше пойти в магазин не за деталями, а за самим прибором. К тому же на все модели предусмотрен определенный гарантийный период.

Приборы для стабилизации напряжения сети применяются уже не одно десятилетие. Многие модели давно не используются, а другие пока не нашли широкого распространения, несмотря на высокие характеристики. Схема стабилизатора напряжения не является чем-то слишком сложным. Принцип работы и основные параметры различных стабилизаторов следует знать тем, кто ещё не определился с выбором.

Виды стабилизаторов напряжения

В настоящее время применяются следующие виды стабилизаторов:

• Феррорезонансные;
• Сервоприводные;
• Релейные;
• Электронные;
• Двойного преобразования.

Феррорезонансные стабилизаторы конструктивно являются самыми простыми устройствами. Они состоят из двух дросселей и конденсатора и работают на принципе магнитного резонанса. Стабилизаторы такого типа отличаются высокой скоростью срабатывания, очень большим сроком эксплуатации и могут работать в широком диапазоне напряжения на входе. В настоящее время их можно встретить в медицинских учреждениях. В быту практически не применяются.

Принцип действия сервоприводного или электромеханического стабилизатора основан на изменении величины напряжения с помощью автотрансформатора. Устройство отличается исключительно высокой точностью установки напряжения. Вместе с тем скорость стабилизации самая низкая. Электромеханический стабилизатор может работать с очень большими нагрузками.

Релейный стабилизатор так же имеет в своей конструкции трансформатор с секционированной обмоткой. Выравнивание напряжения осуществляется с помощью группы реле, которые срабатывают по командам с платы контроля напряжения. Прибор имеет относительно высокую скорость стабилизации, но точность установки заметно ниже за счёт дискретного переключения обмоток.

Электронный стабилизатор работает по такому же принципу, только секции обмотки регулирующего трансформатора переключаются не с помощью реле, а силовыми ключами на полупроводниковых приборах. Точность электронного и релейного стабилизатора приблизительно одинаковая, но скорость электронного устройства заметно выше.

Стабилизаторы двойного преобразования , в отличие от других моделей, не имеют в своей конструкции силового трансформатора. Коррекция напряжения осуществляется на электронном уровне. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью и точностью, но их стоимость намного выше, чем у других моделей. Стабилизатор напряжения 220 вольт своими руками, несмотря на кажущуюся сложность, может быть реализован именно на инверторном принципе.

Электромеханический стабилизатор

Сервоприводный стабилизатор состоит из следующих узлов:

• Входной фильтр;
• Плата измерения напряжения;
• Автотрансформатор;
• Серводвигатель;
• Графитовый скользящий контакт;
• Плата индикации.

В основе работы лежит принцип регулировки напряжения путём изменения коэффициента трансформации. Это изменение осуществляется перемещением графитового контакта по свободной от изоляции обмотке трансформатора. Перемещение контакта осуществляется серводвигателем.

Напряжение сети поступает на фильтр, состоящий из конденсаторов и ферритовых дросселей. Его задача максимально очистить приходящее напряжение от высокочастотных и импульсных помех. В плате измерения напряжения заложен определённый допуск. Если напряжение сети в него укладывается, то оно сразу поступает на нагрузку.

При отклонении напряжения сверх допустимого, плата измерения напряжения подаёт команду на узел управления серводвигателем, который перемещает контакт в сторону увеличения или уменьшения напряжения. Как только величина напряжения придёт в норму, серводвигатель останавливается. Если напряжение сети нестабильно и часто изменяется, сервопривод может отрабатывать процесс регулирования практически постоянно.

Схема подключения стабилизатора напряжения малой мощности не представляет ничего сложного, поскольку на корпусе установлены розетки, а включение в сеть осуществляется шнуром с вилкой. На более мощных устройствах сеть и нагрузка подключаются с помощью винтовой колодки.

Релейный стабилизатор

В релейном стабилизаторе имеется почти такой же набор основных узлов:

• Сетевой фильтр;
• Плата контроля и управления;
• Трансформатор;
• Блок электромеханических реле;
• Устройство индикации.

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

Подключение секций обмотки, а, следовательно, и изменение напряжения может осуществляться либо аналоговым, либо цифровым способом. Плата управления, в зависимости от изменения напряжения на входе, подключает необходимое количество реле для обеспечения напряжения на выходе, соответствующего допуску. имеют самую низкую цену среди этих приборов.

Пример схемы релейного стабилизатора

Еще одна схема стабилизатора релейного типа

Электронный стабилизатор

Принципиальная схема стабилизатора напряжения этого типа имеет лишь небольшие отличия от конструкции с электромагнитными реле:

• Фильтр сети;
• Плата измерения напряжения и управления;
• Трансформатор;
• Блок силовых электронных ключей;
• Плата индикации.

Принцип работы не отличается от принципа работы релейного устройства. Единственное отличие заключается в применении электронных ключей вместо реле. Ключи представляют собой управляемые полупроводниковые вентили – тиристоры и симисторы. Каждый из них имеет управляющий электрод, подачей напряжения на который вентиль можно открыть. В этот момент и происходит коммутация обмоток и изменение напряжения на выходе стабилизатора. Стабилизатор отличается хорошими параметрами и высокой надёжностью. Широкому распространению мешает высокая стоимость прибора.

Стабилизатор двойного преобразования

Это устройство, называемое так же , по своей конструкции и техническим решениям, полностью отличается от всех других моделей. В нем отсутствует трансформатор и элементы коммутации. В основу его работы положен принцип двойного преобразования напряжения. Из переменного напряжения в постоянное, и обратно в переменное.

В статье рассматривается возможность безразрывного переключения цепей переменного тока с помощью электромеханических реле. Показана возможность уменьшения эрозии контактов реле и, как следствие повышение долговечности и уменьшение помех от работы на примере стабилизатора напряжения сети для квартиры.

Идея

Встретил в интернете рекламу на сайте ООО "Прибор", г. Челябинск:
Стабилизаторы напряжения марки Селен, выпускаемые нашим предприятием, основаны на принципе ступенчатого регулирования напряжения путем безразрывного переключения обмоток автотрансформатора (патент на изобретение № 2356082). В качестве ключей используются мощные быстродействующие реле.
Приведены картинки переключений (слева "Селен", справа - с обычными характеристиками)

Меня эта информация заинтересовала, я вспомнил, что в кинопередвижке "Украина" тоже было безразрывное переключение напряжения – там, на время переключения между смежными контактами переключателя подключался проволочный резистор. Я стал искать в интернете, что-либо полезное по этому поводу. Ознакомиться с изобретением №2356082 я не смог.

Мне удалось найти статью "Типы стабилизаторов напряжения", где рассказывалось о возможности подключения диода к контактам реле в момент переключения. Идея заключается в том, чтобы в переменном напряжении произвести переключение во время положительного полупериода. При этом можно подключить диод параллельно контактам реле на время переключения.

Что дает такой способ? Переключение 220В меняется на переключение всего 20В, и так как нет разрыва тока нагрузки, то и практически нет дуги. Кроме того, при малых напряжениях дуга практически не возникает. Нет дуги – контакты не подгорают и не изнашиваются, надежность увеличивается в 10 и более раз. Долговечность контактов будет определяться только механическим износом, а он составляет 10 миллионов переключений.

На базе этой статьи были взяты самые обычные реле и измерены время отключения, время нахождения в разорванном состоянии и время включения. Во время измерений увидел на осциллографе дребезг контактов, который вызывал большое искрение и эрозию контактов, что резко уменьшает ресурс работы реле.

Для реализации и проверки этой идеи был собран релейный стабилизатор переменного тока мощностью 2 кВт, для питания квартиры. Вспомогательные реле подключают диод только на время переключения основного реле во время положительного полупериода. Оказалось, что реле имеют значительные времена задержки и дребезга, но, тем не менее операцию переключения удалось умесить в один полупериод.

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.

Программа

Программа написана на языке СИ (mikroC PRO for PIC), разбита на блоки и снабжена комментариями. В программе применено прямое измерение переменного напряжения микроконтроллером, что позволило упростить схему. Микропроцессор применен PIC16F676 .
Блок программы zero ожидает появление спадающего перехода через ноль
По этому перепаду происходит либо измерение величины переменного напряжения, либо начинается переключение реле.
Блок программы izm_U измеряет амплитуды отрицательного и положительного полупериодов

В основной программе производиться обработка результатов измерений и если необходимо дается команда на переключение реле.
Для каждой группы реле написаны отдельные программы включения и выключения с учетом необходимых задержек R2on , R2off , R1on и R1off .
5-й бит порта C задействован в программе для подачи импульса синхронизации на осциллограф, чтобы можно было посмотреть на результаты эксперимента.

Технические характеристики

При изменении входного напряжения в пределах 195-245 Вольт выходное напряжение поддерживается с точностью 7%. При изменении входного напряжения в пределах 185-255 Вольт выходное напряжение поддерживается с точностью 10%
Выходной ток в длительном режиме 9 А.

Детали и конструкция

При сборке использован трансформатор ТПП 320-220-50 200 Вт. Обмотки его соединены на 240 Вольт, что позволило уменьшить ток холостого хода. Основные реле TIANBO HJQ-15F-1 , а вспомогательные LIMING JZC - 22F .
Все детали установлены на печатной плате, закрепленной на трансформаторе. Диоды D1 и D5 должны выдерживать ток 30-50А в течение времени переключения (5-10 мсек).

Прибор повешен на стене и закрыт кожухом из жести

Настройка

Налаживание устройства заключается в проверке безобрывного переключения и установке номинального напряжения 220 Вольт с помощью построечного резистора R15 и кнопки SB1.
Необходимо подать на вход напряжение от ЛАТР"а через лампу накаливания мощностью 100 – 150 Вт, установить напряжение 220 Вольт и удерживая кнопку добиться зеленого свечения, вращая построечный резистор.
После этого кнопку отпустить, вольтметр подключить к выходу устройства и вращая ЛАТР проверить пороги переключения: нижний 207 Вольт и верхний 232 вольта. При этом лампа накаливания при переключениях не должна вспыхивать или светиться, что свидетельствует о правильной работе. Также работу безобрывного переключения можно увидеть на осциллографе, для этого надо подключить внешний запуск к порту RC5 и наблюдать выходное напряжение стабилизатора в, изменяя входное напряжение. В моменты переключений синусоида на выходе не должна разрываться.
При напряжении на выходе меньше 187V горит красный диод, а зеленый мигает.
При напряжении на выходе больше 242V горит синий диод, а зеленый мигает.

Стабилизатор работает у меня 3-й месяц и показал себя очень хорошо. До этого у меня работал стабилизатор предыдущей разработки . Он работал хорошо, но иногда в момент его переключения срабатывал источник бесперебойного питания компьютера. С новым стабилизатором эта проблема исчезла безвозвратно.

Учитывая, что в реле резко уменьшилась эрозия контактов (практически нет искрения), можно было бы в качестве основных использовать менее мощные реле (LIMING JZC - 22F).

Замеченные недостатки

Довольно сложно было подобрать в программе время задержки реле.
Для такого включения желательно применять более быстродействующие реле.

Выводы

a) Безобрывное переключение цепей переменного тока с помощью реле – вполне реальная и разрешимая задача.
b) Можно в качестве вспомогательного реле применить тиристор или симистор, тогда на реле не будет падения напряжения, а симистор за 10 мсек не успеет нагреться.
c) В таком режиме искрение контактов резко уменьшается, а долговечность возрастает, и уменьшаются помехи от переключений реле

Использованы источники

1. на сайте “Энергосбережение в Украине”
2. Официальный web-сайт предприятия ООО "Прибор", г. Челябинск
3. Даташиты на детали

Файлы

Схема, чертеж печатной платы и программа с прошивкой
▼ 🕗 12/08/12 ⚖️ 211,09 Kb ⇣ 165 Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи - помоги мне!

Перепады напряжения негативно сказываются на любой бытовой технике. Особенно это касается высокоточной электроники, регулирующей работу отопительных приборов.

Для того, чтобы выровнять ток в домашних условиях используют стабилизатор напряжения. В самом простом варианте он работает по принципу реостата, повышая и понижая сопротивление в зависимости от силы тока. Но есть и более современные приборы, которые в полной мере защищают технику от скачков напряжения. О том, как их сделать и поговорим.

Стабилизатор напряжения и принцип его действия

Для более детального понимания работы прибора рассмотрим составляющие электрического тока:

• сила тока,
• напряжение,
• частота.

Сила тока – это количество заряда, который прошел через проводник за определенный промежуток времени. Напряжение, если объяснять очень просто, эквивалентно понятию работы, которое совершает электрическое поле. Частота – это скорость, с которой поток электронов меняет свое направление. Данная величина характерна исключительно для переменного тока, который циркулирует в электросети. Большинство бытовых приборов рассчитано на напряжение в 220 Вольт, при этом сила тока должна быть 5 Ампер, а частота 50 Герц.

В большинстве случаев бытовая техника имеет допустимую вилку по каждому из параметров, но любая защита рассчитана на то, что условия работы приборов длительное время будут неизменными. В нашей же сети колебания тока происходят практически постоянно. Амплитуда составляет до 2 А по силе тока и до 40-50 В, по напряжению. Частота тока, также отлична от 50 Гц и составляет от 40 Гц до 60 Гц.

Данная проблема связана со многими факторами, но главный среди них, — удаленность конечного потребителя от источника электричества. В результате достаточно длительной транспортировки и многократной трансформации, ток теряет стабильность. Данный дефект электросетей присутствует не только у нас, но и в любых других странах, которые пользуются электричеством. Поэтому был придуман специальный прибор, позволяющий стабилизировать выходной ток.

Виды стабилизаторов напряжения

Так как ток – это направленное движение частиц, для его регулировки используются:

• механический метод,
• импульсный метод.

Механический основан на законе Ома. Такой стабилизатор называется линейным. Он состоит из двух колен, соединенных между собой реостатом. Напряжение подается на одно колено, проходит по реостату и попадает на второе колено, с которого уже и раздается далее. Преимущества данного метода заключается в том, что он позволяет достаточно точно установить параметры выходного тока. В зависимости от предназначения, линейный стабилизатор модернизируют дополнительными запчастями. Стоит отметить, что прибор эффективно справляется со своей задачей только в том случае, если разница между входным и выходным током невелика. В противном случае стабилизатор будет иметь низкий КПД. Но даже этого достаточно, чтобы защитить бытовую технику и обезопасить себя от короткого замыкания в случае перенагрузки сети.

Импульсный стабилизатор напряжения основан на принципе амплитудной модуляции тока. Схема стабилизатора напряжения устроена таким образом, что в цепи есть выключатель, который автоматически разрывает цепь через равные промежутки времени. Это позволяет подавать ток частями и равномерно накапливать его в конденсаторе. После того, как он зарядится, уже выровненный ток подается на приборы. Недостаток этого метода в том, что он не позволяет задать определенную величину. Тем не менее, достаточно часто встречаются импульсные повышающе-понижающие стабилизаторы, которые оптимально подходят для бытового использования. Они выравнивают ток в пределах чуть ниже или чуть выше нормы. В обоих случаях все параметры тока не выходят за допустимую вилку.

Важно отметить и разделение приборов на:

• стабилизатор напряжения однофазный,
• стабилизатор напряжения трехфазный.

После перераспределения в трансформаторе, выходит трехфазная линия, она как правило идет до распределительного щитка на отдельно взятый дом. Далее от щитка в квартиру идут уже стандартные фаза и ноль. Таким образом большинство бытовых приборов рассчитано именно на однофазную сеть. Поэтому в типовых квартирах целесообразно использовать однофазный стабилизатор. К тому же, стоит он в 10 раз дешевле трехфазного, даже если собрать его своими руками.

Стабилизаторы напряжения для дачи могут быть и трехфазными. Особенно актуально это для мощных насосов, культиваторов и тяжелой строительной техники. В таком случае необходимо сделать стабилизатор, рассчитанный на трансформацию тока под конкретный прибор. На практике сделать это достаточно сложно. Поэтому проще взять его в аренду. Использование указанных выше приборов носит временный характер, поэтому смысла тратить время и деньги на трехфазный стабилизатор напряжения нет.

Основные элементы стабилизатора напряжения

Для того, чтобы собрать простой выравниватель тока не понадобится ни особых навыков, ни специфических деталей. Стабилизаторы напряжения для дома состоят из:

• трансформатора,
• конденсаторов,
• резисторов,
• диодов,
• провода для соединения микросхемы.

Идеально, если есть старый сварочный аппарат. Переделать его в стабилизатор напряжения очень легко, к том же не понадобится покупать дополнительные запчасти и конструировать корпус для микросхем. Этому вопросу посвящено видео в конце статьи. Но, ненужная сварка – это большая редкость, поэтому рассмотрим процедуру создания стабилизатора напряжения с нуля. Так как импульсный стабилизатор не позволяет провести точную настройку параметров, рассматривать будем линейный стабилизатор напряжения.

Изготовление самодельного стабилизатора напряжения

Его основа – это трансформатор. На практике трансформаторы намного меньше, чем массивные будки для выравнивания высокого напряжения, приходящего с электростанции. Они представляют собой две катушки, образующие индуктивную электромагнитную связь. Проще говоря, ток подается на одну катушку, заряжает ее, затем возникает электромагнитное поле, которое заряжает вторую катушку, с которой ток идет далее. Эта взаимосвязь выражена формулой:

U 2	=	N 2	=	I 1
U 1		N 1		I 2

• U 1 – напряжение на первичной обмотке,
• U 2 – напряжение на вторичной обмотке,
• N 1 – число витков на первичной обмотке,
• N 2 – число витков на вторичной обмотке,
• I 1 – сила тока на первичной обмотке,
• I 2 – сила тока на вторичной обмотке.

Формула не идеальна, так как позволяет либо понижать напряжение, либо его повышать. В 90% случаев к потребителю доходит ток с низким напряжением. Поэтому имеет смысл сразу же сделать повышающий трансформатор. Индуктивные катушки к нему продаются в магазинах электротехники либо на любом блошином рынке. Важно отметить, что число витков должно быть не менее 2000 тысяч, так как иначе трансформатор будет очень сильно греться и вскоре сгорит. Для того, чтобы выбрать мощность трансформатора, необходимо замерять напряжение в сети. Для расчетов возьмем значение 196 В. Формула приобретает такой вид:

Как видно из формулы, сила напряжения на выходе будет 220х4/196=4,4 А. Большинство электроприборов допускает вилку в 1 А. Поэтому полученная величина достаточна для нормальной работы техники.

Стабилизатор напряжения, энергия в котором увеличивается на заданную величину готов. Но, если в сети произойдет скачек мощности, то формула примет следующие значения:

Это приведет к поломке большинства электроприборов.

Для устранения данного дефекта воспользуемся законом Ома:

• U– напряжение,
• I– сила тока,
• R– сопротивление.

264=4,47хR, R=264/4,47=60. Данная формула говорит о том, что в идеале сопротивление всех элементов в системе будет составлять 60 Ом. Если понизить сопротивление, то напряжение уменьшиться:

220=4,47хR, R=220/4,47=50.

Для изменения сопротивления сети используется прибор, под названием реостат. Естественно, регулировать его вручную достаточно неудобно. Поэтому понадобится микросхема-стабилизатор напряжения, на которой будет отмечен путь следования электрического тока после выхода из трансформатора.

Наиболее простой способ – это вывести ток с трансформатора на конденсатор. Желательно использовать 12-16 конденсаторов одинаковой емкости. Это позволит накопить ток и сделать его более однородным. Далее все конденсаторы подсоединяются к реостату. Сила тока в сети после трансформатора будет в пределах 4,5-5 А, а желаемое напряжение должно составлять 220 В. Следовательно, имеем формулу R=220/4,75=46. При усредненных показателях сопротивление должно составлять 46 Ом.

Для достижения более плавного выравнивания, желательно установить несколько параллельных реостатов. Таким образом соединяясь в один поток после конденсаторов, цепь необходимо распределить на 4,6,8 отдельных веток, подключенных к реостатам. При этом следует использовать формулу R/число реостатов. Если делать цепь из 6 реостатов, то согласно представленным данным, каждый из них должен иметь сопротивление в 8 Ом.

После прохождения реостатов, цепь снова собирается в один поток и выводится на диод. Диод подключается к обычной розетке.

Все указанные манипуляции относятся к проводу на котором находится фаза, ноль просто пропускаем напрямую к розетке.

Указанный с реостатами способ является достаточно архаичным. Намного более эффективно использовать вместо них обычное устройство защитного отключения. Ток от трансформатора подается на УЗО, ноль также подключается к УЗО. Далее от него идет выход напрямую к розетке.

В том случае, если напряжение или сила тока возрастут в следствии скачка напряжения, УЗО разомкнет цепь, и бытовая техника не пострадает. В остальное время трансформатор будет качественно выравнивать ток.

При повышенном напряжении понадобится понижающий трансформатор. Собирается он по аналогии, за тем исключением, что обмотка на второй катушке должна быть сделана из более толстой проволоки, иначе трансформатор сгорит.

Наиболее эффективно собрать оба трансформатора. Тем более, что есть конструкции понижающе-повышающего типа. В первом случае понадобится ручное переключение провода, во втором — процесс поддается автоматизации. Как видно, сделать стабилизатор напряжения не сложно, но работа с электричеством предполагает предельный уровень осторожности.

Советы по работе с самодельным стабилизатором напряжения

Важно : описанная схема идеально подходит для постоянных условий, но в электросети достаточно часто случаются перебои и скачки, как вверх, так и вниз.

Поэтому при сборке стабилизатора напряжения рекомендуем отталкиваться от параметров конкретной техники, т.е.:

• продумать разводку по квартире,
• если ремонта не предполагается, установить удлинители под определенные группы электроприборов со схожими параметрами,
• подключить каждую группу к отдельному стабилизатору.

Любая бытовая техника либо на тыльной стороне, либо в паспорте содержит ведомости о требованиях к электропитанию. Отталкиваясь от конкретных цифр значительно проще создать эффективный стабилизатор, так как нет необходимости подстраиваться под сеть. Еще один полезный гаджет – это электронный вольтметр. Желательно подключить его в схему стабилизатора для визуального контроля за его работой.

Для корпуса подойдет любой материал кроме дерева. Достаточно часто самодельные стабилизаторы помещают в пластиковые контейнеры для еды.

Современная жизнь сопряжена с постоянным использованием различной техники, а некоторые сферы просто немыслимы без нее. Естественно, каждый человек желает, чтобы срок службы таких приборов был максимален, некоторые с этой целью покупают только продукцию известных брендов для большей надежности. Однако не всегда высокая стоимость гарантирует сохранность в критических эксплуатационных условиях. К таковым относятся резкие перепады напряжения сети. Особенно это касается той категории бытовой техники, которая подразумевает постоянное сетевое подключение, например, холодильник.

Для того, чтобы обезопасить себя от неприятных последствий подобных скачков напряжения можно обзавестись специальным техническим устройством, стабилизирующим выходной ток. Для регулировки напряжения используется два метода:

1. Механический. Для этого способа используется линейный стабилизатор, состоящий из 2-х колен и реостата, соединяющего их. Напряжение поступает на первое колено и через реостат передается второму, которое раздает поток далее. Данный метод эффективен в условиях небольшой разницы входного и выходного тока, в других случаях КПД снижается.

2. Импульсный. В конструкцию стабилизатора входит выключатель, периодически разрывающий цепь на определенное время. Это дает возможность подавать ток порционно и накапливать его равномерно в конденсаторе. После полной зарядки конденсатора к приборам подается выровненный поток без скачков.

Основным недостатком данного способа является невозможность задать конкретную величину параметра. Поэтому, если вы решили собрать стабилизатор напряжения 220В своими руками, ориентироваться нужно на механический метод. Для создания простого линейного однофазного выравнивателя тока потребуются:

• Трансформатор;
• Конденсаторы;
• Резисторы;
• Диод;
• Провода, которыми будут соединяться микросхемы.

Трансформатор представляет собой пару катушек, которые образуют индуктивную электромагнитную связь, т.е. попадая на первичную обмотку, ток ее заряжает, а возникающее электромагнитное поле заряжает другую катушку. Такая взаимосвязь напряжения (U), силы тока (I) и числа витков (N) на обеих обмотках выражается формулой:

I2/I1 = N2/N1 = U2/U1

Сами индуктивные катушки можно найти в каждом магазине электротехники. Количество витков на первой не должно быть ниже 2000. Замерив напряжение в сети, можно рассчитать необходимое количество витков на вторичной обмотке. Например, фактическое напряжение 198 В, тогда вторая катушка должна иметь х/2000 = 220/198 = 2223 витка. По такому же принципу определяется вырабатываемая сила тока. По этой схеме при резком увеличении мощности на входе, напряжение пропорционально увеличится и на выходе. Поэтому для регулировки подобных ситуаций необходим реостат, изменяющий сопротивление сети. Путь, по которому следует ток после трансформатора, отмечается на микросхеме-стабилизаторе.

Из трансформатора ток выводится на конденсаторы одинаковой емкости для накопления и выравнивания потока, их потребуется примерно 16 штук. Далее конденсаторы необходимо подсоединить к реостату. Его сопротивление при напряжении 220 В и силе тока 4,75 А (среднее значение диапазона 4,5-5 А) после трансформатора должно быть 46 Ом. Для максимально плавного выравнивания напряжения можно установить несколько реостатов, распределяя сопротивление на каждый поровну. После того, как цепь пройдет реостаты, она снова соединяется в единый поток и следует на диод, который подключается непосредственно к розетке.

Данные операции применимы к проводу с фазой, ноль напрямую пропускается к розетке. Подобные стабилизаторы лучше всего подходят к постоянным условиям напряжения и собираются, руководствуясь параметрами конкретного прибора, что значительно повышает эффективность устройства.