Тем не менее, незамысловатость данной версии сопровождается рядом сложностей. Конструкция мощного стабилизатора на основе ферротонов представляет собой громоздкую и тяжелую систему.
Собственная сборка мощного стабилизатора напряжения: основные схемы и пошаговая инструкция
Наиболее подвержены рискам частные домовладения в небольших населенных пунктах, где обеспечить качественное электроснабжение для электрических приборов крайне проблематично. Это связано с устаревшими советскими подстанциями, которые уже давно не способны справляться с современными нагрузками на сети. Избыточное напряжение зачастую приводит к ряду проблем:
- Сокращается срок эксплуатации элементов электрической сети;
- Ошибки в работе электроники — систем управления, контроля;
- Существенно возрастает потребление электроэнергии;
- Вызывает перегрев нагревательных приборов.
Эти негативные последствия и высокие расходы можно избежать, если собрать стабилизатор напряжения своими руками. Прежде чем принять окончательное решение относительно целесообразности использования самодельного устройства, важно ознакомиться с его особенностями и доступными типами.
Инверторные стабилизирующие устройства
Стабилизаторы, работающие по принципу двойного преобразования напряжения, становятся всё более актуальными. Они не имеют подвижных частей и предоставляют значительно более качественное управление током по сравнению с традиционными сервоприводами, реле и различными электроникой.
Схема инверторного регулятора напряжения 220 В включает в себя следующие компоненты:
- Фильтр для входной частоты,
- выпрямитель напряжения,
- корректор коэффициента мощности,
- накопительный конденсатор,
- преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор), который обеспечивает необходимые выходные характеристики устройства.
- Микроконтроллер.
Инверторные стабилизаторы имеют КПД свыше 90% и практически нулевой момент инерции, а также способны поддерживать широкий диапазон входных токов.
Схема работы регулятора напряжения достаточно проста.
Крайне важно правильно подобрать сечение кабеля:
- Более высокая производительность устройства требует увеличения площади поперечного сечения кабеля,
- При низком входном напряжении ток возрастает, поэтому для сетей с заметным падением напряжения стоит выбирать сечение провода с запасом.
Также необходимо помнить, что при подключении стабилизатора любого типа следует строго придерживаться правил электробезопасности и рекомендаций производителя, которые указаны в технической документации устройства.
Релейные стабилизаторы
Работа стабилизированных реле осуществляется по принципу ступенчатой регулировки напряжения. Этот процесс осуществляется через силовые реле, которые переключают секции во вторичной обмотке автотрансформатора после того, как процессор, отвечающий за мониторинг параметров входного и выходного тока, определит необходимое число переключений.
Среди ключевых преимуществ релейных стабилизаторов можно выделить:
- Небольшие габариты и легкий вес,
- Компенсация скачков напряжения благодаря релейной системе,
- Эффективная работа при малых размерах, что делает их удобными для использования в ограниченных пространствах,
- Доступная цена.
Однако у этих устройств также имеются недостатки, включая ограниченную способность к перегрузкам и замедленную реакцию на изменения напряжения при высокой точности.
Всё, что нужно сделать, это подключить внешние компоненты к схеме, установить базовый транзистор на радиатор и закрыть собранную электронную конструкцию в корпусе. Регулятор напряжения готов к работе. Следующим шагом могут стать дополнительные тестирования.
Структура стабилизатора напряжения
Стабилизаторы напряжения широко доступны на рынке по всему миру. В зависимости от ценовой политики производителя различия касаются лишь технических характеристик, срока эксплуатации и гарантийного обслуживания.
Чтобы самостоятельно собрать стабилизатор напряжения на 220 В, важно понимать его конструкцию:
- Ключевым силовым элементом данного стабилизирующего устройства является трансформатор или автотрансформатор. Использование автотрансформатора упрощает задачу, так как он имеет всего одну обмотку с несколькими отводами. Изменяя выходное соединение на различные отводы, можно регулировать коэффициент трансформации при неизменном выходном напряжении.
- Схема автоматического переключения трансформатора включает в себя несколько тройников, которые подключаются к отводам автотрансформатора, позволяя соединять нужный отвод непосредственно с выходным сигналом.
- Схема измерения и управления. Она устанавливает уровень входного напряжения, вычисляет, какая клемма автотрансформатора должна быть замкнута, отправляет управляющий сигнал на коммутационный блок и активирует соответствующий симистор.
- Электропитание. Включает в себя понижающий трансформатор, выпрямитель и регулятор напряжения. Данная система предназначена для обеспечения питания узлов схемы.
Для защиты от короткого замыкания необходимо установить автоматический выключатель или более доступный предохранитель для каждого электрического устройства.
Принцип работы стабилизатора напряжения
Автотрансформатор представляет собой устройство, способное изменять коэффициент трансформации с целью компенсации колебаний входного напряжения. К примеру, если напряжение снижается до 180 В, система управления активирует обмотку автотрансформатора для достижения усиления в 1,22 раза. В результате выходное напряжение составит 220 В.
На представленном ниже схеме в данной статье предлагается использование четырех выходов вверх и двух выходов вниз. Очевидно, что такой подход всегда будет приводить к некоторой погрешности в установке выходного напряжения. Однако это не является проблемой и, более того, совершенно нормально, так как в зависимости от требований к сетевому напряжению оно может изменяться в пределах 220В ± 10% — 5%, т.е. в диапазоне 198-242В. Следовательно, каждое устройство, производимое и реализуемое на рынке, должно иметь возможность функционировать в этом диапазоне напряжений.
Таким образом, основная задача регулятора напряжения заключается в обеспечении стабильного выходного напряжения в указанном диапазоне. Устройство, основанное на описанном выше принципе, легко справляется с этой задачей.
Существующая база синхронных компонентов открывает возможности для разработки узлов управления с использованием разнообразных программируемых микроконтроллеров, таких как Atmel, MicroChip и других. Конструкция такого устройства будет компактной и надежной. Тем не менее, разработка программного обеспечения для таких микроконтроллеров требует специальных навыков. Поэтому в данном материале мы сосредоточимся на более доступной версии стабилизатора, который после завершения сборки представляет собой готовое устройство и не нуждается в программировании.
Мы предлагаем создать схему с операционными усилителями и логическими схемами ИЛИ.
Принцип работы простого электронного регулятора напряжения следующий:
- На вход стабилизатора подается напряжение, которое попадает в схему измерения уровня, состоящую из нескольких операционных усилителей LM339N. Эта схема выдает серию выходных сигналов, позволяющих правильно определить уровень автотрансформатора.
- После этого полученные сигналы поступают на логическую часть интегральной схемы K1554LP5 (SN74AC86), где остается только тот сигнал, который соответствует ближайшему правильному выходу автотрансформатора.
- В заключение, выбранный сигнал активирует оптоизолятор MOC3061, который управляет симистором BTA41-800B, связывающим выход автотрансформатора и выход блока.
Этапы создания стабилизатора напряжения своими руками
Прежде чем начинать сборку собственного стабилизатора, важно подготовить необходимые инструменты. Ваш арсенал должен включать следующие предметы:
- Паяльник. Поскольку работа ведется с деликатными электронными компонентами, оптимальная мощность паяльника должна составлять примерно 40 Вт. Данные элементы, такие как диоды и транзисторы, крайне чувствительны к высокой температуре, и использование паяльника мощностью 80 или 100 Вт может привести к их повреждению.
- Пинцет. Для безопасного соединения одного элемента с другим перед пайкой их следует предварительно нагреть. Держать горячие провода руками не только неудобно, но и рискованно.
- Нож для разрезания упаковок или складной нож. Отлично пригодится для обработки проводов. Для этой задачи не требуется приобретать дорогостоящие специализированные инструменты.
- Палисандр и олово. Эти материалы необходимы для процесса пайки. Для новичков также рекомендуется купить сварочную кислоту.
Все нужные инструменты подготовлены, и можно начинать сборку схемы.
