Современная сеть электропитания работает таким образом, что в ней очень часто меняется напряжение. Конечно, изменение тока являются допустимым, но в любом случае оно не должно быть больше десяти процентов от номинальных 220 вольт.
Данная норма отклонения должна соблюдаться как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения напряжения. Однако такое состояние сети электропитания является большой редкостью, так как ток в ней характеризуется большими изменениями.
Такие изменения очень не «нравятся» электроприборам, которые могут потерять не только свои проектные возможности, а еще могут выйти из строя. Для устранения такого негативного сценария люди используют различные стабилизаторы.
Сегодня рынок предлагает очень много различных моделей, большая часть из которых стоит больших денег. Другая же часть не может похвастаться надежностью работы.
И что же делать тогда, если нет желания переплачивать или покупать некачественный продукт? В этой ситуации можно сделать стабилизатор напряжения своими руками.
Конечно, можно сделать различные виды стабилизационных приборов. Одним из наиболее эффективных является симисторный. Собственно его сборка и будет рассмотрена в этой статье.
Характеристики собираемого устройства
Этот стабилизационный аппарат не будет чувствительным к частоте напряжения, которое подается через общую сеть. Выравнивание тока будет осуществляться при условии, если на входе будет больше 130-ти и меньше 270-ти вольт.
Подключенные приборы будут получать ток, который имеет больше 205-ти и меньше 230-ти вольт. К этому стабилизационному устройству можно будет подключить электроприборы, общая мощность которых может быть равной шести киловаттам.
Стабилизационный прибор будет осуществлять переключение нагрузки за 10 миллисекунд.
Устройство стабилизационного прибора
Общая схема этого стабилизационного устройства подается на рисунке:
Рис. 1. Строение стабилизационного прибора.
- Блока питания, в состав которого входят конденсаторы С2 и С5, компаратор DA1, тепло-электрический диод VD1 и трансформатор Т1.
- Узла, который будет задерживать включение нагрузки. Он состоит из резисторов R1-R5, транзисторов VT1-VT3 и конденсатора С1.
- Выпрямителя, который будет измерять амплитуду напряжения. Он состоит из конденсатора С2, диода VD2, стабилитрона VD2 и делителей R14, R13.
- Компаратора напряжения. Его состав предполагает наличие резисторов R15-R39 и компараторов DA3 и DA2.
- Логического контроллера, который находится на микросхемах с отметкой DD1…5.
- Усилителей, которые в основе имеют транзисторы VT4…12 и токоограничивающие резисторы R40...48.
- Индикаторных светодиодов HL1-HL9.
- Оптронных ключей (их количество равняется цифре семь). Каждый оснащается симисторами VS1…7, резисторами R6…12 и оптосимисторами U1-U7.
- Автоматического выключателя-предохранителя QF1.
- Автоматического трансформатора Т2.
Принцип работы
Каким же образом работает наш стабилизатор сетевого напряжения, который легко делается своими руками?
После того, как включается питание конденсатор С1 находится в разряженном состоянии, транзистор VT2 открыт, а VT2 является закрытым. Также закрытым является транзистор VT3. Именно через него будет подаваться ток на каждый светодиод и симисторный оптотрон.
Поскольку этот транзистор является закрытым, светодиоды не светятся, каждый симистор является закрытым и нагрузка отключена. В это время электрический ток проходит через резистор R1 и попадает в С1. Далее происходит зарядка этого конденсатора.
Интервал задержки длится всего лишь три секунды. За это время осуществляются все переходные процессы, и после окончания происходит срабатывание триггера Шмитта, основу которого составляют транзисторы VT1 и VT2.
Напряжение, которое выходит с третьей обмотки Т1, выпрямляется диодом VD2 и конденсатором С2. Далее ток проходит через делитель R13…14. Из R14 напряжение, уровень которого является пропорциональным количеству вольт в сети, входит в каждый неинвертирующий вход компараторов.
Количество компараторов равняется восьми и все они находятся на микросхемах DA2 и DA3. В этот же момент на инвертирующий вход каждого компаратора входит постоянный образцовый ток. Его подают резисторные делители R15...23.
После этого в игру вступает контроллер, который осуществляет обработку сигнала на входе у каждого компаратора.
Особенности работы
Когда входное количество вольт является меньшим 130-ти, на выходах каждого компаратора фиксируется логический уровень низкой величины. В это время в открытом состоянии находится транзистор VT4 и мигает первый светодиод.
Он сообщает о том, что сеть характеризуется очень низким уровнем напряжения. Это означает, что регулируемый стабилизатор напряжения, сделанный своими руками, не может выполнить свою функцию.
Каждый его симистор является закрытым и нагрузка находится в отключенном состоянии.
Когда число входных вольт колеблется от 130-ти до 150-ти, то сигналы 1 и А характеризуются высоким значением логического уровня. Этот уровень всех других сигналов является низким. В этой ситуации открывается транзистор VT5 и загорается второй светодиод.
Происходит открытие оптосимистора U1.2 и симистора VS2. Именно через последний будет проходить нагрузка. Далее она войдет в верхний вывод обмотки автоматического трансформатора Т2.
Если входное количество вольт находится в диапазоне 150-170 вольт, то сигналы 2, 1 и В характеризуются высоким значением логического уровня. Этот уровень всех других сигналов является низким.
При таком входном количестве вольт происходит открытие транзистора VT6, включение третьего светодиода. В это время открывается второй симистор (VS2) и ток передается на той вывод обмотки Т2, который является вторым сверху.
Созданный своими руками стабилизатор напряжения, который сможет способен подать 220 В, будет переключать соединения с обмотками второго трансформатора при условии, если уровень входного напряжения будет достигать 190-ти, 210-ти, 230-ти и 250-ти вольт.
Для производства такого стабилизатора нужно взять печатную плату, которая имеет размеры 115х90 миллиметров. Основным элементом, из которого она должна быть изготовлена, должен быть односторонний фольгированный стеклотексолит. Размещение элементов на плате подается ниже.
Рис. 2. Схема размещения элементов на плате.
Такую плату можно легко напечатать на лазерном принтере. Далее используют утюг. Часто для создания файлов печати, в которых и хранятся макеты таких плат, используется программа Sprint Loyout 4.0. Именно с помощью нее удобно изготавливать печатные платы.
Изготовление трансформаторов
Что касается трансфоматоров Т1 и Т2, то их можно сделать вручную.
Для изготовления Т1, мощность которого будет рассчитана на три киловатта, нужно подготовить магнитопровод, площадь сечения которого должна составлять 1,87 кв. сантиметров, а также три провода ПЭВ-2.
Первый должен иметь диаметр 0,064 миллиметра. С помощью него создают первую обмотку. Число ее витков должно составлять 8 669.
Два других провода используются для создания других двух обмоток. Эти провода должны иметь одинаковый диаметр, а именно 0,185 миллиметров. Количество витков в каждой обмотке должно равняться 522.
Полезный совет: Также можно взять два готовых трансформатора ТПК-2-2x12В, которые должны быть последовательно соединены.
Схема соединения ниже:
Рис. 3. Соединение двух трансформаторов ТПК-2-2x12В.
Для создания трансформатора Т2 с мощностью в 6 киловатт, используют тороидальный магнитопровод. Обмотку делают с помощью провода ПЭВ-2. Количество витков - 455.
В этом трансформаторе нужно сделать семь отводов. Первые три отводы мотаются с помощью провода, который в диаметре имеет три миллиметра. Для создания других четырех используются шины. Их сечение должно составлять 18 квадратных миллиметров. Благодаря сечению такой величины Т2 не будет греться.
Отводы делают на 398, 348, 305, 266, 232 и 203 витках. Отсчет витков начинается с самого нижнего отвода. При этом ток из сети должен идти через отвод 266-го витка.
Необходимые компоненты
Что касается других элементов стабилизатора, который собирается своими руками и который будет подавать постоянное напряжение, то их лучше купить в магазине.
Так, нужно осуществить закупку:
- - оптронов симисторных MOC3041 (их нужно семь штук);
- - семи симисторов BTA41-800B;
- - стабилизатора КР1158ЕН6А (DA1);
- - двух компараторов LM339N (для DA2 и DA3);
- - двух диодов DF005M (на схеме VD2, VD1)
- - трех проволочных резисторов СП5-2 или СП5-3 (для R25, R14 и R13);
- - семи резисторов С2-23, которые имеют допуск не менее одного процента (для R16...R22);
- - тридцати любых резисторов, имеющих допуск в 5 процентов;
- - семи токоограничительных резисторов. Они будут пропускать ток, сила которого равняется 16 мА (для R41-47).
- - четырех любых оксидных конденсаторов (для С5, С1-С3);
- - четырех керамических или пленочных конденсаторов (С4, С6...С8);
- - включателя-предохранителя.
Полезный совет: семи симисторных оптронов MOC3041 возможно заменить MOC3061. Стабилизатор КР1158ЕН6А можно легко заменить КР1158ЕН6Б. Компаратор К1401СА1 является отличным аналогом LM339N. В качестве диодов можно применить и КЦ407А.
Микросхему КР1158ЕН6А надо монтировать на теплоотвод. Для его создания берут алюминиевую пластину, площадь которой должна превышать 15 квадратных сантиметров.
Также на теплоотвод должны устанавливаться симисторы. Для всех семи симисторов можно использовать один теплоотвод, который должен иметь охлаждающую поверхность. Ее площадь должна быть большей, чем 1 600 квадратных сантиметров.
Наш стабилизатор переменного напряжения, который изготавливается своими руками, должен быть оснащен и микросхемой КР1554ЛП5, которая будет выполнять роль микроконтроллера.
Выше отмечалось, что прибор предполагает наличие девяти светодиодов. На представленной выше схеме они располагаются таким образом, чтобы могли попасть в соответствующие отверстия на передней панели самого прибора.
Полезный совет: если конструкция корпуса не позволяет смонтировать их так, как показано на схеме, то их можно разместить и на той стороне, на которые находятся печатные проводники.
Светодиоды должны быть мигающими.
Полезный совет: можно взять и такие светодиоды, которые не мигают. Они должны выдавать красный цвет повышенной яркости. Для этого можно взять L1543SRC-Е или АЛ307КМ.
Конечно, можно осуществить сборку и более простых стабилизационных приборов, которые будут обладать своими особенностями.
Преимущества и недостатки перед фабричными
Если говорить о преимуществах стабилизационных устройств, сделанными своими руками, то главной из них является меньшая стоимость. Как уже отмечалось выше, производители запрашивают довольно высокие цены. Сборка своего же обойдется дешевле.
Еще одним преимуществом можно назвать и возможность облегченного самостоятельного ремонта стабилизатора напряжения, который был сделан своими руками. Здесь имеется в виду то, что каждый, кто собрал такое устройство, разбирается в его строении и понимает принцип работы.
В случае выхода из строя какого-либо элемента разработчик может легко обнаружить сломанный компонент и заменить его. Легкая замена обусловлена и тем, что практически каждый элемент ранее был куплен в магазине и его легко найти во многих других.
К недостаткам можно отнести невысокий уровень надежности таких стабилизаторов. На предприятиях существует очень много измерительного и специального оборудования, которое дает возможность разработать очень качественные модели стабилизационных приборов.
Также предприятия имеют большой опыт в создании различных моделей и допущенные ранее ошибки однозначно исправляются. Это сказывается как на качестве, так и надежности заводских стабилизационных приборов.
Недостатком является и сложная настройка.
Видео.
На видео ниже представлено, как собрать стабильный регулятор напряжения, например для управления лампами накаливания и светодиодами.
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.
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!
Оптимальным способом работы электрических сетей считается изменение функций тока, а также требуемого напряжения на 10% от 220В. Однако так как скачки изменяются достаточно часто, соответственно электрическим устройствам, которые напрямую подсоединены к сети, угрожает поломка.
Чтобы исключить такие неприятности, необходимо установить определённое оборудование. А так как магазинное устройство имеет достаточно высокую стоимость, естественно многие собирают стабилизатор собственноручно.
Оправдано ли подобное решение и что требуется для воплощения его в реальность?
Принцип функционирования стабилизатора
Приняв решение создать самодельный стабилизатор, как на фото, нужно посмотреть во внутреннюю часть корпуса, которая состоит из определённых деталей. Принцип работы обычного прибора основан непосредственно на функционировании реостата, который увеличивает либо уменьшает сопротивление.
Кроме этого, предложенные модели имеют разнообразие функций, а также полностью могут обеспечить защиту технике от нежелательных перепадов скачущего напряжения в сети.
Оборудование классифицируется в зависимости от способов, применяемых для урегулирования тока. Так как величина является направленным продвижением частичек, соответственно влиять на неё можно механическим, либо импульсным методом.
Первый работает по закону Ома. Устройства, функционирование которых основано на нём, носят название линейные. В них включено несколько колен, совмещаемых посредством реостата.
Напряжение, которое подаётся на одну деталь, проходит посредством реостата, оказываясь подобным способом на другую, с которого передаётся потребителю.
Данного вида устройства дают возможность выставлять требуемые параметры тока максимально точно и вполне могут подвергнуться модернизации специальными узлами.
Однако недопустимо применять подобные стабилизаторы в сетях, где между током разница большая, поскольку они не обезопасят в полной мере от КЗ технику при перегрузках.
Варианты импульсные функционируют по методу амплитудной токовой модуляции. В цепи применяется выключатель, который её разрывает через необходимый период времени. Подобный подход даёт возможность накапливать необходимый ток в конденсаторе максимально равномерно, а по окончанию зарядки и затем на устройства.
Начинаем сборку
Так как к самому эффективному относится симисторный прибор, то поговорим, как собственными руками сделать непосредственно подобный стабилизатор.
Важно подчеркнуть, что данного типа модель сможет выравнивать подаваемый ток при таком условии, что напряжение в диапазоне 130-270 В. Потребуются также комплектующие элементы. Из инструментов нужен пинцет, а также паяльник.
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.
При самостоятельном производстве данных деталей по окончанию создания одной из них переходят к производству другой. В этих целях потребуется магнитопровод троидальный. В качестве обмотки подходит тоже ПЭВ-2 с числом витков 455.
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.
Фото стабилизаторов своими руками
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.
