Самодельный релейный стабилизатор напряжения 220в. Схема электрическая стабилизатора
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!
Метка: стабилизатор напряжения 220в своими руками. Стабилизатор напряжения 220в для дома своими руками схема
Стабилизатор напряжения для дома | Заметки электрика
Здравствуйте, уважаемые читатели сайта http://zametkielectrika.ru.
Тема сегодняшней статьи относится к таким неотъемлемым в настоящее время устройствам, как стабилизаторы напряжения для дома. Сейчас я Вам поясню почему неотъемлемые. Энергоснабжающая организация не уделяет должного внимания на качество поставляемой электроэнергии потребителям. Причиной этому может являться отсутствие законов и наложение санкций при несоответствующем качестве. К тому же не стоит забывать, что энергоснабжающая организация является монополистом по поставке электрической энергии.
Поставляемая электроэнергия является товаром. И если этот «товар» будет не надлежащего качества, то это может привести к выходу из строя электрооборудования. Поэтому каждый потребитель должен позаботиться о себе сам, применив стабилизаторы напряжения для дома, которые предназначены для поддержания стабильного напряжения питания нагрузок бытового и промышленного назначения.
Что же такое «качество» электрической энергии?
Для этого обратимся к следующим нормативным документам, где регламентируются параметры электрической сети от источника питания до потребителя.
В этих ГОСТах представлена расшифровка параметров и цифровые показатели качества электрической энергии, методы их измерения, причины и вероятности появления того или иного отклонения качества.
Кстати, скачать ПУЭ 7 издание Вы можете с моего сайта.
Теперь давайте рассмотрим основные показатели качества электрической энергии, согласно ГОСТ 13109-97.
Основные показатели электрической энергии
1. Отклонение напряжения
Существуют следующие нормы отклонений:
- нормально-допустимые (±5%)
- предельно-допустимые (±10%)
Согласно ГОСТа 21128-83, номинальное действующее напряжение однофазной бытовой сети должно составлять 220 (В). Отсюда следует, что предел напряжений от 209 - 231 (В) является нормально-допустимым отклонением, а предел напряжений от 198 - 242 (В) - предельно-допустимым отклонением.
2. Провал напряжения
Провал напряжения - это падение напряжения ниже, чем 198 (В) длительностью более 30 секунд. Глубина провала напряжения может достигать до 100%.
3. Перенапряжение
Перенапряжение - это превышение амплитудного значения напряжения больше 339 (В).
Напоминаю, что амплитудное значение 310 (В) соответствует действующему значению 220 (В).
Более подробно о причинах возникновения перенапряжений читайте в моей статье: виды перенапряжений и их опасность.
Так что же такое стабилизатор напряжения для дома?
Стабилизатор напряжения - это автоматическое устройство, которое при изменении входного напряжения, на выход выдает стабильное заданное напряжение 220 (В). Схематично можно изобразить так:
Рассмотрим проблемы, которые могут возникнуть с питающим напряжением в своих домах, коттеджах и садах.
Наружная электропроводка для большинства дачных поселков была построена и рассчитана еще в прошлом веке, когда нормы потребления на каждый дом принимались около 2 (кВт). В настоящее время только один электрический чайник потребляет около 1 (кВт), стиральная машинка около 2 (кВт), не говоря уже об электрических плитах, мощность которых достигает 10 (кВт) и больше.
По причине долгого срока эксплуатации состояние питающих линий с каждым годом ухудшается. Обслуживающие электрики приезжают на линию только по аварийным заявкам и вызовам. Периодические проверки и обслуживание линий ведется по минимуму.
От воздействий атмосферных осадков происходит окисление проводов, что уменьшает их сечение, в местах соединений проводов ухудшается электрический контакт, что приводит к дополнительным потерям. Также увеличивается число потребителей на одну и ту же линию. Хотя в последнее время в технических условиях на подключение дома энергоснабжающая организация обязывает установку ограничителей мощности.
Что в итоге мы имеем?
Когда линия не нагружена, то величина питающего напряжения не выходит за рамки норм. Как только нагрузка на линии начинает постепенно расти (люди приходят с работы), питающее напряжение начинает уменьшаться. По личному примеру скажу, что в одной из деревень величина напряжения в вечернее время достигала 150 (В). При таком напряжении холодильники выходят из строя, лампочки светят тускло, электрические печи не греют до номинальной температуры и т.д.
Как выходит из данной ситуации энергоснабжающая организация?
Очень просто.
Они выставляют на питающем трансформаторе с помощью привода ПБВ или РПН изначально повышенный уровень напряжения, чтобы в часы максимальной нагрузки напряжение было в норме, ну или почти в норме. Но ведь изначально выставленный повышенный уровень напряжения на питающем трансформаторе приводит к скорому перегоранию лампочек, а также к выходу из строя бытовой аппаратуры и техники.
Что же получается? Палка о «двух концах»?
Кто в данном тексте увидел свою проблему, то рекомендую Вам позаботиться о себе самостоятельно, вооружившись стабилизатором напряжения для дома. Ниже я познакомлю Вас с типами стабилизаторов.
Типы стабилизаторов напряжения для дома
Рассмотрим классификацию стабилизаторов напряжения для дома.
1. Феррорезонансные или магниторезонансные стабилизаторы напряжения
Это самые «древние» стабилизаторы напряжения для дома, которые применялись для питания первых цветных телевизоров. Помните, такую «коробку»?
Стабилизатор напряжения для дома «Украина-2″ мощностью всего то 315 (Вт).
А это еще один феррорезонансный стабилизатор напряжения.
Принцип их работы основывается на явлении магнитного насыщения ферромагнитных сердечников трансформаторов или дросселей.
У этих стабилизаторов напряжения недостатков пожалуй гораздо больше, чем достоинств. Во-первых, они выпускались небольшой мощности (до 600 Вт). Во-вторых, они очень сильно искажают синусоидальную форму выходного напряжения. В-третьих, они очень сильно гудят, а также у них узкий диапазон стабилизации и они частенько выходят из строя при повышенном напряжении в сети.
2. Дискретные (ступенчатые) стабилизаторы напряжения
Следующий тип стабилизаторов напряжения для дома, который мы рассмотрим, называются дискретными или ступенчатыми.
Принцип их работы основывается на ступенчатой коррекции напряжения, осуществляемой переключением отводов обмотки автотрансформатора с помощью ключей.
Ключи бывают либо релейными, либо полупроводниковыми (симисторы).
Ниже на рисунке приведена упрощенная схема дискретного стабилизатора для дома с прямым включением 5 ключей. Обычно такая схема применяется у самых дешевых моделей. Каждый ключ (реле или симистор) настроен на определенный порог срабатывания по уровню входного напряжения сети. При достижении этого значения ключ замыкает часть обмотки автотрансформатора.
Про достоинства таких типов стабилизаторов напряжения для дома могу сказать то, что они обладают высокой скоростью реакции на изменение входного напряжения, что необходимо для двигательных нагрузок, таких как холодильник, стиральная машина, глубинный насос и др.
Время реакции на изменение входного напряжения зависит от количества обмоток и скорости работы ключей.
Также у них небольшой вес и габариты, отсутствуют движущиеся части, в отличие от электромеханических стабилизаторов, а также широкий диапазон входных напряжений.
Из недостатков можно отметить то, что напряжение на выходе меняется ступенчато и во время процесса регулирования происходит прерывание выходного напряжения.
Сейчас мы рассмотрим электромеханические стабилизаторы напряжения для дома. Их принцип работы основан на регулировании напряжения за счет перемещения щетки по обмотке автотрансформатора.
Непрерывность фазы выходного напряжения обеспечивается конструкцией токосъемника, т.е. щеткой. Ширина щетки приблизительно равна 2,2 диаметра провода обмотки автотрансформатора, чтобы при переходе с одного витка на другой электрический контакт не терялся.
Достоинства электромеханического стабилизатора напряжения:
- плавное регулирование
- отсутствие помех при работе
- отсутствие искаженной формы напряжения
- отсутствие электронных ключей, коммутирующих рабочий ток
- высокая точность удержания выходного напряжения - 220 ± 3% (в отличие от дискретных - 220 ± 7%)
Недостатки электромеханического стабилизатора напряжения:
- необходимо следить за износом щетки
- искрение во время перемещения щетки по обмотке автотрансформатора
- во время работы двигателя сервопривода слышно гудение
Выводы
Про необходимость установки стабилизаторов напряжения для дома я Вам пояснил. Далее решать только Вам. С типами стабилизаторов я Вас познакомил. Рекомендую Вам приобретать только дискретные или электромеханические стабилизаторы (сам лично склоняюсь к последним), про феррорезонансный вообще забудьте.
P.S. В следующей статье мы научимся выбирать стабилизатор напряжения по мощности. Покажу Вам пример расчета мощности стабилизатора для своей квартиры. А также поговорим о месте их установки и креплении. Чтобы не пропустить выход новых статей - пройдите процедуру подписки. Форма находится в конце каждой статьи и в правой колонке сайта.
zametkielectrika.ru
стабилизатор напряжения 220в своими руками - Меандр - занимательная электроника
Цифровой вольтметр сетевого напряжения на микроконтроллере ATTINY26, содержит 10-разрядный АЦП, трехразрядный светодиодный индикатор с динамической индикацией, линейный стабилизатор 7805, ну еще несколько токоограничительных резисторов. Конечно, большая часть рассыпухи используется для работы безтрансформаторного БП. Ниже приведена схема вольтметра. Детали: все диоды в схеме использованы типа 1N4007, но подойдут и любые другие с прямым током от 0,5А …
В статье приведено описание устройства, которое позволяет наглядно с помощью двух светодиодных линеек отображать текущее значение напряжения сети ~220 В и тока потребления в контролируемой линии, а также осуществлять звуковую сигнализацию при выходе уровней напряжения и тока за установленные границы. Идея контролировать состояние домашней питающей сети возникает, думаю, у многих, особенно после очередной оплаты за …
R1, R2, R3 - делители напряжения в диапазонах 0-1,2В, 0-12В и 0-120В. Вольтметр индикатор собран на микросхеме LM3914. Ток протекающий через каждый светодиод может достигать 30мА. R4 - регулирует яркость светодиодов. Каждый светодиод имеет шаг 1,2В (в диапазоне 12В). Изменив значения делителей напряжения R1 R2 R3 Вы можете самостоятельно подобрать необходимый Вам диапазон измерения напряжения.
Технические характеристики: Напряжение питания – 10-17 В Шаг индикации напряжения – 0.5 В Диапазон измерения напряжения – 10.5-16 В Количество точек индикации – 12 Максимальный ток потребления – 40 мА Устройство представляет собой универсальный линейный индикатор напряжения на базе КР1003ПП1. Сигнал индицируется шкалой из 12 светодиодов, загорающихся последовательно в зависимости от входного напряжения. При использовании …
meandr.org
Подключение стабилизатора напряжения пошаговая инструкция
В зависимости от того, какой стабилизатор напряжения вы выбрали, стоит рассмотреть несколько вариантов подключения. (Меню кликабельно)
Кроме того, важно определиться с местом расположения стабилизатора
Зачастую бывает так, что в квартире (доме, офисе) есть необходимость подключить только одно-два устройства под стабилизатор, а остальные в таком не нуждаются.
Это случается тогда, когда входящее напряжение в сети незначительно отличается от номинальных 220 вольт и его перепады незначительны (+/- 15 вольт).
В таких случаях, действительно нет необходимости подключать полностью весь дом и достаточно защитить плазменный телевизор, спутниковый тюнер или компьютер.
Для подключения по такой схеме необходимо, тем не менее, позаботиться о том, чтобы высокоточная техника (аудио, видеосистемы, ПК) были дополнительно подключены через сетевой фильтр. Это необходимо для того, чтобы эти источники не давали помехи друг на друга, а также, чтобы отфильтровать скачки напряжения от работы сварки во дворе, например.
Стоит отметить, что в случае подключения газового котла, необходимо также включить в схему ИБП – источник бесперебойного питания, который обеспечит корректную работу оборудования даже при отключении электричества.
Непосредственно к самому выпрямителю можно подключать мощные токоприемники, такие, как насос, холодильник, микроволновая печь, электродуховка, пылесос, пароварка, утюг. Эти потребители не требуют особой точности в стабилизации и мало зависят от перепадов напряжения.
Схема подключения всей квартиры через стабилизатор напряжения
Этот способ подключения стабилизатора напряжения наиболее приемлем для современных квартир и домов.
Выпрямитель в этом случае является самым первым прибором после электросчетчика и обеспечивает стабильным и ровным напряжением все токоприемники квартиры, дачи или дома.
При таком подключении наиболее правильным считается проведение отдельных линий под разные типы электроприборов. Каждая из линий должна оборудоваться своими пакетниками (освещение, насос, телевизор+аудиосистема, компьютер и т.д.)
Но очень редко на этапе строительства учитывается, какие электроустановки будут включаться в ту или иную розетку, поэтому возникают ситуации, когда с помощью удлинителя удобно подключить маломощную, но точную технику (телевизор, спутниковая антенна) в одну розетку с «грубой» (холодильник, стиральная машина, насос, утюг).
При этом «грубая» техника при включении будет создавать помехи, которую стабилизатор, расположенный на входе в дом, отфильтровать не в состоянии. Поэтому старайтесь избегать такого соседства и подключать такие электроприборы как можно дальше друг от друга.
Если же это невозможно, то перед «точной» техникой должен обязательно стоять сетевой фильтр.
Три фазы
Нередко в помещение заходит не одна, а три фазы. В этом случае нужно подключать один трехфазный стабилизатор напряжения или три однофазных.
Первый из них используется только в том случае, если будут применяться электроприборы, рассчитанные на 380 вольт, например мощные электродвигатели, но такие устройства в быту обычно не используются.
Подключение стабилизаторов к трем фазам
Если же в дом поступает три фазы (380 вольт), то лучше использовать схему из трех стабилизаторов, которая обеспечит качественным, ровным 220 В электричеством всю элетрику в доме.
Более того, даже в промышленных масштабах рекомендуется использовать схему из трех однофазных, т.к. в случае выхода из строя или попросту отключения одного из них, в сети остается 220 вольт, что невозможно при использовании трехфазного – тот попросту отключает электричество полностью.
Поэтому, если в сети преобладают потребители по 220 вольт, а не по 380 – следует использовать схему из трех стабилизаторов.
Схема подключения показана на рисунке.
Трехфазный вход имеет четыре провода – один из которых – ноль, является общим для всех трех стабилизаторов в системе, а каждая отдельная фаза пропускается через отдельный выпрямитель.
Идеальным вариантом работы электросетей является изменение значений тока и напряжения как в сторону уменьшения, так и увеличения не более чем на 10% от номинальных 220 В. Но поскольку в реальности скачки характеризуются большими изменениями, то электроприборам, подключенным к сети напрямую, грозит потеря проектных возможностей и даже выход из строя.
Избежать неприятностей поможет использование специального оборудования. Но поскольку оно отличается весьма высокой ценой, то многие предпочитают собирать стабилизатор напряжения сделанный своими руками. Насколько оправдан такой шаг и что потребуется для его реализации?
Конструкция и принцип действия стабилизатора
Конструкция прибора
Решив собрать прибор самостоятельно придется заглянуть внутрь корпуса промышленной модели. Она состоит из нескольких основных деталей:
- Трансформатора;
- Конденсаторов;
- Резисторов;
- Кабеля для соединения элементов и подключения устройства.
Принцип действия самого простого стабилизатора основан на работе реостата. Он повышает или понижает сопротивление в зависимости от силы тока. Более современные модели обладают широким набором функций и способны в полной мере защитить бытовую технику от скачков напряжения в сети.
Виды приборов и их особенности
Виды и их применения
Классификация оборудования зависит от методов, используемых для регулировки тока. Поскольку эта величина представляет собой направленное движение частиц, то воздействовать на нее можно одним из способов:
- Механическим;
- Импульсным.
Первый основывается на законе Ома. Приборы, работа которых основана на нем называют линейными. Они включают в себя два колена, которые соединяются при помощи реостата. Поданное на один элемент напряжение проходит по реостату и таким образом оказывается на другом, с которого поступает к потребителям.
Приборы этого типа позволяют очень только выставлять параметры выходного тока и могут быть модернизированы дополнительными узлами. Но использовать такие стабилизаторы в сетях, где разница между входным и выходным током велика нельзя, так как они не смогут обезопасить бытовую технику от КЗ при больших нагрузках.
Смотрим видео, принцип работы импульсного прибора:
Импульсные модели работают по принципу амплитудной модуляции тока. В цепи стабилизатора используется выключатель, разрывающий ее через определенные промежутки времени. Такой подход позволяет равномерно накапливать ток в конденсаторе, а после его полной зарядки и далее на приборы.
В отличие от линейных стабилизаторов импульсные не имеют возможности задавать определенную величину. В продаже встречаются модели повышающе-понижающие – это идеальный выбор для дома.
Также стабилизаторы напряжения делятся на:
- Однофазные;
- Трехфазные.
Но так как большинство бытовых приборов работают от однофазной сети, то в жилых помещениях используют как правило оборудование, относящееся к первому типу.
Приступаем к сборке: комплектующие, инструменты
Поскольку наиболее эффективным считается симисторный аппарат, то в своей статье мы рассмотрим, как самостоятельно собрать именно такую модель. Сразу следует отметить, что этот стабилизатор напряжения, выполненный своими руками, будет выравнивать ток при условии, что входное напряжение находится в диапазоне от 130 до 270В.
Допустимая мощность приборов, подключаемых к такому оборудованию не сможет превышать 6 кВт. При этом переключение нагрузки будет осуществляться за 10 миллисекунд.
Что касается комплектующих, то для сборки такого стабилизатора понадобятся следующие элементы:
- Блок питания;
- Выпрямитель для измерения амплитуды напряжения;
- Компаратор;
- Контроллер;
- Усилители;
- Светодиоды;
- Узел задержки включения нагрузки;
- Автотрансформатор;
- Оптронные ключи;
- Выключатель-предохранитель.
Из инструментов буду необходимы паяльник и пинцет.
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
- 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.
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.
К преимуществам самодельных устройств можно отнести и возможность самостоятельного ремонта. Человек, собравший стабилизатор разобрался как в его принципе действия, так и строении и поэтому сможет устранить неисправность без посторонней помощи.
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.
Разработчики электрических и электронных устройств, в процессе их создания, исходят из того, что будущее устройство будет работать в условиях стабильного питающего напряжения. Это необходимо для того, чтобы электрическая схема электронного устройства, во-первых, обеспечивала стабильные выходные параметры в соответствии со своим целевым назначением, а во-вторых, стабильность питающего напряжения защищает устройство от скачков, чреватых слишком большими потребляемыми токами и перегоранием электрических элементов устройства. Для решения задачи обеспечения неизменности питающего напряжения применяют какой-либо вариант стабилизатора напряжения. По характеру потребляемого устройством тока различают стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.
Стабилизаторы переменного напряжения
Стабилизаторы переменного напряжения применяют, если отклонения напряжения в электрической сети от номинального значения превышают 10% . Такая норма выбрана исходя из того, что потребители переменного тока при таких отклонениях сохраняют свою работоспособность весь срок эксплуатации. В современной электронной технике, как правило, для решения задачи стабильного электропитания используют импульсный блок питания, при котором стабилизатор переменного напряжения не нужен. А вот в холодильниках, микроволновых печах, кондиционерах, насосах и т.п. требуется внешняя стабилизация питающего переменного напряжении. В таких случаях чаще всего используют стабилизатор одного из трёх типов: электромеханический, главным звеном которого является регулируемый автотрансформатор с управляемым электрическим приводом, релейно- трансформаторный, на базе мощного трансформатора, имеющего несколько отводов в первичной обмотке, и коммутатора из электромагнитных реле, симисторов, тиристоров или мощных ключевых транзисторов, а также чисто электронный. Широко распространенные в прошлом веке феррорезонансные стабилизаторы в настоящее время практически не используются из-за наличия многочисленных недостатков.
Для подключения потребителей к сети переменного тока 50 Гц применяют стабилизатор напряжения на 220 В. Электрическая схема стабилизатора напряжения такого типа изображена на следующем рисунке.
Трансформатор А1 повышает напряжение в сети до уровня, достаточного для стабилизации выходного напряжения при низком входном напряжении. Регулирующий элемент РЭ осуществляет изменение выходного напряжения. На выходе управляющий элемент УЭ измеряет значение напряжения на нагрузке и выдает управляющий сигнал для его корректировки, если это необходимо.
Электромеханические стабилизаторы
В основе такого стабилизатора - использование бытового регулируемого автотрансформатора или лабораторного ЛАТРа. Применение автотрансформатора обеспечивает более высокий КПД установки. Рукоятка регулирования автотрансформатора удаляется, а на корпусе вместо нее соосно устанавливают небольшой двигатель с редуктором, обеспечивающим усилие вращения достаточное для поворота бегунка в автотрансформаторе. Необходимая и достаточная скорость вращения – около 1 оборота за 10 - 20 сек. Этим требованиям удовлетворяет двигатель типа РД-09, который раньше применялся в самопишущих приборах. Управляет двигателем электронная схема. При изменении сетевого напряжения в пределах +- 10 вольт выдаётся команда на двигатель, который поворачивает бегунок до достижения на выходе напряжения 220 В.
Примеры схем электромеханических стабилизаторов приведены ниже:
Электрическая схема стабилизатора напряжения с использованием логических микросхем и релейного управления электроприводом
Электромеханический стабилизатор на основе операционного усилителя.
Достоинством подобных стабилизаторов является простота реализации и высокая точность стабилизации напряжения на выходе. К недостаткам следует отнести невысокую надёжность из - за присутствия механических подвижных элементов, относительно малую допустимую мощность нагрузки (в пределах 250 ... 500 Вт), малую распространенность в наше время автотрансформаторов и необходимых электродвигателей.
Релейно - трансформаторные стабилизаторы
Релейно - трансформаторный стабилизатор является более популярным в силу простоты реализации конструкции, применения распространенных элементов и возможности получения значительной выходной мощности (до нескольких киловатт), значительно превышающей мощность примененного силового трансформатора. На выбор его мощности влияет минимальное напряжение в конкретной сети переменного тока. Если, к примеру, оно не меньше 180 В, то от трансформатора потребуется обеспечение вольтодобавки 40 В, что в 5,5 раз меньше номинального напряжения в сети. Выходная мощность у стабилизатора во столько же раз будет больше, чем мощность силового трансформатора (если не учитывать КПД трансформатора и максимально допустимый ток через коммутирующие элементы). Число ступеней изменения напряжения, как правило, устанавливают в пределах 3 ... 6 ступеней, что в большинстве случаев обеспечивает приемлемую точность стабилизации напряжения на выходе. При вычислении количества витков обмоток в трансформаторе для каждой ступени напряжение в сети принимается равным уровню срабатывания коммутирующего элемента. Как правило, в качестве коммутирующих элементов используют электромагнитные реле - схема выходит достаточно элементарной и не вызывающей затруднений при повторении. Недостатком такого стабилизатора является образование дуги на контактах реле в процессе коммутации, что разрушает контакты реле. В более сложных вариантах схем переключение реле производят в моменты перехода полуволны напряжения через нулевое значение, что предотвращает возникновение искры, правда при условии использования быстродействующих реле или коммутации на спаде предшествующей полуволны. Использование в качестве коммутирующих элементов тиристоров, симисторов или других бесконтактных элементов надёжность схемы резко возрастает, но усложняется из-за необходимости обеспечения гальванической развязки между цепями управляющих электродов и модулем управления. Для этого применяют оптронные элементы или разделительные импульсные трансформаторы. Ниже приведена принципиальная схема релейно - трансформаторного стабилизатора:
Схема цифрового релейно - трансформаторного стабилизатора на электромагнитных реле
Электронные стабилизаторы
Электронные стабилизаторы имеют, как правило, небольшую мощность (до 100 Вт) и необходимую для работы многих электронных устройств высокую стабильность выходного напряжения. Они обычно строятся в виде упрощённого усилителя низкой частоты, имеющего достаточно большой запас изменения уровня питающего напряжения и мощности. На его вход от электронного регулятора напряжения подаётся сигнал синусоидальной формы с частотой 50 Гц от вспомогательного генератора. Можно использовать понижающую обмотку силового трансформатора. Выход усилителя подключен к повышающему до 220 В трансформатору. Схема имеет инерционную отрицательную обратную связь по значению выходного напряжения, что гарантирует стабильность выходного напряжения с неискажённой формой. Для достижения мощности на уровне нескольких сотен ватт используют другие методы. Обычно применяют мощный преобразователь постоянного тока в переменный на основе использования нового вида полупроводников - так называемых IGBT транзисторо.
Эти коммутирующие элементы в ключевом режиме могут пропустить ток в несколько сотен ампер при максимально допустимом напряжении более 1000 В. Для управления такими транзисторами используются специальные виды микроконтроллеров с векторным управлением. На затвор транзистора с частотой в несколько килогерц подают импульсы с переменной шириной, которая меняется по программе, введенной в микроконтроллер. По выходу такой преобразователь нагружен на соответствующий трансформатор. Ток в цепи трансформатора меняется по синусоиде. В то же время напряжение сохраняет форму исходных прямоугольных импульсов с разной шириной. Такая схема используется в мощных источниках гарантированного питания, используемых для бесперебойной работы компьютеров. Электрическая схема стабилизатора напряжения такого типа очень сложна и практически недоступна для самостоятельного воспроизведения.
Упрощенные электронные стабилизаторы напряжения
Такие устройства применяют, когда напряжение бытовой сети (особенно в условиях сельских населенных пунктов) нередко оказывается пониженным, практически никогда не обеспечивая номинальных 220 В.
В такой ситуации и холодильник работает с перебоями и риском выхода из строя, и освещение оказывается тусклым, и вода в электрочайнике долго не может закипеть. Мощности старенького, еще советских времен, стабилизатора напряжения, рассчитанного на питание телевизора, как правило, недостаточна для всех остальных бытовых электропотребителей, да и значение напряжения в сети часто падает ниже уровня, допустимого для подобного стабилизатора.
Существует простой метод для повышения напряжение в сети, путем использования трансформатора мощностью значительно меньшей мощности применяемой нагрузки. Первичная обмотка трансформатора включается непосредственно в сеть, а нагрузка подключается последовательно к вторичной (понижающей) обмотке трансформатора. При правильной фазировке напряжение на нагрузке окажется равным сумме снимаемого с трансформатора и сетевого напряжения.
Электрическая схема стабилизатора напряжения, действующего по этому несложному принципу, приведена рисунке ниже. Когда стоящий в диагонали диодного моста VD2 транзистор VT2 (полевой) закрыт, обмотка I (являющаяся первичной) трансформатора Т1 к сети не подключена. Напряжение на включенной нагрузке почти равно сетевому за минусом небольшого напряжения на обмотке II (вторичная) трансформатора Т1. При открытии полевого транзистора первичная обмотка трансформатора окажется замкнутой, а к нагрузке будет приложена сумма сетевого и напряжения вторичной обмотки.
Схема электронного стабилизатора напряжения
Напряжение с нагрузки, через трансформатор Т2 и диодный мост VD1 подается на транзистор VT1. Регулятор подстроечного потенциометра R1 должен быть выставлен в положение, обеспечивающее открытие транзистора VT1 и закрытие VT2, когда напряжение на нагрузке превышает номинальное (220 В). Если напряжение меньше 220 вольт транзистор VT1 закроется, a VT2 - откроется. Полученная таким способом отрицательная обратная связь сохраняет напряжение на нагрузке примерно равным номинальному значению.
Выпрямленное напряжение с моста VD1 используется и для запитки коллекторной цепи VT1 (через цепь интегрального стабилизатора DA1). Цепочка C5R6 гасит нежелательные скачки напряжения сток-исток на транзисторе VT2. Конденсатор С1 обеспечивает снижение помех, проникающих в сеть в процессе работы стабилизатора. Номиналы резисторов R3 и R5 подбирают, получая наилучшую и устойчивую стабилизацию напряжения. Выключатель SA1 обеспечивает включение и выключение стабилизатора и нагрузки. Замыкание выключателя SA2 отключает автоматику, стабилизирующую напряжение на нагрузке. Оно в таком варианте оказывается максимально возможным при текущем напряжении в сети.
После включения собранного стабилизатора в сеть, подстроечным резистором R1 устанавливают на нагрузке напряжение, равное 220 В. Нужно учесть, что вышеописанный стабилизатор не может устранить изменения сетевого напряжения, превышающие 220 В, или оказавшиеся ниже минимального, использованного при расчете обмоток трансформатора.
Замечание: В некоторых режимах работы стабилизатора мощность, рассеиваемая транзистором VT2, оказывается весьма значительной. Именно она, а не мощность трансформатора, может ограничить допустимую мощность нагрузки. Поэтому следует позаботиться о хорошем отводе тепла от этого транзистора.
Стабилизатор, устанавливаемый в сыром помещении, нужно обязательно поместить в заземленный металлический корпус.
Смотрите также схемы.
Отправим материал вам на e-mail
Потребление электроэнергии растёт с появлением большого количества приборов, облегчающих быт человека. Жителям мегаполисов в этом плане повезло: они не страдают от перебоев электричества. В больших городах существуют возможности поддержания электросетей в надлежащем состоянии. А вот всем остальным часто приходится сталкиваться со скачками напряжения. Хорошо, если дело обойдётся мигающими лампочками, но зачастую перебои приводят к выходу из строя дорогостоящих приборов. Какой выбрать стабилизатор напряжения 220в для дома, чтобы раз и навсегда забыть об этой проблеме?
Этот компактный прибор поможет справиться с перебоями электросети
Стабилизатор напряжения 220в: какой выбрать для дома, преимущества и принцип действия
Известно, что организации, поставляющие электричество в дома потребителей, нередко поднимают напряжение в сетях, рассчитанных на 220 – 380 вольт на десять процентов, а то и больше. Результатом становится не только повышенная оплата за энергию, но и выход из строя чувствительных приборов, потеря ценных данных и сбои в жизненно важных для человека системах.
Для чего необходим стабилизатор
Элементарный пример: десять процентов лишнего напряжения в сети заставляет лампу гореть на треть сильнее и при этом снижает продолжительность её службы почти вполовину. А заплатить за работу этой лампы придётся на двадцать процентов больше.
Оптимальный выход в этой ситуации – купить стабилизатор напряжения 220в для дома на 10квт или больше, мощность будет зависеть от количества подключённых приборов.
Преимущества от использования стабилизационного прибора:
- экономия расходов на электроэнергию;
- повышение сроков службы и производительности приборов, рассчитанных на нормальное напряжение сети;
- экономия на обслуживании электроприборов за счёт уменьшения количества поломок, связанных со скачками в сети.
Как работает прибор
Самый простой стабилизатор состоит из пары катушек, изолированных одна от другой и намотанных на один сердечник. К первой катушке подключается источник электроэнергии, а ко второй – потребитель. Магнитная индукция преобразует напряжение тока. Простейший прибор можно изготовить своими руками, схема стабилизатора напряжения 220в:
В современных стабилизационных приборах обмотки соединены гальваническим методом.
Кроме автоматического трансформатора в устройство входит:
- измерительный прибор входного напряжения, подающий информацию на блок управления;
- блок управления, регулирующий ток;
- защитное устройство, предотвращающее короткое замыкание и перегрузку;
- дополнительную защиту от попадания высоковольтного разряда;
- механизм непрерывного электропитания.
Виды стабилизаторов
Приборы для стабилизации напряжения в сети подразделяются на три основных вида:
- Электронные стабилизаторы.
- Сервоприводные устройства.
- Релейные приборы.
Электронные стабилизаторы
Самый современный вид стабилизирующих устройств. Имеют максимальную защиту от перегрузок и скачков за счёт электронных ключей, тиристоров или симисторов, с высокой скоростью реакции.
Полезная информация! Возможные отклонения на выходе электронного устройства не превышают трёх вольт.
Если стоит вопрос, какой выбрать стабилизатор напряжения 220в для дома, где есть дорогостоящая высокотехнологичная аппаратура – лучше подобных устройств не найти. Стоят они дороже остальных видов приборов, имеющих механические схемы.
Сервоприводные устройства
В основе работы этого прибора лежит изменение числа активных витков в обмотке вторичного вида. Бегунок по виткам перемещает миниатюрный сервоприводный мотор.
Сервоприводное устройство стоит гораздо меньше электрического, но уступает последнему в скорости реакции на скачки в сети. Кроме того, этот прибор издаёт негромкий, но заметный шум. Подобное устройство не спасёт дорогостоящую технику от резкого изменения напряжения. Его обычно устанавливают на дачах, где нет чувствительной техники.
Сервоприводное устройство можно изготовить своими руками. Повышающий стабилизатор напряжения 220в можно сделать из сварочного аппарата.
Релейные устройства
Трансформаторный метод стабилизации – самый простой из приведённых. Он основан на изменении количества витков в обмотке трансформаторного устройства. Реле реагирует на изменение напряжения и отключает или подключает нужное количество витков. На выходе получается стабильное напряжение с точностью регулировки в восемь процентов. Такие механизмы доступны по цене и отличаются продолжительным сроком службы за счёт устойчивости к перегрузке.
Какой лучше стабилизатор напряжения: релейный или электромеханический? Однозначный ответ дать на этот вопрос довольно сложно. Электронный прибор намного надёжнее защитит домашнюю технику, но его срок службы и стоимость проигрывают простейшему релейному устройству.
Обзор схем подключения стабилизатора напряжения в частном доме
Следует учитывать, что из-за реактивной мощности некоторых домашних электроприборов в момент запуска происходит пиковая нагрузка. Именно на её размер и стоит рассчитывать стабилизатор. Кроме того, важно принять во внимание коэффициенты трансформации, которые при снижении и поднятии напряжения «съедают» мощность аппарата.
Таблица 1. Коэффициенты трансформации
| Напряжение | 130 | 150 | 170 | 210 | 220 | 230 | 250 | 270 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Коэффициент | 1.77 | 1,55 | 1,35 | 1,10 | 1,05 | 1,10 | 1,35 | 1,55 |
Подбирать общее стабилизирующее устройство на весь дом следует, исходя из суммарной мощности все электроприборов, умноженной на 0.7 и коэффициент трансформации, приведённый в таблице.
Общая схема подключения трансформатора выглядит следующим образом.
Статьи по теме
