Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

15.01.2020
18 мин.
Электрика

Перепады напряжения в электрической сети — дело обычное. Такие изменения допустимы, но только в определенных пределах: позволительны отклонения в 10%: как в сторону увеличения, так и уменьшения. Эти условия в сети электропитания идеальны, однако они большая редкость. Чаще показатель меняется значительно, что очень «не нравится» довольно чувствительным бытовым электроприборам. Самая большая опасность, подстерегающая их, — выход техники из строя. Сейчас на рынке представлено множество различных моделей корректоров параметров электросети, однако цены на них не слишком радуют потенциальных покупателей. По этой банальной причине многие решаются собрать стабилизатор напряжения своими руками.

Стабилизаторы и их роль

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

Наиболее уязвимы частные дома, находящиеся в небольших населенных пунктах, где практически невозможно обеспечить электроприборам качественное питание. Причина — «допотопные» советские подстанции, которые давно не в состоянии выдерживать сегодняшние нагрузки на сеть. Выход напряжения за «законные» пределы нередко провоцирует несколько неприятностей:

  • уменьшает срок службы элементов сети;
  • становится виновником сбоя в работе электроники — управляющей, контрольной;
  • значительно увеличивает потребление электроэнергии;
  • приводит к перегреву ТЭНов.

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

Этих последствий и чрезмерных трат можно избежать, если сделать стабилизатор напряжения своими руками. Перед тем как принять окончательное решение о том, быть или не быть самодельному устройству, с ним и его видами лучше познакомиться поближе.

Разновидности приборов

Задача стабилизатора — поддерживать выходное напряжение в узких рамках, независимо от того, насколько сильны изменения входных значений. Помимо допустимых пределов надо учитывать максимальный ток, мощность имеющегося оборудования.

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

Главный элемент любого стабилизатора-корректора напряжения — трансформатор, вернее, автотрансформатор. Он имеет обмотку и отводы от нее (от 2 до 20). За коммутацию после команды блока управления (датчика) — «отключить» либо «подключить» какую-либо обмотку — отвечают силовые ключи: ролики, щетки, реле или тиристоры (симисторы, транзисторы).

Прежде чем начать обдумывать, как создать стабилизатор напряжения своими руками, нужно познакомиться с ассортиментом этих приборов, узнать их особенности, преимущества, а также недостатки.

Сервоприводные (электромеханические)

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

В этом случае в корректировке выходного напряжения главную роль играет движущийся контакт, который изменяет параметры вторичной обмотки. Перемещается этот ползунок с помощью электромеханического привода. Самые большие преимущество этого стабилизатора — точность корректировки, плавность регулировки, способность выдерживать высокую нагрузку, если все его элементы качественны. Вполне приемлемую цену тоже можно отнести к плюсам.

Нельзя замолчать существенные минусы. К ним относится:

  • ограничение рабочего диапазона — 150-250 вольт;
  • шумность прибора из-за механических элементов;
  • относительно медленная реакция на входные изменения параметров;
  • износ деталей, требующий регулярно заменять подвижные угольные контакты — ролик или щетку.

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

Повышенный шум может стать причиной дискомфорта, особенно ночью. Открытый контакт может начать искрить из-за попавшей пыли. Заклинивание электропривода приведет к его разрушению либо к возгоранию, поэтому обслуживание устройства, замена токосъемных элементов прибора необходима как минимум раз в год.

Релейные (цифровые) стабилизаторы

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

Эти устройства часто называют ступенчатыми. Релейный корректор — трансформатор, имеющий несколько выходов вторичной обмотки, где один из них принимается за общий. Регулировку выходного напряжения производит датчик, отслеживающий состояние электросети, переключающий реле. Если срабатывают несколько приборов, то нагрузка переключается на тот вывод, где она в данный момент отличается от заданного значения минимально.

Преимущества этого типа:

  • простота конструкции;
  • ее ремонтопригодность;
  • довольно большая надежность;
  • неплохая точность корректировки;
  • приемлемая (самая низкая) цена релейных стабилизаторов.

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

Эти приборы не требуют регулярного обслуживания, поэтому достаточно популярны. Но они, как и все другие, не лишены недостатков. В этом списке:

  • ступенчатая регулировка напряжения на выходе, она ограничивает их применение;
  • выход силовых реле из строя, если происходят частые переключения режимов;
  • падение мощности, когда напряжение низкое — менее 190 В;
  • некоторая погрешность стабилизации — от 5 до 8%;
  • звонкие щелчки при переключении.

Если сравнить минусы и плюсы, то можно сделать логичный вывод, что релейный стабилизатор справляется с большинством задач, возложенных на него в бытовых условиях. Высокую скорость прибор обеспечивает, а в точности корректировки необходимость есть не всегда.

Электронные (симисторные, тиристорные)

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

Эта разновидность стабилизаторов отличается от других устройств полным отсутствием каких-либо механических, перемещающихся элементов. В этом случае за диагностику входного напряжения и управление отвечает микропроцессор или блок электронных схем. Работают они в автоматическом режиме.

Стабилизация напряжения электронных приборов тоже происходит благодаря подключению определенных обмоток, однако это делается с помощью полупроводниковых ключей — симисторных, тиристорных либо транзисторных. К плюсам электронного типа стабилизаторов можно отнести:

  • большой диапазон рабочего входного напряжения;
  • долгий срок службы тиристоров и симисторов;
  • высокую скорость и точность стабилизации;
  • небольшие размеры, бесшумную работу.

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

Недостатки у этих стабилизаторов есть:

  • ступенчатое выравнивание тока вызывает видимое мерцание лампочек при отключении или подключении обмоток;
  • замедление скорости реакции, есть количество ступеней большое;
  • максимальная чувствительность к помехам электрической сети;
  • возможность перегорания ключей при сильных нагрузках;
  • сложность конструкции, высокая цена.

К этой же категории относят недостаточную перегрузочную способность — от 20 до 40% в первые секунды. Преимущества выигрывают у недостатков, так как последние все же относительны. Из-за положительных качеств такие приборы предпочтительнее покупать, однако изготовить такой стабилизатор напряжения своими руками можно, но без навыков очень сложно.

Инверторные (бестрансформаторные)

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

В этих стабилизаторах используют схему двойного преобразования напряжения. Их основные отличия от конкурентов — отсутствие автотрансформаторов, любых подвижных деталей. Необходимости в анализе входного напряжения также нет. Интересен сам принцип работы таких приборов. Переменный ток сначала преобразуется в постоянный. Затем он снова превращается в переменный, но уже со стабильным значением — 200 вольт. Допустимая погрешность составляет всего 1%.

Главные достоинства моделей:

  • точная, мгновенная коррекция напряжения;
  • выходной сигнал с чистой синусоидой;
  • широкий рабочий диапазон.

Недостаток у инверторных стабилизаторов один: это более высокая цена, чем у остальных приборов. Однако чтобы собрать стабилизатор напряжения своими руками, именно эту схему используют чаще остальных.

Феррорезонансные устройства

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

Если сравнивать эту конструкцию с приборами-конкурентами, то она отличается элементарностью. В составе ее два дросселя и конденсатор. В работе используется принцип магнитного резонанса. Для этих стабилизаторов характерна высокая скорость, точность корректировки, длительный срок эксплуатации, широкий диапазон входящего напряжения.

Недостатки — низкий коэффициент мощности, образование электромагнитных помех, довольно большие габариты и вес, шумность. Еще один минус — цена. Она нередко выше стоимости источника бесперебойного питания (ИБП). В быту эти устройства, как правило, не используют. Чаще всего их можно увидеть в медицинских учреждениях.

 Стабилизатор напряжения своими руками

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

Если нет большого желания переплачивать, то можно самостоятельно собрать разные виды корректоров напряжения, однако одним из самых эффективных является симисторный стабилизационный прибор. Его характеристики:

  • нечувствительность к частоте напряжения, подающегося через общую сеть;
  • возможный рабочий диапазон — от 130 до 270 В;
  • напряжение на выходе — от 205 до 230 В, если общая мощность подключенных приборов равняется 6 кВт;
  • быстрое переключение нагрузки — 10 мс (миллисекунд).

Схема и ее элементы

Чтобы сделать подобный стабилизатор своими руками, необходимо сначала рассмотреть следующую схему:

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

На ней обозначены:

  1. Блок питания, состоящий из диода VD1, конденсаторов С2, С5, компаратора DA1, трансформатора Т1.
  2. Узел, задерживающий включение нагрузки. В него входят конденсатор С1, резисторы R1-R5, транзисторы VT1-VT3.
  3. Выпрямитель, измеряющий амплитуду напряжения — делители R14 и R13, диод VD2, конденсатор С2, стабилитрон VD2.
  4. Компаратор напряжения, состоящий из компараторов DA2 и DA3, а также резисторов R15-R39.
  5. Усилители, включающие резисторы R40-48 и транзисторы VT4-12.
  6. Семь оптронных ключей, каждый из которых оснащается оптосимисторами U1-U7, резисторами R6-12 и симисторами VS1-7.
  7. Логический контроллер — DD1-5. Индикаторные диоды — HL1-HL9.
  8. Автотрансформатор Т2 и выключатель-предохранитель QF1.

Чтобы разобраться в схеме, надо представлять, каким образом прибор работает.

Принцип работы

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

После включения питания стабилизатора конденсатор (С1) находится в разряженном состоянии, один транзистор (VT2) открыт, другие (VT2, VT4) закрыты. Через последний элемент будет идти ток на все светодиоды, а также на симисторный оптотрон. Светодиоды не светятся, так как нагрузки нет. Ток, проходящий через резистор R1, попадает в конденсатор (С1), который заряжается.

Задержка составляет лишь 3 секунды: этого времени хватает, чтобы завершить все переходные процессы. Затем следует срабатывание несимметричного триггера — триггера Шмитта. Его основу составляют транзисторы — VT1, VT2. Потом открывается третий элемент цепи, включается нагрузка. Диод VD2 и конденсатор С2 выпрямляют напряжение, выходящее с третьей обмотки Т1.

Затем ток следует в делитель (R13-14). Из него он попадает к не инвертирующему входу компараторов. Их восемь, находятся они на микросхемах DA2, DA3. В тот же самый момент на их инвертирующий вход поступает образцовый постоянный ток. За его подачу отвечают резисторные делители (R15-23). Процесс завершает контроллер, обрабатывающий сигнал на входе компараторов.

Особенности прибора

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

При напряжении до 130 В транзистор VT4 остается открытым. В это время мигает первый светодиод, сообщающий о том, что в электросети слишком мал уровень напряжения, поэтому прибор функционировать не в состоянии.

При нагрузке от 130 до 150 В открывается другой транзистор — VT5 и загорается второй светодиод. Открываются симистор VS2 и оптосимистор U1-2. Через первый пройдет нагрузка, которая последует в верхний вывод обмотки автотрансформатора Т2.

Если напряжение находится в пределах 150-170 В, то открывается транзистор VT6, а загорается уже третий светодиод. Параллельно происходит открытие второго симистора VS2, а ток передается на тот вывод трансформатора Т2, который находится ниже первого.

Самодельный корректор будет переключать соединение и в том случае, если входящее напряжение достигнет 190-250 вольт. Чтобы изготовить функционирующий стабилизатор напряжения своими руками, необходима печатная плата, ее размеры — 90х115 мм. Подходящий материал для нее — стеклотекстолит, фольгированный, односторонний. Размещение показано ниже.

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

Чтобы не допустить ошибок, лучше эту схему скачать и распечатать на лазерном принтере, недавно заправленном. Для переноса используют утюг. Проще всего воспользоваться программой Sprint Loyout, ее предназначение — помощь в изготовлении печатных плат.

Стабилизатор напряжения своими руками

Чтобы собрать все необходимые элементы, придется отправиться в магазин, однако некоторые детали можно попытаться сделать самостоятельно.

Изготовление трансформаторов

Это, в первую очередь, касается приборов Т1 и Т2. Чтобы изготовить Т1, мощность которого должна составлять 3 кВт, необходим магнитопровод с сечением 1, 87 см2, а также три проводника ПЭВ-2. Диаметр «первого из последних» должен составлять 0,12 мм (сечение — 0,064 мм2). Его используют для создания первичной обмотки, количество ее витков 8669. Остальные используют для других обмоток, диаметр обоих проводов — 0,185 мм. Количество витков тоже одинаково — по 552.

Альтернатива — использование пары готовых трансформаторов — ТПК-2-2×12В, их соединяют последовательно:

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

Трансформатор Т2 должен иметь мощность 6 кВт. Для его изготовления используют тороидальный магнитопровод. Для обмотки берут тот же ПЭВ-2, количество витков в этом случае — 455. Здесь делают 7 отводов. Для первых трех нужен провод с диаметром 3 мм. Оставшиеся 4 требуют шин сечением 18 мм2. Цель — предупреждение нагревания трансформатора. Отводы делают на 203, 232, 266, 305, 348 и 398, отсчет ведут снизу. Ток из сети обязан проходить через отвод на 266 витке.

Что потребуется купить еще?

Все остальные элементы необходимо приобрести в магазине. В набор входят:

  • симисторные оптроны MOC3041 — 7 деталей;
  • симисторы BTA41-800B — тоже семь;
  • по 2 диода DF005M (VD1 и VD2) и компаратора LM339N (для DA2, DA3);
  • стабилизатор КР1158ЕН6А (DA1), выключатель-предохранитель;
  • конденсаторы: 4 оксидных (для С1-3, С-5), столько же пленочных либо керамических (С4, С6-С8);
  • резисторы с разным процентом допуска: 7 штук С2-23 для R16-22 с 1%, 30 любых с 5%;
  • 3 проволочных резистора для R13-14, R25 — СП5-2 либо СП5-3;
  • 7 токоограничительных резисторов (16 мА) — для R41-47.

Возможна полноценная замена: MOC3041 на MOC3061, КР1158ЕН6А на КР1158ЕН6Б, LM339N на К1401СА1. Подходящими диодами будут КЦ407А.

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

Стабилизатор КР1158ЕН6А монтируют на теплоотвод. В этом качестве используют алюминиевую пластину. Ее площадь более 15 см2. На нее же устанавливают симисторы. Все элементы можно монтировать на один теплоотвод, но он обязательно должен иметь довольно большую охлаждающую поверхность. Площадь ее как минимум 0,16 м2.

Еще потребуется покупка микросхемы КР1554ЛП5, она будет «исполнять обязанности» микроконтроллера. Необходимо приобрести 9 мигающих светодиодов, однако можно взять и обычные, выдающие яркий красный свет: например, АЛ307КМ или L1543SRC-Е. Трудностей с покупкой деталей обычно не бывает, а расходы на них можно считать разумным вложением средств, которые вскоре окупятся.

Целесообразность создания своими руками

Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы

Что лучше: сделать стабилизатор напряжения своими руками или все-таки лучше приобрести готовое устройство? Каждый решает сам.

Первый плюс — выгода, так как приборы стоят недешево. Второй положительный момент — знание «начинки» устройства, оно даст возможность найти и заменить неисправную деталь, которую легко найти в магазине. К недостаткам этого варианта относят невысокий уровень надежности изделий-самоделок, так как на заводах качество гарантирует специальное и измерительные оборудование, о котором в домашних условиях даже думать не приходится.

Если создание самодельного стабилизатора кажется довольно сложным, то лучше пойти традиционным, но нерациональным путем — приобрести готовый прибор. В этом случае в его надежности можно не сомневаться.

Тот, кто все же решился сделать стабилизатор напряжения своими руками, должен увидеть, какая работа ему предстоит. Лучше начинать с простых моделей, а полезную информацию можно почерпнуть из этого видео:

Теги:
стабилизатор напряжения своими руками
стабилизаторы
Оцените статью
Средняя оценка:
0 из 5
Статью оценили 0 пользователей
Комментарии
Комментариев пока нет
Добавить комментарий
Ваше имя
Ваш комментарий