Стабилизатор напряжения своими руками 220в схема. Схема стабилизатора напряжения сети
Изготовление самодельных стабилизаторов напряжения – практика довольно частая. Однако по большей части создаются стабилизирующие электронные схемы, рассчитанные на относительно малые выходные напряжения (5-36 вольт) и относительно невысокие мощности. Устройства используются в составе бытовой аппаратуры, не более того.
Мы расскажем, как сделать мощный стабилизатор напряжения своими руками. В предложенной нами статье описан процесс изготовления устройства для работы с напряжением сети 220 вольт. С учетом наших советов вы без проблем самостоятельно справитесь со сборкой.
Стремления обеспечить стабилизированное напряжение бытовой сети – явление очевидное. Такой подход обеспечивает сохранность эксплуатируемой техники, зачастую дорогостоящей, постоянно необходимой в хозяйстве. Да и в целом, фактор стабилизации – это залог повышенной безопасности эксплуатации электрических сетей.
Для бытовых целей чаще всего приобретают , автоматика которого требует подключения к электропитанию, насосного оборудования, сплит систем и подобных потребителей.
Промышленная конструкция стабилизатора сетевого напряжения, которую несложно приобрести на рынке. Ассортимент подобного оборудования огромен, но всегда остаётся возможность сделать собственную конструкцию
Решить подобную задачу можно разными способами, самый простой из которых – купить мощный стабилизатор напряжения, изготовленный промышленным способом.
Предложений на коммерческом рынке масса. Однако нередко возможности приобретения ограничиваются стоимостью устройств или другими моментами. Соответственно, альтернативой покупке становится сборка стабилизатора напряжения своими руками из доступных электронных компонентов.
При условии обладания соответствующими навыками и знаниями электромонтажа, теории электротехники (электроники), разводки схем и пайки элементов самодельный стабилизатор напряжения можно реализовать и успешно применять на практике. Такие примеры есть.
Примерно так может выглядеть оборудование стабилизации, изготовленное своими руками из доступных и недорогих радиодеталей. Шасси и корпус можно подобрать от старого промышленного оборудования (например, от осциллографа)
Схемные решения стабилизации электросети 220В
Рассматривая возможные схемные решения под стабилизацию напряжения с учётом относительно высокой мощности (не менее 1-2 кВт), следует иметь в виду разнообразие технологий.
Существует несколько схемных решений, которыми определяются технологические способности приборов:
- феррорезонансные;
- сервоприводные;
- электронные;
- инверторные.
Какой вариант выбрать, зависит от ваших предпочтения, имеющихся материалов для сборки и навыков работы с электротехническим оборудованием.
Вариант #1 – феррорезонансная схема
Для самостоятельного изготовления самым простым вариантом схемы видится первый пункт списка – феррорезонансная схема. Она работает на использовании эффекта магнитного резонанса.
Структурная схема простого стабилизатора, выполненного на основе дросселей: 1 – первый дроссельный элемент; 2 – второй дроссельный элемент; 3 – конденсатор; 4 – сторона входного напряжения; 5 – сторона выходного напряжения
Конструкцию достаточно мощного феррорезонансного стабилизатора допустимо собрать всего на трёх элементах:
- Дроссель 1.
- Дроссель 2.
- Конденсатор.
Однако простота в данном варианте сопровождается массой неудобств. Конструкция мощного стабилизатора, собранная по феррорезонансной схеме, получается массивной, громоздкой, тяжелой.
Вариант #2 – автотрансформатор или сервопривод
Фактически речь идет о схеме, где используется принцип автотрансформатора. Трансформация напряжения автоматически осуществляется за счет управления реостатом, ползунок которого перемещает сервопривод.
В свою очередь сервопривод управляется сигналом, получаемым, к примеру, от датчика уровня напряжения.
Принципиальная схема сервоприводного аппарата, сборка которой позволит создать мощный стабилизатор напряжения для дома или на дачу. Однако этот вариант считается технологически устаревшим
Примерно по такой же схеме действует устройство релейного типа с той лишь разницей, что коэффициент трансформации меняется, в случае надобности, подключением или отключением соответствующих обмоток с помощью реле.
Схемы подобного рода выглядят уже более сложными технически, но при этом не обеспечивают достаточной линейности изменения напряжения. Собрать вручную прибор релейный или на сервоприводе допустимо. Однако разумнее выбрать электронный вариант. Затраты сил и средств практически одинаковые.
Вариант #3 – электронная схема
Сборка мощного стабилизатора по схеме электронного управления при обширном ассортименте радиодеталей в продаже становится вполне возможной. Как правило, такие схемы собираются на электронных компонентах – симисторах (тиристорах, транзисторах).
Также разработан целый ряд схем стабилизаторов напряжения, где в качестве ключей используются силовые полевые транзисторы.
Структурная схема модуля электронной стабилизации: 1 – входные клеммы устройства; 2 – симисторный блок управления трансформаторными обмотками; 3 – микропроцессорный блок; 4 – выходные клеммы на подключение нагрузки
Изготовить мощный аппарат полностью под электронным управлением руками неспециалиста достаточно сложно, лучше . В этом деле без опыта и знаний в сфере электротехники не обойтись.
Под самостоятельное производство рассматривать этот вариант целесообразно, если имеется сильное желание построить стабилизатор, плюс наработанный опыт электронщика. Далее в статье рассмотрим конструкцию электронного исполнения, пригодную для изготовления своими руками.
Подробные инструкции по сборке
Рассматриваемая под самостоятельное изготовление схема, скорее является гибридным вариантом, так как предполагает использование силового трансформатора совместно с электроникой. Трансформатор в данном случае применяется из числа тех, что устанавливались в телевизорах старых моделей.
Вот такой примерно силовой трансформатор потребуется под изготовление самодельной конструкции стабилизатора. Однако не исключается подбор других вариантов или же намотка своими руками
Правда в ТВ приёмниках, как правило, ставились трансформаторы ТС-180, тогда как для стабилизатора требуется как минимум ТС-320 чтобы обеспечить выходную нагрузку до 2 кВт.
Шаг #1 – изготовление корпуса стабилизатора
Для изготовления корпуса аппарата подойдёт любой подходящий короб на основе изолирующего материала – пластмассы, текстолита и т.п. Главный критерий – достаточность места под размещение силового трансформатора, электронной платы и других компонентов.
Также корпус допустимо изготовить из листового стеклотекстолита, скрепив отдельные листы с помощью уголков или иным способом.
Допустимо подобрать корпус от любой электроники, подходящий под размещение всех рабочих компонентов схемы самодельного стабилизатора. Также корпус можно собрать своими руками, к примеру, из листов стеклотекстолита
Короб стабилизатора необходимо оснастить пазами под установку выключателя, входного и выходного интерфейсов, а также других аксессуаров, предусмотренных схемой в качестве контрольных или коммутационных элементов.
Под изготовленный корпус нужна плита-основание, на которую «ляжет» электронная плата и будет закреплён трансформатор. Плиту можно сделать из алюминия, но следует предусмотреть изоляторы под крепёж электронной платы.
Шаг #2 – изготовление печатной платы
Здесь потребуется изначально спроектировать макет на размещение и связку всех электронных деталей согласно принципиальной схеме, кроме трансформатора. Затем по макету размечают лист фольгированного текстолита и рисуют (отпечатывают) на стороне фольги созданную трассировку.
Изготовить печатную плату стабилизатора вполне доступными способами можно непосредственно в домашних условиях. Для этого нужно приготовить трафарет и набор средств для травления на фольгированном текстолите
Полученный таким способом печатный экземпляр разводки зачищают, облуживают оловом и производят монтаж всех радиодеталей схемы с последующей пайкой. Так выполняется изготовление электронной платы мощного стабилизатора напряжения.
В принципе, можно воспользоваться сторонними услугами по травлению печатных плат. Этот сервис вполне приемлем по цене, а качество изготовления «печатки» существенно выше, чем в домашнем варианте.
Шаг #3 – сборка стабилизатора напряжения
Укомплектованная радиодеталями плата подготавливается для внешней обвязки. В частности, от платы выводятся линии внешней связи (проводники) с другими элементами – трансформатором, выключателем, интерфейсами и т.д.
На опорную плиту корпуса устанавливают трансформатор, соединяют с трансформатором цепи электронной платы, закрепляют плату на изоляторах.
Пример самодельного стабилизатора напряжения релейного типа, изготовленного в домашней обстановке, помещённого в корпус от пришедшего в негодность промышленного измерительного прибора
Останется только подключить к схеме внешние элементы, смонтированные на корпусе, установить ключевой транзистор на радиатор, после чего корпусом закрывают собранную электронную конструкцию. Стабилизатор напряжения готов. Можно приступать к настройке с дальнейшими испытаниями.
Принцип работы и тест самоделки
Регулирующим элементом электронной схемы стабилизации выступает мощный полевой транзистор типа IRF840. Напряжение для обработки (220-250В) проходит первичную обмотку силового трансформатора, выпрямляется диодным мостом VD1 и поступает на сток транзистора IRF840. Исток этого же компонента соединен с минусовым потенциалом диодного моста.
Схема принципиальная стабилизирующего блока высокой мощности (до 2 кВт), на основе которой были собраны и успешно используются несколько аппаратов. Схема показала оптимальный уровень стабилизации при указанной нагрузке, но не выше
Часть схемы, в которую включена одна из двух вторичных обмоток трансформатора, образуется диодным выпрямителем (VD2), потенциометром (R5) и другими элементами электронного регулятора. Этой частью схемы формируется управляющий сигнал, который поступает на затвор полевого транзистора IRF840.
На случай повышения напряжения питающей сети управляющим сигналом понижается напряжение затвора полевого транзистора, что приводит к закрытию ключа. Соответственно, на контактах подключения нагрузки (XT3, XT4) возможное повышение напряжения ограничивается. Обратным вариантом работает схема на случай понижения сетевого напряжения.
Настройка прибора особой сложностью не отличается. Здесь потребуется обычная лампа накаливания (200-250 Вт), которую следует включить на клеммы выхода прибора (X3, X4). Далее вращением потенциометра (R5) напряжение на отмеченных клеммах доводят до уровня 220-225 вольт.
Выключают стабилизатор, отключают лампу накаливания и включают прибор уже с полноценной нагрузкой (не выше 2 кВт).
После 15-20 минут работы вновь отключают аппарат и производят контроль температуры радиатора ключевого транзистора (IRF840). Если нагрев радиатора существенный (более 75º), следует подобрать более мощный теплоотводящий радиатор.
Если процесс изготовления стабилизатора показался вам слишком сложным и нерациональным с практической точки зрения, без особых проблем можно найти и приобрести устройство заводского исполнения. Правила и критерии приведены в рекомендуемой нами статье.
Выводы и полезное видео по теме
В видеоролике ниже рассматривается одна из возможных конструкций стабилизатора домашнего изготовления.
В принципе, можно взять на заметку этот вариант самодельного аппарата стабилизации:
Сборка блока, стабилизирующего сетевое напряжение, своими руками возможна. Это подтверждается многочисленными примерами, когда радиолюбители с небольшим опытом вполне успешно разрабатывают (или применяют существующую), готовят и собирают схему электроники.
Трудностей с приобретением деталей для изготовления стабилизатора-самоделки обычно не отмечается. Расходы на производство невысоки и естественным образом окупаются, когда стабилизатор вводят в эксплуатацию.
Оставляйте, пожалуйста, комментарии, задавайте вопросы, публикуйте фото по теме статьи в находящемся ниже блоке. Расскажите о том, как собрали стабилизатор напряжения собственными руками. Поделитесь полезной информацией, которая может пригодиться посещающим сайт начинающим электротехникам.
Зачастую для безопасного использования, например, телевизора, как правило, в сельской местности, нужен однофазный стабилизатор напряжения 220В , который при сильном понижении напряжения в электросети выдает на своем выходе номинальное выходное напряжение 220 вольт.
Помимо этого, при эксплуатации большинства типов бытовой электронной техники желательно использовать такой стабилизатор напряжения, который не создает изменений в синусоиде выходного напряжения. Схемы аналогичных стабилизаторов на 220 вольт приводятся во многих журналах по радиоэлектронике.
В данной статье приведем пример одного из вариантов подобного устройства. Схема стабилизатора в зависимости от фактического напряжения в сети имеет 4 диапазона автоматической установки выходного напряжения. Это способствовало значительному расширению границ стабилизации 160…250 вольт. И при всем при этом напряжение на выходе обеспечивается в пределах нормы (220В +/- 5%).
Описание работы однофазного стабилизатора напряжения 220 вольт
В электрическую схему устройства входят 3 пороговых блока, выполненные по принципу , состоящие из стабилитрона и резисторов (R2-VD1-R1, VD5-R3-R6, R5-VD6-R6). Так же в схеме имеются 2 транзисторных ключа VT1 и VT2, которые управляют электромагнитными реле К1 и К2.
Диоды VD2 и VD3 и фильтрующий конденсатор С2 образуют источник постоянного напряжения для всей схемы. Емкости С1 и С3 предназначены для гашения незначительных скачков напряжения в сети. Конденсатор С4 и сопротивление R4 — “искрогасительные” элементы. Для предотвращения выбросов напряжения самоиндукции, в обмотках реле при их отключении в схему добавлены два диода VD4 и VD7.
При безупречной работе трансформатора и пороговых блоков, каждый из 4-х диапазонов регулирования создавал бы интервал напряжения от 198 до 231 вольт, а вероятное сетевое напряжение могло бы находиться в районе от 140…260 вольт.
Тем не менее, в действительности нужно брать во внимание разброс параметров радиодеталей и нестабильность коэффициента трансформации трансформатора при разных нагрузках. В связи с этим у всех 3-х пороговых блоков диапазон выходного напряжения уменьшены по отношению к выходному напряжению: 215±10 вольт. Соответственно сузился и интервал колебания на входе до 160…250 вольт.
Этапы работы стабилизатора:
1. Когда напряжение в электросети меньше 185 вольт, на выходе выпрямителя напряжение мало, для того чтобы сработал один из пороговых блоков. В этот момент контактные группы обоих реле находятся, так как указано на принципиальной схеме. Напряжение на нагрузке равно напряжению сети плюс напряжение вольтодобавки, снимаемое с обмоток II и III трансформатора Т1.
2. Если же напряжение в сети находится в диапазоне 185…205 вольт, то стабилитрон VD5 находится в открытом состоянии. Ток идет через реле К1, стабилитрон VD5 и сопротивления R3 и R6. Этого тока не хватает для того чтобы сработало реле К1. Из-за падения напряжения на R6 происходит открытие транзистора VT2. Этот транзистор в свою очередь включает реле К2 и контактная группа К2.1 переключает обмотку II (вольтодобавка)
3. Если же напряжение в сети находится в диапазоне 205…225 вольт, то в открытом состоянии уже находится стабилитрон VD1. Это приводит к открытию транзистора VT1, по причине этого отключается второй пороговый блок и соответственно транзистор VT2. Реле К2 отключается. В тоже время включается реле К1 и контактной группой К1.1. переходит в другое положение, при котором обмотки II и III не задействованы и поэтому на выходе напряжение будет такое же как и на входе.
4. Если же напряжение в сети находится в диапазоне 225…245 вольт открывается стабилитрон VD6. Это способствует активации третьего порогового блока, что приводит к открытию обоих транзисторных ключей. Оба реле включены. Сейчас уже к нагрузки подключена обмотка III трансформатора Т1, но в противофазе с сетевым напряжением (“минусовая” вольтодобавка). На выходе в данном случае также будет напряжение в районе 205…225 вольт.
При настройке диапазона регулирования нужно тщательно подобрать стабилитроны, поскольку, как известно, они могут значительно отличаться разбросом напряжения стабилизации.
Вместо КС218Ж (VD5) возможно применить стабилитроны КС220Ж. Данный стабилитрон непременно должен быть с двумя анодами, поскольку в интервале сетевого напряжения 225…245 вольт, когда стабилитрон VD6 открывается, открываются и оба транзистора, цепь R3 — VD5 шунтирует сопротивление R6 порогового блока R5-VD6-R6. Для ликвидации шунтирующего воздействия, стабилитрон VD5 должен быть с двумя анодами.
Стабилитрона VD5 на напряжение не более 20В. Стабилитрон VD1 — КС220Ж (22 В); возможно собрать цепь из двух стабилитронов - Д811 и Д810. Стабилитрон КС222Ж (VD6) на 24 вольт. Его возможно поменять на цепь из стабилитронов Д813 и Д810. Транзисторы из серии . Реле К1 и К2 - РЭН34, паспорт ХП4.500.000-01.
Трансформатор собран на магнитопроводе ОЛ50/80-25 из стали Э360 (или Э350). Лента толщиной — 0,08 мм. Обмотка I — 2400 витков намотанных проводом ПЭТВ-2 0,355 (для номинального напряжения 220В) . Обмотки II и III равные, содержат каждая по 300 витков провода ПЭТВ-2 0,9 (13,9 В).
Настраивать стабилизатор необходимо при подключенной нагрузке, для того чтобы была учтена нагрузка на трансформатора Т1.
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.
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.
Бытовая техника восприимчива к перепадам напряжения: она быстрее изнашивается и выходит из строя. А в сети вольтаж часто скачет, проваливается или вовсе обрывается: это связано с удаленностью от источника и несовершенством линий электропередач.
Чтобы питать приборы током с устойчивыми характеристиками, в квартирах используют стабилизаторы напряжения. Независимо от параметров вводимого в устройство тока на его выводе он будет обладать почти неизменными параметрами.
Выравнивающее ток устройство можно купить, выбирая из широкого (отличия по мощности, принципу действия, управлению и параметром выводимого напряжения). Но наша статья посвящена тому, как сделать стабилизатор напряжения своими руками. Оправдана ли в этом случае самоделка?
У самодельного стабилизатора есть три преимущества:
- Дешевизна . Все детали покупаются отдельно, а это экономически выгодно по сравнению с теми же деталями, но уже собранными в единое устройство – выравниватель тока;
- Возможность ремонта своими руками . Если один из элементов купленного стабилизатора вышел из строя, вряд ли вы его сможете заменить, даже если разбираетесь в электротехнике. Вы просто не найдете, чем заменить износившуюся деталь. С самодельным устройством все проще: вы изначально все элементы купили в магазине. Останется лишь снова сходить туда и купить то, что поломалось;
- Легкий ремонт . Если вы сами собрали преобразователь напряжения, то вы знаете на 100% его . А понимание устройства и действия поможет вам быстро выявить причину выхода из строя стабилизатора. Выяснив ее, вы без труда почините самодельный агрегат.
У стабилизатора собственного производства есть три серьезных минуса:
- Низкая надежность . На специализированных предприятиях устройства более надежны, поскольку их разработка основана на показаниях высокоточных контрольно-измерительных приборов, которых в быту не найти;
- Широкий диапазон выводимого напряжения . Если стабилизаторы промышленного производства могут выдавать относительно постоянный вольтаж (например, 215-220В), то самодельные аналоги могут иметь в 2-5 раз больший диапазон, что может быть критичным для сверхчувствительной к изменению тока техники;
- Сложная настройка . Если вы покупаете стабилизатор, то этап настройки минуется, вам останется лишь подключить устройство и управлять его работой. Если же вы создатель выравнивателя тока, то и вам его настраивать. Это трудно, даже если вы изготовили самый простой стабилизатор напряжения своими руками.
Самодельный выравниватель тока: характеристики
Стабилизатор характеризуется двумя параметрами:
- Допустимый диапазон вводимого напряжения (Uвх);
- Допустимый диапазон выводимого напряжения (Uвых).
В этой статье рассматривается симисторный преобразователь тока, потому что он обладает высокой эффективностью. Для него Uвх составляет 130-270В, а Uвых – 205-230В. Если большой диапазон входного напряжения – это преимущество, то для выходного – это недостаток.
Однако для бытовой техники этот диапазон остается допустимым. Это легко проверить, потому что допустимыми колебаниями вольтажа являются скачки и провалы не более 10%. А это 22,2 Вольта в большую или меньшую сторону. Значит допустимо изменение вольтажа от 197,8 до 242,2 Вольта. По сравнению с этим диапазоном ток на нашем симисторном стабилизаторе получается еще ровнее.
Подходит устройство для подключения к линии нагрузкой не больше 6 кВт. Ее переключение осуществляется за 0,01 секунды.
Конструкция стабилизирующего ток устройства
Самодельный стабилизатор напряжения 220В, схема которого представлена выше, включает в себя следующие элементы:
- Блок питания . Для него использованы накопители С2 и С5, трансформатор напряжения Т1, а также компаратор (сравнивающее устройство) DA1 и светодиод VD1;
- Узел, откладывающий начало нагрузки. Для его сборки понадобятся сопротивления от R1 до R5, транзисторы от VT1 до VT3, а также накопитель С1;
- Выпрямитель , замеряющий значение вольтажных скачков и провалов. В его конструкцию входит светодиод VD2 с одноименным стабилитроном, накопитель С2, резистором R14 и R13;
- Компаратор. Для него понадобятся сопротивления от R15 до R39 и сравнивающие устройства DA2 с DA3;
- Контроллер логического типа . Для него нужны микросхемы DD от 1 до 5;
- Усилители . Для них понадобятся сопротивления для ограничения тока R40-R48, а также транзисторы от VT4 до VT12;
- Светодиоды, играющие роль индикатора, — HL от 1 до 9;
- Оптронные ключи (7) с симисторами VS от 1 до 7, резисторами R от 6 до 12 и оптронными симисторами U от 1 до 7;
- Автовыключатель с предохранителем QF1;
- Автотрансформатор Т2.
Как будет работать этот аппарат?
После включения в сеть накопителя узла с отложенной нагрузкой (С1) еще разряжен. Транзистор VT1 включается, а 2 и 3 – закрываются. Через последний впоследствии пойдет ток на светодиоды и оптронные симисторы. Но пока транзистор закрыт, диоды не дают сигнал, и симисторы еще закрыты: нагрузки нет. Но ток уже идет через первый резистор к накопителю, который начинает накапливать энергию.
Описанный выше процесс занимает 3 секунды, после чего срабатывает триггер Шмитта, основанный на транзисторах VT 1 и 2, после чего включается транзистор 3. Теперь можно считать нагрузку открытой.
Выходящее напряжение с третьей обвивки трансформатора на блоке питания выравнивается вторыми диодом и конденсатором. Затем ток направляет к R13, проходит по R14. На данный момент напряжение пропорционально вольтажу в сети. Затем ток подается компараторам не инвертирующим. Тут же на инвертирующие сравнивающие устройства входит уже выровненный ток, который подается на сопротивления от 15 до 23. Затем подключается контроллер, обрабатывающие входные сигналы на устройствах для сравнения.
Нюансы стабилизации в зависимости от подаваемого на вход напряжения
Если вводится напряжение до 130 Вольт, то на выводах компараторов обозначается логический уровень (ЛУ) низкого вольтажа. Четвертый транзистор открыт, а светодиод 1 моргает и говорит о том, что наблюдается сильный провал в линии. Вы должны понять, что стабилизатор не в состоянии выдать напряжение нужной величины. Поэтому все симисторы закрыты, и нагрузка отсутствует.
Если вольтаж на вводе составляет 130-150 Вольт, то на сигналах 1 и А наблюдается высокий ЛУ, однако для других сигналов он по-прежнему низкий. Включается пятый транзистор, светится второй диод. Оптронный симистор U1.2 и симистор VS2 открываются. Нагрузка пойдет по последнему и дойдет до вывода обвивки второго автотрансформатора сверху.
При входном вольтаже 150-170 Вольт высокий ЛУ наблюдается на 1, 2 и В сигналах, на остальных он все еще низкий. Тогда включается шестой транзистор и включается третий диод, включается VS2 и ток подается на второй (если считать сверху) вывод обвивки второго автотрансформатора.
Аналогично описывается работа стабилизатора при диапазонах напряжения 170-190В, 190-210В, 210-230В, 230-250В.
Изготовление печатной платы
Для симисторного преобразователя тока нужна печатная плата, на которой будут размещаться все элементы. Ее размер: 11,5 на 9 см. Для ее изготовления понадобится стеклотексолит, покрытый фольгой с одной стороны.
Плату можно напечатать на принтере лазерного типа, после чего в ход пойдет утюг. Изготовить плату самостоятельно удобно с помощью программы Sprint Loyout. А схема размещения элементов на ней приведена ниже.
Как сделать трансформаторы Т1 и Т2?
Первый трансформатор Т1 мощностью 3 кВт изготавливается с использованием магнитопровода с площадью поперечного сечения (ППС) 187 кв. мм. И трех проводов ПЭВ-2:
- Для первой обвивки ППС всего 0,003 кв. мм. Количество витков – 8669;
- Для второй и третьей обмоток ППС всего 0,027 кв. мм. Количество витков – 522 на каждой.
Если же нет желания наматывать провод, то можно приобрести два трансформатора ТПК-2-2×12В и соединить их последовательно, как на рисунке ниже.
Чтобы изготовить автотрансформатор второй мощностью в 6 кВт, вам понадобится тороидальный магнитопровод и провод ПЭВ-2, из которого будет сделана обвивка в 455 витков. И тут нужны отводы (7 штук):
- Обвивка 1-3 отводов из провода с ППС 7 кв. мм;
- Обвивка 4-7 отводов из провода с ППС 254 кв. мм.
Что купить?
В магазине электро и радиотехники купите (в скобках обозначение на схеме):
- 7 оптронных симисторов MOC3041или 3061 (U от 1 до 7);
- 7 простых симисторов BTA41-800B (VS от 1 до 7);
- 2 светодиода DF005M или КЦ407А (VD 1 и 2);
- 3 резистора СП5-2, можно 5-3 (R 13, 14, 25);
- Выравнивающий ток элемент КР1158ЕН6А или Б(DA1);
- 2 сравнивающих устройства LM339N или К1401СА1 (DA 1 и 2);
- Включатель с предохранителем;
- 4 конденсатора пленочных или керамических (С 4, 6, 7, 8);
- 4 конденсатора оксидных (С 1, 2, 3, 5);
- 7 сопротивлений для ограничения тока, на их выводах он должен быть равен 16 мА (R от 41 до 47);
- 30 сопротивлений (любых) с допуском 5%;
- 7 сопротивлений С2-23 с допуском от 1% (R от 16 до 22).
Особенности сборки устройства для выравнивания напряжения
Микросхема стабилизирующего ток устройства устанавливается на теплоотводе, для которого подходит пластинка из алюминия. Ее плошать не должна быть меньше 15 кв. см.
Теплоотвод с охлаждающей поверхностью необходим и симисторам. Для всех 7 элементов достаточно одного теплоотвода с площадью не меньше 16 кв. дм.
Чтобы изготавливаемый нами преобразователь переменного напряжения работал, понадобится микроконтроллер. С его ролью отлично справляется микросхема КР1554ЛП5.
Вы уже знаете, что в схеме можно найти 9 мигающих диодов. Все они расположены на ней так, чтобы они попадали в отверстия, которые имеются на лицевой панели устройства. И если корпус стабилизатора не допускает их расположения, как на схеме, то вы можете видоизменить ее так, чтобы светодиоды выходили на ту сторону, которая будет для вас удобна.
Вместо мигающих светодиодов допускается использование немигающих. Но в таком случае нужно брать диоды с ярким красным свечением. Подходят элементы марок: АЛ307КМ и L1543SRC-Е.
Теперь вы знаете, как сделать стабилизатор напряжения на 220 вольт. И если ранее вам уже приходилось делать что-то подобное, то эта работа для вас не окажется сложной. В результате вы сможете сэкономить несколько тысяч рублей на покупке стабилизатора промышленного производства.