Инверторная схема стабилизатора напряжения 220в своими руками

Схема стабилизатора напряжения 220в своими руками

Неполадки в сети питания не повредят подключенную технику, если обеспечить надежную защиту. Решить задачу успешно поможет изготовленный стабилизатор своими руками. Использование представленных ниже рекомендаций упростит реализацию проекта, предотвратит ошибки, уменьшит материальные и трудовые затраты.

По действующим стандартам, снабжающие организации обязаны поддерживать стабильность напряжения в бытовой сети 220 V с отклонением не более, чем на 10% от номинала в обе стороны. Однако практические наблюдения подтверждают нарушение установленных правил. Особенно сложно обеспечить качественное питание владельцу частного дома в небольшом населенном пункте, так как старые советские трансформаторные подстанции не рассчитаны на современные нагрузки.

Выход напряжения за пределы нормального диапазона сопровождается следующими неприятностями:

• сбоями в работе управляющей и контрольной электроники;
• перегревом ТЭНов;
• чрезмерным потреблением электроэнергии;
• уменьшением срока службы приводов, клапанов, других устройств.

Следует правильно оценивать возможное повреждение котла системы отопления в зимний период. Чтобы не устранять дорогостоящие последствия подобных аварий, можно создать стабилизатор напряжения своими руками.

Разновидности стабилизаторов

Все устройства этой категории предназначены для поддержания стабильного напряжения на выходе при существенном изменении входных параметров. Кроме соответствующего диапазона необходимо учесть максимальный ток и мощность потребления подключаемого оборудования. До перехода к самодельным конструкциям надо изучить особенности профессиональных инженерных решений.

Электромеханические (сервоприводные) устройства

Принцип действия этих моделей понятен из специфического названия. Для точной коррекции выходного напряжения плавно изменяют параметры вторичной обмотки с применением движущегося контакта. Ползунок перемещают с помощью электромеханического привода. Главный плюс – сохранение работоспособности при высокой нагрузке. Если производитель использовал качественные компоненты, можно рассчитывать на длительный срок службы без поломок. Демократичную стоимость следует отметить, как важное преимущество.

Для объективного анализа нужно перечислить минусы:

• ограниченный рабочий диапазон по напряжению (150-250V);
• шумная работа электромеханических частей;
• износ и необходимость регулярной замены угольных контактных групп;
• медленная реакция на изменение входных параметров.

К сведению. Чтобы предотвратить выход из строя оборудования сильным скачком напряжения, в соответствующую цепь устанавливают защитное реле.

Электронные стабилизаторы

В этом варианте подключение обмоток трансформатора выполняется ступенчато. В современных конструкциях применяют мощные тиристоры, что повышает себестоимость стабилизатора. Релейные схемы дешевле, однако выполняют свои функции шумно. Подобные переключатели менее надежны, по сравнению с электронными компонентами.

Существенные преимущества:

• быстрота корректирующих действий;
• компактность;
• широкий рабочий диапазон 110-275V (80-300V) реле (тиристоры), соответственно.

Инверторная технология

Качественная инверторная схема стабилизатора напряжения 220в своими руками проще для изготовления без достаточного опыта в сборке и настройке, по сравнению с рассмотренными выше вариантами. В таких конструкциях отсутствуют мощные трансформаторы. Важная особенность – повышенная точность работы с отклонением выходных параметров 0,5-1%. Этот результат обеспечивают последовательным преобразованием «переменный ток – постоянное напряжение – переменный ток» и последующей фильтрацией.

Феррорезонансные аналоги

Стабилизаторы этой категории выполняют свои функции с помощью явления магнитного резонанса. Данный эффект создают с применением набора из нескольких колебательных контуров. Рабочие параметры регулируют передвижением сердечника из ферромагнитного материала внутри катушек индукции.

Как и в первом примере, конструкция содержит электромеханические приводы. Кроме шума, следует учитывать относительное снижение надежности сложного изделия. Другие минусы:

• сохранение работоспособности только в режиме с подключенной нагрузкой;
• искажения формы выходного сигнала.

Самодельный аппарат

Качественный стабилизатор на несколько кВт и выходным током более 10 ампер можно собрать на основе старого трансформатора, установленного в сварочном аппарате. Однако подобную «заготовку» найти непросто. Более того, действующая техника пригодна для последующего применения по целевому назначению. Для воспроизведения в домашних условиях без профессиональных навыков подойдет представленная ниже схема на электронных компонентах. Она обеспечит:

• оперативную коррекцию выходных параметров со скоростью переключения не более 8-12 миллисекунд;
• рабочий диапазон входного напряжения 125-265 V;
• мощность подключенных потребителей до 5,5 кВт.

Преимущества самодельного устройства

Кроме хороших технических параметров, нужно отметить следующие плюсы:

• разумные затраты;
• возможность самостоятельного выполнения ремонтных операций.

Недостатки

Потребительские параметры изделия во многом зависят от сборки. В данном случае предполагается отсутствие хорошо отработанных на практике навыков, профессионального монтажного (измерительного) оборудования. С другой стороны, внимательное выполнение отдельных рабочих операций поможет контролировать качество тщательнее, по сравнению с действиями сторонних исполнителей.

Отличия от заводских моделей

Современное производство отличается высоким уровнем автоматизации. Это уменьшает вредное влияние «человеческого фактора», снижает издержки. С применением профессиональных технологий проще обеспечить идеальный внешний вид. Однако при создании самоделки можно применять уникальные технические и эстетические решения.

Комплектующие

Основные узлы (функциональные комплектующие детали):

• трансформаторный блок питания с компенсацией температуры на диоде и компаратором;
• выпрямитель с делителем;
• транзисторная схема задержки подключения нагрузки;
• контроллер на цифровых микросхемах;
• светодиодная индикация рабочих режимов и аварийных ситуаций;
• ключи из оптитронных пар.

Особенности домашнего производства

Подойдут типовые трансформаторы ТПК-2-2х12V. При необходимости можно создать аналоги собственноручно, используя для ПЭВ с диаметром проводника 0,064 мм (8669 витков) и 0,185 мм (522 витка) в первичной и вторичной обмотках, соответственно.

Сборочный процесс

В процессе сборки микросхему устанавливают через термопасту на радиатор из алюминия. Эффективная площадь рассеивания – от 15 до 20 см кв. При таких размерах останется место для размещения мощных ключей. Светодиодную индикацию создают с учетом удобства визуального контроля в процессе эксплуатации.

Изготовление корпуса стабилизатора

Прочный корпус создают из алюминиевых листов. Допустимо использование подходящих пластин из полимерных материалов. Изделия закрепляют на жестком каркасе.

Изготовление печатной платы

Для изготовления печатной платы можно использовать приведенный выше чертеж. Рисунок на основу из фольгированного текстолита переносят с помощью печати образца на принтере.

Сборка стабилизатора напряжения

Правильная установка деталей показана на картинке. Следует заранее подготовить необходимые инструменты, расходные материалы. До монтажа корпусных деталей проверяют работоспособность.

Принцип работы и тест самоделки

Конденсатор С1 управляет работой ключей на транзисторах VT1-3. Длительность переходных процессов определяет значение электрического сопротивления R1. Для выравнивания выходного напряжения используется пара C2 и VD2. Деление тока осуществляется с помощью резисторов R13-R14.

Советы по монтажу

Стабилизатор устанавливают таким образом, чтобы не препятствовать эффективной вентиляции. Его подключают с учетом защищаемых цепей. При значительных нагрузках создают отдельную линию питания с подсоединением к автомату в электрощитке.

Видео

Источник

Делаем стабилизатор напряжения на 220В своими руками

Электропроводка, особенно в старых многоэтажных домах, поселках и деревнях оставляет желать лучшего, из-за этого возникают частые скачки напряжения. Печальным последствием может быть выход из строя бытовых приборов. При этом даже гарантия на такие устройства не действует. Но решить проблему можно, достаточно потратить немного времени на изучение материала, закупку необходимых деталей и изготовление стабилизатора напряжения на 220 В.

Общее устройство стабилизатора напряжения

Стабилизаторы напряжения выпускаются в большом количестве по всему миру. В зависимости от ценовой политики производителя меняются только их технические характеристики, срок эксплуатации и гарантийный срок.

Итак, чтобы изготовить стабилизатор напряжения на 220 В своими руками, необходимо узнать его устройство:

1. Основным силовым элементом стабилизирующего устройства является трансформатор или автотрансформатор. Вариант с автотрансформатором проще, так как последний имеет только одну обмотку, с множеством отводов. Подключая выход к разным отводам можно менять коэффициент автотрансформации, поддерживая напряжение на выходе.
2. Узел коммутации отводов автотрансформации. Состоит из множества симисторов, подключенных в отводам автотрансформатора, которые непосредственно и подключают нужный отвод к выводу.
3. Схема измерения и управления. Определяет уровень входного напряжения и высчитывает какой вывод автотрансформатора необходимо закомутировать, подает управляющий сигнал на узел коммутации, включая соответствующий симистор.
4. Блок питания. Состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и стабилизатора напряжения. Цель — обеспечить узлы схемы питающим напряжением.

Также для каждого устройства должна быть предусмотрена защита от короткого замыкания в виде автоматического выключателя или более дешёвого простого предохранителя.

Как работает стабилизатор напряжения

Автотрансформатор — это устройство, которое может менять коэффициент трансформации, таким образом компенсируя просадки или скачки входного напряжения. Например, если напряжение опустилось до 180 В, то схема управления должна подключить обмотку автотрансформатора, обеспечивающую коэффициент усиления в 1.22 раза. Тода выходное напряжение составит 220 В.

В приведенной ниже в этой статье схеме, которую предлагается собрать, применено 4 повышающих и 2 понижающих отвода. Понятно, что при таком принципе работы всегда будет какая-то погрешность установки выходного напряжения. Но это не страшно, и более того абсолютно нормально, так как согласно требованиям к сетевому напряжению, оно может меняться в диапазоне 220 В+10%–5%, а конкретно 198–242 В. Таким образом, любой выпускаемый и имеющийся в продаже прибор, обязан работать в таком диапазоне питающих напряжений.

Таким образом, задача-минимум стабилизатора заключается в том, чтобы обеспечить выходное напряжение в указанном диапазоне. Устройство, выполненное по указанному выше принципу легко справится с этой задачей.

Существующая современная элементная база позволяет использовать для создания узла управления большой перечень программируемых микроконтроллеров, например, производства Atmel, MicroChip и так далее. Схема такого устройства получится небольшой и гарантированно рабочей. Однако, использование, программирование таких микроконтроллеров требует специальных знаний и поэтому в этой статье мы остановимся на более простом варианте стабилизатора, собрав который, вы получите готовое устройство, не требующее программирования.

Мы предлагаем собрать схему, включающую в свой состав операционные усилители и логические микросхемы типа «исключающее ИЛИ».

Алгоритм работы простого стабилизатора напряжения электронного типа:

1. Напряжение на входе в стабилизатора попадает на схему измерения уровня (схему сравнения), выполненную на множестве операционных усилителей LM339N. Результатом работы схемы будут множество сигналов, соответствующих возможному правильному решению выбора отвода автотрансформатора.
2. Далее эти сигналы поступают на логическую часть, выполненную на ИС К1554ЛП5 (SN74АС86), после которой остается только один сигнал выбора отвода, соответствующий ближайшему, правильному выводу автотрансформатора.
3. Затем выбранный сигнал проивзодит включение конкретного оптосимистора MOC3061, который уже непосредственно подключает симистор BTA41-800B, соединяющий вывод автотрансформатора с выходом устройства.

Последовательность изготовления стабилизатора напряжения своими руками

Прежде чем приступать к самостоятельному изготовлению стабилизирующего устройства, необходимо приобрести некоторые инструменты. Перечень их следующий:

• Паяльник. Так как работа будет проходить с чувствительными электронными элементами, то мощность паяльника должна быть в пределах 40 Вт. Диоды, транзисторы и прочие радиоэлектронные элементы достаточно чувствительны к высоким температурам, и воздействие паяльника мощностью в 80 или 100 Вт может их повредить.
• Пинцет. Чтобы элемент надёжно припаять к другому элементы, их следует предварительно нагреть. А удерживать горячий провод голыми руками не очень удобно и комфортно.
• Монтажный или канцелярский нож. Идеально подходит для снятия изоляции с проводов. Покупать для этого дорогостоящие специализированные клещи нет никакого смысла.
• Канифоль и олово. Расходные материалы для пайки. Для начинающих радиотехников можно приобрести дополнительно паяльную кислоту.

Необходимые инструменты собраны, и можно приступать к монтажу схемы.

Приступаем непосредственно к сборке стабилизатора

Создание печатной платы слишком дорогое и долгое удовольствие, хотя при желании, вы можете последовать и по этому пути, но мы предлагаем поступить проще и выполнить монтаж устройства на обычной макетной плате, которую легко найти в продаже. Таким образом выполнить схему стабилизатора напряжения 220 В своими руками будет намного проще.

Современная база электронных компонентов очень широкая и предполагает множество вариантов замен:

Также следует обратить внимание, что в электронной схеме есть 2 элемента, которые обязательно необходимо охлаждать: стабилизатор КР1158ЕН6А и симисторы. Первый рекомендуется установить на охладитель площадью не менее 15–20 см², можно специализированный под корпус ТО-220. Второй — на охладитель 800–1000 см².

Изготовление силового трансформатора

Силовой питающий трансформатор T1, как было сказано выше, является одним из основных элементов стабилизатора напряжения, поэтому к его изготовлению следует отнестись ответственно. Но самостоятельное изготовление весьма проблематично.

Поэтому для большей простоты можно приобрести 2 готовых изделия марки ТПК-2-2. Выходное напряжение каждого преобразователя составляет 12 В, чтобы получить 24 В, трансформаторы следует соединить последовательно. Схема соединения приведена ниже (рисунок 3).

К сожалению, трансформатор Т2 нельзя приобрести, а только сделать самостоятельно. Для этого потребуется:

• тороидальный магнитопровод (в качестве которого можно использовать статор двигателя на 10 кВт);
• Провод ПЭВ-2 диаметром не менее 4.2 мм.

Выводы автотрансформатора, начиная от нижнего делаются от: 150, 164, 180, 196, 218 и 246 витка.

Основные этапы сборки

Правильная сборка стабилизатора напряжения обеспечит его долговечную и бесперебойную работу. Поэтому все элементы должны быть спаяны согласно схеме, иначе возможно возникновение короткого замыкания.

Последовательность сборки стабилизатора:

1. Последовательно к одному из проводов, поступающих на вход в устройство, должен быть впаян предохранитель. Это поможет избежать чрезмерных нагрузок, а также короткого замыкания.
2. Далее на макетную плату устанавливаются компоненты схемы, за исключением силовых, которые будет установлены отдельно.
3. Затем необходимо выполнить соединения и пайку проводом для монтажа.
4. После запайки логической части схема, блока питания необходимо проверить логику работы, не подключая управления оптосимисторами и симисторами. С помощью ЛАТРа, подавая на вход напряжение разного уровня убедитесь, что срабатывают верные светодиоды.
5. После этого, можно завершать сборку устройства и выполнять окончательную проверку, предварительно еще раз убедившись в правильности выполненного монтажа.

Стабилизатор напряжения на 220 В, изготовленный своими руками, прослужит долгое время, с одним важным условием — если все элементы схемы собраны правильно.

Подводя итоги

Такое устройство, как стабилизатор напряжения, является надёжным защитником всей бытовой техники в доме. Поэтому к его изготовлению следует отнестись со всей ответственностью, так от качества его работы зависит долговечность всех подключенных к нему электронных приборов. Важным преимуществом сборки своими руками подобного стабилизатора является то, что в случае возникновения какой-либо неисправности, её можно будет очень быстро исправить.

Но следует помнить: если нет уверенности в собственных силах, то стабилизатор напряжения всегда можно приобрести в соответствующем торговом заведении. Это будет дороже, но практически на все электронные устройства действует гарантия. Также важно то, что качество заводских моделей намного выше стабилизаторов, собранных самостоятельно.

Видео по теме

Часть 1. Инверторный стабилизатор

Часть 2. Корректор мощности

Источник