Инверторный стабилизатор напряжения 220в своими руками схема

Схема стабилизатора напряжения 220в своими руками

Бытовые устройства чувствительны к скачкам напряжения, быстрее подлежат износу, и появляются неисправности. В электрической сети напряжение часто изменяется, снижается, либо возрастает. Это взаимосвязано с отдаленностью источника энергии и некачественной линии питания.

Чтобы подключать приборы к устойчивому питанию, в жилых помещениях применяют стабилизаторы напряжения. На его выходе напряжение обладает стабильными свойствами. Стабилизатор можно приобрести в торговой сети, однако такой прибор можно изготовить своими руками.

Имеются допуски на изменение напряжения не более 10% от номинального значения (220 В). Это отклонение должно быть соблюдено как в большую сторону, так и в меньшую. Но идеальной электрической сети не бывает, и величина напряжения в сети часто меняется, усугубляя тем самым работу подключенных к ней устройств.

Электрические приборы отрицательно реагируют на такие капризы сети и могут быстро выйти из строя, потеряв при этом свои заложенные функции. Чтобы избежать таких последствий, люди применяют самодельные приборы под названием стабилизаторы напряжения. Эффективным стабилизатором стал прибор, выполненный на симисторах. Как сделать стабилизатор напряжения своими руками мы и рассмотрим.

Характеристика стабилизатора

Это устройство стабилизации не будет иметь повышенную чувствительность к изменениям напряжения, подающегося по общей линии. Сглаживание напряжения будет производиться в том случае, если на входе напряжение будет находиться в пределах от 130 до 270 вольт.

Включенные в сеть устройства будут питаться напряжением, имеющим величину от 205 до 230 вольт. От такого прибора можно будет питать электрические устройства, суммарная мощность которых до 6 кВт. Стабилизатор будет производить переключение нагрузки потребителя за 10 мс.

Устройство стабилизатора

Схема устройства стабилизации.

Стабилизатор напряжения по указанной схеме имеет в своем составе следующие части:

1. Питающий блок, в который входят емкости С2, С5, компаратор, трансформатор, теплоэлектрический диод.
2. Узел, задерживающий подключение нагрузки потребителя, и состоящий из сопротивлений, транзисторов, емкости.
3. Выпрямительного моста, измеряющего амплитуду напряжения. Выпрямитель состоит из емкости, диода, стабилитрона, нескольких делителей.
4. Компаратора напряжения. Его составными частями являются сопротивления и компараторы.
5. Логического контроллера на микросхемах.
6. Усилителей, на транзисторах VТ4-12, резисторов, ограничивающих ток.
7. Светодиодов в качестве индикаторов.
8. Оптитронных ключей. Каждый из ник снабжается симисторами и резисторами, а также оптосимисторами.
9. Электрического автомата, либо предохранителя.
10. Автотрансформатора.

Принцип действия

После подключения питания емкость С1 находится в состоянии разряда, транзистор VТ1 открытый, а VТ2 закрытый. VТ3 транзистор также остается закрытым. Через него поступает ток на все светодиоды и оптитрон на основе симисторов.

Так как этот транзистор пребывает в закрытом состоянии, то светодиоды не горят, а каждый симистор закрыт, нагрузка выключена. В этот момент ток поступает через сопротивление R1 и приходит на С1. Дальше конденсатор начинает заряжаться.

Диапазон выдержки идет три секунды. За этот период производятся все процессы перехода. После их окончания срабатывает триггер Шмитта на основе транзисторов VТ1 и VТ2. После этого открывается 3-й транзистор и подключается нагрузка.

Напряжение, выходящее с 3-й обмотки Т1, выравнивается диодом VD2 и емкостью С2. Далее ток поступает на делитель на сопротивлениях R13-14. Из сопротивления R14, напряжение, величина которого прямо зависит от величины напряжения, включена в каждый неинвертирующий компараторный вход.

Число компараторов становится равным 8. Они все выполнены на микросхемах DА2 и DА3. В то же время на инвертируемый вход компараторов подходит постоянный ток, подающийся с помощью делителей R15-23. Дальше вступает в действие контроллер, осуществляющий прием входного сигнала каждого компаратора.

Стабилизатор напряжения и его особенности

Когда напряжение входа становится меньше 130 вольт, то на выходах компараторов появляется логический уровень малого размера. В этот момент транзистор VТ4 находится в открытом виде, первый светодиод мигает. Эта индикация сообщает о наличии низкого напряжения, что означает невозможность выполнения регулируемым стабилизатором своих функций.

Все симисторы закрытии и нагрузка отключена. Когда напряжение находится в пределах 130-150 вольт, то сигналы 1 и А имеют свойства высокого значения логического уровня. Такой уровень имеет низкое значение. В таком случае транзистор VТ5 открывается, и начинает сигнализировать второй светодиод.

Оптосимистор U1.2 открывается, так же, как и симистор VS2. Через симистор будет протекать нагрузочный ток. Затем нагрузка зайдет в верхний вывод катушки автотрансформатора Т2.

Если напряжение входа 150 – 170 В, то сигналы 2, 1 и В имеют повышенное значение логического уровня. Другие сигналы имеют низкий уровень. При таком напряжении входа транзистор VТ6 открывается, 3-й светодиод включается. В этот момент 2-й симистор открывается и ток поступает на второй вывод катушки Т2, являющийся 2-м сверху.

Собранный самостоятельно стабилизатор напряжения на 220 вольт будет соединять обмотки 2-го трансформатора, если уровень напряжения входа достигнет соответственно: 190, 210, 230, 250 вольт. Чтобы сделать такой стабилизатор, необходима печатная плата 115 х 90 мм, изготовленная из фольгированного стеклотекстолита.

Изображение платы можно отпечатать на принтере. Затем с помощью утюга переносят это изображение на плату.

Изготовление трансформаторов

Изготовить трансформаторы Т1 и Т2 можно самостоятельно. Для Т1, мощность которого 3 кВт, необходимо применить магнитопровод с поперечным сечением 1,87 см 2 , и 3 провода ПЭВ – 2. 1-й провод диаметром 0,064 мм. Им наматывают первую катушку, с количеством витков 8669. Другие 2 провода применяются для образования остальных обмоток. Провода на них должны быть одного диаметра 0,185 мм, с числом витков 522.

Чтобы не изготавливать самому такие трансформаторы, можно применить готовые варианты ТПК – 2 – 2 х 12 В, соединенные последовательно.

Чтобы изготовить трансформатор Т2 на 6 кВт, применяют магнитопровод тороидальной формы. Обмотку наматывают проводом ПЭВ – 2 с числом витков 455. На трансформаторе необходимо вывести 7 отводов. Первые 3 из них наматываются проводом 3 мм. Остальные 4 отвода наматываются шинами сечением 18 мм 2 . С таким сечением провода трансформатор не нагреется.

Отводы выполняют на таких витках: 203, 232, 266, 305, 348 и 398. Витки считают с нижнего отвода. В этом случае электрический ток сети должен поступать по отводу 266 витка.

Детали и материалы

Остальные элементы и детали стабилизатора для самостоятельной сборки приобретаются в торговой сети. Перечислим их перечень:

1. Симисторы (отптроны) МОС 3041 – 7 шт.
2. Симисторы ВТА 41 – 800 В – 7 шт.
3. КР 1158 ЕН 6А (DА1) стабилизатор.
4. Компаратор LМ 339 N (для DА2 и DА3) – 2 шт.
5. Диоды DF 005 М (для VD2 и VD1) – 2 шт.
6. Резисторы проволочные СП 5 или СП 3 (для R13, R14 и R25) – 3 шт.
7. Резисторы С2 – 23, с допуском 1% — 7 шт.
8. Резисторы любого номинала с допуском 5% — 30 шт.
9. Резисторы токоограничивающие – 7 шт, для пропускания ими тока 16 миллиампер (для R 41 – 47) – 7 шт.
10. Конденсаторы электролитические – 4 шт (для С5 – 1).
11. Конденсаторы пленочные (С4 – 8).
12. Выключатель, оснащенный предохранителем.

Оптроны МОС 3041 заменяются на МОС 3061. КР 1158 ЕН 6А стабилизатор можно менять на КП 1158 ЕН 6Б. Компаратор К 1401 СА 1 можно установить в качестве аналога LM 339 N. Вместо диодов можно использовать КЦ 407 А.

Микросхему КР 1158 ЕН 6А надо устанавливать на теплоотвод. Для его изготовления применяют алюминиевую пластинку 15 см 2 . Также на него необходимо установить симисторы. Для симисторов допускается применять общий теплоотвод. Площадь поверхности должна превышать 1600 см 2 . Стабилизатор необходимо снабдить микросхемой КР 1554 ЛП 5, выступающей в качестве микроконтроллера. Девять светодиодов располагаются так, что попадают в отверстия на панели прибора спереди.

Если устройство корпуса не дает установить их таким образом, как на схеме, то их размещают на другой стороне, где расположены печатные дорожки. Светодиоды необходимо устанавливать мигающего типа, но можно монтировать и немигающие диоды, при условии, что они будут светиться ярким красным светом. Для таких целей применяют АЛ 307 КМ или L 1543 SRC — Е.

Можно выполнить сборку более простых исполнений приборов, но они будут иметь определенными особенностями.

Достоинства и недостатки, отличия от заводских моделей

Если перечислять достоинства стабилизаторов, изготовленных самостоятельно, то основным достоинством является низкая стоимость. Производители приборов часто завышают цены, а своя сборка в любом случае обойдется меньшей стоимостью.

Другим преимуществом можно определить такой фактор, как возможность простого ремонта своими руками устройства, Ведь кто, если не вы знаете лучше устройство, собранное своими руками.

В случае поломки хозяин прибора сразу найдет неисправный элемент и заменит его на новый. Простая замена деталей создается таким фактором, что все детали приобретались в магазине, поэтому их можно будет легко снова купить в любом магазине.

Недостатком самостоятельно собранного стабилизатора напряжения необходимо выделить его сложную настройку.

Простейший стабилизатор напряжения своими руками

Рассмотрим, каким образом можно изготовить самостоятельно стабилизатор на 220 вольт собственными руками, имея под рукой несколько простых деталей. Если в вашей электрической сети напряжение значительно снижено, то такой прибор подойдет вам как нельзя кстати. Чтобы его изготовить, понадобится готовый трансформатор, и несколько простых деталей. Лучше взять такой пример прибора себе на заметку, так как получается неплохое устройство, обладающее достаточной мощностью, например, для микроволновки.

Для холодильников и различных других бытовых устройств понижение напряжения сети очень вредно, больше чем повышение. Если поднять величину напряжения сети, применяя автотрансформатор, то во время уменьшения напряжения сети на выходе прибора напряжение будет нормальной величины. А если в сети напряжение станет в норме, то на выходе мы получим повышенное значение напряжения. Например, возьмем трансформатор на 24 В. При напряжении на линии 190 В на выходе устройства получится 210 В, при значении сети 220 В на выходе получится 244 В. Это вполне допустимо и нормально для работы бытовых устройств.

Для изготовления нам понадобится основная деталь – это простой трансформатор, но не электронный. Его можно найти готовый, либо изменить данные на уже имеющемся трансформаторе, например, от сломанного телевизора. Трансформатор будем соединять по схеме автотрансформатора. Напряжение на выходе будет получаться примерно на 11% выше напряжения сети.

При этом нужно соблюдать осторожность, так как во время значительного перепада напряжения в сети в большую сторону, на выходе устройства получится напряжение, которое значительно превышает допустимую величину.

Автотрансформатор будет добавлять к напряжению линии сети всего 11%. Это значит, что мощность автотрансформатора берется также на 11% от мощности потребителя. Например, мощность микроволновки равна 700 Вт, значит трансформатор берем 80 Вт. Но лучше брать мощность с запасом.

Регулятор SA1 дает возможность, если нужно, подсоединять нагрузку потребителя без автотрансформатора. Конечно, это не полноценный стабилизатор, но зато для его изготовления не требуется больших вложений и много времени.

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