Стабилизаторы напряжения переменного тока

Что такое стабилизатор переменного напряжения?

Стабилизатор переменного напряжения – это преобразующее устройство, главным назначением которого является защита электроприборов (например, холодильника, телевизора, стиральной, машинки, сплит-системы) от воздействий колебаний и скачков напряжения в питающей сети, способных привести их к поломке и выходу из строя.

Первые стабилизаторы появились в середине прошлого века. Это были устройства электромагнитного типа, работа которых основана на явлении электромагнитной индукции – возникновении электрического тока в замкнутом контуре автотрансформатора. Они не отличались высокими значениями таких показателей эффективности работы как точность стабилизации напряжения, скорость реагирования на его изменение в сети, КПД, перегрузочная способность. К тому же, даже маломощные устройства тех времен были громоздкими и тяжёлыми.

Во многих современных автоматических регуляторах напряжения (AVR – Automatic Voltage Regulator) в качестве устройства преобразования до сих пор применяется автотрансформатор. В наиболее продвинутых инверторных устройствах нового поколения используется технология двойного, бестрансформаторного преобразования электроэнергии.

В зависимости от типа напряжения питающей сети, на которую рассчитаны стабилизаторы, существуют однофазные, трехфазные и устройства, имеющие конфигурацию 3:1 («три в один»). Первые применяются только для стабилизации питания однофазных электроприборов. Трехфазные стабилизаторы предназначены для работы в трехфазных сетях для питания оборудования, рассчитанного на 380 В, но при пофазном распределении нагрузки могут быть использованы и для питания однофазных электроприборов.

Отличительной особенностью устройств конфигурации 3:1 является возможность работы в цепях с разным типом напряжения: входное напряжение трехфазное, а на выходе стабилизатора – однофазное. Их применение предпочтительно для подключения однофазных нагрузок большой мощности – это обеспечит равномерность распределения токов потребления по всем трем фазам, исключив возможность возникновения перекоса фаз.

По принципу построения защиты стабилизаторы переменного напряжения могут быть локального типа (для индивидуального подключения отдельных электроприборов) и магистрального типа, рассчитанные на подключение всей имеющейся нагрузки в помещении. Первые – это, как правило, устройства небольшой мощности для установки по месту расположения электроприбора, подключение к входной сети и нагрузке которых выполняется при помощи штепсельных соединений (вилка-розетка). В более мощных магистральных стабилизаторах (обычно, это устройства мощностью свыше 4000 ВА) для подключения предусматривается клеммная колодка.

Назначение и функции стабилизаторов сетевого напряжения

Любое электрическое устройство, бытовой электроприбор или оборудование промышленного назначения, рассчитаны на подключение к сети переменного тока со стандартным (номинальным) значением напряжения. Эффективность и безопасность эксплуатации устройства гарантируется производителем при условии его работы в заявленном диапазоне рабочего напряжения.

Многим читателям, наверняка, приходилось сталкиваться с низким качеством электропитания: повышенным или пониженным значением напряжения питающей сети, его нестабильностью, а также искаженной формой сигнала и наличием импульсных (коммутационных) и высокочастотных помех. Это обусловлено ненадлежащим техническим состоянием сетей, их износом или несоответствием мощности устаревшего на сегодня оборудования систем электроснабжения фактическим объемам потребления электроэнергии. К сожалению, отклонения напряжения от нормы, нестабильность его значения – нередкие явления не только в сельских или дачных, но и в городских электрических сетях.

Эксплуатация бытовых электроприборов или промышленного электрооборудования в сетях с низким качеством электроэнергии может привести не только к их поломкам с последующим дорогостоящим ремонтом, но и к полному выходу из строя.

Эффективным решением организации качественного электропитания нагрузки в быту и на производстве является применение стабилизаторов напряжения. Основным назначением этих устройств является коррекция и постоянное поддержание требуемого уровня напряжения на выходе как при изменении его значения в питающей электросети, так и при возможном изменении тока нагрузки.

Многие современные стабилизаторы переменного напряжения также имеют ряд дополнительных функций:

  • коррекция формы сигнала напряжения на выходе;
  • защита от перегрева и коротких замыканий в цепи питания нагрузки;
  • защитное отключение устройства при недопустимых значениях напряжения входа (требуемый порог по верхней и нижней границе может быть задана пользователем самостоятельно);
  • подавление ВЧ- и импульсных помех выходным фильтром;
  • возможность задать требуемые значения выходного напряжения, отличные от стандартных;
  • возможность реализации мониторинга параметров и дистанционного управления стабилизатором.

Необходимо также отметить, что коррекция и стабилизация электропитания могут быть востребованы не только в случаях серьезных отклонений напряжения от нормы или при недопустимых колебаниях его значений. В соответствии с действующим в РФ ГОСТом 13109-97, определяющим качество электроэнергии, допустимые отклонения нормального напряжения в сети составляют ±10% от номинального значения. Таким образом, фазное напряжение в диапазоне 198–242 В, согласно данному стандарту, считается нормальным.

Действительно, такое напряжение обеспечит нормальную работу большинства электроприборов. Однако, для питания чувствительной к напряжению техники во избежание сбоев и ошибок в работе рекомендуется использование стабилизаторов. Так, например, для питания современных газовых котлов с электронным управлением установка стабилизатора сетевого напряжения точно не будет лишней. То же самое можно сказать относительно чувствительных к питанию электроприборов, изготовленных в странах с более жесткими требованиями стандартов качества электроэнергии.

Основные типы стабилизаторов переменного напряжения

В зависимости от принципа работы существуют следующие типы стабилизаторов:

  • феррорезонансные;
  • электромеханические (сервоприводные);
  • релейные;
  • электронные (полупроводниковые);
  • инверторные.

Далее кратко рассмотрены их основные отличия. Для получения более детальной информации рекомендуем ознакомиться со статьей об основных видах стабилизаторов напряжения.

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, чем источники бесперебойного питания (ИБП). В быту эти устройства, как правило, не используют. Чаще всего их можно увидеть в медицинских учреждениях.

Как выбрать стабилизатор напряжения

Есть разные способы подбора стабилизатора напряжения, но мы предлагаем вам воспользоваться следующим алгоритмом.

  1. Выберите нужный тип стабилизатора:
  • Если дома есть дорогостоящие приборы с электроникой — лучше приобрести электронный стабилизатор или инверторный из-за их высокого быстродействия. Здесь нужно уже выбирать исходя из доступных средств.
  • Если это дача в деревне или дом где нет сложных и дорогих электроприборов, и напряжение «плавает» в зависимости от времени суток или года – купите электромеханический (сервоприводный) или релейный стабилизатор напряжения.
  1. определитесь стабилизатор с каким типом установки вам нужен, настенный — предназначенный для крепления на стену или напольный — имеющий ножки для установки на горизонтальной поверхности, например на полке или полу.
  2. Рассчитайте необходимую мощность стабилизатора
  • Если вам нужно защитить какой-то отдельный прибор, то достаточно стабилизатора равного его мощности. Примерная мощность стабилизаторов для типовой бытовой техники приведена ниже. В общем случае стабилизатор выбирают так, чтобы его мощность превышала на 20-30% мощность подключаемой нагрузки.
  • Для того чтобы правильно рассчитать стабилизатор на весь дома или квартиру часто советуют суммировать мощность всех электроприборов. На самом деле сделать это можно проще. Вы должны знать сколько выделено мощности на ваше жильё. Если вы не знаете – посмотрите на сколько ампер установлен вводной автомат.

Допустим, что у вас стоит однофазный вводной автомат на 25А. Чтобы узнать мощность – умножьте ток на напряжение в сети – 220В.

25*220=5500Вт=5.5 кВт

Рассчитав мощность следует добавить 20-30% запаса по мощности (защита от пусковых токов и перегрузок). В нашем случае сделаем запас 20% для этого полученную мощность умножим на 1,2:

5.5*1,2=6,6 кВт

После этого выбираем ближайшее большее стандартное значение мощности стабилизатора напряжения, в нашем случае необходимо будет приобрести стабилизатор 7-7,5кВт.

Если у вас трёхфазный ввод, и вы обнаружили автомат на 25А, например, то мощность считают по следующей формуле:

P=U*I*1.73=380*25*1.73=16435Вт = 16.44кВт

Далее, как и в предыдущем случае, добавляем запас мощности 20-30% и выбираем стабилизатор с ближайшим большим значением мощности.

Примечание: расчет мощности вы так же можете произвести с помощью нашего онлайн калькулятора расчета мощности сети.

Схемы подключения стабилизаторов

В зависимости от конструкции и исполнения стабилизатора может отличаться и способ подключения. Общий принцип один – ко «входным» клеммам подключают источник питания, а к «выходным» — нагрузку.

Если стабилизатор маломощный, то к сети он подключается вилкой в розетку. На корпусе самого прибора есть розетка, в которой уже стабилизированное напряжение – к ней подключают защищаемый прибор.
подключение электроприбора к стабилизатору напряжения

В моделях большой мощности, которые устанавливают на всю квартиру или на дом, обычно есть и розетка для подключения и клеммная колодка с болтами и шпильками для подключения жил кабеля или другими видами клемм (винтовые, рычажные и пр.). При этом на клеммной колодке обычно находится контакт для заземляющего проводника, но не на всех моделях. Клеммы куда подключается фаза в однофазных моделях всегда 2 их подписывают как L1 и L2.Нулевых клеммы может быть, как 2, так и одна.

Ниже представлены два варианта клеммных колодок стабилизаторов:

клеммы подключения стабилизатора напряжения

Схема подключения стабилизатора к однофазному вводному щиту будет выглядеть так:

схема подключения однофазного стабилизатора в водном электрощите

Если у вас трёхфазный ввод, схема будет отличаться только количеством проводов, логика подключения остаётся неизменной. При этом как именно подключать зависит от самого стабилизаторы, многие модели имеют блочное исполнение и колодки для каждой из фаз разделены. Также можно использовать по одному однофазному стабилизатору на каждую из фаз.

Схема подключения трехфазного стабилизатора напряжения

Простейший параметрический

В основу параметрических стабилизаторов положено свойство сильной нелинейности вольтамперной характеристики (ВАХ) некоторых полупроводниковых приборов. Рассмотрим принцип работы простейшего параметрического стабилизатора, собранного на стабилитроне.

Параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне
Параметрический стабилизатор напряжения на стабилитронеПараметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне

Как известно, стабилитрон имеет участок ВАХ, на котором напряжение на полупроводнике почти не зависит от тока через него. Нижний порог этого участка называют Iст. min, верхний – Iст.max. При подаче на схему напряжения питания Uвх, через стабилитрон начинает течь ток, который задается токоограничивающим (балластным) резистором R1. Если он находится в пределах Iст. min — Iст. max, то на выводах стабилитрона установится определенное напряжение Uст, которое зависит от типа полупроводникового прибора.

При подключении нагрузки (на схеме для наглядности ее роль исполняет резистор R2) ситуация несколько меняется. Ток, протекающий через балластный резистор, делится. Часть его продолжает течь через стабилитрон, часть питает нагрузку. В результате ток через стабилитрон уменьшается и при достаточно мощной нагрузке может упасть ниже пределах Iст. min.

В этом случае полупроводник выйдет из режима стабилизации и перестанет исполнять свои функции. Таким образом, подобные схемы годятся лишь для питания маломощных устройств, потребляющих единицы, максимум несколько десятков миллиампер. Их используют, к примеру, для получения опорных напряжений.

Вполне очевидно, что напряжение Uвх должно быть выше Uст. В противном случае стабилитрон не сможет выйти на рабочий режим. Обычно величину Uвх выбирают не менее чем на 3-5 В выше Uст.

А теперь попробуем собрать практическую схему стабилизатора на 12 В, используя стабилитрон КС512А. Смотрим на его характеристики:

  • Uст – 12 В (при токе Iст. 5 мА);
  • Iст.min – 1 мА;
  • Iст.max – 67 мА.

Входное напряжение выберем равным 15 В. Ток через стабилитрон с отключенной нагрузкой выберем как можно ближе к максимальному, но с некоторым запасом – 50 мА. Запас этот нужен на случай, если входное напряжение повысится – оно ведь нестабилизированное. Исходя из этого, рассчитываем номинал балластного резистора по формуле:

R=(Uвх- Uвых)/Iстаб

где:

  • R — сопротивление балластного резистора R1, Ом;
  • Uвх — входное напряжение, В;
  • Uвых — выходное напряжение, В;
  • Iстаб — ток через стабилитрон, А.

Включаем калькулятор и считаем: R1=(15-12)/0.05=60 Ом. Какой ток в нагрузку сможет отдать такая схема? Как мы выяснили, при подключении нагрузки ток через балластный резистор будет составлять Iбал=Iстаб+Iнагр, а значит, Iстаб=Iбал–Iнагр. Нижний передел режима стабилизации выбранного нами полупроводника – 1 мА. Значит, наш стабилизатор сможет отдать в нагрузку порядка 40-45 мА. При этом ток через стабилитрон упадет до 5-10 мА. Дальнейшее повышение Iнагр приведет к еще большему уменьшению Iстаб, что может вызвать неустойчивую работу стабилитрона, скажем, при уменьшении входного напряжения, которое, как мы помним, нестабилизировано.

Включаем калькулятор и считаем: R1=(15-12)/0.05=60 Ом.

Значит, наш стабилизатор сможет отдать в нагрузку порядка 40-45 мА. При этом ток через стабилитрон упадет до 5-10 мА. Дальнейшее повышение Iнагр приведет к еще большему уменьшению Iстаб, что может вызвать неустойчивую работу стабилитрона, скажем, при уменьшении входного напряжения, которое, как мы помним, нестабилизировано.

На самом деле все на так просто, поскольку напряжение стабилизации стабилитрона зависит от тока через него. Не особо сильно, но зависит. При динамичной и особенно большой нагрузке напряжение на выходе нашей схемы станет существенно изменяться и будет мало похоже на стабильное. Таким образом, более-менее нормальную работу такого стабилизатора можно получить при отдаче в нагрузку много меньших токов – 1-2 десятка мА.

Параметрический с транзисторным ключом

В предыдущем разделе мы выяснили, что простейший стабилизатор имеет существенный недостаток – он не может обеспечить питанием более-менее мощную нагрузку. Кроме того, коэффициент стабилизации (зависимость выходного напряжения от входного) у предыдущей схемы относительно небольшой. Выйти из положения можно при помощи дополнительного элемента – транзистора.

Схема параметрического стабилизатора с транзисторным ключомСхема параметрического стабилизатора с транзисторным ключом

Как видно из схемы, стабилитрон теперь питается от «личного» токоограничивающего резистора R1, ток через который не зависит от тока, протекающего через нагрузку. Стабилизированное стабилитроном D1 напряжение прикладывается к базе транзистора Т1. В результате на нагрузке устанавливается стабильное напряжение, величина которого составит разницу напряжений стабилизации стабилитрона и падения  на n-p переходе транзистора. Uвых=Uст-Uбэ.

То есть если мы хотим получить к, примеру, выходное напряжение 12 В, то необходимо взять стабилитрон с большим (порядка 0.6 – 1.3 В – зависит от типа применяемого транзистора) напряжением стабилизации. К примеру, Д814Д (Uст. – 13 В). Но, что важно, такое решение существенно улучшает коэффициент стабилизации схемы, которая складывается из произведения коэффициента стабилизации стабилитрона и коэффициента передачи транзистора.

Главное же достоинство подобной схемы – большой отдаваемый ток, величина которого зависит от мощности транзистора. Это позволяет строить относительно простые стабилизаторы с неплохими характеристиками, способными выдавать токи в единицы и даже десятки ампер.

На интегральном стабилизаторе

Но и это не предел. Существенно улучшить характеристики источника питания можно применением  специализированных микросхем – так называемые интегральных стабилизаторов. Схема, изображенная ниже, не только имеет хороший коэффициент стабилизации, но и оснащена защитой от перегрузки, перегрева и короткого замыкания (все в составе микросхемы). Это уже полноценный стабилизатор.

Стабилизатор напряжения на микросхеме КР142ЕН5А (зарубежный аналог IL7805C)Стабилизатор напряжения на микросхеме КР142ЕН5А (зарубежный аналог IL7805C)

Ну и, конечно, при использовании микросхем конструкция БП существенно упрощается. Создание ее требует минимума дополнительных элементов и не нуждается в расчетах и регулировке. Достаточно выбрать тип микросхемы и можно получить нужное выходное напряжение.

Ток, отдаваемый такими микросхемами, может достигать нескольких ампер (зависит от типа). Но если его недостаточно, то можно использовать транзисторный ключ, как мы это делали в случае со стабилитроном.

Мощный стабилизатор напряжения 12 В на микросхеме и транзистореМощный стабилизатор напряжения 12 В на микросхеме и транзисторе

Если подключить вывод 2 микросхемы к минусовому проводу не напрямую,  а через стабилитрон, то выходное напряжение схемы будет складываться из напряжений стабилизации микросхемы и стабилитрона.

Схема с повышенным напряжением стабилизацииСхема с повышенным напряжением стабилизации

Ну и в завершении хотелось бы отметить один существенный недостаток вышеприведенных схем. Все они являются линейными или непрерывными стабилизаторами, в которых регулирующий элемент работает в линейном режиме. Такое решение достаточно просто, но имеет низкий КПД – ведь вся «лишняя» мощность бесполезно рассеивается на этом элементе.

К примеру, если построить БП на интегральном стабилизаторе КР142ЕН5А (см. схему выше) и выбрать Uвх. 15 В, то при токе в нагрузке 2 А на самой микросхеме будет рассеиваться мощность 2 * 10 = 20 Вт. Это вдвое больше полезной мощности, питающей саму нагрузку. То есть КПД такой схемы составить чуть более 30%.

В заключение. Существенно повысить КПД блока питания можно заставив работать регулирующий элемент в ключевом режиме, применив широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Но поскольку у нас разговор о простых стабилизаторах, а схемы с широтно-импульсным управлением относительно сложны, то здесь мы их рассматривать не будем.

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.

Силовой трансформатор ТС-180 для стабилизатора
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.

Корпус под стабилизатор напряжения
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.

Далее вытравливают плату при помощи соответствующего раствора (электронщикам метод травления плат должен быть знаком).

Изготовление печатной платы
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
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 устройства стабилизации
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 выбора стабилизатора на 220 В 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.