Как сделать стабилизатор для дома
Стабилизатор напряжения своими руками: принцип работы, виды и схемы
Перепады напряжения в электрической сети — дело обычное. Такие изменения допустимы, но только в определенных пределах: позволительны отклонения в 10%: как в сторону увеличения, так и уменьшения. Эти условия в сети электропитания идеальны, однако они большая редкость. Чаще показатель меняется значительно, что очень «не нравится» довольно чувствительным бытовым электроприборам. Самая большая опасность, подстерегающая их, — выход техники из строя. Сейчас на рынке представлено множество различных моделей корректоров параметров электросети, однако цены на них не слишком радуют потенциальных покупателей. По этой банальной причине многие решаются собрать стабилизатор напряжения своими руками.
Стабилизаторы и их роль
Наиболее уязвимы частные дома, находящиеся в небольших населенных пунктах, где практически невозможно обеспечить электроприборам качественное питание. Причина — «допотопные» советские подстанции, которые давно не в состоянии выдерживать сегодняшние нагрузки на сеть. Выход напряжения за «законные» пределы нередко провоцирует несколько неприятностей:
Этих последствий и чрезмерных трат можно избежать, если сделать стабилизатор напряжения своими руками. Перед тем как принять окончательное решение о том, быть или не быть самодельному устройству, с ним и его видами лучше познакомиться поближе.
Разновидности приборов
Задача стабилизатора — поддерживать выходное напряжение в узких рамках, независимо от того, насколько сильны изменения входных значений. Помимо допустимых пределов надо учитывать максимальный ток, мощность имеющегося оборудования.
Главный элемент любого стабилизатора-корректора напряжения — трансформатор, вернее, автотрансформатор. Он имеет обмотку и отводы от нее (от 2 до 20). За коммутацию после команды блока управления (датчика) — «отключить» либо «подключить» какую-либо обмотку — отвечают силовые ключи: ролики, щетки, реле или тиристоры (симисторы, транзисторы).
Прежде чем начать обдумывать, как создать стабилизатор напряжения своими руками, нужно познакомиться с ассортиментом этих приборов, узнать их особенности, преимущества, а также недостатки.
Сервоприводные (электромеханические)
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:
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
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:
Эти приборы не требуют регулярного обслуживания, поэтому достаточно популярны. Но они, как и все другие, не лишены недостатков. В этом списке:
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)
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:
Недостатки у этих стабилизаторов есть:
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)
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:
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
Если сравнивать эту конструкцию с приборами-конкурентами, то она отличается элементарностью. В составе ее два дросселя и конденсатор. В работе используется принцип магнитного резонанса. Для этих стабилизаторов характерна высокая скорость, точность корректировки, длительный срок эксплуатации, широкий диапазон входящего напряжения.
Недостатки — низкий коэффициент мощности, образование электромагнитных помех, довольно большие габариты и вес, шумность. Еще один минус — цена. Она нередко выше стоимости источника бесперебойного питания (ИБП). В быту эти устройства, как правило, не используют. Чаще всего их можно увидеть в медицинских учреждениях.
Стабилизатор напряжения своими руками
Если нет большого желания переплачивать, то можно самостоятельно собрать разные виды корректоров напряжения, однако одним из самых эффективных является симисторный стабилизационный прибор. Его характеристики:
Схема и ее элементы
Чтобы сделать подобный стабилизатор своими руками, необходимо сначала рассмотреть следующую схему:
Чтобы разобраться в схеме, надо представлять, каким образом прибор работает.
Принцип работы
После включения питания стабилизатора конденсатор (С1) находится в разряженном состоянии, один транзистор (VT2) открыт, другие (VT2, VT4) закрыты. Через последний элемент будет идти ток на все светодиоды, а также на симисторный оптотрон. Светодиоды не светятся, так как нагрузки нет. Ток, проходящий через резистор R1, попадает в конденсатор (С1), который заряжается.
Задержка составляет лишь 3 секунды: этого времени хватает, чтобы завершить все переходные процессы. Затем следует срабатывание несимметричного триггера — триггера Шмитта. Его основу составляют транзисторы — VT1, VT2. Потом открывается третий элемент цепи, включается нагрузка. Диод VD2 и конденсатор С2 выпрямляют напряжение, выходящее с третьей обмотки Т1.
Затем ток следует в делитель (R13-14). Из него он попадает к не инвертирующему входу компараторов. Их восемь, находятся они на микросхемах DA2, DA3. В тот же самый момент на их инвертирующий вход поступает образцовый постоянный ток. За его подачу отвечают резисторные делители (R15-23). Процесс завершает контроллер, обрабатывающий сигнал на входе компараторов.
Особенности прибора
При напряжении до 130 В транзистор VT4 остается открытым. В это время мигает первый светодиод, сообщающий о том, что в электросети слишком мал уровень напряжения, поэтому прибор функционировать не в состоянии.
При нагрузке от 130 до 150 В открывается другой транзистор — VT5 и загорается второй светодиод. Открываются симистор VS2 и оптосимистор U1-2. Через первый пройдет нагрузка, которая последует в верхний вывод обмотки автотрансформатора Т2.
Если напряжение находится в пределах 150-170 В, то открывается транзистор VT6, а загорается уже третий светодиод. Параллельно происходит открытие второго симистора VS2, а ток передается на тот вывод трансформатора Т2, который находится ниже первого.
Самодельный корректор будет переключать соединение и в том случае, если входящее напряжение достигнет 190-250 вольт. Чтобы изготовить функционирующий стабилизатор напряжения своими руками, необходима печатная плата, ее размеры — 90х115 мм. Подходящий материал для нее — стеклотекстолит, фольгированный, односторонний. Размещение показано ниже.
Чтобы не допустить ошибок, лучше эту схему скачать и распечатать на лазерном принтере, недавно заправленном. Для переноса используют утюг. Проще всего воспользоваться программой Sprint Loyout, ее предназначение — помощь в изготовлении печатных плат.
Стабилизатор напряжения своими руками
Чтобы собрать все необходимые элементы, придется отправиться в магазин, однако некоторые детали можно попытаться сделать самостоятельно.
Изготовление трансформаторов
Альтернатива — использование пары готовых трансформаторов — ТПК-2-2×12В, их соединяют последовательно:
Что потребуется купить еще?
Все остальные элементы необходимо приобрести в магазине. В набор входят:
Возможна полноценная замена: MOC3041 на MOC3061, КР1158ЕН6А на КР1158ЕН6Б, LM339N на К1401СА1. Подходящими диодами будут КЦ407А.
Еще потребуется покупка микросхемы КР1554ЛП5, она будет «исполнять обязанности» микроконтроллера. Необходимо приобрести 9 мигающих светодиодов, однако можно взять и обычные, выдающие яркий красный свет: например, АЛ307КМ или L1543SRC-Е. Трудностей с покупкой деталей обычно не бывает, а расходы на них можно считать разумным вложением средств, которые вскоре окупятся.
Целесообразность создания своими руками
Что лучше: сделать стабилизатор напряжения своими руками или все-таки лучше приобрести готовое устройство? Каждый решает сам.
Первый плюс — выгода, так как приборы стоят недешево. Второй положительный момент — знание «начинки» устройства, оно даст возможность найти и заменить неисправную деталь, которую легко найти в магазине. К недостаткам этого варианта относят невысокий уровень надежности изделий-самоделок, так как на заводах качество гарантирует специальное и измерительные оборудование, о котором в домашних условиях даже думать не приходится.
Если создание самодельного стабилизатора кажется довольно сложным, то лучше пойти традиционным, но нерациональным путем — приобрести готовый прибор. В этом случае в его надежности можно не сомневаться.
Тот, кто все же решился сделать стабилизатор напряжения своими руками, должен увидеть, какая работа ему предстоит. Лучше начинать с простых моделей, а полезную информацию можно почерпнуть из этого видео:
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:
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:
Последовательность изготовления стабилизатора напряжения своими руками
Прежде чем приступать к самостоятельному изготовлению стабилизирующего устройства, необходимо приобрести некоторые инструменты. Перечень их следующий:
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:
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:
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.