Стабилизированный регулятор напряжения для нагрузки на 220В

Стабилизированный регулятор напряжения для нагрузки на 220В

Предлагаемый симисторный регулятор напряжения позволяет не только регулировать, но и стабилизировать выходное напряжение (а значит, и мощность) на постоянной нагрузке.

Регулятор обеспечивает поддержание выходного напряжения с точностью 5% при изменении входного напряжения на 50%.

Схема

Электрическая схема регулятора приведена на рис.1. Регулятор стабилизированного напряжения содержит симистор VS1, узел временной (фазовой) задержки, компенсирующую цепь и источник питания.

Рис. 1. Электрическая схема регулятора.

С помощью компенсирующей цепочки R1, С1 к напряжению стабилитрона VD2 добавляется величина, пропорциональная питающему напряжению. Эта сумма и является межбазовым напряжением VТ1.

Тогда уменьшение питающего напряжения снижает напряжение питания транзистора VТ1 и вызывает уменьшение временной задержки, а выходное напряжение не изменится.

Нижняя граница стабилизации достигает в момент, когда питающее напряжение равно заданному выходному. Регулятором R3 регулируется выходное напряжение.

Детали

Конденсатор С1 — К50-16, С2 — К73-17. Трансформатор на сердечнике Ш5х6, первичная обмотка содержит 40 витков, а вторичная — 50 витков провода ПЭЛ-0,2.

VT1 — однопереходный транзистор, КТ117Б.

Рис. 2. Цоколевка транзистора КТ117, обозначение на схемах и фото.

Наладка

Для налаживания регулятора необходимо включить в сеть с нагрузкой через автотрансформатор и параллельно нагрузке включить вольтметр.

Изменяя напряжение на входе регулятора, переменным резистором R1 добиваются минимального изменения напряжения на нагрузке.

При наладке необходимо соблюдать меры безопасности, так как элементы регулятора гальванически связаны с сетью.

В. Яковлев, UT5WK. РМ-02-17.

• PCBWay — всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН.
• Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет.
• Проекты с открытым исходным кодом — доступ к тысячам открытых проектов в сообществе PCBWay!

• Расчет параметрического стабилизатора напряжения на транзисторах
• Схема регулятора частоты вращения для электродрели 220В
• Квазирезонансные преобразователи с высоким КПД
• Стабилизированный блок питания 3-12В/0,25А (142ЕН12А)

Собрал схему. Не работает. Грешу на трансформатор. Трансформатор переделывал 3 раза. Когда пытаюсь тестером померять напряжение на управляющем выводе симистора, то лампа нагрузки начинает помаргивать какие-то доли секунды. Прошу совета.

Евгений, проверьте монтаж схемы, прозвоните тестером диод, убедитесь что транзистор подключен правильно.
На схеме точками показаны начала и концы катушек трансформатора Т1, подключать их нужно в соответствии, иначе схема не заработает. Попробуйте поменять местами выводы одной из обмоток если не знаете верно ли был подключен трансформатор.

Здравствуйте. Спасибо за совет. Детали проверил, все рабочие. Но когда проверял транзистор(собирал всякие генераторы, схемки), чтобы понять как он работает, выяснилось что важно правильно подключить базы. Поставил транзистор на место, согласно вышеприведенной схеме. Менял концы обмоток, намотал новый трансформатор на феррит. кольце. Все без толку. Потом вспомнил про танцы с бубном вокруг транзистора, и поменял базы местами. И вот оно Счастье. Правда пока использовал лампочку. Завтра принесу автотрансформатор, подключу тэн и посмотрим как работает стабилизация.
А по поводу схемы: или там опечатка по расположению транзистора, или я ищу обозначения и распиновку не в тех местах. С уважением, Евгений.

Евгений, спасибо за то что отписались о результатах. Указали в статье номинал однопереходного транзистора, привели его цоколевку и фото. На схеме изменили подключение баз.

База 2 на должна идти к плюсу питания. В интернете много схем на основе КТ117, где базы перепутаны местами.

Если не удается достать однопереходный транзистор КТ117, то можно собрать его эквивалент на двух транзисторах — КТ315 и КТ361:

Симисторный стабилизатор своими руками

Входное напряжение стабилизатора, В — 120 . 270
Выходное напряжение стабилизатора, В — 205 . 235
Мощность нагрузки, кВт — 3,0
Время переключения (отключения) нагрузки, мс — 10
Работоспособность контроллера при напряжении в сети, В — 95 . 380

Стабилизатор работает по принципу ступенчатой коррекции напряжения, осуществляемой переключением отводов обмотки автотрансформатора Т2 с помощью симисторных ключей Q1—Q6 под управлением микроконтроллера (МК), следящего за уровнем напряжения в сети. После включения автомата QF1 напряжение сети поступает на трансформатор Т1 и микроконтроллер начинает работать по заданной программе.

Загорается подсветка дисплея и спустя 3 секунды на дисплее появляется надпись «ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ». Последующие 7 секунд микропроцессор анализирует напряжение сети, и если оно находится в пределах 120. 270В, в зависимости от результатов измерения открывает один из симисторов VS1. VS6, тем самым, подключая один из шести отводов автотрансформатора.

Нагрузка подключается к пятому (снизу по схеме) отводу автотрансформатора через автоматический выключатель QF1, который служит для ограничения мощности потребления. При этом два “внутренних” вольтметра индуцируют в верхней строке ЖК дисплея действующее напряжение в сети, а в нижней строке напряжение на нагрузке

Если напряжение ниже 120В или выше 270Вольт, нагрузка обесточивается. На дисплее в этот момент в верхней строке индуцируется действующее напряжение сети, а в нижней строке мигает надпись «РЕЖИМ ЗАЩИТЫ». Как только напряжение войдет в диапазон 120. 270В, нагрузка вновь будет подключена.

В случае пропадания напряжения сети и последующего появления, микропроцессор автоматически перезагружается и через 10 секунд вновь подключает нагрузку. Гальваническая развязка симисторов с МК осуществляется оптопарами U1. U6. В процессе регулирования открывающий импульс снимается с включенного симистора и подается на другой симистор в момент перехода синусоиды через «0», исключающая тем самым “токовые удары” в обмотках и семисторах. Это достигается за счет того, что за 1 период синусоиды микроконтроллер измеряет состояние амплитуды сетевого напряжения 100 раз. Осциллограмму этого процесса можно увидеть здесь .

Внимание: Для правильной работы схемы НЕОБХОДИМО, чтобы аноды симисторов и провода от «внутренних вольтметров» (левые по схеме выводы резисторов R1 и R9) были подключены к фазовому проводу.

Конструкция и детали.

Контроллер стабилизатора собран на печатной плате 10×12 см из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Файл печати устройства Pechat_AVR_120_270_6st.lay.(79,0 kb), который можно скачать здесь . Он выполнен с помощью программы Sprint Layout 4.0, которая позволяет выводить рисунок на печать в зеркальном отображении и очень удобна для изготовления печатных плат при помощи лазерного принтера и утюга. Также разработан вариант печати с двумя трансформаторами ТПГ 2-12 на плате, который можно скачать здесь. Если у Вас нет программы Sprint Layout 4.0, то ее можно скачать здесь .

Как вариант, светодиоды HL1 — HL8 можно смонтировать со стороны печатных проводников, чтобы при установке печатной платы в корпус они вставлялись в отверстия диаметром 5 мм, просверленные в передней панели устройства. Контролер в этом случае устанавливается (печатью к передней панели) на стойки соответствующей высоты, прикрученные к передней панели корпуса стабилизатора винтами в потай.
Номинал токоограничительного резистора R 22 необходимо подобрать так, чтобы ток протекающий через светодиоды симисторных оптронов U1.1. U6.1 был в пределах 8. 10мА.

В диодном мосте VD1-VD4 применены диоды Шотке 11DQ10, в связи с малым на них падением напряжения. Подстроечные резисторы R2, R10 проволочные многооборотные СП5-2 или СП5-3. Постоянные резисторы R1,R5. R9 желательно использовать типа С2-23 (металлодиэлектрические) c мощностью рассеивания не менее той, что указана в схеме. Остальные — могут быть любого типа.

Электролитические конденсаторы C1,C2,С4,С5,С8,С9 могут быть любыми, с емкостью, указанной на схеме, и напряжением не ниже для них указанных. Конденсаторы C3,С6,C7 — любые пленочные или керамические. Конденсаторы C10-C15 — пленочные на напряжение не ниже 630В.

Импортные симисторные оптроны MOC3052 (U1. U6) выбраны потому, что они не содержат встроенные контроллеры перехода напряжения через ноль. В контроллерах нет необходимости, т.к. синхронизация выключения одного мощного симистора и включения другого осуществляется программно. Мощные симисторы VS1. VS6 ВТА 40-600.

Все симисторы VS1. VS6 устанавливаются на один теплоотвод, с площадью охлаждающей поверхности не менее 800 см2, желательно с использованием термопасты для обеспечения надежного теплоотвода. Микросхему стабилизатора (DA1) КР1158ЕН5А (Б) необходимо установить на теплоотвод не менее 80 см2.

Трансформатор T1 самодельный, рассчитанный на габаритную мощность 8 Вт, имеющий площадь сечения магнитопровода 2,3 см2. Его сетевая обмотка I, рассчитана на максимальное аварийное напряжение сети 380В, содержит 8669 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,1 мм. Обмотка II содержат 585 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,25 мм. При номинальном напряжении сети 220В напряжение выходной обмотки должно составлять 13,5В при токе в нагрузке 250мА.

Настройка сводится к следующему:

К сети подключается эталонный вольтметр (цифровой тестер). Схема контроллера также включается в сеть. Подстроечными резисторами R2 и R10 поочередно настраиваются оба внутренних вольтметра стабилизатора на показания эталонного вольтметра. Для успокоения души с помощью ЛАТРа можно убедиться в последовательном переключении светодиодов HL2 — HL7 при пересечении порогов 120, 137, 157, 179, 205, 235 и 270 Вольт. ВСЕ!

По способу коммутации отводов автотрансформатора Т2 различают:

1. Коммутация отводов «по входу»

Симисторные ключи стоят до автотрансформатора, коммутируя отводы так, что бы нагрузка, всегда снимаемая с одного отвода (№5 снизу по схеме), находилась в необходимом диапазоне выходного напряжения 205. 235 Вольт.

Достоинства:
При намотке автотрансформатора не нужно учитывать коэффициент перенапряжения до 380 Вольт (380/220 = 1,7), что сказывается и на габаритах сердечника, и количестве меди, необходимой для намотки. Также возможно применение низковольтных симисторов ВТА40 — 600, так как симисторы при превышении 270 Вольт просто отключат автотрансформатор от сети.

Недостатки:
Ток протекающий через симисторы и первичную обмотку автотрансформатора ограничен на уровне 25 Ампер, и как следствие ток выходной обмотки равен 14,5 Ампер.

Выводы:
Вариант коммутации «по входу» позволяет снять с симистора ВТА40-600 3 кВт полезной мощности. На лицо экономия на меди, сердечнике и семисторах. Если Вас устраивает мощность стабилизатора 3 кВт, то эта схема для Вас. По моей оценке в ней больше достоинств, чем недостатков!

2. Коммутация отводов «по выходу»

Сетевое напряжение подключается к отводу №2. Симисторные ключи стоят после автотрансформатора, подключая к нагрузке тот отвод, на котором напряжение находится в необходимых пределах 205. 235 Вольт.

Достоинства:
Данный вариант подключения позволяет «снять» с симистора ВТА 40-600 5,5 кВт полезной мощности, что почти в 2 раза больше варианта коммутации «по входу».

Недостатки:
Недостатком является необходимость применения симисторов, рассчитанных на рабочее напряжение не менее 800 Вольт (в трех верхних по схеме отводах автотрансформатора ВТА40-800), и в 1,7 раза увеличенное число витков обмотки автотрансформатора.

Выводы:
Для устранения вышеперечисленных недостатков потребуется введение в схему дополнительного мощного симисторного ключа на 80 Ампер (ТС142-80-8) непосредственно перед автотрансформатором, который будет отключать первичную обмотку (отвод №2 снизу по схеме) при выходе напряжения сети за пределы 120. 270 Вольт. В аналоговых вариантах это приведет к значительному усложнению схемы контроллера, поэтому предпочтительней схема коммутации «по входу». В микроконтроллерном варианте это можно реализовать, дописав в программе микроконтроллера несколько строк.

Возможно применение дешевых симисторов ВТА41

В варианте коммутации «по входу» максимальная мощность в нагрузке составит 1,2 кВт. Все симисторы могут быть ВТА41-600. На выходе автотрансформатора (перед нагрузкой) необходимо поставить автомат QF2 на 6А, а в качестве QF1 применить автомат на 10А.

В варианте коммутации «по выходу» максимальная мощность в нагрузке составит 2,2 кВт. В трех верхних по схеме отводах нужно использовать симисторы ВТА41-800. Это необходимо, т.к. напряжения в этих отводах при аварийном напряжении в сети 380 Вольт превысит, либо будет близко к 600 Вольтам. Остальные (нижние) могут быть ВТА41-600. На выходе автотрансформатора (перед нагрузкой) необходимо поставить автомат QF2 на 10А, а в качестве QF1 применить автомат на 20А.

Для справки:

Испытано, что через симистор ВТА41 может протекать максимальный ток 13А. При превышении этого значения начинают отгорать выводы у симисторов как нить у предохранителя, поскольку их сечение 0,6 кв. мм (0,6х1 мм.). Оптимально ограничить ток через симисторы на уровне 10А.

Симисторный стабилизатор напряжения “UNIVERSAL”. Устройство и ремонт.

Внешнее проявление неисправности выглядит следующим образом.

Ниже на фото показаны три состояния индикатора. В состоянии «1» правые три цифры бегут к 0. Затем на несколько секунд индикатор принимает вид «2». Это его рабочий режим. Левые три цифры «233» – входное напряжение, в центре «28», включенная ступень стабилизации, правые три цифры «220» — выходное напряжение. Через несколько секунд гаснет индикатор и светодиоды кнопок, расположенные под индикатором. Если немного подождать, процесс повторяется. При этом на выходе напряжение не появляется вообще.

Производителем заявлены следующие основные технические характеристики этого симисторного стабилизатора напряжения:

• Точность стабилизации выходного напряжения — ±1,5 %.
• Число ступеней автоматического регулирования — 36 ст.
• Время реакции на изменения напряжения — 20 мс.
• Автоматическое отключение от сети при повышенном входном напряжении.
• Мультиуровневая защита по току.
• ЖК-дисплей индикации уровней входного и выходного напряжений.
• Автоматическая самодиагностика при включении электропитания.
• Рабочий диапазон входных напряжений 147÷258 В.
• Рабочий диапазон выходных напряжений 217÷223 В.
• Предельный диапазон входных напряжений 60÷280 В.
• Меню пользователя.
• Номинальная мощность нагрузки данной модели 7,6 -12 кВт

Открываем корпус и осматриваем все узлы и детали. Основные из них показаны на фото ниже:

Схему на эту модель в интернете найти не удалось. Принцип работы таких симисторных стабилизаторов напряжения хорошо известен и довольно подробно описан во многих источниках. Он понятен из приведенной ниже структурной схемы:

Блок управления измеряет входное напряжение и переключает с помощью электронных ключей симисторов обмотки автотрансформатора так, чтобы напряжение на выходе было равно 220 В ±1,5 %. Если входное напряжение выходит за пределы 147÷258 В, напряжение на выходе отключается. На схеме показано меньше выводов автотрансформатора и ключей симисторов, чем в данной модели стабилизатора. Приведенная схема упрощена для пояснения принципа работы.

Вернемся к ремонту нашего стабилизатора. При осмотре визуально выявлены два дефекта на плате питания стабилизатора. В трансформаторе импульсного блока питания нет половины сердечника и подгорели два резистора. Все разъемы платы я пронумеровал, чтобы не перепутать при установке. Плата снята. На фото ниже видно дефекты:

Измерено сопротивление подгоревших резисторов. Оно равно 63 Ом и 56 Ом. Хотя по оставшимся на одном из них кольцам сопротивление 1 Ом. К тому же снизу перегорела дорожка печатной платы, соединяющая эти резисторы. Резисторы включены последовательно с конденсатором 2,2 мкФ на 630 В, находится рядом с ними. Он исправен. Резисторы заменены на новые по 1 Ом, дорожка печатной платы восстановлена.

Выпавшей половины сердечника трансформатора в корпусе стабилизатора не обнаружено. Пришлось трансформатор выпаять и заменить сердечник полностью. Установлен новый сердечник с центральным стержнем того же сечения (5,5×5,5) мм, но окна немного больше.

Проверены все остальные элементы платы питания на предмет пробоя, обрыва или замыкания. Больше дефектов не выявлено.

Плата питания установлена на место.

Стабилизатор заработал. Проверена работа в диапазоне изменений входного напряжения от 173 В, до 233 В. На выходе напряжение в пределах нормы.

Возможно, причина возникновения неисправности в том, что выпал сердечник импульсного трансформатора блока питания. Блок питания перестал работать. В схеме нештатная ситуация, что привело к перегоранию резисторов. В целом, качество симисторного стабилизатора напряжения неплохое и удивительно, что в изделии ценой больше $700, не удосужились после склеивания сердечника импульсного трансформатора дополнительно скрепить его какой-либо полоской или хотя-бы суровой ниткой, для надежности. Как видно, одного склеивания недостаточно.

Материал статьи продублирован на видео:

Ремонт своими руками стабилизатора напряжения Энергия.

Рассматриваемая нами модель стабилизатора Энергия СНТВ-5000/1, с поломкой, нет выходного напряжения.

Для ремонта стабилизатора напряжения своими руками нам потребуется, мультиметр, крестовая отвертка, паяльник и наждачная бумага.

Зачастую, причиной поломки стабилизатора напряжения, является плата управления и сервопривод. Сервопривод является часто уязвимим местом в стабилизаторе, так так основная работа по стабилизации напряжения лежит на нем, и плате управления, которая управляет сервоприводом. Управление сервоприводом осуществляют транзисторы TIP41 И TIP42 и они выходят из строя так же, являются причиной поломки стабилизатора напряжения. В данной статье мы расскажем и покажем как самостоятельно починить свой аппарат.

Нам потребуется крестовая отвертка, откручиваем болты с верху и по бокам стабилизатора и снимаем верхнюю крышку.

Далее берем мультиметр, ставим его в режим измерения сопротивления и проверяем диоды (IN4007), которые находятся на сервоприводе, в рабочем состоянии при нажитии на микропереключатель, они не должны звониться.

В нашем случае диоды не звонятся, значит они целые.

Берем наждачную бумагу, лучше всего нулевку и зачищаем медную катушку, от нарага оставшегося после работы щеток.

Далее будем проверять плату правления, снова нам потребуется мультиметр, проверяем с помощью него, управляющие транзисторы TIP41 и TIP42, так как они отвечают за работу сервопривода.

В нашем случае они оказались, вышедшими из строя, следовательно они не могут осуществлять управление сервоприводом, и поэтому нет стабилизации напряжения.

Бирем паяльник, заранее включенный в сеть и выпаиваем транзисторы, с целью замены их на новые. Важно! При замены этих транзисторов, важно, что бы они были из одной патрии, так так если они будут из разных партий, они могу не корректно работать, и снова могут выйти из строя.

Впаиваем новые транзисторы на место, подключаем все клеммы на место и подключаем стабилизатор к сети.

Берем мультимер и проверяем выходное напряжение, по показаниям на приборе видим, что погрешность минимальна, а значит выходное напряжение есть.

Собираем аппарат в обратном порядке. ВАЖНО! В стабилизаторе присутствует высокое напряжение, все работынужно производить с соблюдение техники безопастности. Иногда при более проблемной поломке бывает нужна схема стабилизатора напряжения, но по прочтении данной статьи вы можете попробовать обойтись и без нее. В будущем будем показывать и рассказывать как отремонтировать своими руками также и другие модели стабилизаторов с самыми распространенными поломками. Желаем всем стабильного напряжения в сети!