Схема електрична стабілізатора

Розробники електричних та електронних пристроїв, у процесі їх створення, виходять з того, що майбутній пристрій працюватиме в умовах стабільної напруги живлення. Це необхідно для того, щоб електрична схема електронного пристрою, по-перше, забезпечувала стабільні вихідні параметри відповідно до свого цільового призначення, а по-друге, стабільність напруги живлення захищає пристрій від стрибків, загрожує занадто великими споживаними струмами і перегоранням електричних елементівпристрої. Для вирішення завдання забезпечення незмінності напруги живлення застосовують який-небудь варіант стабілізатора напруги. За характером споживаного пристроєм струму розрізняють стабілізатори змінної та постійної напруги.

Стабілізатори змінної напруги

Стабілізатори змінної напруги застосовують, якщо відхилення напруги в електричної мережівід номінального значення перевищують 10%. Така норма обрана виходячи з того, що споживачі змінного струмуза таких відхилень зберігають свою працездатність весь термін експлуатації. У сучасній електронній техніці, як правило, для вирішення задачі стабільного електроживлення використовують імпульсний блокживлення, при якому стабілізатор змінної напруги не потрібний. А ось у холодильниках, мікрохвильових печах, кондиціонерах, насосах тощо. потрібна зовнішня стабілізація живильної змінної напрузі. У таких випадках найчастіше використовують стабілізатор одного з трьох типів: електромеханічний, головною ланкою якого є регульований автотрансформатор з керованим електричним приводом, релейно-трансформаторний, на базі потужного трансформатора, що має кілька відводів у первинній обмотці, і комутатора з електромагнітних реле, симісторів, тиристоров чи потужних ключових транзисторів, а також чисто електронний. Широко поширені у минулому столітті ферорезонансні стабілізатори в даний час практично не використовуються через наявність численних недоліків.

Для підключення споживачів до мережі змінного струму 50 Гц застосовують стабілізатор напруги 220 В. Електрична схемастабілізатора напруги такого типу зображено на наступному малюнку.

Трансформатор А1 підвищує напругу мережі до рівня, достатнього для стабілізації вихідної напруги при низькому вхідному напрузі. Регулюючий елемент РЕ здійснює зміну вихідної напруги. На виході керуючий елемент УЕ вимірює значення напруги на навантаженні і видає керуючий сигнал для коригування, якщо це необхідно.

Електромеханічні стабілізатори

В основі такого стабілізатора – використання побутового регульованого автотрансформатора або лабораторного ЛАТРу. Застосування автотрансформатора забезпечує вищий ККД установки. Рукоятка регулювання автотрансформатора видаляється, а на корпусі замість неї співвісно встановлюють невеликий двигун з редуктором, що забезпечує достатнє зусилля обертання для повороту бігунка в автотрансформаторі. Необхідна та достатня швидкість обертання – близько 1 обороту за 10 – 20 сек. Цим вимогам задовольняє двигун типу РД-09, який раніше застосовувався в приладах, що самопишуть. Керує двигуном електронна схема. При зміні мережевої напругив межах +- 10 вольт видається команда на двигун, який повертає бігунок до досягнення на виході напруги 220 Ст.

Приклади схем електромеханічних стабілізаторів наведені нижче:

Електрична схема стабілізатора напруги з використанням логічних мікросхем та релейного керування електроприводом

Електромеханічний стабілізаторз урахуванням операційного підсилювача.

Перевагою подібних стабілізаторів є простота реалізації та висока точність стабілізації напруги на виході. До недоліків слід віднести невисоку надійність через присутність механічних рухомих елементів, відносно малу допустиму потужність навантаження (в межах 250...500 Вт), малу поширеність у наш час автотрансформаторів та необхідних електродвигунів.

Релейно-трансформаторні стабілізатори

Релейно - трансформаторний стабілізатор є більш популярним в силу простоти реалізації конструкції, застосування поширених елементів та можливості отримання значної вихідної потужності (до кількох кіловат), що значно перевищує потужність застосованого. силового трансформатора. На вибір його потужності впливає мінімальна напруга у конкретній мережі змінного струму. Якщо, наприклад, воно не менше 180 В, то від трансформатора потрібно забезпечення вольтодобавки 40 В, що в 5,5 разів менше номінальної напругив мережі. Вихідна потужність у стабілізатора в стільки ж разів буде більша, ніж потужність силового трансформатора (якщо не враховувати ККД трансформатора і максимально допустимий струм через елементи, що комутують). Число ступенів зміни напруги, як правило, встановлюють у межах 3...6 ступенів, що в більшості випадків забезпечує прийнятну точність стабілізації напруги на виході. При обчисленні кількості витків обмоток в трансформаторі для кожного ступеня напруга в мережі приймається рівним рівнем спрацьовування комутованого елемента. Як правило, як комутуючі елементи використовують електромагнітні реле - схема виходить досить елементарною і не викликає труднощів при повторенні. Недоліком такого стабілізатора є утворення дуги на контактах реле у процесі комутації, що руйнує контакти реле. У більш складних варіантах схем перемикання реле роблять у моменти переходу напівхвилі напруги через нульове значення, що запобігає виникненню іскри, щоправда за умови використання швидкодіючих реле або комутації на спаді попередньої напівхвилі. Використання як комутуючих елементів тиристорів, симісторів або інших безконтактних елементів надійність схеми різко зростає, але ускладнюється через необхідність забезпечення гальванічної розв'язки між ланцюгами електродів, що управляють, і модулем управління. Для цього застосовують оптронні елементи або імпульсні роздільні трансформатори. Нижче наведено принципова схемарелейно-трансформаторного стабілізатора:

Схема цифрового релейно-трансформаторного стабілізатора на електромагнітних реле.

Електронні стабілізатори

Електронні стабілізатори мають, як правило, невелику потужність (до 100 Вт) та необхідну для роботи багатьох електронних пристроїв високу стабільність вихідної напруги. Вони зазвичай будуються у вигляді спрощеного підсилювача низької частоти, що має досить великий запас зміни рівня напруги живлення і потужності. На його вхід від електронного регулятора напруги подається сигнал синусоїдальної форми частотою 50 Гц від допоміжного генератора. Можна використовувати знижувальну обмотку силового трансформатора. Вихід підсилювача підключений до трансформатора, що підвищує до 220 В. Схема має інерційний негативний зворотний зв'язок за значенням вихідної напруги, що гарантує стабільність вихідної напруги з неспотвореною формою. Для досягнення потужності на рівні кількох сотень ват використовують інші методи. Зазвичай застосовують потужний перетворювач постійного струмуу змінний на основі використання нового виду напівпровідників - так званих IGBT транзисторо.

Ці комутуючі елементи в ключовому режимі можуть пропустити струм у кілька сотень ампер при максимально допустимій напрузі більше 1000 В. Для керування такими транзисторами використовуються спеціальні види мікроконтролерів з векторним керуванням. На затвор транзистора з частотою кілька кілогерців подають імпульси зі змінною шириною, яка змінюється за програмою, введеною в мікроконтролер. Після виходу такий перетворювач навантажений на відповідний трансформатор. Струм у ланцюзі трансформатора змінюється по синусоїді. У той самий час напруга зберігає форму вихідних прямокутних імпульсів із різною шириною. Така схема використовується в потужних джерелах гарантованого живлення, які використовуються безперебійної роботи комп'ютерів. Електрична схема стабілізатора напруги такого типу дуже складна та практично недоступна для самостійного відтворення.

Спрощені електронні стабілізатори напруги

Такі пристрої застосовують, коли напруга побутової мережі (особливо в умовах сільських населених пунктів) Нерідко виявляється зниженим, практично ніколи не забезпечуючи номінальних 220 Ст.

У такій ситуації холодильник працює з перебоями і ризиком виходу з ладу, і освітлення виявляється тьмяним, і вода в електрочайнику довго не може закипіти. Потужності старого, ще радянських часів, стабілізатора напруги, розрахованого на живлення телевізора, як правило, недостатня для решти побутових електроспоживачів, та й значення напруги в мережі часто падає нижче рівня, допустимого для подібного стабілізатора.

Існує простий метод для підвищення напруги в мережі шляхом використання трансформатора потужністю значно меншої потужності застосовуваного навантаження. Первинна обмотка трансформатора включається безпосередньо в мережу, а навантаження підключається послідовно до вторинної (знижувальної) обмотки трансформатора. При правильному фазуванні напруга на навантаженні виявиться рівною сумі трансформатора, що знімається з мережевого напруги.

Електрична схема стабілізатора напруги, що діє за цим нескладним принципом, наведена нижче. Коли транзистор VT2 (польовий), що стоїть у діагоналі діодного мосту VD2 закритий, обмотка I (що є первинною) трансформатора Т1 до мережі не підключена. Напруга на включеному навантаженні майже дорівнює мережевому за мінусом невеликої напруги на обмотці II (вторинна) трансформатора Т1. При відкритті польового транзистора первинна обмотка трансформатора виявиться замкненою, а до навантаження буде додана сума мережного та напруги вторинної обмотки.

Схема електронного стабілізатора напруги

Напруга з навантаження через трансформатор Т2 і діодний міст VD1 подається на транзистор VT1. Регулятор підстроювального потенціометра R1 повинен бути виставлений у положення, що забезпечує відкриття транзистора VT1 і закриття VT2, коли напруга навантаження перевищує номінальне (220 В). Якщо напруга менше 220 вольт, транзистор VT1 закриється, a VT2 - відкриється. Отриманий у такий спосіб негативний зворотний зв'язок зберігає напругу на навантаженні приблизно рівним номінальному значенню.

Випрямлена напруга з мосту VD1 використовується для запиту колекторного ланцюга VT1 (через ланцюг інтегрального стабілізатора DA1). Ланцюжок C5R6 гасить небажані стрибки напруги сток-витік на транзисторі VT2. Конденсатор С1 забезпечує зниження перешкод, що проникають у мережу у процесі роботи стабілізатора. Номінали резисторів R3 та R5 підбирають, отримуючи найкращу та стійку стабілізацію напруги. Вимикач SA1 забезпечує увімкнення та вимикання стабілізатора та навантаження. Замикання вимикача SA2 вимикає автоматику, що стабілізує напругу на навантаженні. Воно в такому варіанті виявляється максимально можливим при поточній напрузі мережі.

Після включення зібраного стабілізатора в мережу, підстроювальним резистором R1 встановлюють на навантаженні напруга, що дорівнює 220 В. Потрібно врахувати, що вищеописаний стабілізатор не може усунути зміни напруги, що перевищують 220 В, або виявилися нижче мінімального, використаного при розрахунку обмоток трансформ.

Примітка: У деяких режимах роботи стабілізатора потужність, що розсіюється транзистором VT2, виявляється дуже значною. Саме вона, а чи не потужність трансформатора, може обмежити допустиму потужність навантаження. Тому слід подбати про гарне відведення тепла від цього транзистора.

Стабілізатор, що встановлюється у сирому приміщенні, потрібно обов'язково помістити у заземлений металевий корпус.

Дивіться також схеми.

Розглянемо роботу стабілізатора на 24 вольти на прикладі джерела живлення зволожувача повітря для інкубатора. Його харчування таки становить цю величину. зображено малюнку. Головним її елементом є мікроконтролер UС 3843. Ця схема була подана у документах на цю модель мікросхеми.

Схема стабілізатора.

Особливості роботи схеми

Інтервал напруги на вході знаходиться в межах . Ми замовили зволожувач на струм, що витрачається 0,5 А, тому номінальний струмспоживання перетворювача вибирався вдвічі вище, тобто на 1 А.

Напруга на виході дорівнює 24 В. Вигляд зовні цього пристрою в зборі зображений на фотографії, а на малюнку показано друковану плату.

Замість потужного діода Шоттки використано діод збірки S 10С 40С. Можна використовувати інші діоди серії Шоттки зі струмом у прямому напрямку не менше 5 А, і напругою у зворотному напрямку близько 40 В. Замість транзистора для перемикань підходить будь-який вид каналу «n», який розрахований на 50 В напруги сток – виток.

Оптимальним вибором будуть транзистори з мінімальним опором каналу відкритому вигляді. Підбирати необхідний можна у будь-якому інтернет-магазині. У схемі застосований транзистор NDP 603 AL. Дросель оснащений сердечником Ч22 із зовнішнім діаметром чашок 22 мм. Складання сердечника здійснюється із зазором 0,22 мм. Котушка дроселя має 18 витків обмотувального емальованого дроту з розміром діаметра 1 мм.

Дросель фіксується до плати за допомогою ізоляційної шайби. Замість такого сердечника з чашками з фериту можна використовувати жовто-біле кільце. Ці кільця використовують у блоках живлення комп'ютерів. При цьому зовнішній діаметр кільця дорівнює 202 мм, а внутрішній діаметр дорівнює 126 мм. Його висота дорівнює 6,35 мм. Число витків котушки - 33 штуки з цього ж дроту.

Допускається використовувати кільце з великим розміром діаметра, знизивши кількість витків до 25. Діоди та транзистори фіксуються відразу до корпусу приладу, обов'язково через діелектричні проставки. При такій потужності виходу перетворювача діод та транзистор за допомогою імпульсного режиму можуть функціонувати без радіатора охолодження.

Але в аварійних випадках оптимальним рішенням буде як відведення тепла використовувати маленькі металеві пластини. Якщо правильно виконати установку, і всі деталі будуть справними, такий стабілізатор на 24 вольта почне відразу працювати.

Стабілізатор постійної напруги на 24 В

У широкій сфері радіоелектронних приладів мікросхема 9Б як стабілізатор з трьома висновками з постійною напругою 24 може використовуватися для підключення логічних схем, а також вимірювальних приладів, аудіопристроїв з якісним відтворенням.

Зовнішні елементи можна застосовувати для прискорення процесів переходу. Конденсатор на вході потрібен тільки в тих випадках, коли регулятор розташований на відстані не більше п'яти сантиметрів від конденсатора, що виконує роль фільтра джерела живлення.

Основні технічні параметри:

1. Вхід.
2. Заземлення.
3. Вихід.

Автомобільний стабілізатор на 24 В

Розглянемо одну просту електронну саморобку. Це буде стабілізатор 24 вольти. Але це не звичайний стабілізатор, а надійний та потужний лінійний прилад. Ми давно ним користуємося. Через цю схему в автомобілі підключений до живлення радар-детектор. Він оснащений внутрішньою стабілізацією. Однак іноді вона підводить, і одного разу детектор вийшов з ладу.

Ми не стали віддавати його в ремонт, а просто витягли з нього стабілізатор, що згорів, і підключили від окремого стабілізатора, зробленого своїми руками. Вже близько двох років він працює справно. Але зараз знову знадобилася така схема. Тільки не для автомобіля, а для побутових цілей.

Необхідно підключити підсилювач низької частоти до живлення. Його харчування напругою становить 24 вольти. Стабілізатор виконаний на базі мікросхеми L 7824. Ця мікросхема може забезпечити пропускання струму величиною 1,5 А. Однак при значному струмі вона сильно нагрівається і знижує свою стабільність. Щоб вирішити цю проблему та збільшити струм, за допомогою якого буде стабілізація, розроблено найпростішу схему.

У цій схемі посилення відбуватиметься за допомогою роботи транзистора, підключеного за паралельною схемою. Схема проста і не потребує дорогих дефіцитних деталей. Вона може бути виконана навісним способом монтажу для перевірки роботи.

Радіатор охолодження для такої схеми є обов'язковим, так як вид схеми лінійний, і на напівпровіднику розсіюється значна потужність. Лінійність схеми є позитивним моментом для підсилювача, тому що немає сторонніх перешкод від шим-модулятора. Монтажна плата була витрачена в розчині лимонної кислотита перекису водню.

Прилади для стабілізації напруги мережі використовуються вже не одне десятиліття. Багато моделей давно не використовуються, інші поки не знайшли широкого поширення, незважаючи на високі характеристики. Схема стабілізатора напруги не є надто складним. Принцип роботи та основні параметри різних стабілізаторів слід знати тим, хто ще не визначився із вибором.

Види стабілізаторів напруги

В даний час застосовуються такі види стабілізаторів:

• Ферорезонансні;
• Сервопривідні;
• Релейні;
• Електронні;
• Подвійне перетворення.

Ферорезонансні стабілізатори конструктивно є самими простими пристроями. Вони складаються з двох дроселів та конденсатора і працюють на принципі магнітного резонансу. Стабілізатори такого типу відрізняються високою швидкістюспрацьовування, дуже великий термін експлуатації і можуть працювати в широкому діапазоні напруги на вході. Нині їх можна зустріти у медичних закладах. У побуті практично не використовуються.

Принцип дії сервопривідної або електромеханічного стабілізатора ґрунтується на зміні величини напруги за допомогою автотрансформатора. Пристрій відрізняється винятково високою точністю встановлення напруги. Водночас швидкість стабілізації найнижча. Електромеханічний стабілізатор може працювати з великими навантаженнями.

Релейний стабілізатор так само має у своїй конструкції трансформатор із секційованою обмоткою. Вирівнювання напруги здійснюється за допомогою групи реле, які спрацьовують по командах із плати контролю напруги. Прилад має відносно високу швидкість стабілізації, але точність установки помітно нижче дискретного перемикання обмоток.

Електронний стабілізатор працює за таким самим принципом, тільки секції обмотки регулюючого трансформатора перемикаються не за допомогою реле, а силовими ключами на напівпровідникових приладах. Точність електронного та релейного стабілізатора приблизно однакова, але швидкість електронного пристрою помітно вища.

Стабілізатори подвійного перетворення , На відміну від інших моделей, не мають у своїй конструкції силового трансформатора. Коригування напруги здійснюється на електронному рівні. Пристрої цього типу відрізняються високою швидкістю та точністю, але їх вартість набагато вища, ніж у інших моделей. Стабілізатор напруги 220 вольт своїми руками, незважаючи на складність, може бути реалізований саме на інверторному принципі.

Електромеханічний стабілізатор

Сервопривідний стабілізатор складається з наступних вузлів:

• Вхідний фільтр;
• Плата виміру напруги;
• Автотрансформатор;
• Серводвигун;
• Графітовий ковзний контакт;
• Оплата індикації.

В основі роботи лежить принцип регулювання напруги шляхом зміни коефіцієнта трансформації. Ця зміна здійснюється переміщенням графітового контакту вільної від ізоляції обмотці трансформатора. Переміщення контакту здійснюється серводвигуном.

Напруга мережі надходить на фільтр, що складається з конденсаторів та феритових дроселів. Його завдання максимально очистити напругу, що приходить від високочастотних і імпульсних перешкод. У платі вимірювання напруги закладено певний допуск. Якщо напруга мережі в нього вкладається, воно відразу надходить на навантаження.

При відхиленні напруги понад допустиме, плата вимірювання напруги подає команду на вузол управління серводвигуном, який переміщає контакт у бік збільшення або зменшення напруги. Як тільки величина напруги прийде до норми, серводвигун зупиняється. Якщо напруга мережі нестабільна і часто змінюється, сервопривід може відпрацьовувати процес регулювання майже постійно.

Схема підключення стабілізатора напруги малої потужності не становить нічого складного, оскільки на корпусі встановлені розетки, а включення до мережі здійснюється шнуром з вилкою. На потужніших пристроях мережа і навантаження підключаються за допомогою гвинтової колодки.

Релейний стабілізатор

У релейному стабілізаторі є майже такий самий набір основних вузлів:

• Мережевий фільтр;
• Плата контролю та управління;
• Трансформатор;
• Блок електромеханічних реле;
• Визначення індикації.

У цій конструкції корекція напруги здійснюється східчасто за допомогою реле. Обмотка трансформатора розділена на кілька окремих секцій, кожна з яких має відведення. Релейний стабілізатор напруги має кілька щаблів регулювання, кількість яких визначається кількістю встановлених реле.

Підключення секцій обмотки, отже, і зміна напруги може здійснюватися або аналоговим, або цифровим способом. Плата управління, залежно від зміни напруги на вході, включає необхідну кількість реле для забезпечення напруги на виході, що відповідає допуску. мають саму низьку цінусеред цих пристроїв.

Приклад схеми релейного стабілізатора

Ще одна схема стабілізатора релейного типу

Електронний стабілізатор

Принципова схема стабілізатора напруги цього типу має лише невеликі відмінності від конструкції з електромагнітними реле:

• Фільтр мережі;
• Плата вимірювання напруги та управління;
• Трансформатор;
• Блок силових електронних ключів;
• Оплата індикації.

Принцип роботи відрізняється від принципу роботи релейного устройства. Єдина відмінність полягає у застосуванні електронних ключів замість реле. Ключі являють собою керовані напівпровідникові вентилі – тиристори та сімістори. Кожен з них має електрод, що управляє, подачею напруги на який вентиль можна відкрити. У цей момент відбувається комутація обмоток і зміна напруги на виході стабілізатора. Стабілізатор відрізняється хорошими параметрами та високою надійністю. Широке поширення заважає висока вартість приладу.

Стабілізатор подвійного перетворення

Цей пристрій, званий так само, за своєю конструкцією та технічними рішеннями, повністю відрізняється від усіх інших моделей. У ньому відсутній трансформатор та елементи комутації. В основу його покладено принцип подвійного перетворення напруги. Зі змінної напруги в постійну, і назад в змінну.

Схема інверторного стабілізатора напруги 220в складається з наступних вузлів:

• Фільтр мережевих перешкод;
• Коректор потужності – випрямляч;
• Блок конденсаторів;
• Інвертор;
• Вузол мікропроцесора.

Напруга мережі, пройшовши через фільтр, надходить на коректор - випрямляч, де здійснюється перше перетворення. У блоці конденсаторів запасається енергія, яка буде потрібна при зниженій напрузі.

Зазвичай інвертор виконується за схемою з використанням ШІМ контролера. Додаткове харчування необхідне живлення мікропроцесора, який керує всією роботою стабілізатора.

Цей пристрій відрізняється унікальними параметрами, оскільки стабілізатор інверторний не змінює величину напруги мережі, а заново його генерує. Це дозволяє отримати напругу високої якостізі стабільною частотою.