Как сделать стабилизатор напряжения 220в своими руками

Изготовление самодельных стабилизаторов напряжения – практика довольно частая. Однако по большей части создаются стабилизирующие электронные схемы, рассчитанные на относительно малые выходные напряжения (5-36 вольт) и относительно невысокие мощности. Устройства используются в составе бытовой аппаратуры, не более того.

Мы расскажем, как сделать мощный стабилизатор напряжения своими руками. В предложенной нами статье описан процесс изготовления устройства для работы с напряжением сети 220 вольт. С учетом наших советов вы без проблем самостоятельно справитесь со сборкой.

Стабилизация напряжения бытовой сети

Стремления обеспечить стабилизированное напряжение бытовой сети – явление очевидное. Такой подход обеспечивает сохранность эксплуатируемой техники, зачастую дорогостоящей, постоянно необходимой в хозяйстве. Да и в целом, фактор стабилизации – это залог повышенной безопасности эксплуатации электрических сетей.

Для бытовых целей чаще всего приобретают стабилизатор для газового котла, автоматика которого требует подключения к электропитанию, для холодильника, насосного оборудования, сплит систем и подобных потребителей.

Решить подобную задачу можно разными способами, самый простой из которых – купить мощный стабилизатор напряжения, изготовленный промышленным способом.

Предложений стабилизаторов напряжения на коммерческом рынке масса. Однако нередко возможности приобретения ограничиваются стоимостью устройств или другими моментами. Соответственно, альтернативой покупке становится сборка стабилизатора напряжения своими руками из доступных электронных компонентов.

При условии обладания соответствующими навыками и знаниями электромонтажа, теории электротехники (электроники), разводки схем и пайки элементов самодельный стабилизатор напряжения можно реализовать и успешно применять на практике. Такие примеры есть.

Схемные решения стабилизации электросети 220В

Рассматривая возможные схемные решения под стабилизацию напряжения с учётом относительно высокой мощности (не менее 1-2 кВт), следует иметь в виду разнообразие технологий.

Существует несколько схемных решений, которыми определяются технологические способности приборов:

• феррорезонансные;
• сервоприводные;
• электронные;
• инверторные.

Какой вариант выбрать, зависит от ваших предпочтения, имеющихся материалов для сборки и навыков работы с электротехническим оборудованием.

Вариант #1 – феррорезонансная схема

Для самостоятельного изготовления самым простым вариантом схемы видится первый пункт списка – феррорезонансная схема. Она работает на использовании эффекта магнитного резонанса.

Конструкцию достаточно мощного феррорезонансного стабилизатора допустимо собрать всего на трёх элементах:

Однако простота в данном варианте сопровождается массой неудобств. Конструкция мощного стабилизатора, собранная по феррорезонансной схеме, получается массивной, громоздкой, тяжелой.

Вариант #2 – автотрансформатор или сервопривод

Фактически речь идет о схеме, где используется принцип автотрансформатора. Трансформация напряжения автоматически осуществляется за счет управления реостатом, ползунок которого перемещает сервопривод.

В свою очередь сервопривод управляется сигналом, получаемым, к примеру, от датчика уровня напряжения.

Примерно по такой же схеме действует устройство релейного типа с той лишь разницей, что коэффициент трансформации меняется, в случае надобности, подключением или отключением соответствующих обмоток с помощью реле.

Схемы подобного рода выглядят уже более сложными технически, но при этом не обеспечивают достаточной линейности изменения напряжения. Собрать вручную прибор релейный или на сервоприводе допустимо. Однако разумнее выбрать электронный вариант. Затраты сил и средств практически одинаковые.

Вариант #3 – электронная схема

Сборка мощного стабилизатора по схеме электронного управления при обширном ассортименте радиодеталей в продаже становится вполне возможной. Как правило, такие схемы собираются на электронных компонентах – симисторах (тиристорах, транзисторах).

Также разработан целый ряд схем стабилизаторов напряжения, где в качестве ключей используются силовые полевые транзисторы.

Изготовить мощный аппарат полностью под электронным управлением руками неспециалиста достаточно сложно, лучше купить готовое устройство. В этом деле без опыта и знаний в сфере электротехники не обойтись.

Под самостоятельное производство рассматривать этот вариант целесообразно, если имеется сильное желание построить стабилизатор, плюс наработанный опыт электронщика. Далее в статье рассмотрим конструкцию электронного исполнения, пригодную для изготовления своими руками.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

Оставляйте, пожалуйста, комментарии, задавайте вопросы, публикуйте фото по теме статьи в находящемся ниже блоке. Расскажите о том, как собрали стабилизатор напряжения собственными руками. Поделитесь полезной информацией, которая может пригодиться посещающим сайт начинающим электротехникам.

Идеальным вариантом работы электросетей является изменение значений тока и напряжения как в сторону уменьшения, так и увеличения не более чем на 10% от номинальных 220 В. Но поскольку в реальности скачки характеризуются большими изменениями, то электроприборам, подключенным к сети напрямую, грозит потеря проектных возможностей и даже выход из строя.

Избежать неприятностей поможет использование специального оборудования. Но поскольку оно отличается весьма высокой ценой, то многие предпочитают собирать стабилизатор напряжения сделанный своими руками. Насколько оправдан такой шаг и что потребуется для его реализации?

Конструкция и принцип действия стабилизатора

Решив собрать прибор самостоятельно придется заглянуть внутрь корпуса промышленной модели. Она состоит из нескольких основных деталей:

• Трансформатора;
• Конденсаторов;
• Резисторов;
• Кабеля для соединения элементов и подключения устройства.

Принцип действия самого простого стабилизатора основан на работе реостата. Он повышает или понижает сопротивление в зависимости от силы тока. Более современные модели обладают широким набором функций и способны в полной мере защитить бытовую технику от скачков напряжения в сети.

Виды приборов и их особенности

Классификация оборудования зависит от методов, используемых для регулировки тока. Поскольку эта величина представляет собой направленное движение частиц, то воздействовать на нее можно одним из способов:

Первый основывается на законе Ома. Приборы, работа которых основана на нем называют линейными. Они включают в себя два колена, которые соединяются при помощи реостата. Поданное на один элемент напряжение проходит по реостату и таким образом оказывается на другом, с которого поступает к потребителям.

Приборы этого типа позволяют очень только выставлять параметры выходного тока и могут быть модернизированы дополнительными узлами. Но использовать такие стабилизаторы в сетях, где разница между входным и выходным током велика нельзя, так как они не смогут обезопасить бытовую технику от КЗ при больших нагрузках.

Смотрим видео, принцип работы импульсного прибора:

Импульсные модели работают по принципу амплитудной модуляции тока. В цепи стабилизатора используется выключатель, разрывающий ее через определенные промежутки времени. Такой подход позволяет равномерно накапливать ток в конденсаторе, а после его полной зарядки и далее на приборы.

В отличие от линейных стабилизаторов импульсные не имеют возможности задавать определенную величину. В продаже встречаются модели повышающе-понижающие – это идеальный выбор для дома.

Также стабилизаторы напряжения делятся на:

Но так как большинство бытовых приборов работают от однофазной сети, то в жилых помещениях используют как правило оборудование, относящееся к первому типу.

Приступаем к сборке: комплектующие, инструменты

Поскольку наиболее эффективным считается симисторный аппарат, то в своей статье мы рассмотрим, как самостоятельно собрать именно такую модель. Сразу следует отметить, что этот стабилизатор напряжения, выполненный своими руками, будет выравнивать ток при условии, что входное напряжение находится в диапазоне от 130 до 270В.

Допустимая мощность приборов, подключаемых к такому оборудованию не сможет превышать 6 кВт. При этом переключение нагрузки будет осуществляться за 10 миллисекунд.

Что касается комплектующих, то для сборки такого стабилизатора понадобятся следующие элементы:

• Блок питания;
• Выпрямитель для измерения амплитуды напряжения;
• Компаратор;
• Контроллер;
• Усилители;
• Светодиоды;
• Узел задержки включения нагрузки;
• Автотрансформатор;
• Оптронные ключи;
• Выключатель-предохранитель.

Из инструментов буду необходимы паяльник и пинцет.

Этапы изготовления

Чтобы собрать стабилизатор напряжения 220В для дома своими руками сначала нужно подготовить печатную плату размером 115х90 мм. Она изготавливается из фольгированного стеклотекстолита. Схема размещения деталей может быть напечатана на лазерном принтере и при помощи утюга перенесена на плату.

Смотрим видео, самодельный несложный прибор:

Далее переходим к сборке трансформаторов. Для одного такого элемента потребуется:

• магнитопровод площадью сечения 1,87 см²;
• три кабеля ПЭВ-2.

Первый провод используется для создания одной обмотки, при этом его диаметр составляет 0,064 мм. Число витков должно равняться 8669.

Два оставшихся провода потребуются для выполнения других обмоток. Они отличаются от первого диаметром, составляющим 0,185 мм. Количество витков для этих обмоток будет равно 522.

Если хотите упростить себе задачу, то можно воспользоваться двумя готовыми трансформаторами ТПК-2-2 12В. Их соединяют последовательно.

В случае изготовления этих деталей самостоятельно после того как будет готов один из них переходят к созданию второго. Для него будет нужен тороидальный магнитопровод. Для обмотки выбирают тот же ПЭВ-2, что и в первом случае, только количество витков составит 455.

Также во втором трансформаторе придется выполнить 7 отводов. Причем для первых трех используется провод диаметром 3мм, а для остальных – шины, сечением 18 мм². Это поможет избежать нагревания трансформатора в процессе работы.

Все остальные комплектующие для прибора, создаваемого своими руками лучше приобретать в магазине. После того, как все необходимое закуплено можно приступать к сборке. Начинать лучше всего с установки микросхемы, выполняющей роль контроллера на теплоотвод, который изготавливается из алюминиевой платины площадью более 15 см². На него также монтируются симисторы. Причем теплоотвод, на который предполагается их установка должен иметь охлаждающую поверхность.

Далее необходимо установить на плату светодиоды. Причем лучше выбирать мигающие. Если не получается расположить их согласно схеме, то можно разместить на стороне, где находятся печатные проводники.

Если сборка симисторного стабилизатора напряжения 220В своими руками для вас кажется сложной, то можно остановиться на более простой линейной модели. Она будет обладать аналогичными свойствами.

Эффективность изделия, выполненного своими руками

Что толкает человека на изготовление того или иного прибора? Чаще всего – его высокая стоимость. И в этом смысле стабилизатор напряжения, собранный своими руками, конечно, превосходит фабричную модель.

К преимуществам самодельных устройств можно отнести и возможность самостоятельного ремонта. Человек, собравший стабилизатор разобрался как в его принципе действия, так и строении и поэтому сможет устранить неисправность без посторонней помощи.

Кроме того, все детали для такого прибора предварительно покупались в магазине, поэтому в случае выхода их из строя всегда можно будет найти аналогичную.

Если же сравнивать надежность стабилизатора, собранного своими руками и произведенного на предприятии, то здесь преимущество на стороне заводских моделей. В домашних условиях разработать модель, отличающуюся высокой производительностью практически невозможно, так как нет специального измерительного оборудования.

Заключение

Существуют различные типы стабилизаторов напряжения, причем некоторые из них вполне реально сделать своими руками. Но для этого придется разобраться в нюансах работы оборудования, приобрести необходимые комплектующие и выполнить их грамотный монтаж. Если вы не уверены в своих силах, то лучший вариант – приобретение устройства заводского изготовления. Стоит такой стабилизатор дороже, но и по качеству значительно превосходит модели, собираемые самостоятельно.

Отличие подаваемого напряжения от эталонных 220 В может быть обусловлено как качеством трансформаторов и проводов, так и удаленностью потребителя от распределяющего устройства. Также одним из важных факторов, влияющих на стабильность напряжения, является физический износ, и перегрузка линий электропередач. Все это приводит к просадкам и скачкам вольтажа, что отрицательно сказывается на всех без исключения электроприборах.

Стабилизаторы напряжения на 220 В решают эту проблему. Схема подобных устройств позволяет сглаживать скачки в сети, и получать на выходе стабильные 220 Вольт с небольшой допустимой погрешностью. При этом не обязательно покупать такой аппарат – при желании и минимальных знаниях схемотехники его можно собрать своими руками в домашних условиях.

Разновидности стабилизаторов

Все промышленные образцы такого оборудования можно разделить на две большие группы:

Электромеханические

Работа электромеханических устройств основана на сервоприводе, который способен изменять количество витков обмотки (а значит – и выходящее напряжение) перемещением токопроводящего ползунка по реостату. Такие аппараты дешевле всех других моделей, и обладают очень хорошими показателями стабилизации. Однако они чаще ломаются из-за наличия множества механических деталей.

Но самый главный их минус – скорость срабатывания. Из-за того, что привод перемещает токосниматель не мгновенно, задержка стабилизации может составлять до 0.1 секунды, что катастрофически много для приборов, чувствительных к перепадам. Другими словами, такой стабилизатор может попросту не успеть защитить современную электронику. К тому же, ввиду наличия механических частей, воспроизвести такой прибор дома – нетривиальная задача.

Импульсные

Импульсными называют стабилизаторы, работа которых основывается на принципе накапливания тока, и выдачи его потребителю отрывками – импульсами. Эти временные промежутки позволяют системе накопить нужный ток в конденсаторах, и после выдать стабилизированное питание. К таким аппаратам относят и приборы, работа которых основана на симисторах и тиристорах.

Подобные устройства дороже своих электромеханических аналогов, но и значительно надежнее – нет трущихся и движущихся частей, а значит, и ломаться, по сути, нечему. Правда показатели стабилизации у них хуже – они способны лишь на пропорциональное повышение или понижение входящих показателей. Зато скорость срабатывания – до 20 миллисекунд, а этого достаточно, чтобы обезопасить даже самые чувствительные домашние электроприборы. К тому же – такой аппарат можно собрать своими руками, обладая необходимой сноровкой и элементной базой.

Кроме разделения по принципу стабилизации, существует разделение на одно- и трехфазные устройства. Но ввиду того, что дома обычно используется однофазное питание, трехфазные аппараты мы в расчет не берем.

Схема стабилизатора напряжения на 220 В

В схеме, которую мы рассмотрим как пример создания стабилизатора своими руками, используются симисторы. Благодаря хорошо подобранной элементной базе, этот прибор сможет обеспечивать стабильные показатели при подаче на него от 130 до 270 В, и будет выдерживать подключение к нему нагрузки до 6 кВт. Но самое главное – скорость срабатывания – около 10 мс! Вот сама схема будущего стабилизатора напряжения на 220 В:

Не смотря на кажущуюся сложность схемы стабилизатора напряжения на 220 В, в производстве подобного прибора своими руками проблем возникнуть не должно, если вы обладаете хотя бы начальными знаниями в электрике. Итак, список комплектующих, необходимых для успешной сборки:

• Блок питания;
• Выпрямитель (корректирующий амплитуду напряжения);
• Контроллер и компаратор;
• Усилительный каскад;
• Устройство задержки включения нагрузки;
• Автоматический трансформатор;
• Ключи;
• Выключатель с функцией предохранителя.

Также будут необходимы провода для соединения элементов и намотки трансформаторов, печатная плата для сборки схемы, а из инструментов – паяльник, припой и пинцет.

Процесс изготовления стабилизатора на 220 В своими руками

Для начала нужно взять подходящий по размерам (примерно 120×90 мм) кусок фольгированного текстолита для изготовления печатной платы. Саму схему можно перенести на плоскость при помощи утюга и распечатанной на бумаге принципиальной схемы:

Получив необходимую архитектуру, можно приступать к намотке трансформаторов (можно купить и готовые ТПК-2-2, на 12В и соединить их последовательно, но можно изготовить самостоятельно). Для намотки каждого транса потребуется магнитопровод сечением 1.87 см 2 и три провода. Первая обмотка – 8669 витков провода сечением 0.064 мм. Две другие обмотки выполняются уже проводом с площадью сечения 0.185 мм, и каждая из них будет содержать по 522 витка.

Второй трансформатор отличается – он собирается на тороидальном магнитопроводе, но количество витков уже будет 455. Второй трансформаторный блок должен содержать 7 отводов, и если для первых трех достаточно провода 3мм 2 , то для остальных необходимо применять шину с площадью сечения не менее 18 мм 2 . Это позволит избежать нагревания при работе устройства, и повысит общую безопасность.

После сборки трансформаторов, их необходимо соединить последовательно согласно схеме, приведенной ниже:

Остальные комплектующие для сборки нужно покупать. Приобретя все необходимое, можно приступать к сборке прибора согласно принципиальной электрической схеме. Важно помнить, что микросхема контроллера и симисторы необходимо монтировать на охлаждающем радиаторе с применением термопроводящей пасты или клея.

Собрав все элементы воедино, вы получите надежный и качественный прибор с характеристиками, которые удовлетворят все бытовые потребности обычного жилого дома.

Если же подобная схема для вас сложна – лучше выбрать иной вариант самодельного стабилизатора, к примеру – релейный тип. Схема такого стабилизатора напряжения на 220 В не такая сложная, как у симисторного варианта, и ее обычно приводят как пример во всех журналах для радиолюбителей:

Схема проста, и содержит в себе 3 блока стабилизации, с разным порогом напряжения. Каждый из них состоит из стабилитрона и резисторов. Кроме блоков, в схеме есть два транзисторных ключа, управляющих электромагнитными реле. Благодаря простоте и относительной надежности, такой прибор станет отличной альтернативой более сложным устройствам.

Плюсы и минусы самодельного стабилизатора

Среди положительных моментов такого аппарата стоит отметить:

• Довольно высокие показатели стабилизации, достаточные для бытовых нужд;
• Низкая цена в сравнении с фабричными устройствами;
• Доступность самостоятельного ремонта.

Однако помимо достоинств, такой стабилизатор будет обладать и рядом недостатков:

• Сборка своими руками уступает по качеству фабричной (пайка, намотка трансформаторов и т.д.);
• Сложная и кропотливая настройка готового прибора;
• Отсутствие возможности получить точные данные стабилизации ввиду отсутствия специального оборудования.

В заключении хотелось бы сказать, что при отсутствии хотя бы начальных навыков в схемотехнике и опыта пайки радиодеталей, браться за сборку такого устройства не стоит, так как это ответственный и важный узел в электросети дома, от которого зависит сохранность всех электроприборов.

Основные данные по конструкции стабилизатора напряжения есть в этом видео: