Мощный стабилизатор напряжения своими руками: принципиальные схемы + поэтапная инструкция сборки

Виды стабилизаторов напряжения

Принципиальная схема стабилизатора напряжения включает 2 основных элемента, функции которых заключаются в сравнении входных параметров тока с требуемыми и регулировкой выходных характеристик. При выборе стабилизатора необходимо учитывать его основные параметры, которые должны соответствовать свойствам электросети и особенностям питающихся от неё потребителей.

В список главных характеристик любого стабилизирующего устройства входят:

Точность стабилизации;
Скорость реакции на изменения параметров входного тока;
Эксплуатационная надёжность;
Защищённость от помех;
Срок эксплуатации;
Стоимость.

Существует несколько технических решений, позволяющих обеспечить стабильные параметры тока в сетях электропитания различного назначения. Наиболее широкое применение получили следующие виды стабилизаторов напряжения:

Сервоприводные. Обеспечивают высокую точность стабилизации и обладают неплохой устойчивостью к сетевым перегрузкам, включая короткое замыкание. Схема стабилизатора напряжения сервоприводного типа имеет существенный недостаток – низкую скорость реакции на изменения характеристик входного тока, вследствие их целесообразно использовать для защиты потребителей, питающихся от сетей, исключающих резкие скачки напряжения на входе.

Релейные. Характеризуются завидным быстродействием, однако не способны обеспечить высокую точность и качество выравнивания выходного напряжения, вследствие чего применяются для защиты электрооборудования малой мощности.

Электронные. Работают по тому же принципу, что и релейные, но вместо коммутационных реле функцию регулировки выходного напряжения выполняют электронные ключи – симисторы или тиристоры. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью стабилизации и надёжной защитой от резких скачков входного напряжения. К недостаткам можно отнести сравнительно большую погрешность при выравнивании выходного тока и высокую стоимость.

Электромеханические. Представляют собой разновидность сервоприводных стабилизаторов. В отличии от последних, в оборудовании этого класса вместо графитовых щёток используются ролики, обеспечивающие защиту от перегрева, высокую перегрузочную способность и продолжительный срок службы системы. Главным минусом электромеханического стабилизатора является сравнительно высокая стоимость.

Стабилизатор напряжения своими руками

Чтобы собрать все необходимые элементы, придется отправиться в магазин, однако некоторые детали можно попытаться сделать самостоятельно.

Изготовление трансформаторов

Это, в первую очередь, касается приборов Т1 и Т2. Чтобы изготовить Т1, мощность которого должна составлять 3 кВт, необходим магнитопровод с сечением 1, 87 см2, а также три проводника ПЭВ-2. Диаметр «первого из последних» должен составлять 0,12 мм (сечение — 0,064 мм2). Его используют для создания первичной обмотки, количество ее витков 8669. Остальные используют для других обмоток, диаметр обоих проводов — 0,185 мм. Количество витков тоже одинаково — по 552.

Альтернатива — использование пары готовых трансформаторов — ТПК-2-2×12В, их соединяют последовательно:

Трансформатор Т2 должен иметь мощность 6 кВт. Для его изготовления используют тороидальный магнитопровод. Для обмотки берут тот же ПЭВ-2, количество витков в этом случае — 455. Здесь делают 7 отводов. Для первых трех нужен провод с диаметром 3 мм. Оставшиеся 4 требуют шин сечением 18 мм2. Цель — предупреждение нагревания трансформатора. Отводы делают на 203, 232, 266, 305, 348 и 398, отсчет ведут снизу. Ток из сети обязан проходить через отвод на 266 витке.

Что потребуется купить еще?

Все остальные элементы необходимо приобрести в магазине. В набор входят:

симисторные оптроны MOC3041 — 7 деталей;
симисторы BTA41-800B — тоже семь;
по 2 диода DF005M (VD1 и VD2) и компаратора LM339N (для DA2, DA3);
стабилизатор КР1158ЕН6А (DA1), выключатель-предохранитель;
конденсаторы: 4 оксидных (для С1-3, С-5), столько же пленочных либо керамических (С4, С6-С8);
резисторы с разным процентом допуска: 7 штук С2-23 для R16-22 с 1%, 30 любых с 5%;
3 проволочных резистора для R13-14, R25 — СП5-2 либо СП5-3;
7 токоограничительных резисторов (16 мА) — для R41-47.

Стабилизатор КР1158ЕН6А монтируют на теплоотвод. В этом качестве используют алюминиевую пластину. Ее площадь более 15 см2. На нее же устанавливают симисторы. Все элементы можно монтировать на один теплоотвод, но он обязательно должен иметь довольно большую охлаждающую поверхность. Площадь ее как минимум 0,16 м2.

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.

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:

уменьшает срок службы элементов сети;
становится виновником сбоя в работе электроники — управляющей, контрольной;
значительно увеличивает потребление электроэнергии;
приводит к перегреву ТЭНов.

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.

Инверторные стабилизирующие устройства

Всё более популярными становятся устройства стабилизации, работающие по принципу двойного преобразования напряжения. Они не имеют подвижных элементов и обеспечивают куда более высокое качество выравнивания тока, чем классические сервоприводные, релейные и электронные.

Схема инверторного стабилизатора напряжения 220В включает:

Входной частотный фильтр;
Выпрямитель напряжения;
Корректор коэффициента мощности;
Накопительный конденсатор;
Преобразователь постоянного напряжения в переменное (инвертор) с требуемыми на выходе устройства характеристиками.
Микроконтроллер.

Инверторные устройства стабилизации обеспечивают КПД выше 90% и практически нулевую инерционность, поддерживая широкий спектр входных параметров тока.

Схема подключения стабилизатора напряжения не представляет особой сложности

Очень важно при этом грамотно выбрать сечение кабеля:

Чем выше мощность устройства, тем большей должна быть площадь сечения;
При низком уровне входного напряжения сила тока будет большой, поэтому для сетей с преобладающими проседаниями напряжения следует выбирать сечение кабеля с запасом.

И главное: при подключении стабилизатора любого типа требуется неукоснительно соблюдать правила электробезопасности и рекомендации производителя, указанные в паспорте устройства.

Стабилизаторы релейного типа

Принцип работы устройств стабилизации релейного типа основан на ступенчатом регулировании напряжения. Осуществляется оно посредством силовых реле, которые выполняют коммутацию секций на вторичной обмотке автотрансформатора после вычисления необходимого числа трансформации контролирующим входные и выходные параметры тока процессором.