Ступенчатый регулятор напряжения

Регулятор, поддерживающий сетевое напряжение в пределах 190…242 В.

Стабилизаторы сетевого напряжения

Известно, что напряжение в отечественных электросетях часто выходит за границы допуска. Во времена ламповых телевизоров были очень распространены феррорезонансные стабилизаторы. Современные телевизоры работоспособны при изменениях входного напряжения в пределах 110…260 В.

То же можно сказать о компьютерах, проигрывателях компакт дисков и вообще обо всей аппаратуре, в которой применяются импульсные источники питания. А вот для техники, питающейся непосредственно из сети, пределы изменения напряжения намного меньше.

Ярким примером такой техники является холодильник, электрическая кофемолка, кухонный комбайн, паяльник, лампа накаливания. Конечно, такой точности стабилизации напряжения как для ламповых телевизоров, таким устройствам не надо, поэтому вполне возможно применение устройства, регулирующего напряжение ступенчато. Подобный регулятор и будет описан в этой статье.

Ступенчатое регулирование напряжения

При всей простоте конструкции регулятор обладает следующими данными: при изменении входного сетевого напряжения в интервале 150…260 В выходное поддерживается в пределах 187…242 В. В таком диапазоне работоспособны многие бытовые электроприборы. В том варианте, в каком приведена схема в статье, мощность регулятора достигает 275 ватт, что вполне достаточно для нормальной работы, например, холодильника.

Подобный же способ ступенчатого регулирования напряжения применяется в некоторых моделях бесперебойных источников питания для компьютеров: когда бесперебойник работает от сети, можно услышать, как в нем щелкают реле. Это как раз производится грубая регулировка выходного напряжения. В этом режиме трансформатор бесперебойника используется в качестве автотрансформатора. В случае пропадания сетевого напряжения трансформатор переключается в режим преобразователя и работает от аккумулятора.

Известно, что трансформатор, включенный в режиме автотрансформатора, может работать с нагрузкой почти в пять раз превышающей его мощность. В данной конструкции применен трансформатор мощностью всего 57 ватт, поэтому, при необходимости увеличения мощности всего регулятора в целом, достаточно лишь заменить трансформатор на более мощный.

Конечно, сейчас промышленностью выпускаются сетевые стабилизаторы на основе ЛАТРА (об электронных тут говорить не будем). В подобных устройствах микромотор с редуктором, управляемый, конечно, электронной схемой, приводит в движение подвижный контакт.

Надежность такого устройства, наверно будет невелика. Примером подобного устройства может служить стабилизатор напряжения Ресанта латвийского производства. Отзывы о нем можно почитать в Интернете.

Схема предлагаемого варианта регулятора показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема регулятора напряжения

Описание электрической схемы регулятора

Основой регулятора является унифицированный понижающий трансформатор Т1. Он включен по схеме автотрансформатора. Кроме трансформатора схема содержит выпрямитель для питания электронной части схемы, два пороговых устройства и узел включения выходного напряжения. Последний обеспечивает некоторую задержку появления напряжения на выходе. Это необходимо для того, чтобы устройство успело войти в рабочий режим.

При коммутации вторичных обмоток неизбежно возникновение помех, от которых обгорают контакты реле. Для защиты от этого явления служит цепочка, состоящая из резистора R1 и конденсатора C2.

Электронная часть устройства получает питание от нестабилизированного выпрямителя, состоящего из диодного моста VD1 и сглаживающего конденсатора C1. Конденсаторы C3 и C4 установленные в пороговых устройствах, предназначены для устранения кратковременных изменений (выбросов) выпрямленного напряжения. Это же напряжение используется для контроля сетевого напряжения.

На транзисторе VT3 и элементах C5 и R6 собран таймер задержки включения. Также устройство содержит два пороговых устройства, конструкция которых аналогична.

Первое пороговое устройство выполнено на транзисторе VT1, резисторах R2, R3, стабилитронах VD2, VD3 , и конденсаторе C3. Реле К1 включено в коллекторную цепь транзистора VT1. Для защиты транзистора от напряжения самоиндукции катушка реле зашунтирована диодом VD4.

Контакты реле К1 переключают обмотки трансформатора Т1 при срабатывании порогового устройства. Конденсатор С3 предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, а также устранения помех. По такой же схеме собрано и второе пороговое устройство. Оно состоит из элементов VT2, VD4, VD5, R4, R5, C4, реле К2.

Работа регулятора напряжения

Работу регулятора удобно рассматривать по частям. При включении устройства на конденсаторе С1 появляется напряжение, которое начинает заряжать конденсатор С5. С задержкой около двух секунд открывается транзистор VT3, включается реле К3, и в нагрузку подается напряжение.

Сетевое напряжение понижено

В том случае, когда напряжение в сети менее 190 В не сработает ни одно пороговое устройство и контакты реле К1 и К2 находятся в том положении, как показано на схеме. В этом случае к нагрузке будет подано сетевое напряжение и плюс к нему напряжение с обмоток III и VI. Если напряжение сети в этот момент будет 150 В, на нагрузке будет не менее 190 В.

Сетевое напряжение почти в норме

Если сетевое напряжение будет в диапазоне 190…220 В, выходное напряжение выпрямителя достаточно для открытия стабилитронов VD2, VD3, что приведет к открытию транзистора VT1, поэтому сработает реле К1. если проследить по схеме, то можно увидеть, что в этом случае подключатся обмотки III и IV.

Сетевое напряжение повышено

В случае, когда сетевое напряжение превысит 220 В, произойдет срабатывание реле К2, которое своими контактами подключит обмотки V и IV. Эти обмотки включены противофазно, поэтому выходное напряжение уменьшится.

Детали и конструкция регулятора напряжения

Почти все детали можно смонтировать на печатной макетной плате проводным монтажем. В конструкции можно применить резисторы типа МЛТ или импортные. Оксидные конденсаторы лучше также импортные, сейчас их, наверно, проще купить, чем отечественные. Да и качество у них получше. Диодный мостик можно заменить дискретными диодами, например 1N4007. Транзисторы подойдут любые маломощные с напряжением коллектор – эмиттер не менее 30 В и током, достаточным для срабатывания реле. Кроме указанных на схеме подойдут КТ645, КТ503, КТ972 с любым буквенным индексом.

Вместо указанных на схеме двуханодных стабилитронов возможно применение обычных Д810…Д814. Перед установкой их следует подобрать по напряжению в соответствии с указанными на схеме.

В качестве реле лучше применить импортные (Tianbo, Trl, Trk и подобные, их тоже сейчас проще и дешевле купить) с катушкой на 24 В. Контакты реле должны быть рассчитаны на ток не менее 1,5 А. Многие такие реле, при весьма малых габаритах, имеют контакты, рассчитанные на ток 10…16 А.

В качестве трансформатора применен унифицированный ТПП270 – 127/220 – 50. Номинальная мощность такого трансформатора 57 ватт.

Налаживание устройства

Для налаживания регулятор подключают к выходу ЛАТРа. Для того, чтобы учесть реакцию трансформатора на нагрузку, последнюю подключают к выходу устройства. Изменяя напряжение на входе регулятора надо настроить пороговые устройства. Это следует делать подборкой стабилитронов с различными напряжениями стабилизации. Для более точной настройки последовательно со стабилитронами можно включить кремниевые или германиевые диоды. При этом следует помнить, что прямое напряжение кремниевых диодов около 0,7 В, а германиевых 0,4 В.

Борис Аладышкин