Výkonný stabilizátor napětí vlastníma rukama: principiální schémata + postup montáže krok za krokem

Výroba domácích stabilizátorů napětí – poměrně běžná praxe. Většinou se však vytvářejí stabilizační elektronické obvody, určené pro relativně malá výstupní napětí (5–36 voltů) a relativně nízké výkony. Tato zařízení se používají v sestavách domácích spotřebičů, nic víc.

My vám řekneme, jak vyrobit výkonný stabilizátor napětí vlastníma rukama. V námi navrženém článku je popsán proces výroby zařízení pro práci s napětím sítě 220 voltů. S přihlédnutím k našim radám se bez problémů sami vypořádáte s montáží.

Stabilizace napětí domácí sítě

Snaha zajistit stabilizované napětí domácí sítě – je zřejmý jev. Tento přístup zajišťuje zachování používané techniky, často drahé, neustále potřebné v domácnosti. A celkově je faktor stabilizace zárukou zvýšené bezpečnosti provozu elektrických sítí.

Pro domácí účely se nejčastěji pořizuje stabilizátor pro plynový kotel, jehož automatika vyžaduje připojení k elektrickému napájení, pro ledničku, čerpací zařízení, split systémy a podobné spotřebiče.

Průmyslová konstrukce síťového stabilizátoru napětí, kterou není obtížné zakoupit na trhu. Nabídka podobného zařízení je obrovská, ale vždy zůstává možnost vyrobit vlastní konstrukci.

Takový úkol lze vyřešit různými způsoby, nejjednodušším z nich je koupit výkonný stabilizátor napětí vyrobený průmyslovým způsobem.

Nabídek stabilizátorů napětí na komerčním trhu je mnoho. Často však možnosti nákupu omezuje cena zařízení nebo jiné okolnosti. V důsledku toho se alternativou k nákupu stává montáž stabilizátoru napětí vlastníma rukama z dostupných elektronických součástek.

Pokud máte odpovídající dovednosti a znalosti v oblasti elektroinstalace, teorie elektrotechniky (elektroniky), zapojování schémat a pájení součástek, můžete si vlastnoručně vyrobit stabilizátor napětí a úspěšně ho používat. Takové příklady existují.

Přibližně tak může vypadat stabilizační zařízení vyrobené vlastníma rukama z dostupných a levných rádiových součástek. Šasi a kryt lze vzít ze starého průmyslového zařízení (například z osciloskopu).

Obvodová řešení stabilizace elektrické sítě 220 V

Při zvažování možných schématických řešení pro stabilizaci napětí s ohledem na relativně vysoký výkon (nejméně 1-2 kW) je třeba mít na paměti rozmanitost technologií.

Existuje několik schématických řešení, která určují technologické schopnosti zařízení:

• ferorezonanční;
• servopohonové;
• elektronické;
• invertorové.

Kterou variantu zvolit, závisí na vašich preferencích, dostupných materiálech pro sestavení a dovednostech při práci s elektrotechnickým vybavením.

Varianta #1 – ferorezonanční schéma

Pro vlastní výrobu se jako nejjednodušší varianta schématu jeví první položka seznamu – ferorezonanční schéma. Funguje na principu využití magnetické rezonance.

Strukturní schéma jednoduchého stabilizátoru vyrobeného na základě tlumivek: 1 – první tlumivkový prvek; 2 – druhý tlumivkový prvek; 3 – kondenzátor; 4 – strana vstupního napětí; 5 – strana výstupního napětí

Konstrukci dostatečně výkonného ferorezonančního stabilizátoru lze sestavit pouze ze tří prvků:

1. Tlumivka 1.
2. Tlumivka 2.
3. Kondenzátor.

Jednoduchost této varianty je však provázena mnoha nepříjemnostmi. Konstrukce výkonného stabilizátoru sestaveného podle ferorezonančního schématu je masivní, objemná a těžká.

Varianta #2 – autotransformátor nebo servopohon

V podstatě se jedná o schéma využívající princip autotransformátoru. Transformace napětí probíhá automaticky pomocí řízení reostatu, jehož jezdec pohybuje servopohon.

Servopohon je zase řízen signálem získaným například z čidla úrovně napětí.

Principiální schéma servopohonového přístroje, jehož sestavení umožní vytvořit výkonný stabilizátor napětí pro dům nebo chatu. Tato varianta je však považována za technologicky zastaralou.

Přibližně stejným způsobem funguje zařízení reléového typu s tím rozdílem, že transformační poměr se v případě potřeby mění připojením nebo odpojením příslušných vinutí pomocí relé.

Schémata tohoto druhu vypadají technicky složitěji, ale přitom nezajišťují dostatečnou linearitu změny napětí. Ruční sestavení reléového přístroje nebo na servopohonu je přípustné. Je však rozumnější zvolit elektronickou variantu. Náklady na úsilí a prostředky jsou prakticky stejné.

Varianta #3 – elektronické schéma

Sestavení výkonného stabilizátoru podle schématu elektronického řízení je při širokém sortimentu prodávaných rádiových součástek zcela možné. Zpravidla se taková schémata sestavují z elektronických součástek – triaků (tyristorů, tranzistorů).

Rovněž byla vyvinuta celá řada schémat stabilizátorů napětí, kde se jako spínače používají výkonové tranzistory MOSFET.

Blokové schéma modulu elektronické stabilizace: 1 – vstupní svorky zařízení; 2 – triakový blok řízení transformátorových vinutí; 3 – mikroprocesorový blok; 4 – výstupní svorky pro připojení zátěže

Vyrobit výkonný přístroj plně pod elektronickým řízením rukama neodborníka je poměrně složité, raději kupujte hotové zařízení. V tomto oboru se bez zkušeností a znalostí v oblasti elektrotechniky neobejdete.

Pro vlastní výrobu je vhodné zvážit tuto variantu, pokud máte silnou touhu postavit stabilizátor a navíc máte nasbírané zkušenosti elektronika. Dále v článku se podíváme na konstrukci elektronického provedení vhodnou pro vlastní výrobu.

Podrobné instrukce k montáži

Schéma uvažované pro vlastní výrobu je spíše hybridní variantou, protože předpokládá použití silového transformátoru společně s elektronikou. Transformátor se v tomto případě používá z těch, které byly instalovány v televizorech starých modelů.

Přibližně takový silový transformátor bude potřeba pro výrobu vlastní konstrukce stabilizátoru. Není však vyloučen výběr jiných variant nebo vlastní navíjení.

Pravda, v TV přijímačích se zpravidla instalovaly transformátory TS-180, zatímco pro stabilizátor je potřeba alespoň TS-320, aby zajistil výstupní zátěž až 2 kW.

Krok #1 – výroba pouzdra stabilizátoru

Pro výrobu krytu přístroje se hodí jakákoliv vhodná krabice z izolačního materiálu – plastu, textolitu apod. Hlavním kritériem je dostatek místa pro umístění silového transformátoru, elektronické desky a dalších součástí.

Rovněž je možné kryt vyrobit z listového sklotextolitu, přičemž jednotlivé listy spojíte pomocí úhelníků nebo jiným způsobem.

Je možné vybrat pouzdro z jakékoliv elektroniky, vhodné pro umístění všech pracovních součástek obvodu domácího stabilizátoru. Pouzdro lze také sestavit vlastníma rukama, například z desek sklotextolitu.

Krabici stabilizátoru je třeba vybavit drážkami pro instalaci vypínače, vstupních a výstupních rozhraní, jakož i dalších příslušenství, které jsou schématem předpokládány jako řídicí nebo spínací prvky.

Pro vyrobené pouzdro je potřeba základová deska, na kterou „lehne“ elektronická deska a bude upevněn transformátor. Desku lze vyrobit z hliníku, ale je třeba zajistit izolátory pro upevnění elektronické desky.

Krok #2 – výroba desky plošných spojů

Zde je nejprve třeba navrhnout rozvržení a propojení všech elektronických součástek podle schématu zapojení, kromě transformátoru. Poté se podle rozvržení označí list fólií potaženého textolitu a na fóliovou stranu se nakreslí (vytiskne) vytvořená cesta.

Dále se deska vyleptá pomocí příslušného roztoku (elektronikům by měla být metoda leptání desek známá).

Vyrobit desku plošných spojů stabilizátoru zcela dostupnými způsoby lze přímo v domácích podmínkách. K tomu je třeba připravit šablonu a sadu prostředků pro leptání na fóliovaném textolitu.

Takto získaný leptaný exemplář se očistí, pocínuje cínem a provede se montáž všech rádiových součástek obvodu s následným pájením. Takto se provádí výroba elektronické desky výkonného stabilizátoru napětí.

V zásadě lze využít externích služeb leptání desek plošných spojů. Tato služba je cenově přijatelná a kvalita výroby „desky“ je výrazně vyšší než u domácí varianty.

Krok #3 – montáž stabilizátoru napětí

Deska osazená rádiovými součástkami se připravuje pro vnější propojení. Zejména se z desky vyvedou vnější spojovací vodiče s dalšími prvky – transformátorem, vypínačem, rozhraními atd.

Na nosnou desku pouzdra se instaluje transformátor, propojí se s transformátorem obvody elektronické desky a deska se upevní na izolátory.

Příklad domácího stabilizátoru napětí reléového typu, vyrobeného v domácím prostředí, umístěného v pouzdře z nepoužitelného průmyslového měřicího přístroje

Zbývá pouze připojit k obvodu vnější prvky namontované na pouzdře, umístit klíčový tranzistor na chladič, poté se pouzdrem uzavře sestavená elektronická konstrukce. Stabilizátor napětí je hotov. Lze přistoupit k nastavení s dalšími testy.

Princip činnosti a test vlastního výrobku

Regulačním prvkem elektronického stabilizačního obvodu je výkonný tranzistor MOSFET typu IRF840. Napětí pro zpracování (220-250V) prochází primárním vinutím silového transformátoru, je usměrněno diodovým můstkem VD1 a přiváděno na drain tranzistoru IRF840. Source téhož součástky je spojen se záporným potenciálem diodového můstku.

Schéma zapojení vysoce výkonného stabilizačního bloku (až 2 kW), na jehož základě bylo sestaveno a úspěšně používáno několik přístrojů. Schéma ukázalo optimální úroveň stabilizace při uvedeném zatížení, ale ne vyšším.

Část schématu, do které je zapojeno jedno ze dvou sekundárních vinutí transformátoru, je tvořena diodovým usměrňovačem (VD2), potenciometrem (R5) a dalšími prvky elektronického regulátoru. Touto částí schématu se vytváří řídicí signál, který je přiváděn na hradlo (gate) tranzistoru MOSFET IRF840.

V případě zvýšení napětí napájecí sítě je řídicím signálem sníženo napětí na hradle tranzistoru MOSFET, což vede k uzavření spínače. V důsledku toho je na svorkách připojení zátěže (XT3, XT4) omezeno případné zvýšení napětí. Opačným způsobem schéma pracuje v případě poklesu síťového napětí.

Seřízení přístroje není nijak zvlášť složité. Bude zapotřebí běžná žárovka (200-250 W), kterou je třeba připojit na výstupní svorky přístroje (X3, X4). Poté otáčením potenciometru (R5) nastavte napětí na uvedených svorkách na úroveň 220-225 voltů.

Vypněte stabilizátor, odpojte žárovku a zapněte přístroj již s plným zatížením (ne vyšším než 2 kW).

Po 15-20 minutách provozu přístroj opět vypněte a zkontrolujte teplotu chladiče klíčového tranzistoru (IRF840). Pokud je zahřívání chladiče výrazné (více než 75 °C), je nutné zvolit výkonnější chladič.

Pokud se vám proces výroby stabilizátoru zdá příliš složitý a z praktického hlediska neracionální, můžete bez větších problémů najít a zakoupit zařízení továrního provedení. Pravidla a kritéria výběru stabilizátoru na 220 V jsou uvedena v námi doporučovaném článku.

Závěry a užitečné video k tématu

V níže uvedeném videu je zobrazena jedna z možných konstrukcí doma vyrobeného stabilizátoru.

V zásadě si můžete vzít na vědomí tuto variantu doma vyrobeného stabilizačního zařízení:

Sestavení bloku stabilizujícího síťové napětí vlastníma rukama je možné. To potvrzují četné příklady, kdy radioamatéři s malými zkušenostmi zcela úspěšně navrhují (nebo používají existující), připravují a sestavují elektronické schéma.

Potíže se získáváním součástek pro výrobu domácího stabilizátoru obvykle nejsou zaznamenány. Náklady na výrobu jsou nízké a přirozeně se vrátí, když je stabilizátor uveden do provozu.

Prosím, zanechávejte komentáře, pokládejte otázky, zveřejňujte fotky k tématu článku v bloku níže. Povězte, jak jste sestavili stabilizátor napětí vlastníma rukama. Podělte se o užitečné informace, které by se mohly hodit začínajícím elektrotechnikům navštěvujícím web.