|
СХЕМЫ---->
Полезная схемотехника. статьи № 1-50
Стабилизатор сетевого напряжения из лабораторного автотрансформатора.
В. КОЛЬЦОВ
Необходимость иметь стабилизированное переменное напряжение в радиолюбительской практике возникает довольно часто. Осуществить стабилизацию можно разными способами.
Уже давно известны так называемые феррорезонансные стабилизаторы, осуществляющие компенсацию изменений напряжения за счет энергии, накопленной в реактивных элементах (конденсаторе и дросселе насыщения). Именно на таком принципе построено большинство промышленных стабилизаторов для телевизоров.
В последнее время среди радиолюбителей широкое распространение получили стабилизаторы переменного напряжения с применением полупроводниковых элементов — динисторов, тринисторов, транзисторов, основные принципы работы которых — регулирование за счет изменения угла отсечки тока или за счет симметричного ограничения напряжения.
Названные типы стабилизаторов имеют свои преимущества (например, высокий коэффициент стабилизации в тринисторных схемах), однако имеют и существенные недостатки. Так, для всех перечисленных устройств характерен высокий коэффициент нелинейных искажений формы кривой выходного напряжения. Если не приняты специальные меры по фильтрации выходного напряжения, то работа таких стабилизаторов на любую нагрузку, кроме активной (лампа, нагреватель), не представляется возможной.
От перечисленных недостатков свободен предлагаемый электромеханический стабилизатор на основе лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа), который является более простым и доступным для повторения радиолюбителями средней квалификации, чем чисто электронные схемы.
Стабилизатор дает возможность получать любое значение стабилизированного переменного напряжения от 80 до 230 В. Точность поддержания выходного напряжения несколько зависит от его номинала, но в любом случае при изменении напряжения питающей сети от 50 до 250 В она не менее чем ±3%.
Стабилизатор представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования (САР), основным элементом которой (регулирующим элементом САР) является автотрансформатор Т1 типа ЛАТР-9А (рис. 1).
Рис. 1. Принципиальная схема стабилизатора
Схема его включения — обычная. Стабилизированное напряжение снимается с зажимов «Нагрузка». Ось вращения подвижного контакта автотрансформатора связана с вторичным валом асинхронного реверсивного электродвигателя типа РД-09 (редукция 1/670). Такой двигатель применяется в самопишущих потенциометрах ЭПП-09 и КСП-4. Обмотки возбуждения двигателя через контакты промежуточных реле К1 и К3 могут подключаться к выводу «127 В» автотрансформатора. Управление промежуточным реле осуществляется с помощью поляризованного реле К2, якорь которого может находиться либо в нейтральном, либо в одном из крайних положений. В нейтральном положении якоря К2 оба реле К1 и К3 обесточены, их контакты К1.1 и К3.1 разомкнуты, питание ни на одну из обмоток двигателя не подается и его вал неподвижен.
Вращение вала двигателя, а следовательно, и движение подвижного контакта ЛАТРа в ту или другую сторону происходит при замыкании якоря К2 с правым П или левым Л контактами.
Обмотка реле К2 включена в диагональ моста, образованного резисторами R6 и R7 и стабилитронами V5— V8. Питание моста осуществляется от напряжения, снимаемого с зажимов «Нагрузка» ЛАТРа. Это напряжение подается на мост через выпрямительные диоды V1— V4 и балластные резисторы R4 и R5. С помощью резистора R5 осуществляется изменение уставки выходного напряжения стабилизатора. Параллельно мосту включен фильтрующий конденсатор С5.
Стабилизатор работает следующим образом. В нормальном состоянии мост сбалансирован. При этом сила тока через обмотку реле К2, которое включено в диагональ моста, равна нулю. Якорь этого реле находится в нейтральном положении, реле К1 и К3 выключены, обмотки двигателя обесточены, и вал неподвижен. При отклонении напряжения сети, а следовательно, и выходного напряжения, в ту или другую сторону пропорционально ему будет изменяться напряжение на кондесаторе С5. Это приведет к разбалансу моста, так как напряжение на резисторах R6 и R7 изменится, а на стабилитронах — останется прежним. Через обмотку реле потечет ток, направление которого будет зависеть от знака изменения напряжения сети. В зависимости от этого якорь реле К2 замкнется с правым или левым контактом. При этом включится реле К1 или К3 и двигатель, который будет перемещать подвижный контакт ЛАТРа до тех пор, пока напряжение на зажимах «Нагрузка» (а следовательно, и напряжение на конденсаторе С5) не вернется к прежнему значению.
Ручную регулировку выходного напряжения можно осуществить с помощью кнопок S2 «Больше» и S3 «Меньше». При этом тумблер S1 питания схемы автоматики должен быть обязательно выключен.
Параметры стабилизатора (точность поддержания выходного напряжения, постоянная времени регулирования, вид характеристики регулирования) зависят от выбора элементов. Так, точность поддержания напряжения определяется в основном чувствительностью реле К2. Поэтому желательно применять реле с минимальной силой тока срабатывания. В стабилизаторе, построенном автором, использовано реле с силой тока срабатывания 0,12—0,18 мА. Реле имеет несколько обмоток, которые с целью увеличения чувствительности соединены последовательно. Это реле РПС-5, паспорт РС4.522.307. Однако вместо него может быть использовано поляризованное реле любого типа с нейтральным положением якоря и силой тока срабатывания 0,1 — 0,2 мА. Можно использовать также два неполяризованных реле с нормально разомкнутыми контактами, например герконовых, обладающих малой силой тока срабатывания, включив их, как показано на рис. 2.
Рис. 2. Схема включения двух неполяризованных реле К' и К" вместо одного поляризованного К2
Реле К1 и К3 — РЭС-9, паспорт РС4.524.204.
Постоянная времени регулирования зависит от постоянной времени заряда и разряда конденсатора С5, времени срабатывания реле К1—К3, скорости вращения вала двигателя. С этой точки зрения наличие промежуточных реле К1 и КЗ нежелательно. Однако здесь более важным является тот факт, что поляризованные реле имеют обычно малые значения силы коммутируемых токов и непосредственная коммутация обмоток двигателя с помощью этого реле привела бы к быстрому выходу из строя контактной группы. Тем более, что изменение силы тока в диагонали моста, куда включено это реле, происходит плавно, следовательно, так же плавно отклоняется и якорь реле. Такой режим работы реле при коммутации индуктивной нагрузки, каковой является двигатель, обязательно будет сопровождаться сильным искрением. Таким образом, промежуточные реле К1 и К3, позволяющие коммутировать большие мощности, облегчают режим работы реле К2.
Для уменьшения помех, возникающих при работе реле К1 и К3, их контакты зашунтированы «искрогасящими» RC цепями R1C1, R2C2. Тип конденсаторов в этих цепях — любой, с рабочим напряжением не менее 200 В. Мощность рассеивания резисторов R1 и R2 — 0,5 Вт. Остальные резисторы в схеме должны иметь мощность рассеивания не менее 1 Вт.
Конденсатор С3 может быть МБ1, К75-10, К73-П2 с рабочим напряжением не менее 250 В. Стабилитроны — любые. Напряжение на них должно быть 30—33 В. Этим напряжением определяется нижний предел стабилизированного напряжения, которое возможно получить на выходе устройства.
Наиболее дефицитной деталью является электродвигатель РД-09. Однако в устройстве возможно применение двигателей и других типов, в частности, даже микродвигателя от электрифицированных игрушек. Схема подключения этого двигателя приведена на рис. 3.
Вал двигателя соединяют с осью ЛАТРа через понижающий редуктор с коэффициентом редукции примерно 1/100.
Общий вид ЛАТРа с установленным на нем электродвигателем показан на рис. 4.
Чертежи отдельных деталей, необходимых для закрепления двигателя, приведены на рис. 5.
Рис. 5. Плата крепления двигателя (2), шпилька (6) и втулка (8)
Порядок сборки следующий: двигатель 1 (см. рис. 4) крепят на плате 2 с помощью четырех винтов 3. В лимбе 4 ЛАТРа 5 сверлят четыре отверстия с резьбой М5, в которые вворачивают шпильки 6 с нижними контргайками 7. На вал двигателя надевают втулку 8 и крепят ее сначала одним стопорным винтом 9. Плату с двигателем и закрепленной на его валу втулкой устанавливают на шпильки и закрепляют верхними гайками 7. Затем устанавливают подвижный контакт ЛАТРа в нужное положение и закрепляют второй стопорный винт на втулке.
Остальные детали стабилизатора, в том числе и конденсатор С3, размещают на отдельном шасси, конструкция которого произвольна.
Проверку и регулирование стабилизатора проводят следующим образом. Отключают тумблер S1 и с помощью кнопок S2 и S3 устанавливают на выходе стабилизатора необходимое напряжение, например 220 В, контролируя его по вольтметру. Затем отключают обмотку реле К2 от моста и на место этого реле включают вольтметр на 5—10 В с достаточно большим входным сопротивлением (подойдет тестер Ц435 или Ц4312). Включают тумблер S1 и с помощью резистора R5 добиваются баланса моста, т. е. нулевого показания прибора. При этом по мере уменьшения показаний необходимо переходить на меньший предел измерения — это обеспечит большую точность балансировки. Затем, отключив прибор или переключив его на больший предел, увеличивают (уменьшают) с помощью кнопок ручной регулировки выходное напряжение на 3—5% от установленного ранее. При этом тумблер S1 отключать не нужно. После этого подсоединяют на место обмотку реле К2. Электродвигатель должен начать вращаться, и выходное напряжение должно приблизиться к выставленному ранее значению. Если напряжение начнет изменяться в другую сторону, то необходимо поменять местами концы обмотки реле К2, либо провода, подходящие от двигателя к нормально разомкнутым контактам реле К1 и К3.
Убедившись в правильности работы стабилизатора, можно, повернув движок потенциометра R5 до упора вправо и влево, проверить и при необходимости подрегулировать подбором резистора R4 предельные значения стабилизированного напряжения. Если предполагается часто изменять уставку выходного напряжения, то резистор R5 целесообразно снабдить шкалой, проградуированной непосредственно в вольтах.
Собранный автором стабилизатор уже более года успешно обеспечивает стабилизацию напряжения для телевизора в сельской местности, где колебания напряжения сети весьма значительны. При этом помехи, создаваемые стабилизатором, практически не ухудшили качество работы телевизора.
|
