Со своего сайта [1] я получил несколько вопросов и пожела­ний радиолюбителей по поводу конструирования сетевых стабилизаторов напряжения. В основном они касаются повы­шения выходной мощности и расширения диапазона стабили­зации сетевого напряжения, включая и стабилизацию сетево­го напряжения выше номинального с применением большего количества порогов переключения компараторов системы управления.

Стабилизатор сетевого напряжения мощностью 8 кВт (диапазон стабилизации сетевого напряжения 150...262 В)

Несколько слов о повышении мощности моих ра­нее сконструированных сетевых стабилизаторов. Я не знаю, имеет ли смысл применять в своем доме или квартире стабилизатор сетевого напряжения мощно­стью более 5 кВт (мои стабилизаторы обеспечивали выходную мощность до 5 кВт). При мощности нагруз­ки 5 кВт и при напряжении на выходе стабилизатора 220 В, через нагрузку будет протекать ток 22 А, а мак­симальная защита по току для жилого дома (кварти­ры), выпускаемая промышленностью, рассчитана на ток 25 А. На такой же ток рассчитано и сечение сете­вого провода в квартире.

Наверное, все обращали внимание, что при вклю­чении в сеть мощной нагрузки напряжение в сети по­нижается, что заметно даже по степени разогрева ламп накаливания. А если в вашем доме сеть "сла­бая", к примеру, напряжение составляет 150 В, то включив в сеть нагрузку даже мощностью 5 кВт, вы добьетесь того, что в вашей сети напряжение пони­зится (на выходе стабилизатора напряжение будет в норме). Понизится сетевое напряжение и у вашего соседа. Так что, если ваш сосед охотник или имеет задиристый характер, ни в коем случае не сообщайте ему, что у вас есть мощный стабилизатор сетевого напряжения или изготовьте таковой и для себя, и для соседа.

И все же тем радиолюбителям, которые решили из­готовить сетевой стабилизатор, скажем, на макси­мальную мощность 8 кВт, сообщу, что автотрансфор­матор стабилизатора должен быть изготовлен из си­лового трансформатора мощностью 1,5...2 кВт. Прав­да, есть одно утешение, что такой трансформатор можно собрать из нескольких параллельно включен­ных трансформаторов меньшей мощности, например, из силовых трансформаторов цветных телевизоров УЛПЦТИ - ТС-270.

Система управления стабилизатором сетевого на­пряжения изображена на рис. 1, силовая часть и ис­точники питания системы управления стабилизатора - на рис. 2. 

Подробно опишем порядок проектирования системы управления и автотрансформатора сетевого стабилизатора, чтобы у радиолюбителей, занимаю­щихся конструированием таких стабилизаторов, ни­когда, по возможности, больше не возникало вопросов.

У многих людей существует уверенность в том, что нормальным сетевым напряжением в их доме счита­ется напряжение, равное 220 В. Однако, это далеко не так. Нормы на величину действующего сетевого на­пряжения в жилом доме (квартире) установлены в пре­делах 220 В +10; -15% (187...242 В). Против сетевого напряжения величиной 242 В в своем доме я совер­шенно не имею ничего против. Но вот сетевое напря­жение 190...210 В меня не совсем устраивает. Теле­визоры, компьютер, холодильник... работают без про­блем, но светоотдача ламп накаливания, как всем из­вестно, при пониженном напряжении хуже, чем при напряжении 215...240 В. Кипятильник, электрочайник, электропечка и т.п. также немного с задержкой справ­ляются со своей обязанностью вовремя нас накормить, другой раз паяльник не разогревается до нужной тем­пературы при пайке крупногабаритных деталей.

Исходя из вышеперечисленного я разработал се­тевой стабилизатор с выходным напряжением 215...240 В при изменении сетевого напряжения от 150 до 260 В. Но даже при сетевом напряжении 130 В ста­билизатор позволит пользоваться большинством элек­тробытовых приборов, т.к. напряжение на его выходе будет составлять 186 В.

Если кого-то не устраивают параметры предлагае­мого стабилизатора, можете спроектировать свой со­гласно приведенным ниже расчетам.

Итак, зададимся величиной выходного напряжения стабилизатора в пределах 215...240 В. Для дешифра­ции состояния компараторов напряжения применим два мультиплексора - демультиплексора К561КП2, ко­торые имеют три информационных входа и один раз­решающий. На разрешающий вход одного мультиплек­сора подадим уровень лог.1 с выхода компаратора при минимально допустимом напряжении сети, на разре­шающий вход другого мультиплексора подадим уро­вень лог.1 (через логическую схему НЕ) при макси­мально допустимом сетевом напряжении.

Алгоритм работы проектируемого стабилизатора напряжения легко понять, ознакомившись с содержа­нием таблицы 1.

Расчет напряжения на вторичных обмотках авто­трансформатора стабилизатора напряжения начнем с максимально допустимого напряжения сети (данные расчета будем заносить в таблицу 2 и пороги сраба­тывания компараторов в таблицу 1). Каждый двухпороговый компаратор напряжения при повышении се­тевого напряжения до порога срабатывания устанав­ливается в состояние отрицательного насыщения (уро­вень лог.О на выходе). Порог срабатывания этого же компаратора в состояние положительного насыщения (уровень лог.1 на выходе) при понижении сетевого на­пряжения на 5 В меньше, чем при переходе в состоя­ние отрицательного насыщения.

Итак, предположим, что при повышенном напряже­нии сети (более 240 В) сетевое напряжение понижа­ется до 235 В. При напряжении сети 235 В примем, что напряжение на выходе стабилизатора должно со­ставлять 215 В. Тогда при напряжении 240 В на выхо­де стабилизатора максимально допустимое напряже­ние сети составит в сети.мах = 240В*235В/215В = 262В.

Следовательно, нижний и верхний пороги сраба­тывания компаратора №8 должны соответствовать 257 и 262 В сетевого напряжения. Выход компаратора №8 через логическую схему НЕ необходимо соединить с разрешающим входом мультиплексора №2.Это озна­чает, что данный мультиплексор обеспечивает отсут­ствие выходного напряжения стабилизатора при се­тевом напряжении 262 В и выше.

Следует отметить, что повышенное сетевое напря­жение может наблюдаться в домах, расположенных в непосредственной близости от трансформаторных подстанций РЭС. Также, хоть и очень редко, возмож­но повышение сетевого напряжения при обрыве "ноля" в трехфазной сети или ухудшения сопротивления "зем­ли" нулевого провода сети (так называемый перекос фаз).

Понижающая обмотка автотрансформатора W2 должна обеспечивать 20 В при сетевом напряжении 240 В. Это значит, что мы можем легко рассчитать ко­личество витков обмотки W2 (зная количество витков первичной обмотки W1) - самый обыкновенный рас­чет трансформатора.

W2 = 20W1/(240 - 20) = W3

Суммарное число витков W1 и W2 должно быть рас­считано на напряжение 262 В.

Примем, что выходное напряжение стабилизатора равно сетевому при повышении сетевого напряжения от 215 до 240 В (напряжение на выходе стабилизато­ра при понижении сетевого напряжения, например, до 235 В, равно 215 В и указано в таблице 2). Это зна­чит, что нижний и верхний пороги срабатывания ком­паратора №7 должны соответствовать 235 и 240 В, компаратора №6 - 215 и 220 В.

Примем, что при повышении сетевого напряжения до 220 В, выходное напряжение стабилизатора будет равно, к примеру, 227 В (мы могли бы при сетевом напряжении 220 В принять выходное напряжение ста­билизатора равным 240 В, в этом случае диапазон ста­билизации стабилизатора немного бы увеличился в сторону меньшего сетевого напряжения, но я не вижу в этом необходимости).

При этом выходное напряжение стабилизатора бу­дет равно 215 В при сетевом напряжении исети = 220В*215В/227В = 208В. Из этого следует, что пороги переключения компа­ратора №5 будут составлять 208 и 213 В.

Расчет количества витков повышающей обмотки W3 произведем из того соображения, что при повы­шении сетевого напряжения до 220 В выходное напря­жение стабилизатора должно составлять 227 В, т.е. на обмотке W3 должно быть 227В - 220В = 7В. W3 = 7(W1 + W2)/220.

При повышении сетевого напряжения до 213 В вы­ходное напряжение стабилизатора будет равно 240 В. Из этого следует, что выходное напряжение стабили­затора 215 В будет при сетевом напряжении исети = 213В*215В/240В = 191В. Из этого следует, что пороги переключения компа­ратора №4 будут составлять 191 и 196 В.

Обмотки W3 и W4 повышают сетевое напряжение на 240В - 213В = 27В, следовательно, W2 + W4 = 27(W1 + W2)/213 = 9(W1 + W2)/71 При повышении сетевого напряжения до 196 В вы­ходное напряжение стабилизатора будет равно 240 В. Из этого следует, что выходное напряжение стабили­затора 215 В будет при сетевом напряжении сети = 196В*215В/240В = 176В. Из этого следует, что пороги переключения компа­ратора №3 будут составлять 176 и 181 В.

Обмотки W3, W4 и W5 повышают сетевое напряжение на 240В - 196В = 4 4В. следовательно, W3 + W4 +W5 = 44(W1 + W2)/196 = 11(W1 + W4)/49.

При повышении сетевого напряжения до 181 В вы­ходное напряжение стабилизатора будет равно 240 В. Из этого следует, что выходное напряжение стабили­затора 215 В будет при сетевом напряжении сети = 181В* 215В/240В = 162В. Из этого следует, что пороги переключения компа­ратора №2 будут составлять 162 и 167 В.

Обмотки W3, W4_> W5 и W6 повышают сетевое на­пряжение на 240В - 181В = 59В, следовательно, W3 + W4 +W5 + w6 = 59(W1 + W2)/181. При повышении сетевого напряжения до 167 В вы­ходное напряжение стабилизатора будет равно 240 В. Из этого следует, что выходное напряжение стаби­лизатора 215 В будет при сетевом напряжении сети = 167В*215В/240В = 150В. Из этого следует, что пороги переключения компа­ратора №1 будут составлять 150 и 155 В.

Обмотки W3, W4, W5, W6 и W7 повышают сетевое напряжение на 240В - 181В = 73В, следовательно, W3 + W4 +W5 + W6 + W7 = 73(W1 + W2)/167. Следует отметить, что разработанный стабилизатор с таким широким диапазоном изменения сетево­го напряжения может быть с успехом применен для стабилизации, например, напряжения, снимаемого с трансформатора ветрогенератора.

Автотрансформатор для сетевого стабилизатора напряжения мощностью 8 кВт можно собрать из 5-ти силовых трансформаторов цветных телевизоров УЛ- ПЦТИ - ТС-270. Первичная обмотка трансформаторов ТС-270 (все остальные обмотки и экранирующую фольгу трансформатора ТС-270 надо удалить) исполь­зуется как обмотка W, автотрансформатора.

Обмотка W, содержит 318 витков (2x159) эмалиро­ванного провода диаметром 0,91 мм. Обмотка W2 содержит  29 витков. Диаметр провода обмотки W2 - 0,9... 1,0 мм.

Обмотки W W2 всех 5-ти трансформаторов ТС-270 coединяются параллепьно.

Количество витков повышающих сбмоток - W3 = 11 витков , W4 = 33 витка , W5 = 34 витка , W6 =35 витков , W7 = 39 витков.

Диаметр провода всех повышающих обмоток ав­тотрансформатора - 1.2...1.5 мм. Все обмотки всех 5- ти трансформаторов соединяются параллельно. Есте­ственно, точность их намотки должна быть максималь­но возможной.

Следует иметь в виду, что стабилизированные ис­точники питания 10 В, 20 В должны быть работоспо­собны при изменении сетевого напряжения от 150 до 262 В. Ток через балластный резистор этих исгсчников питания должен быть таким, чтобы при сетевом напряжении 200 - 240 В ток через стабилитроны был в пределах 10... 15 мА.

Продолжение следует 

Александр Маньковский

пос. Шевченко Донецкой обл. E-mail: manckowsky@yandex.ua http://electroniklux.radiollga.com