В любом помещении уровень напряжения в электросети в течение целого дня может различаться. В этом нет особой проблемы, ведь если колебания незначительные, то для электротехники они особой проблемы не составляют. Но вот когда диапазон перепадов напряжения становится ощутимым, то техника оказывается беззащитной.
Изменяется напряжение, как уже сказано выше, в течение суток. Оно меняется под влиянием различных причин. На уровень напряжения влияют как крупные – предприятия, заводы, электротранспорт, так и мелкие – домашние, потребители электроэнергии.
Причиной, по которой техника выходит из строя, является воздействие на нее напряжения, отличающегося от требующегося для ее адекватного функционирования. При этом на технику одинаково губительно воздействует как повышенное, так и пониженное напряжение. Результатом подобного воздействия является выход домашней техники из строя, причем подобные поломки обычно не подлежат гарантийному ремонту. Все это приносит немало нервов и расходов, которых можно избежать.
Помочь справиться с колебаниями в электросети может стабилизатор напряжения. Этот прибор просто и без особых проблем и финансовых трат оградит технику от выхода из строя, вызванного перегоранием при значительно повышенном или пониженном напряжении. Выбор стабилизатора на сегодняшний день особой проблемой не является.
Данные приборы на отечественном рынке представлены весьма обширно. Их основной задачей является нормализация отличающегося от нормы напряжения электрического тока. Несмотря на весьма обширную классификацию, основной задачей любых стабилизаторов является защита техники и иных электроприборов от перегорания.
Классификация стабилизаторов
Наиболее упрощенной версией стабилизатора, предназначенной для домашнего использования, является устройство, функционирующее на кремниевом стабилитроне. Такого плана стабилизаторы, предназначенные для домашнего применения, в основном оснащены малым количеством деталей и главным образом используются тогда, когда значение нагрузки не больше усредненного показателя тока, который пропускает через себя стабилитрон.
Когда нагрузка в сети более значительная, то приходится делать выбор в пользу более усовершенствованных и сложных моделей. Одним из недорогих вариантов, которые хорошо подходят для домашнего использования, являются тиристорные устройства. Стоит, правда, отметить, что они могут быть задействованы не только в домашних условиях, но и на даче, в офисе, так как представляют собой простые в эксплуатации и недорогие устройства. В подобных тиристорных стабилизаторах также имеется кремневый стабилитрон, правда ток в тиристоре может быть намного большим, чем базовое значение напряжения тока.
Есть еще одна разновидность стабилизаторов – это интегральные устройства. Они характеризуются небольшими размерами и также неплохо справляются при необходимости стабилизации напряжения тока. Их особенно часто задействуют в радиолюбительской отрасли, когда нужно добиться хороших показателей контроля над напряжением. Таким образом, выбор стабилизаторов на рынке весьма впечатляет, и вы всегда сможете подобрать именно то, что нужно для вашего объекта!
Моменты, во время которых, происходят небольшие помаргивания осветительных ламп, обусловлены некоторыми перепадами мощности тока в процессе переключения щеток трансформатора, этому процессу характерна скачкообразность – от одного крайнего показателя выходного напряжения к другому. Разница, существующая между этими показателями, называется шагом регулировки, и в различных сетевых стабилизаторах, эти цифры могут начинаться с 2-х и заканчиваться 40 Ваттами. В моделях регуляторов попроще, и подешевле, диапазон этих показателей шире. В более сложных и качественных стабилизаторах шаг регулировки меньший.
Щелчки в стабилизаторе происходят, когда переключаются встроенные реле при изменениях показателей напряжения. В момент переключения реле происходит кратковременная просадка напряжения и лампы освещения начинают мерцать. Сначала лампы потускнеют, а затем начинают ярче гореть, получается эффект мерцания.
Если щелчки в стабилизаторе и мерцание в лампах происходят часто, то можно посоветовать следующие решения:
А хотите я немного побуду Вангой? Даже не зная модели вашего щелкающего друга, могу с уверенностью сказать, что он собран по релейной схеме. Вы спросите, откуда я это знаю? Да потому что щелкать в стабилизаторах могут только релюшки.
Для понимания происходящего, посмотрим, как устроен практически каждый стабилизатор.
Все они собраны по автотрансформаторной схеме (ну кроме, стабилизаторов с двойным преобразованием, но их мы пока не будем трогать). Автотрансформатор — это такая штука, которая в зависимости от соотношения витков обмоток может как повышать напряжение, так и понижать его.
Внутри стабилизатора стоит автотрансформатор, содержащий выводы как от повышающих, так и от понижающих обмоток. Все что остается делать — это правильно переключаться между ними. Если напряжение в сети стало чуть выше, чем надо, схема стабилизатора переключается на более низковольтную обмотку автотрансформатора и, таким образом, напряжение на выходе стабилизатора уменьшается. И наоборот, если напряжение в розетке стало ниже определенного порога, стабилизатор перещелкивается на повышающую обмотку трансформатора.
Переключением обмоток автотрансформатора управляет контроллер стабилизатора. А сами переключения осуществляются как раз с помощью набора реле (на схеме обозначены как Q1-Q7). Именно реле и издают в момент коммутации те самые щелкающие звуки, которые мы слышим.
Обычно внутри стабилизатора находится от 4 до 7 релюшек. Вот как они выглядят в реальной жизни:
Теперь понятно, почему щелкает стабилизатор напряжения? И чем чаще прыгает напряжение у вас в розетке, тем чаще будет переключаться стабилизатор. Еще бывает, что в момент щелчков моргает свет или вырубается какое-либо чувствительное к питанию оборудование (например, компьютер или кондиционер).
Причин может быть несколько. Перечислим наиболее вероятные (в порядке уменьшения вероятности):
Имейте в виду, что если у вас идут постоянные переключения (щелчки), ваш стабилизатор долго не протянет. Силовые реле просто не рассчитаны на такой режим работы, контакты обгорят или, что еще хуже, залипнут. В последнем случае могут быть варианты: либо сгорит предохранитель на входе, либо на выход попрет повышенное напряжение. Тут как повезет.
Если нужен бесшумный стабилизатор напряжения, смотрите в сторону электронных или электромеханических устройств. В стабилизаторах электронного типа переключение между обмотками осуществляется при помощи полупроводниковых приборов (т.е. вместо реле используются тиристоры или симимсторы). А в электромеханических переключение организовано по принципу ЛАТРа — специальный ползунок движется прямо по виткам обмотки трансформатора. Так как реле в таких стабилизаторах отсутствуют, то и работают они без щелчков.
Вот как устроен электромеханический стабилизатор внутри:
Иногда вместо ролика ставят обычные щетки (как в электродвигателях). Такая конструкция менее долговечна, но зато дешевле.
Не смотря на все достоинства электронных и электромеханических стабилизаторов, они могут сильно гудеть (особенно под большой нагрузкой). Это гудит сам автотрансформатор и, увы, никуда от этого не денешься. Особенно этим прославились вездесущие Ресанты — они порой так зверски гудят, что на щелчки даже внимания не обращаешь.
Ну а если вам сильно надоело слушать, как гудит стабилизатор напряжения, можете потратиться на приборы с двойным преобразованием. Они не гудят и не щелкают, и вообще работают совершенно бесшумно. В них реализован совершенно иной принип стабилизации — преобразование сетевого напряжения в постоянное, а затем генерация переменного напряжения нужной формы (синус) и амплитуды (220В).
Единственный недостаток стабилизаторов двойного преобразования — это цена. Стоимость таких приборов колеблется от 7 тыс. руб. (350 Вт) до 170 000 руб (20 кВт). Что очень дорого на мой взгляд.
Нередко после покупки и установки стабилизатора напряжения пользователи начинают жаловаться на постоянные щелчки, издаваемые прибором. Ответы на вопрос, почему стабилизатор напряжения постоянно щёлкает, могут быть разными.
Поскольку щёлкать в стабилизаторе способны только реле, значит, сделан он по релейной схеме. Каждый релейный стабилизатор имеет в своём строении автотрансформатор, повышающий или понижающий напряжение исходя из соотношения витков обмоток. При приближении значения напряжения к верхней границе диапазона схема устройства переключается на обмотку автотрансформатора с более низковольтным значением, и, как следствие, выходное напряжение становится ниже. Таким же образом это действует и в противоположном направлении: при отклонении напряжения в сети в сторону нижнего порога стабилизирующее устройство переключается на повышающую обмотку автотрансформатора.
Процесс переключения обмоток трансформатора курирует специальное устройство – контроллер стабилизатора, а переключения производятся посредством набора силовых реле. Именно эти реле в моменты подсоединения и производят те самые щелчки, которые слышит пользователь.
В стандартном стабилизаторе может находиться от четырёх до семи силовых реле. И чем больше скачков напряжения в сети электропитания, тем чаще происходят переключения и слышны щелчки. Также в эти мгновения может моргать свет и выключаться высокочувствительная техника.
Для регулярных щелчков стабилизатора может быть несколько причин:
Непрекращающиеся щелчки способны привести к быстрому выходу прибора из строя. Поскольку реле не предназначены для такого режима работы, контакты могут быстро обгореть либо залипнуть. Залипание же приведёт либо к сгоранию предохранителя на входе либо к тому, что на выход стабилизатора будет подаваться повышенное напряжение, что чревато уже выходом из строя приборов-потребителей.
Графическое отображение основных режимов работы стабилизаторов напряжения
В одной из предыдущих статей были описаны напряжения, а также приведены к сети своими руками. В данном материале наводятся основные неполадки устройств стабилизации напряжения и возможности их самостоятельного ремонта.
Нужно помнить, что стабилизатор любого типа – это сложное электрическое или электромеханическое устройство с множеством компонентов внутри, поэтому, чтобы его починить своими руками, необходимо иметь достаточно глубокие познания в радиотехнике. Ремонт стабилизатора напряжения также требует наличия соответствующего измерительного оборудования и инструментов.
Сложное устройство стабилизатора
Во всех устройствах стабилизации напряжения существует система защиты, которая проверяет входные и выходные параметры на соответствие номинальным значением и условиям эксплуатации. Защитный комплекс у каждого стабилизатора свой, но можно выделить несколько общих параметров , выход за пределы которых не позволит стабилизатору работать:
Перечень указываемых в технических характеристиках контрольных параметров работы стабилизаторов
Необходимо проверить, нет ли короткого замыкания в нагрузке, входящее напряжение, температурные условия эксплуатации и изучить значение высвечивающихся на дисплеях кодов ошибок
Сложнее всего найти поломку в стабилизаторе на симисторных ключах, которые управляются сложной электроникой. Для ремонта необходимо иметь схему устройства, измерительные инструменты, включая осциллограф. По приведенным осциллограммам в контрольных точках находят неисправность в структурном модуле стабилизатора, после чего нужно проверить каждую радиодеталь в дефектном узле.
Основные узлы симисторного стабилизатора
В релейных стабилизаторах самой частой причиной поломки являются реле, переключающие обмотки трансформатора. Из-за частых переключений контакты реле могут выгореть, заклинить, или может перегореть сама катушка. Если выходное напряжение пропадает или появляется сообщение об ошибке – необходимо проверить все реле.
Силовые ключи релейного стабилизатора
Для малознакомого с радиоэлектроникой мастера будет легче всего починить своими руками электромеханический (сервоприводный ) стабилизатор – его работу и реакцию на изменение напряжения видно невооруженным глазом сразу после снятия защитного кожуха. Данные стабилизаторы ввиду относительной простоты конструкции и высокой точности стабилизации весьма распространены – наиболее популярные марки Luxeon, Rucelf, Ресанта.
Стабилизатор Ресанта, мощность 5 кВт
Если трансформатор стабилизатора начал греться без ощутимой нагрузки, то возможно между витками возникло короткое замыкание, называемое межвитковым. Но, учитывая специфику работы данных аппаратов, в которых выводы автотрансформатора или отводы вторичной обмотки трансформатора все время переключаются, чтобы подогнать выходное напряжение под требуемое значение, можно сделать вывод, что замыкание где-то в переключателях.
Коммутационный узел релейного стабилизатора
В релейных стабилизаторах (SVEN, Luxeon, Ресанта) может заклинить одно из реле, и несколько витков трансформатора окажутся короткозамкнутыми . Аналогичная ситуация может возникнуть и в тиристорных (симисторных) стабилизаторах – один из ключей может выйти из строя и будет «коротить» выходные обмотки. Напряжения короткого замыкания между витками, даже с шагом регулировки 1-2В, будет вполне достаточно, чтобы перегреть трансформатор.
Коммутационный узел стабилизатора на симисторах
Необходимо проверить симисторные ключи, чтобы исключить данную поломку. Тиристор или симистор проверяется тестером – между управляющим электродом и катодом сопротивление при прямом и обратном измерении должно быть одинаково, а между анодом и катодом – стремиться к бесконечности. Данная проверка не всегда гарантирует достоверность, поэтому для гарантии необходимо собрать небольшую измерительную схему, как показано на видео:
В сервоприводных стабилизаторах обмотки не переключаются, но соседние витки также могут оказаться замкнутыми из-за смеси сажи, пыли и графитовых опилок, забившихся в пространство между витками. Поэтому, такие сервоприводные стабилизаторы как Ресанта и прочие, требуют периодической профилактической очистки загрязненных контактных площадок.
Многие пользователи заметили, что скорость износа и загрязнение контактов сервоприводных стабилизаторов зависит о среды эксплуатации, в частности, от запыленности и влажности. Поэтому мастера придумали способ модификации стабилизаторов Ресанта, устанавливая вентилятор от компьютерного процессора (кулера) напротив наиболее часто используемого сектора автотрансформатора.
Миниатюрный вентилятор для модификации сервоприводного стабилизатора
Постоянно работающий вентилятор не дает пыли оседать на контактных площадках, препятствуя загрязнению и износу за счет удаления абразивных частиц из рабочей зоны. Помимо очищения контактных поверхностей, установленный в стабилизатор Ресанта вентилятор также будет способствовать лучшему охлаждению автотрансформатора.
Ремонт стабилизаторов с сервоприводом, таких как Ресанта, должен начинаться с осмотра рабочей контактной зоны автотрансформатора
Внимательно осмотреть наиболее изношенные участки контактных витков
Если стабилизатор Ресанта после продолжительного времени эксплуатации был на хранении во влажной среде, то открытые незащищенные медные контактные площадки могли окислиться, что мешает контактировать контактному ползунку. Накопленная за время простоя пыль из-за искрения может быть огнеопасной. Коротко о профилактике электромеханических стабилизаторов и демонстрация работы сервопривода на видео:
Сначала лучше снять контактный ползунок с вала сервопривода. После этого следует с помощью мелкой наждачной бумаги очистить контактные площадки до металлического блеска. Чистовую очистку контактов автотрансформатора лучше сделать при помощи обычного ластика. Затем нужно тщательно удалить при помощи кисточки накопившиеся опилки и абразивные частицы.
Устройство контактного узла сервоприводного стабилизатора
Следующим этапом ремонта сервоприводного стабилизатора будет осмотр, очистка и возможная замена контактной графитовой щетки. В процессе работы данная щетка нагревается из-за протекающих сквозь нее токов. Но еще больше нагрев происходит из-за плохого контакта щетки и контактных пластин автотрансформатора. Из-за усиленного нагрева и искрений в процессе перемещения ползунка щетка еще больше выгорает, тем самым загрязняя контактные площадки и промежутки между ними.
Сильное загрязнение контактирующих витков автотрансформатора
Таким образом, ускорение загрязнения набирает лавинообразный характер, что приводит к быстрому износу контактов автотрансформатора и выгоранию контактной щетки, после чего стабилизатор перестанет выдавать напряжение. В зависимости от системы защиты в сервоприводных устройствах стабилизации от фирмы «Ресанта», или от других производителей, в случае обрыва выходного напряжения должна сработать защитная автоматика.
Контактор — силовой элемент защитной автоматики
Поэтому так важна профилактика сервоприводных стабилизаторов. Зачастую ремонт Ресанты заканчивается на очистке контактов и замене контактной щетки. Но, иногда в сервоприводных стабилизаторах выходит из строя сам сервопривод. Причиной поломки сервопривода может быть износ редуктора, перегоревший двигатель или отсутствие напряжения. Вынув двигатель вместе с редуктором необходимо проверить механизм, проворачивая вал.
Электронная плата управления стабилизатора любого типа содержит много компонентов, в том числе и микросхем, проверить которые невозможно без специального оборудования. Но стоит внимательно осмотреть саму плату и проверить находящиеся на ней компоненты на наличие следов высокой температуры.
Сложная электронная плата релейного стабилизатора
Перегретые резисторы первыми «бросаются в глаза» и иногда обугливаются до такого состояния, что невозможно распознать их маркировку – придется изучать схему стабилизатора. Перегрев резисторов свидетельствует о пробое в других элементах схемы – чаще всего в силовых транзисторных ключах. При внимательном осмотре транзисторов можно выявить почернение от перегрева, и даже механические трещины.
На самой плате также могут быть замечены следы воздействия внештатных сверхтоков – некоторые дорожки могут обгореть, а контакты отпаяться, или замкнуться между собой из-за растекшегося расплавленного припоя, разогретого большими токами. Кроме этого на плате, могут остаться следы от сильного нагрева деталей – от изменения оттенка до обугливания текстолита.
Пример выгоревшей дорожки на плате
Визуальный осмотр дефектного модуля может подсказать мастеру, в каком направлении производить диагностику. Но, как правило, ремонт электронных плат стабилизаторов не ограничивается заменой явно испорченных деталей и требует дополнительной проверки различных компонентов с помощью специального оборудования. Поэтому, если прозвонка силовых транзисторов и других элементов не выявила причины поломки, электронную плату лучше отнести в мастерскую.
