Стабилизация сетевого напряжения на селе

February 20, 2011 by admin Комментировать »

 

   А.Г. Зызюк, г Луцк

   Величина сетевого напряжения в селе изменяется в таких широких пределах, что никакая бытовая техника или аппаратура не может нормально работать. В таких условиях даже электропаяльником нормально пользоваться невозможно! Уже привычным можно считать диапазон изменения сетевого напряжения в пределах 130.260 В. Поневоле задумаешься о том, как избежать подобных неприятностей.

   Фирменные (симисторные, например) стабилизаторы сетевого напряжения имеют стоимость сотни у.е.. Понятно, что сельскому жителю они не доступны. Здесь, как нельзя лучше, подходят старенькие феррорезонансные стабилизаторы сетевого напряжения (ФССН), нынче незаслуженно забытые. Приобрести их можно буквально за гроши. В данной статье автор делится своим опытом по эксплуатации этих стабилизаторов и их ремонту.

   Надежность ФССН подтверждена длительной безотказной работой этих изделий на протяжении нескольких десятилетий подряд совместно со старыми телевизорами черно-белого и цветного изображения.

   Мастерские по ремонту телеаппаратуры буквально завалены телевизорами, эксплуатирующимися в селе. Причина все та же: диапазон изменения напряжения в электросети намного превышает номинальный диапазон для работы модуля питания телевизора. Последний выходит из строя иногда и не в одиночку. Если импульсный блок питания, к примеру, МП-3-3 обычно способен работать при изменении сетевого напряжения “вниз”, то есть менее 170 В, то резкое увеличение напряжения сети до 260 В и более, особенно на длительное время, быстро выводит из строя “импульсник”. После ремонта МП работает недолго, до следующей аналогичной ситуации. Если имеется тенденция, заключающаяся в преобладании завышенного значения напряжения сети, то проблема решается очень просто, например, согласно [1]. Здесь, по сути, предлагается два метода ограничения сетевого напряжения “сверху”. Эти варианты подходят, когда у Вас имеется трехфазный ввод. Обычно нагрузка по фазным напряжениям распределена весьма неравномерно, т.к. не все жители имеют в наличии три фазы. Большинство потребителей подключено к однофазному напряжению, что также способствует большому диапазону изменения этого напряжения.

   В подобных ситуациях надежно работает бытовой ФССН. Рассмотрим это на примере ФССН типа СН-315, который рассчитан на подключение нагрузки мощностью не более 315 Вт. При изменении сетевого напряжения

   130…250 В выходное напряжение ФССН на нагрузке мощностью 150 Вт изменяется всего лишь в диапазоне 195…222 В. Для нагрузки 100 Вт имеем, соответственно, 193…221 В, но уже при входном напряжении 120…255 В.

   Такие стабилизаторы можно включать параллельно, соблюдая определенные правила и подключать нагрузку мощностью до 1 кВт и более. Формально они не рассчитаны на работу с индуктивной нагрузкой, но многолетняя практика подтверждает, что это вполне допустимо. Этим методом мы преодолеваем, пожалуй, один из серьезных недостатков ФССН бытовых типов – малую (ограниченную) мощность, на которую может быть рассчитан такой ФССН. Теперь появляется реальная возможность для подключения к мощному ФССН, например, водяного насоса для подъема воды. Нередко два насоса работают попеременно: один поднимает воду из скважины или колодца, а второй – в резервуар, расположенный на высоте нескольких метров над поверхностью земли. Сеть “прыгает” непредсказуемо. Сельские жители знают, как легко и быстро выходит из строя центробежный насос. Замена его на “вибрик” также не гарантирует длительной эксплуатации в таких условиях, а качество (вкус) воды резко ухудшается. Здесь нужна защита от перепадов сетевого напряжения. Ведь 190 В уже недостаточно для работы “вибрика”, а 250 В попросту гробит насос, причем очень быстро. Очевидно, что идеальный вариант – стабилизация напряжения, а не защита с отключением.

   Я эксплуатировал, в основном, ФССН типа СН-315. Включал по три-четыре экземпляра в параллель. Вполне вероятно, что подойдут и другие типы (модели) ФССН для параллельного режима работы, например СН-250 или СН-200. Что требуется для того, чтобы однотипные ФССН работали на одну мощную нагрузку?

   Случайным образом ФССН “параллелить” ни в коем случае не следует! Перед включением ФССН в параллель все совместно работающие экземпляры ФССН необходимо сфазировать как по входному напряжению (сетевая вилка), так и по стабилизированному выходному. В противном случае “летят” предохранители, а если вместо последних установлены проволочные “жучки”, то есть риск вывести из строя и ФССН.

   О ремонте ФССН. Фактически, эти изделия не предназначены для восстановления, то есть “одноразовые”. Но нередки случаи отказов данных ФССН именно по вине дефектов конденсаторов. В рассматриваемых ФССН установлен один-единственный конденсатор. В более современных изделиях установлен конденсатор типа К42-19 емкостью

   15 мкФ на рабочее напряжение 250 В. Если указанный конденсатор пробит, то обычно слишком велик ток 1хх и не заметен эффект стабилизации напряжения. Но очень похожее явление можем наблюдать и при наличии короткозамкнутых витков в одном из дросселей ФССН. Самый простой способ проверки конденсатора – это его замена (подстановка) на заведомо исправный. Были случаи, когда после пробоя конденсатора 1хх возрастал до 1 А и даже больше! Все обмотки дросселей намотаны алюминиевым проводом. Этот факт, а также немалое число отводов и паек (алюминий так просто не спаяешь!) отталкивает любопытствующих мастеров. Поделюсь одним маленьким “секретом”. Все три дросселя у ФССН изготовлены из высококачественной электротехнической стали. Это подтверждается небольшим количеством витков обмоток при использовании магнитопроводов данных дросселей в других устройствах электро- и радиотехнического назначения (блоки питания и т.д.).

   Дефекты ФССН связаны не только с пробоем (обрывом) конденсатора, но и с замыканием в обмотках дросселя. Обычно замыкание имеет место в тороидальном дросселе, намотанном алюминиевым проводом и содержащим несколько обмоток. Это осложняет перемотку данного экземпляра дросселя. Так что не следует ФССН подвергать нелепым экспериментам, а необходимо подойти к ситуации цивилизованно. Для этого понадобится ЛАТР и амперметр. Если есть запасные экземпляры ФССН, то следует произвести выбор наилучших экземпляров именно для параллельного режима их работы. Сильно гудящие экземпляры лучше не использовать вообще. Устранять этот гул механическим размещением между обмотками деревянных клиньев (колышков) не стоит, ибо можно оказать ФССН “медвежью услугу” (такие операции осуществляют ударами молотка, что нередко приводит к замыканию между витками в обмотке дросселя). Поскольку формально ФССН нельзя эксплуатировать без нагрузки, то испытывают его сначала с подключением лампы накаливания мощностью 60…100 Вт, затем мощность нагрузки увеличивают до 200…300 Вт.

   Но, самое главное, необходимо произвести отбор ФССН по реальному коэффициенту стабилизации напряжения и минимальному токопотреблению в режиме холостого хода (1хх). Наилучшими экземплярами считаются те, которые имеют минимальное значение тока 1хх при сетевом напряжении 220.250 В. Но необходимо снять нагрузочную характеристику ФССН. Достаточно, в принципе, исследовать ФССН на диапазон изменения входного напряжения при требуемой нагрузке, подключенной к его выходу. Понятно, что чем шире этот диапазон, тем лучше ФССН подходит для сельской электросети. О величинах тока 1хх можно сказать следующее. Мне встречались экземпляры с величинами 1хх в пределах от 200…300 мА до 500…600 мА и более. Ясное дело, что чем меньше эти цифры, тем выше КПД ФССН: меньше будет затрачиваться электроэнергии на бесполезный разогрев ФССН. Как правило, при прочих равных условиях, экземпляры с большими величинами 1хх быстрее выходят из строя и среди них больше гудящих ФССН.

   Итак, отобрали наилучшие экземпляры ФССН. Два из них подключаем к ЛАТРу, пока без нагрузки (или у каждого временно своя небольшая нагрузка – лампочка мощностью 40…100 Вт). Можно и сразу запараллелить входы и выходы ФССН. Увеличивая подводимое к ФССН напряжение с помощью ЛАТРа, убеждаемся в том, что суммарный 1хх не возрастает катастрофически быстро. Изначально подводимое напряжение должно быть минимальным. Одно “но”. Первоначально, пока ФССН не войдет в нормальный режим работы, 1хх может быть слишком велик (более 1 А). Плавно увеличиваем напряжение ЛАТРом и убеждаемся в том, что “пусковой” ток не превышает суммы обоих ФССН. Уменьшаем напряжение ЛАТРом до минимума. Теперь соединяем выходы ФССН параллельно. Проверяем величину “пускового” тока. Если она резко превысила прежнюю, то производим “пере-полюсовку” выходных клемм ФССН.

   Для исправных ФССН типа СН-315 параллельный режим работы ФССН не должен значительно превышать величины общей суммы 1хх включенных экземпляров ФССН. Впрочем, незначительное увеличение еще допустимо, в противном случае “батарея” ФССН будет работать со значительным нагревом. Если снять крышку ФССН, то можно быстро сфазировать их по отводам, ведущим к сетевой вилке и розетке выхода ФССН. Но с ЛАТРом надежнее и без вероятных фейерверков.

   И еще кое-что. Одному положению сетевых вилок в розетках электросети соответствует и одно единственно верное подключение выходов ФССН к общей нагрузке. Весьма желательно отобрать экземпляр ФССН, “мягко” входящий в режим работы. Для сельско-дачных вариантов это особенно актуально. ФССН типа СН-315 при различной нагрузке “запускаются” при разных величинах сетевого напряжения. Естественно, отдаем предпочтение тем ФССН, которые способны быстро войти в номинальный режим стабилизации напряжения. Одни экземпляры с трудом “заводятся” при напряжении сети от 130 В, а иные устойчиво работают и от 90…100 В! Конечно, при таких низких напряжениях мощность по выходу должна быть ниже максимума. Начинают проверку от мощности 100.200 Вт.

   Проверять ФССН следует в обязательном порядке, так как после исчезновения сетевого напряжения и последующего его появления ФССН вдруг “зависает” и не выходит на режим стабилизации напряжения. Обычно такая ситуация сопровождается резким увеличением гудения ФССН. Бывает достаточно нескольких включений-выключений тумбле

 

 

   ром (клавиша “Сеть”), чтобы натолкнуться на такой режим. Поэтому при покупке подобных ФССН на это нужно обращать первостепенное внимание.

   Итак, от трех экземпляров параллельно включенных ФССН типа СН-315 можно питать нагрузку до 900 Вт (теоретически 945 Вт, но реальная цифра – именно 900). Согласитесь, это впечатляет! Приобрести что-либо подобное на си-мисторной основе за аналогичные средства никак невозможно. Внешне симисторный вариант выглядит просто: трансформатор с отводами, переключаемыми (подключаемыми) к сети через один из “батареи” симисторов. Но простота обманчива. Симистор быстро включается, а на его выключение времени требуется во много раз больше (на порядок). Схемотехника рассматриваемых стабилизаторов значительно усложняется. В противном случае два или более симисторов могут замкнуть часть обмотки трансформатора. Понятно, чем это закончится для симистора.

   Так что привлекательность параллельного режима работы ФССН более чем очевидна. Но имеется одно тревожное обстоятельство: все экземпляры ФССН типа СН-315 (и других типов), встречавшиеся мне, сильно перегревались при увеличении сетевого напряжения выше 230 В. Здесь важно обеспечить хорошее принудительное охлаждение, например, с помощью обычного малогабаритного вентилятора. Как оказалось, перегрев внутреннего пространства происходит из-за плохой вентиляции и резкого увеличения 1хх ФССН с повышением сетевого напряжения. Мощность, рассеиваемая внутри корпуса, значительно возрастает, вызывая вероятность отказа ФССН. Но ФССН способны длительное время работать и в таких условиях. Хотя дальнейшая эксплуатация угрожает пожаром (не дай Бог, конечно же!).

   Чтобы не допустить перегрева ФССН, лучше всего последовательно с ФССН (по сети) включить нелинейное сопротивление. Роль такового выполняет мощная лампа накаливания. Мощность ее зависит от максимальной мощности, подключаемой к выходу ФССН. Для СН-315 это лампа мощностью 1 кВт (лучше с малым стеклянным баллоном). У нее несколько иное сопротивление и вид ВАХ, чем у лампы с большим баллоном. Для трех экземпляров СН-315 использовались две-четыре такие лампы, включенные параллельно (в зависимости от нагрузки).

   Второй, временем проверенный вариант. В разрыв каждого из ФССН сетевого провода включали лампу 1 кВт, но с большим баллоном. Лампы мощностью менее 1 кВт здесь не подходят, т.к. после подключения нагрузки почти все напряжение “падает” на этой лампе, причем при мощности нагрузки, намного меньшей максимума. При подключении нагрузки мощностью около 150 Вт к выходу СН-315 лампа 500 Вт будет светиться слишком ярко, работа ФССН при этом станет невозможной. Данное “ноу-хау” (метод новый, но очень эффективный) позволяет не только увеличить ресурс СН-315, улучшив тепловой режим последнего, но и дает возможность визуального контроля за величиной мощности, потребляемой нагрузкой.

   Мы получили практически “несжигаемый” источник сетевого стабилизированного напряжения, который можно использовать для питания всевозможных РЭС, где, как известно, нередки аварийные ситуации. Один из вариантов коммутации ФССН в “батарею” приведен на рисунке. Коммутацию можно упростить, не разрывая “нулевую” шину, лишь при условии, что переполюсовка сетевых вилок невозможна. Иначе не исключено поражение электрическим током. Литература

   1. Зызюк А.Г. Защита радиоэлектронной аппаратуры от повышения сетевого напряжения//Радюаматор-Электрик. -2001. – № 5. – С.12.

   2. Зызюк А.Г. О трансформаторах//Радюаматор. – 1998. – №2. – С.37.

 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты