Схема стабилизатора напряжения для газового котла

Содержание статьи:

1. Общие рекомендации по подборке деталей
   
2. Техника безопасности при сборке
   
3. Трансформаторы стабилизатора напряжения
   
4. Реле стабилизатора напряжения
   
5. Процессор стабилизатора напряжения
   
6. Общая схема и пошаговая сборка
   
7. Видео о сборке релейного стабилизатора
   

Самодельное устройство, конечно, уступает серийным моделям промышленных гигантов, но работать будет. Купить готовый стабилизатор или занять руки творчеством — решать вам. В этой статье мы расскажем, как можно сделать простой стабилизатор напряжения для газового котла своими руками. Замахиваться на электронные сверх технологии мы не будем и соберем обычный релейник небольшой мощности. Благо, что для котла этого будет вполне достаточно.

При всём этом наш стабилизатор напряжения все же конкурирует с заводскими. И дело не в том, что он будет сделан любимыми руками домашнего мастера. В отличие от серийных моделей он будет компактным. Свое устройство можно будет установить прямо в электрощиток рядом с автоматами.

• Читайте также об импульсном стабилизаторе напряжения LM2575
  

Общие рекомендации по подборке деталей для сборки стабилизатора напряжения для газового котла

Работать руками над корпусом не потребуется! Если мы собрались ставить свой стабилизатор напряжения в щиток, то его корпус должен подходить для этого. Благо, что индустрия предвидела наши потребности, выпустив готовые корпуса для РЭО, а значит руками делать нам ничего не придется.

Корпус, который нам нужен, выпускает фирма Gainta Industries. Его стоимость около 300 рублей, что для такого изделия, как стабилизатор напряжения — недорого. В данный корпус удобно разместить две свои платы, защелкнуть его и изделие готово. Открыть обратно корпус голыми руками не получится, так что, если стабилизатор напряжения потребуется разобрать, понадобится отвертка.

Кстати пластик корпуса имеет соответствующие сертификаты по стойкости к температуре и напряжению, что для нашего конечного изделия очень подходит.


Элементом регулирования напряжения служит автотрансформатор. Некоторые не связываются со своим стабилизатором только из-за того, что из-за трансформатора нужно много работать руками. Однако можно отказаться от рутинной работы и просто купить его в ближайшем магазине электроники.


Дело в том, что автотрансформаторы не продаются в рознице, но их легко сделать из обычного трансформатора, объединив входную и выходную обмотки.

Для реализации задумки нам нужно компактное устройство. Лучше всего использовать два трансформатора ТП-15 — они хорошо помещаются в корпус нашего будущего стабилизатора напряжения для котла. Входная обмотка должна быть рассчитана на 220 Вольт, выходная — на 25 Вольт (ток соответственно 0,6А, так как 25х0,6 = 15, а у нас ТП-15).

То есть обычный понижающий трансформатор 220/25В 0,6А — стоимость около 500 рублей, за два — 1000. Отдавать свои кровные конечно жалко, но ничего не поделаешь — это самый важный узел будущего стабилизатора напряжения. После чего немного «поработаем руками».

Техника безопасности при сборке стабилизатора напряжения для котла своими руками

При монтаже стабилизатора очень важно соблюдать крайнюю осторожность. Не прикасайтесь руками к оголенным контактам, если стабилизатор под напряжением. Внимательно контролируйте свои действия. Не производите работы в нетрезвом виде и в присутствии детей.

Стоит отметить, что каждый раз подключать изделие к сети, а потом выдергивать вилку неудобно. Рекомендуем перед сборкой стабилизатора организовать свое рабочее место следующим образом. Установите на столе специальную розетку и сделайте так, чтобы напряжение на нее можно было подавать нажатием педали.


Во-первых, у Вас освободятся руки, во-вторых — в чрезвычайных ситуациях педаль можно отпустить гораздо быстрее, чем тянуть вилку из розетки. В качестве педали можно использовать покупную или самодельную, закрепив кнопку между двумя дощечками.

Чтобы избежать последствий при случайном замыкании, подавайте напряжение сети к стабилизатору не напрямую, а через мощную нагрузку, например, через масляный нагреватель или через утюг. Утюг хорош тем, что он компактный и всегда под рукой, но об него можно обжечься. По возможности лучше выбрать из своего оборудования что-нибудь другое.

• Смотрите также, как сделать стабилизатор напряжения для усилителя мощности
  

Трансформаторы стабилизатора напряжения для газовых котлов

Нам нужно соединить один конец обмотки 220 с другим концом обмотки 25 Вольт. При этом важно не перепутать — ток обоих обмоток должен идти по кругу в одну сторону. Это легко проверить: если после соединения напряжение на обмотках прибавляется (входное 220, а суммарное 245), значит правильно. Если убавляется (входное 220, а в сумме 195) — меняем концы наоборот.

Соединения нужно хорошо пропаять. После этого трансформатор для стабилизатора готов. Теперь попробуем разобраться, как с помощью него можно менять напряжение вверх и вниз. Для этого обмотки 220 В соединим параллельно, а обмотки на 25 В — последовательно. Получим схему некоего «би»-трансформатора с широкой возможностью коммутации обмоток. Снимем вольтамперную характеристику при нагрузке 120 Вт (ожидаемая мощность котла), меняя пока схему руками. На схемах ниже то, что будет выдавать стабилизатор при изменении напряжения от 160 до 285 Вольт.


Как показал эксперимент, будущий стабилизатор способен обрабатывать напряжение от 160 до 280 Вольт. При этом, находясь в своем диапазоне, на выходе система выдает напряжение с погрешностью не более 8 %, что соответствует стандартам. Настало время освободить руки и сделать регулирование автоматическим.

Реле стабилизатора напряжения для котла — схема и монтаж

Раз мы решили собирать своими руками релейник, то логично, что в составе он должен иметь реле. Именно этот элемент и будет исполнительным по переключению нашего «би»-трансформатора.


Чаще всего реле имеют трехконтактную систему коммутации — переключатель, где средний контакт может подключаться то к одному, то к другому своему «соседу».

Скорость переключения системы достаточно высока, еще бы, только отодвинувшись от одного контакта, якорь тут же падает на другой. Время движения от 2 до 5 миллисекунд! Это примерно в 500 раз быстрее, чем коммутировать руками.

Именно этот скоростной переход и следует использовать при регулировании напряжения. Имеется в виду, при незначительном изменении напряжения, стабилизатор должен перебросить лишь одно из своих реле, а не два — вот что будет оптимально. Используя умелые руки, позже постараемся реализовать этот алгоритм во всех режимах.

Несмотря на то, что стабилизатор имеет 5 ступеней регулирования, для коммутации хватило трех реле. Однако этого недостаточно — требуется режим, когда стабилизатор отключал бы напряжение полностью, например, при аварии в сети или при своей внутренней неисправности. Для этого потребуется еще одно реле. Оно не участвует в регулировании, а выполняет свою отдельную функцию — отключение. Если его не установить, при аварии придется бежать и отключать котел руками.

Для стабилизатора нам понадобится реле, контакты которого рассчитаны на напряжение до 280 Вольт. Таких, к сожалению, не много. Большинство до 240 или 250.


Для стабилизатора подходит реле G5LA-14 10A277VAC производителя OMRON — его контактная группа рассчитана на напряжение 277 — это почти 280 В. Для питания своей обмотки оно требует 12–14 Вольт.


Реле имеют стандартный компактный корпус — четыре элемента спокойно умещаются в одной руке.

ATmega32A-PU — процессор стабилизатора напряжения для монтажа своими руками

Почему именно ATmega32A-PU?

Во-первых, ATmega32 — самый популярный среди проектировщиков стабилизаторов напряжения. Памяти — 32 кБ, а аппаратных средств более чем достаточно для всех необходимых функций.

Во-вторых, серия «PU» имеет большой корпус, что удобно при монтаже своего изделия. Слишком мелкие контакты паять руками сложно.

Управлять реле процессор напрямую не может. Его питание 5 вольт, а для реле нужно 12. Кроме того, ток реле слишком большой для выводов микроконтроллера.

• Смотрите также схему стабилизатора напряжения 12 вольт
  

Для передачи сигналов управления на реле используются транзисторы Дарлингтона, точнее матрица из транзисторов в виде микросхемы ULN2803A.


Для отображения информации удобно использовать компактный семисигментный индикатор. Несмотря на малые размеры, он позволит видеть значение напряжения на расстоянии до 3 метров.

Общая схема стабилизатора напряжения для газового котла и пошаговая сборка

В схему входят:

• «би»-трансформатор из двух ТП-15 220/25В 0,6А;
  
• четыре реле G5LA-14 10A277VAC;
  
• матрица транзисторов Дарлингтона ULN2803A;
  
• блок семисигментных индикаторов;
  
• микроконтроллер ATmega32A-PU с обвязкой;
  
• импульсный источник питания с напряжением 5 и 12 Вольт;
  
• система датчиков, делителей и фильтров для замеров.
  

Рассмотрим работу схемы. В момент включения стабилизатора все реле выключены, и питание на трансформаторы не поступает. Микроконтроллер имеет свой импульсный источник питания и начинает работать сразу. Для замера напряжения на ногу PA3 (АЦП контроллера) подается ослабленное делителем сетевое напряжение.

После вычисления подходящей ступени, контроллер включает необходимую комбинацию реле. Замеры и вычисление ступени происходят каждый период синусоиды, с таким расчетом, чтобы время реакции стабилизатора была не более 20 мс.

Ноги PA4, PA5, PA6, PA7 (другие каналы АЦП) тоже могут использоваться для замеров, но эти параметры не влияют на работу стабилизатора и могут быть опущены. Можно мерить выходное напряжение, температуру, ток, в общем, побочные параметры, способные улучшить эксплуатацию.

Одновременно с регулировкой напряжения, стабилизатор выводит значения на индикатор. Три знакоместа управляются одними и теми же выводами, попеременно импульсно меняя нейтраль (известный алгоритм попеременного вывода знакомест). В зависимости от желания, на индикатор можно выводить либо входное напряжение, либо все параметры, меняя их попеременно. Если на стабилизатор установить кнопку, выбирать параметр можно будет руками.

Для обозначения параметра стабилизатора можно использовать точки, например:

• входное напряжение — точки нет;
  
• выходное напряжение — точка есть;
  
• ток — точка посередине;
  
• температура — точка спереди;
  
• авария — три точки.
  

Для исключения путаницы, обозначения нужно подписать на лицевой панели или распечатать табличку, если руками не получится сделать аккуратно.

Схема разделена пунктирными линиями. Они отделяют часть схемы, находящуюся на верхней плате от второй части на нижней плате. Отдельно пунктиром выделены трансформаторы — они должны быть прикручены к корпусу или к нижней плате.


Чтобы индикатор стабилизатора напряжения было видно, вместо непрозрачной лицевой панели нужно установить красное стекло, подложив сзади листок бумаги, закрывающий лишнее пространство. Стекло к корпусу Gainta Industries продается отдельно и устанавливается просто руками без всяких инструментов.


Верхнюю плату стабилизатора можно отрисовать, используя программу типа Sprint-Layout и протравить. Либо заказать её в одном из сервисов изготовления печатных плат. Схема несложная, достаточно будет одностороннего текстолита.


Скачать печатную плату можно ниже.

Файлы для скачивания: pechatnaya-plata-stabilizatora-napryazheniya.zip

Помните, что из-за работы под напряжением, расстояние между дорожками должно быть как можно больше, поэтому делайте их тонкими. В качестве нижней платы можно использовать макетку — они продаются стандартных размеров под корпуса Gainta Industries. Пайку производите руками. Для нижней платы (силовой) желательно использовать тугоплавкий припой.

Программа для стабилизатора состоит из таких основных модулей:

• модуля замера напряжения;
  
• модуля управления реле;
  
• модуля замера температуры своих трансформаторов;
  
• модуля отображения информации и ее изменения руками.
  

Информации по каждому пункту в избытке на просторах Интернета и нет смысла изобретать велосипед. Единственное, что стоит помнить, что модули замера напряжения и управления реле должны иметь высший приоритет при вычислении.

Видео о сборке релейного стабилизатора из ИБП от компьютера, который можно использовать для газового котла и холодильника: