Potente stabilizzatore di tensione fai da te: schemi elettrici + istruzioni dettagliate di assemblaggio

La costruzione di stabilizzatori di tensione fatti in casa è una pratica piuttosto comune. Tuttavia, per la maggior parte, vengono realizzati schemi elettronici stabilizzanti, progettati per tensioni di uscita relativamente basse (5-36 volt) e potenze relativamente modeste. I dispositivi vengono utilizzati come parte di apparecchiature domestiche, non di più.

Le spiegheremo come realizzare un potente stabilizzatore di tensione fai da te. Nell'articolo proposto viene descritto il processo di costruzione di un dispositivo per lavorare con la tensione di rete di 220 volt. Seguendo i nostri consigli, riuscirà a completare l'assemblaggio senza problemi.

Stabilizzazione della tensione della rete domestica

L'obiettivo di garantire una tensione stabilizzata della rete domestica è un'esigenza evidente. Questo approccio garantisce la protezione delle apparecchiature in uso, spesso costose e costantemente necessarie in casa. Inoltre, il fattore di stabilizzazione è la chiave per una maggiore sicurezza dell'uso delle reti elettriche.

Per uso domestico, si acquistano più spesso stabilizzatore per caldaia a gas, la cui automazione richiede l'alimentazione elettrica, per frigorifero, apparecchiature per pompe, sistemi split e consumatori simili.

Una struttura industriale di stabilizzatore di tensione di rete, che è facile acquistare sul mercato. L'assortimento di tali apparecchiature è vastissimo, ma rimane sempre la possibilità di realizzare una propria struttura.

Si può risolvere questo problema in diversi modi, il più semplice dei quali è acquistare un potente stabilizzatore di tensione prodotto industrialmente.

Le offerte di stabilizzatori di tensione sul mercato commerciale sono numerose. Tuttavia, spesso le possibilità di acquisto sono limitate dal costo dei dispositivi o da altri fattori. Di conseguenza, l'alternativa all'acquisto è l'assemblaggio di uno stabilizzatore di tensione fai-da-te utilizzando componenti elettronici accessibili.

A condizione di possedere le competenze e le conoscenze adeguate in materia di impianti elettrici, teoria dell'elettrotecnica (elettronica), cablaggio degli schemi e saldatura dei componenti, è possibile realizzare e utilizzare con successo un regolatore di tensione fai-da-te. Esistono esempi di questo tipo.

Ecco come potrebbe apparire un'apparecchiatura di stabilizzazione realizzata a mano con componenti radio accessibili ed economici. Il telaio e il contenitore possono essere presi da vecchie apparecchiature industriali (ad esempio, da un oscilloscopio).

Soluzioni circuitali per la stabilizzazione della rete elettrica 220V

Considerando le possibili soluzioni circuitali per la stabilizzazione della tensione, tenendo conto della potenza relativamente elevata (almeno 1-2 kW), bisogna tenere presente la varietà delle tecnologie.

Esistono diverse soluzioni circuitali che determinano le capacità tecnologiche dei dispositivi:

• ferrorisonanti;
• a servocomando;
• elettronici;
• a inverter.

Quale opzione scegliere dipende dalle vostre preferenze, dai materiali disponibili per l'assemblaggio e dalle competenze nel lavorare con apparecchiature elettrotecniche.

Opzione #1 – schema ferrorisonante

Per la realizzazione fai-da-te, la prima opzione dell'elenco – lo schema ferrorisonante – sembra essere la più semplice. Funziona sfruttando l'effetto della risonanza magnetica.

Schema a blocchi di un semplice regolatore basato su induttori: 1 – primo elemento induttivo; 2 – secondo elemento induttivo; 3 – condensatore; 4 – lato tensione d'ingresso; 5 – lato tensione d'uscita

La costruzione di un regolatore ferrorisonante sufficientemente potente può essere assemblata con soli tre elementi:

1. Induttore 1.
2. Induttore 2.
3. Condensatore.

Tuttavia, la semplicità di questa opzione è accompagnata da molti inconvenienti. La costruzione di un regolatore potente assemblato secondo lo schema ferrorisonante risulta massiccia, ingombrante e pesante.

Opzione #2 – autotrasformatore o servocomando

In pratica si tratta di uno schema che utilizza il principio dell'autotrasformatore. La trasformazione della tensione viene effettuata automaticamente attraverso il controllo di un reostato, il cui cursore viene spostato da un servocomando.

A sua volta, il servocomando è controllato da un segnale ricevuto, ad esempio, da un sensore del livello di tensione.

Schema elettrico di un apparecchio a servocomando, il cui assemblaggio consente di realizzare un potente regolatore di tensione per la casa o per la casa di campagna. Tuttavia, questa opzione è considerata tecnologicamente obsoleta.

Un dispositivo a relè funziona più o meno secondo lo stesso schema, con la sola differenza che il rapporto di trasformazione viene modificato, se necessario, collegando o scollegando gli avvolgimenti corrispondenti tramite relè.

Gli schemi di questo tipo appaiono già tecnicamente più complessi, ma non garantiscono una sufficiente linearità della variazione di tensione. È consentito assemblare manualmente un dispositivo a relè o con servocomando. Tuttavia, è più ragionevole scegliere la versione elettronica. I costi di fatica e denaro sono praticamente uguali.

Opzione #3 – circuito elettronico

L'assemblaggio di un potente stabilizzatore secondo uno schema di controllo elettronico diventa del tutto possibile grazie all'ampia gamma di componenti radio disponibili in commercio. Di solito, tali circuiti sono assemblati con componenti elettronici – triac (tiristori, transistor).

È stata inoltre sviluppata una serie di circuiti stabilizzatori di tensione in cui vengono utilizzati transistor ad effetto di campo di potenza come interruttori.

Schema a blocchi del modulo di stabilizzazione elettronica: 1 – morsetti di ingresso del dispositivo; 2 – blocco triac per il controllo degli avvolgimenti del trasformatore; 3 – blocco microprocessore; 4 – morsetti di uscita per il collegamento del carico

Costruire un potente apparecchio completamente controllato elettronicamente da parte di un non specialista è piuttosto difficile, è meglio acquistare un dispositivo già pronto. In questo ambito, non si può fare a meno di esperienza e conoscenze nel campo dell'elettrotecnica.

È opportuno considerare questa opzione per l'autoproduzione se si ha un forte desiderio di costruire uno stabilizzatore, oltre a una comprovata esperienza nel campo dell'elettronica. Più avanti nell'articolo esamineremo una struttura elettronica adatta per essere realizzata fai-da-te.

Istruzioni dettagliate per l'assemblaggio

Lo schema considerato per l'autocostruzione è piuttosto una versione ibrida, poiché prevede l'uso di un trasformatore di potenza insieme all'elettronica. In questo caso, il trasformatore utilizzato è uno di quelli installati nei vecchi modelli di televisori.

Ecco approssimativamente il tipo di trasformatore di potenza necessario per la realizzazione di una struttura di stabilizzatore fai-da-te. Tuttavia, non è esclusa la scelta di altre opzioni o l'avvolgimento manuale.

In realtà nei ricevitori TV venivano solitamente installati trasformatori TS-180, mentre per uno stabilizzatore è necessario almeno un TS-320 per garantire un carico di uscita fino a 2 kW.

Passo #1 – realizzazione del contenitore dello stabilizzatore

Per la realizzazione del contenitore dell'apparecchio è adatta qualsiasi scatola adatta a base di materiale isolante – plastica, textolite, ecc. Il criterio principale è che ci sia spazio sufficiente per alloggiare il trasformatore di potenza, il circuito elettronico e altri componenti.

Inoltre, il contenitore può essere realizzato in foglio di vetroresina, fissando i singoli fogli con angolari o in altro modo.

È possibile scegliere un contenitore da qualsiasi dispositivo elettronico, purché adatto a contenere tutti i componenti operativi del circuito dello stabilizzatore autocostruito. Inoltre, il contenitore può essere assemblato manualmente, ad esempio, con fogli di vetronite.

La scatola dello stabilizzatore deve essere dotata di fessure per l'installazione dell'interruttore, degli ingressi e delle uscite, nonché di altri accessori previsti dal circuito come elementi di controllo o di commutazione.

Per il contenitore realizzato è necessaria una piastra di base su cui poggerà il circuito elettronico e su cui verrà fissato il trasformatore. La piastra può essere realizzata in alluminio, ma è necessario prevedere degli isolatori per il fissaggio del circuito elettronico.

Passo #2 – realizzazione del circuito stampato

Qui sarà necessario innanzitutto progettare un layout per il posizionamento e il collegamento di tutti i componenti elettronici secondo lo schema elettrico, ad eccezione del trasformatore. Successivamente, in base al layout, si traccia un foglio di textolite rivestito di rame e si disegna (si stampa) sul lato del rame la pista creata.

Successivamente, si incide la scheda utilizzando una soluzione appropriata (il metodo di incisione delle schede dovrebbe essere noto agli elettronici).

Realizzare il circuito stampato dello stabilizzatore con metodi abbastanza accessibili è possibile direttamente a casa. Per questo è necessario preparare uno stencil e un set di prodotti per l'incisione su textolite rivestito di rame.

Il circuito stampato così ottenuto viene pulito, stagnato con stagno e si montano tutti i componenti radio del circuito, seguiti dalla saldatura. In questo modo si realizza il circuito elettronico di un potente stabilizzatore di tensione.

In linea di principio, è possibile usufruire di servizi esterni per l'incisione dei circuiti stampati. Questo servizio ha un prezzo ragionevole e la qualità della realizzazione del circuito è notevolmente superiore rispetto a quella casalinga.

Passo #3 – assemblaggio dello stabilizzatore di tensione

La scheda completa di componenti radio viene preparata per il cablaggio esterno. In particolare, dalla scheda vengono portati i collegamenti esterni (conduttori) verso altri elementi – trasformatore, interruttore, interfacce, ecc.

Sulla piastra di supporto del contenitore si installa il trasformatore, si collegano i circuiti della scheda elettronica al trasformatore e si fissa la scheda sugli isolatori.

Esempio di stabilizzatore di tensione autocostruito di tipo a relè, realizzato in ambiente domestico, inserito in un contenitore di uno strumento di misura industriale fuori uso.

Non resta che collegare al circuito gli elementi esterni montati sul contenitore, installare il transistor di potenza sul dissipatore, dopodiché si chiude la struttura elettronica assemblata con il coperchio. Lo stabilizzatore di tensione è pronto. Si può procedere alla regolazione e ai successivi test.

Principio di funzionamento e test del dispositivo autocostruito

L'elemento regolatore del circuito elettronico di stabilizzazione è un potente transistor ad effetto di campo di tipo IRF840. La tensione da elaborare (220-250 V) attraversa l'avvolgimento primario del trasformatore di potenza, viene raddrizzata dal ponte a diodi VD1 e giunge al drain del transistor IRF840. Il source dello stesso componente è collegato al potenziale negativo del ponte a diodi.

Schema circuitale del blocco stabilizzatore ad alta potenza (fino a 2 kW), sulla base del quale sono stati assemblati e utilizzati con successo diversi apparecchi. Lo schema ha mostrato un livello ottimale di stabilizzazione con il carico indicato, ma non superiore.

La parte dello schema in cui è inclusa una dei due avvolgimenti secondari del trasformatore è formata dal raddrizzatore a diodi (VD2), dal potenziometro (R5) e da altri elementi del regolatore elettronico. In questa parte dello schema viene generato un segnale di controllo che arriva al gate del transistor ad effetto di campo IRF840.

In caso di aumento della tensione della rete di alimentazione, il segnale di controllo riduce la tensione di gate del transistor ad effetto di campo, causando la chiusura dell'interruttore. Di conseguenza, ai contatti di connessione del carico (XT3, XT4) un eventuale aumento di tensione viene limitato. Lo schema funziona in modo opposto in caso di diminuzione della tensione di rete.

La regolazione dello strumento non è particolarmente complessa. Qui sarà necessaria una normale lampada a incandescenza (200-250 W), da collegare ai morsetti di uscita dello strumento (X3, X4). Successivamente, ruotando il potenziometro (R5), si regola la tensione sui morsetti indicati fino al livello di 220-225 volt.

Si spegne lo stabilizzatore, si scollega la lampada a incandescenza e si accende lo strumento con un carico completo (non superiore a 2 kW).

Dopo 15-20 minuti di funzionamento, si spegne nuovamente l'apparecchio e si controlla la temperatura del dissipatore del transistor chiave (IRF840). Se il riscaldamento del dissipatore è significativo (oltre 75°), è necessario scegliere un dissipatore di calore più potente.

Se il processo di costruzione dello stabilizzatore vi è sembrato troppo complesso e irrazionale dal punto di vista pratico, senza particolari problemi si può trovare e acquistare un dispositivo di fabbrica. Le regole e i criteri per la scelta di uno stabilizzatore a 220 V sono forniti nell'articolo che consigliamo.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Nel video qui sotto viene esaminata una delle possibili costruzioni di uno stabilizzatore autocostruito.

In linea di principio, si può prendere nota di questa versione di apparecchio di stabilizzazione autocostruito:

L'assemblaggio di un blocco che stabilizza la tensione di rete con le proprie mani è possibile. Ciò è confermato da numerosi esempi in cui radioamatori con poca esperienza sviluppano (oppure utilizzano un circuito esistente), preparano e assemblano con successo un circuito elettronico.

Di solito non si riscontrano difficoltà nell'acquisto dei componenti per la realizzazione di uno stabilizzatore autocostruito. I costi di produzione sono contenuti e si ammortizzano naturalmente quando lo stabilizzatore viene messo in funzione.

Per favore, lasciate commenti, fate domande, pubblicate foto relative all'articolo nel blocco sottostante. Raccontate come avete assemblato uno stabilizzatore di tensione con le vostre mani. Condividete informazioni utili che potrebbero essere utili ai visitatori del sito, principianti elettrotecnici.