Самый необходимый рабочий инструмент радиолюбителя-ремонтника

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Ремонт блоков питания

Опубликовано: 26.03.2017 13:27

Просмотров: 2931

А.Г. Зызюк, г. Луцк РА 1'2010
Радиолюбителю без ремонтных работ сегодня прожить просто невозможно. Самыми важными измерительными приборами, бесспорно, являются универсальные измерительные приборы (авометры и тестеры). На практике все чаще требуется проверять и налаживать всевозможную технику, учитывая изменения сетевого напряжения. Здесь могут возникать неожиданные и неприятные сюрпризы. Различные устройства в силу тех или иных обстоятельств по-разному реагируют на изменение сетевого напряжения.

Поскольку в наших электросетях сетевое напряжение нестабильно, выводы очевидны. Не помешает проверять технику на предмет ее реакции на изменение сетевого напряжения. При ремонте, наладке и экспериментах лабораторный автотрансформатор незаменим. Именно этим задачам и служит рассматриваемый в данной статье лабораторный автотрансформатор, оснащенный своими (автономными) измерителями тока и напряжения. Пользоваться таким устройством очень удобно.
Как известно, любой сетевой трансформатор (СТ), прошедший процесс перемотки первичной обмотки, всегда следует проверять перед тем, как СТ снова займет свое рабочее место в конструкции. Простая и качественная проверка СТ без лабораторного автотрансформатора (ЛАТра) фактически немыслима. Отсутствие в нашем распоряжении ЛАТра ведет к другим испытательным устройствам. Решив избавиться от неприятных и весьма надоедливых соединительных работ, задались целью раз и навсегда уйти от систематического изготовления испытательного стенда, состоящего как из амперметра и вольтметра переменного тока, так и самого ЛАТра, объединив все это «хозяйство» в единую конструкцию.

В итоге получилась схема, показанная на рис. 1. Как видно из этой схемы, сам ЛАТр скромно разместился в центре схемы, а его окружили новые приборы, ранее в нем отсутствующие. Каждый человек, которому приходилось пользоваться ЛАТром, сознавал, что это очень удобный рабочий инструмент. Но удобства заканчивались, стоило лишь столкнуться с частым использованием ЛАТра на практике.
Удобно изменять величину переменного напряжения, не внося искажений в форму синусоидального напряжения электросети. Когда требуется измерять ток «холостого хода» (Ixx) различных СТ, а он может принимать самые широкие пределы, от единиц-десятков миллиампер до сотен и более в сварочных трансформаторах, хочется оснастить ЛАТр своими «стационарными» амперметром и вольтметром. Естественно, хочется, чтобы эти приборы имели линейные шкалы. В противном случае, доведется заниматься постоянными утомительными пересчетами со шкалы приборов в реальные цифры.
Итак, задача была поставлена конкретная и однозначная. Осталось ее осуществить на практике. Поначалу все виделось предельно просто. По крайней мере, осложнений не предвиделось. Сначала был опробован самый простой, по затратам времени, вариант воплощения данной идеи: приспособить заводские конструкции, например два китайских тестера. К сожалению, при всей простоте идеи, она не оказалась приемлемой практически. Самые дешевые китайские тестеры имеют свои недостатки. К примеру, серия 8300 не имеет возможности измерять переменный ток (силу, величину тока), т.е. амперметры рассчитаны лишь на постоянный ток. Кроме того, и на переменное напряжение, к сожалению, эти приборы плохо подходят. У них имеется два предела для измерения переменного напряжения: один - до 750 В, а второй - до 200 В. Погрешности измерений у них чрезмерно большие. На пределе 200 В вместо 6,5 В такой прибор показывает с точностью, в зависимости от конкретного тестера, до 10%. И это еще не все. Шкала 200 В неудобна для нашего случая. При измерении более 200 В, а это часто нужно при проверке СТ, вынуждены переходить на второй предел - 750 В. Там показания тоже ненамного лучше. И это только одна сторона «медали».
Кроме сказанного, для тестеров необходимо отдельное питание, гальванически (электрически) не соединенное с контактами (выводами) самого ЛАТра, - это неудобно. Уже было решили применить более солидную серию китайских цифровых мультиметров 8900. Там есть поддиапазон для переменного тока на 10 (или 20 А). Однако и тут возникли проблемы. Нужный 10-амперный предел для измерения переменного тока имеется. Но что делать, когда нужно измерять Ixx в сотни миллиампер, где погрешность данных приборов сродни компасам(по причине недостатка одного разряда)? Здесь имеющийся 10-амперный предел практически непригоден. До 200 мА еще можно пользоваться этим штатным диапазоном, но есть и тут специфическая неприятность. Если ток превысит 200...300 мА, то сгорает внутренний предохранитель в приборе. Нужно его всякий раз заменять, иначе диапазон 200 мА не работает. Налицо огромная недоработка всех этих тестеров. Вслед за 10- или 20-амперным пределом измерения тока сразу следует 200-миллиамперный предел измерения! Как обычно, «маленькая» напасть в виде несчастного 0,25 А предохранителя, который часто требуется заменять. По ходу работы оцениваем китайскую «заботливость» о покупателях их приборов. Между прочим, такими болезнями наши старые стрелочные измерительные приборы никогда не страдали.
У последних главная проблема - нелинейные шкалы, обычно неудобные для считывания показаний. Порой, эти неудобства весьма существенные. Не предусмотрели азиатские производители цифровых тестеров одного- единственного диапазона на 1...2А, и этим создали массу неудобств.
Проба «загрубить» 200 мА, к примеру, мощным, на 1...2 А, предохранителем сулит перегоранием шунта внутри тестера. Тут хлопот добавится. Внутреннее сопротивление тестера на пределе 200 мА во много раз больше, чем на пределе 10...20 А. В последнем случае установлен датчик тока, имеющий сопротивление всего лишь 0,01 Ом.
Итак, когда надоели китайские тестеры, решено было полностью от них отказаться и создать ЛАТр, который мог бы обходиться без всех этих тестеров.
На рис.1 показана конструкция авторского варианта данного ЛАТра.
Второе, что досаждало порядком, - это большой пусковой ток самого ЛАТра. Он возникает при каждом подключении ЛАТРа к электросети. Перепробовано было много самых разных схем. Начинали с самых простых. Следует отметить, что грош цена подобным устройствам, если после отключения от электросети они быстро не приходят в исходное
состояние. Иными словами, система ограничения пусковых токов должна и сама ускоренно самовосстанавливаться. Иначе, к примеру, пропадание сети (глубокий «провал» напряжения) с последующим появлением приведет к неготовности системы «плавного» пуска, т.е. к ее отсутствию. Если алгоритм работы не предусматривает быстрого самовосстановления, то система сможет защищать ЛАТр только при первом подключении к электросети. Или же, когда между выключением и повторным включением промежуток времени будет больше, чем вре мя восстановления системы.
Так как с этим нельзя согласиться, то применили надежную, проверенную временем авторскую конструкцию. Она собрана на двух разных типах реле. К1 и К2. Алгоритм этой схемы простой, но безотказный. При поступлении напряжения НА ЛАТр (через выключатель SA1) ток через обмотку ЛАТра всегда будет ограничен мощным резистором R5, включенным последовательно с обмоткой ЛАТра. Таким образом, бросок тока в обмотке ограничен резистором. Контакты реле К1.1 разомкнуть Пока достаточное напряжение не поступит на обмотку этого реле (К1), ток обмотки ЛАТра остается ограниченным. До тех пор, пока не сработает реле К2, напряжение на реле К1 поступить никак не может, поскольку своими нормально замкнутыми контактами К2.1 реле К2 шунтирует цепь питания обмотки реле К1. Резистор R4 служит для предотвращения подгорания контактов маломощного реле К2.1 во время коммутации конденсатора значительной емкости (500 мкФ). Спустя некоторое время (примерно 1...2 с) реле К2 включается, размыкая контакты К2.1. Начинает заряжаться конденсатор СЗ. Через некоторое время включается реле К1. Оно своими контактами замыкает ограничительный резистор R5, и ЛАТр оказывается подключенным к электросети полностью (на полную мощность). Как только, например, исчезает напряжение электросети, первым разряжается конденсатор С2 так как постоянная времени цепи K2R2C2 намного меньше постоянной цепи К1СЗ. Тут же замыкаются контакты К2.1. Посредством резистора R4 происходит экстренный разряд конденсатора СЗ.

Таким образом, схема очень быстро самоподготавливается к повторному включению.
Большим достоинством данной схемы является ее надежность в работе, простота конструкции и автономность. Питание она берет непосредственно от электросети, а не от устройства, в которое ее уже вмонтировали. Очевидно, что данная схема ограничения пусковых токов достаточно универсальна. Поэтому ее с большим успехом устанавливали и в другие конструкции. Это были как различные мощные блоки питания, зарядные устройства, так и другие устройства, где требовалось снизить экстратоки. Поскольку данный ЛАТр 9-амперный, то в цепи его обмотки установлен 20-амперный предохранитель. Для подавления нежелательных всплесков напряжения, параллельно обмотке ЛАТра установлена демпфирующая RC-цепочка R6C4. Эта цепь, в первую очередь, спасает от выгорания контакты сетевого тумблера. Без преувеличения, амперметр и вольтметр также являются своеобразными изюминками данной схемы. Внешне все выглядит совсем обычно, как для измерительных схем. Но внешность, как известно, зачастую обманчива. Остановимся на амперметре. Он с линейной шкалой. Она, кстати, сохраняет свою линейность во всем диапазоне измерения токов, а не так, как мы повсеместно наблюдаем в обычных стрелочных измерителях на диодах для схем переменных токов.
Важно то, что наш амперметр имеет три поддиапазона для измерения тока: О.. .200 мА; О.. .2 А и О... 10 А. Причем используется одна штатная (заводская шкала) измерительной головки. Никаких переделок этой шкалы не требуется.
Сложности с «математикой» (вычислением-«переводом») при определении токов, т.е. при снятии показаний со шкалы, здесь минимальные. Они несравнимы со многими шкалами заводских стрелочных тестеров, когда можно легко ошибиться при снятии показаний со шкалы. Принцип измерения тока заключается в свойстве диодов, в самой схеме мостового выпрямителя. Чем меньше сопротивление резистора R10-R12, тем меньше падение напряжения на диодах (между точками штатного «плюса» и «минуса» мостового выпрямителя), соответственно, меньше и показания амперметра.
Изменяя сопротивление резистора, включенного между «плюс» и «минус» мостового выпрямителя, шунтируем минимальный (самый чувствительный) диапазон измерения тока 200 мА. Каждая добавка низкоомного резистора параллельно R10 расширяет возможности амперметра в сторону больших токов.
Вольтметр переменного тока практически линеен во всем диапазоне измерений напряжения, т.е. практически от О и до 300 В шкала вольтметра линейная, без претензий и поправок. Это достигнуто, во-первых, применением кремниевого диода. Как ни странно, именно кремниевого, а не германиевого. Диод используется не на начальной кривой его ВАХ. Все сделано наоборот. Диод выведен из режима микротоков, где кремниевые диоды показывают «что угодно», только не то, что нужно. Режим миллиамперных токов для диода задан резистором R7. Показания для микроамперметра PV1 численно представляют собой
уже напряжение электросети, в вольтах. Замечательно то, что линейность шкалы сохраняется практически до 1 В.
Самое главное, что шкала прибора не переделывается. Если она в заводском исполнении линейная, то остается только нанести соответствующие отметки. Отметки нужны для максимального удобства при считывании показаний с вольтметра.
В итоге, 30-вольтовую головку вольтметра, рассчитанную исключительно на постоянный ток, приспособили на измерение переменного напряжения в пределах О.. .300 В. При желании можно добавить «нули» ко всем цифрам на шкале головки, однако можно этого и не делать. Все равно шкала получается удобной для считывания с нее показаний.
Сколько всевозможных навороченных схем вольтметров и амперметров переменного тока встречается нам в разной литературе. Иногда схемы слишком громоздкие, чтобы получить линейную шкалу для измерения переменного тока.
В данном же случае все сделано предельно просто, но надежно. Линейность шкалы амперметра и вольтметра оказалась достаточной, в сравнении с цифровыми измерителями, о которых упоминалось в начале статьи. Поэтому было принято решение не дублировать этими китайскими приборами самодельные стрелочные вольтметры.
Детали
Резистор R5 мощный проволочный. Его номинал выбирают исходя из максимального ограничения броска тока. Желательно в качестве R9 и R7 использовать прецизионные резисторы, что обеспечит долговременную стабильность показаний вольтметра. Резистор R10 (1 Ом) мощный проволочный ПЭВ-7,5. В качестве мощных резисторов R11 и R12 использованы отрезки монтажных проводов. Их подбирают экспериментально. Остальные резисторы в схеме могут быть любого типа. Электролитические конденсаторы также могут быть любого типа на соответствующее напряжение и емкость. Конденсаторы С1 и С4 - зарубежные типа МЛТ-95. Вместо них можно применить и другие, например, К73-17, на напряжение 630 В или больше. Емкость конденсатора С1 ограничивает ток через обмотки реле. Этим определяется и выбор реле. В данной схеме ограничения тока использовались разные типы реле. Если установлены конденсаторы С2 и СЗ на рабочее напряжение 25 В, то реле должно надежно срабатывать при напряжении 15 В. При выборе типа реле учитывается ток нагрузки, так как контакты реле должны быть рассчитаны на требуемый ток. В качестве маломощного реле К2 использовалось РЭС-15.
Паспорт РС4 591 001. Если нужно сдвинуть «вниз» рабочий диапазон схемы ограничения тока, то увеличивают емкость конденсатора С1. Это делали с помощью ЛАТра. Диод VD5 может быть любого типа. Светодиод HL1 - зарубежный, красного цвета свечения.
Мощные диоды также могут быть любыми кремниевыми. Чем мощнее, тем лучше. Меньше будут нагреваться при больших токах в нагрузке. В данной схеме к диодам VD7-VD10 предъявляется одно важное требование: они должны выдерживать максимальный ток нагрузки. В данном случае -9 А. По-ка что диоды Д242А заменять еще не приходилось. Это в разных случаях, при токовых перегрузках, включая и короткое замыкание на выходе ЛАТра. Диоды, кстати, могут быть и низковольтными, что некритично, поскольку диоды всегда открыты. Подходят мощные зарубежные диодные мосты, например, типа МВ5010 (50 А, 1000 В). Они удобны, в первую очередь, упрощением крепежа. Нужен всего лишь один винт М5 для установки такого моста на радиатор. Упрощается также и весь монтаж.
К диоду вольтметра VD6 требования жестче. Тут нужен диод на напряжение не менее 400 В и минимальный обратный ток. К примеру, 400 В диоды типа Д226Б сюда плохо подходят, хотя и рассчитаны на напряжение 400 В. В связи с чем был выбран диод типа 1 N4007 (1 А, 1000 В).
Выбор измерительных головок
Автор использовал имеющиеся в своем распоряжении стрелочные головки. Для амперметра использована «старинная» головка типа М592-4. Для вольтметра установлена головка типа М4200. В данную схему допустимо устанавливать и еще более низкочувствительные (единицы и десятки миллиампер) головки. Высокочувствительные, микроамперные, на ток 50... 100 мкА тоже подойдут. Шунтами R8-R12 добиваются необходимых показаний стрелочных головок. Приспособить в данную схему можно практически любые стрелочные головки.
В качестве вольтметра подходит фактически любая головка на постоянный ток, определяемый резистором R7. Если у головки ток в несколько миллиампер, то удаляют из схемы резисторы R8 и R9. Если тока недостаточно, то уменьшают и сопротивление резистора R7, не забывая увеличить, при необходимости, и мощность этого резистора. Таким образом, вполне подходят головки на ток 1...10мА. Устанавливались даже «токовые» головки на ток 30 мА и более, предназначенные для изготовления амперметров. Но в таком случае уже налицо будет неэкономичность схемы вольтметра.
Мощный резистор R7 станет рассеивать чрезмерную мощность. Однако данный вольтметр нужен и будет включен только на время работы ЛАТра. Немаловажно, что низкочувствительные головки более распространены. Их легче приобрести. И цены на них значительно (в 1,5-2 раза и более) ниже, чем на готовые головки (вольтметры или амперметры). С амперметром, выбором его головки, ситуация в данной схеме дополнительно упрощается. Сюда подходят практически «бросовые» стрелочные головки. Например, использованная автором головка имела внутренний шунт, и ее ток полного отклонения был примерно 100 мА. То есть дополнительный резистор R10 на пределе измерения тока 200 мА нужен для получения точного значения предела, равного 200 мА.
В качестве шунтов амперметра решено было попробовать отрезки монтажного провода. На удивление, такие шунты обеспечили и хорошую долговременную стабильность показаний, и эксплуатацию амперметра без нареканий. Подобрать отрезок провода оказалось несложным занятием. Сопротивление этих проволочных шунтов не измерялось, поэтому их номиналы не указаны на схеме. Для большего удобства в эксплуатации вольтметра в конструкцию был добавлен переключатель. Он коммутирует (переключает) правый по схеме вывод диода VD6 или к обмотке ЛАТра, или к выходу схемы, в соответствии показанному на схеме. Таким образом, появилась возможность контролировать вольтметром PV1 как величину сетевого напряжения, так и регулируемого выходного.
Конструкция
Как сам ЛАТр, так и все другие элементы схемы размещены в корпусе ящика. Хоть это и не очень эстетично, в плане современной эргономики или дизайна, но использовался такой вариант практического воплощения конструкции, который максимально упростил и ускорил этот процесс. Конструкция изготавливалась максимально просто и быстро. Делали для себя, а не на выставку или на продажу. От применения металлического корпуса решено было отказаться. Предпочтение отдали материалу, пусть и не с наилучшими диэлектрическими свойствами, но препятствующему прохождению тока опасной величины через руки. В итоге, использовался «корпус» - посылочный ящик. Картон толщиной 4 мм, скрепленный со всех сторон рейками вполне нормально справляется с вероятной деформацией от крепежа массивного ЛАТра. Корпус покрашен серой краской на масляной основе. Надписи защищены скотчем. В корпусе ЛАТр закрепили с помощью двух деревянных брусков.

В результате ЛАТр уже никуда не перемещается. На передней части корпуса (крышке) закреплены все остальные детали конструкции. Исключение составляет схема защиты от бросков тока и ограничительный резистор R5 (рис.2). Эти детали конструкции смонтированы на печатной плате, которая закреплена в нижней части корпуса. Внешний вид печатного узла защиты от бросков тока показан на рис.3.