25. Jun, 2024.

REGULATORI AC i DC NAPONA

Veoma često nam je u amaterskoj, ili profesionalnoj praksi potreban promenljivi napon, posebno kod napajanja uređaja koji nemaju vlastito napajanje, a još više kod izvođenja  eksperimenata uz korišćenje mernih instrumenata analognog, ili digitalnog tipa. Često se opravdano zapitamo, da li da promenljivi napon obezbedimo regulatorom jednosmernog ( DC ), ili naizmeničnog ( AC ) napona. U slobodnoj prodaji ima različitih vrsta fabričkih regulatora čiju cenu uglavnom diktira njihova konstrukcija i kvalitet izlazne struje, jer neki osetljivi uređaji neće dobro raditi, ili će se ubrzo pokvariti, zbog nepredviđenih skokova napona, ili promenljive struje.

Ukoliko nađemo odgovarajući regulator fabričke proizvodnje, on je u svakom slučaju bolje rešenje od samostalne konstrukcije regulatora napona. Naizmenični ( AC ) napon obično možemo izvući iz sekundara transformatora koji ima više izvoda, pri čemu nema promene frekvencije, a struja zavisi od snage transformatora, odnosno preseka njegovog jezgra. Primera radi, ako je presek jezgra ( S=a*b ) vrednosti 10 cm2, snaga transformatora se izračuna kvadriranjem tog broja, što iznosi 100 W, gde praktično postoje izvesna odstupanja, a to zavisi od koeficijenta korisnog dejstva transformatora. O tome posebno vodimo računa ako motamo kaleme transformatora sa posebno odabranim izvodima debljih provodnika njegovog sekundara. Biranje potrebnog naizmeničnog napona najbolje je vršiti grebenastim prekidačem sa više radnih položaja čije ćemo vrednosti najpre izmeriti, a potom vidno obeležiti na komandnoj tabli uređaja.

Drugi način biranja promenljivog naizmeničnog napona je upotreba autotransformatora, gde moramo biti pažljivi od mogućeg strujnog udara zbog proboja naizmenične komponente, jer ovaj transformator ima samo jedan namotaj. Treća mogućnost je da namerno izbegnemo transformator, tako što ćemo upotrebiti trijak, diak, potenciometar, nekoliko blok kondenzatora radnog napona 250 V i 400 V i nekoliko otpornika, što je prikazano na dve u praksi proverene šeme koje se nalaze u prilogu ovog članka. Ovakav regulator je dobar za klasično svetlo, grejna tela, kolektorske elektromotore, dok se za LED svetlo i asinhrone elektromotore koriste posebni regulatori, tzv. „DIMERI“, koji se mogu naći u slobodnoj prodaji sa dosta kvalitetnim rešenjima fine regulacije napona.

Regulatori jednosmernog ( DC ) napona teže se nalaze u slobodnoj prodaji, izuzev nekih specijaliziranih radnji, tako da se mnogi odlučuju za njihovu konstrukciju koja nije previše složena jer je, pored stabilnog izvora jednosmernog napona, potreban tranzistor veće snage sa hladnjakom, odgovarajući potenciometar, nekoliko otpornika uglavnom veće snage, kao i najmanje dva elektrolita većeg kapaciteta za „peglanje“ napona.

Regulatori DC napona mogu se efikasno upotrebiti za svetlo, kolektorske bušilice, druge elektromotore na kojima menjamo brzinu obrtaja, te za različite eksperimente, dok se na nekim uređajima sa fiksnim naponom nikako ne koristi regulator jednog ili drugog tipa, već se odabere napon u dozvoljenim granicama bez mogućnosti njegove ručne, ili automatske promene. Kod regulatora AC napona treba imati u vidu koju frekvenciju električne struje imamo na izlazu, pošto neki uređaji rade samo  na struji frekvencije od 50 Hz ( Evropa i veći deo sveta ), ili na 60 Hz ( SAD ).

 

 

 

Mnogi napredni konstruktori u svom radu imaju potrebu kontrolisanog napona i jačine struje za osetljive uređaje kojima treba obezbediti potpuno stabilno napajanje. Ranije su se koristila jednostavna kola sa zener diodama i odgovarajućim tranzistorima o čemu sam pisao u ranijim člancima na ovom portalu. Mislio sam da sam nedavno zaokružio tu priču, ali mi je jedna zanimljiva konstrukcija, koja je preuzeta sa Interneta, zapela za oko zbog jednostavnosti i funkcionalnosti koja je eksperimentalno potvrđena kao dobro rešenje za napajanje uređaja.

Prema priloženoj šemi uočava se da su za konstrukciju potrebni: tranzistor 2N3055 sa hladnjakom, stabilizator napona MC7815C or, nekoliko blok kondenzatora, dva elektrolitička kondenzatora, jedan žičani otpornik i četiri ispravljačke diode. Da bismo obezbedili jačinu struje do 10 A preporučljivo je upotrebiti dva paralelno vezana tranzistora 2N3055 na hladnjacima i izolovanim kućištima, te stabilizator napona MC7815C, 2 A. Ukoliko nemamo takav stabilizator može se paralelno vezati nekoliko njih, jer u suprotnom, pri prolasku struje koja je veća od 1 A ( 2 A ), dolazi do opterećenja i kratkog spoja na njihovim izvodima ( pinovi 1 i 3 ).  Ovu neželjenu pojavu potenciram nakon izvedenog eksperimenta sa napajanjem uređaja koji je povukao struju preko 1 A. Još veći problem je što se prilikom proboja IC neminovno javlja napon koji je prisutan na ulazu, a koji je iznad 15 V.

Prilikom konstrukcije treba paziti na polaritet ispravljačkih dioda i elektrolitičkih kondenzatora, pravilno spajanje izvoda tranzistora i obaveznu liskunsku izolaciju njihovog kućišta od tela aluminijskog hladnjaka. Ono o čemu treba posebno voditi računa je dozvoljena jačina struje na izlazu spoja koju treba podesiti tako da je nešto viša od jačine struje pri punom opterećenju potrošača. To spada u lošu stranu konsktrukcije, ali se može prevazići pravilnim proračunom, preciznim merenjem sa krajnjim potrošačem koji pri eksperimentu ne može stradati kod proboja napona. Proračun se zasniva na primeni Omovog zakona za jačinu struje složenog strujnog kola: I = dU / Re. Napon dU ovde se uzima kao razlika ( diferencija ) napona na ulazu i izlazu stabilizatorskog kola ( dU = Uul – Uizl ), a Re predstavlja ekvivalentnu otpornost strujnog kola. Ako je velika razlika ulaznog i izlaznog napona veća je mogućnost pregorevanja IC stabilizatora napona, a tranzistor 2N3055 može izdržati struju do 5 A. Ukoliko nam je potrebna jača struja koristićemo dva pomenuta tranzistora i nekoliko paralelno vezanih stabilizatora napona. Grananje struje na njima zasniva se na prvom Kirhofovom pravilu:  I = I1 + I2 + I3 + … + In.

Dobra strana konstrukcije je potpuno kontrolisan napon i jačina struje, bez obzira na varijacije napona u mreži, mala cena komponenti i siguran rad nakon pravilnog proračuna i smeštanja elektronike u odgovarajuće kućište. U konstrukciji opisanog uređaja, odnosno složenog ispravljača sa izborom napona od 12 V i 24 V, korišćena je metalna kutija pokvarenog analognog satelitskog risivera, te poseban spoj dva mrežna transformatora od rashodovanog projektora. Sve to trebalo je da završi kao elektronski otpad, ali je ispravnost komponenti odredila neku drugu korisnu funkciju i namensko korišćenje za napajanje uređaja koji traže stabilan napon i stabilnu jačinu struje o kojoj treba posebno voditi računa. Pored korisne upotrebe potencijalnog elektronskog otpada posebno zadovoljstvo predstavlja eksperiment o regulaciji napona i jačine struje prema potrebama namenskog uređaja koji se napaja sa ovakvom elektronikom. To je, pored konstrukcije stabilisanog ispravljača napona 12 V i 24 V, primenjeno i kod napajanja jednog složenog stereo pojačala snage 2 x 80 W ( pogledati sliku ), koje se napaja strujom od 8 A.

Nedavno sam pisao na ovom portalu o korišćenju LED štapa koji se pri nestanku struje u mreži napaja sa 12 V. Pošto takav izvor svetlosti može poslužiti kao prigušeno noćno svetlo kada je potpuni mrak, postavlja se praktično pitanje, kako smanjiti jačinu svetlosti do željene mere. Kupovina regulatora napona ( „dimera“ ) za LED svetlo nešto je veći izdatak, tako da sam došao do jednostavne šeme regulatora jednosmernog napona pomoću LM317, jednog otpornika, potenciometra i dva elektrolita. Njihovom kombinacijom dobijen je sklop za finu regulaciju napona.

Regulator je najbolje smestiti u neku plastičnu kutiju u koju dovodimo jednosmerni napon maksimalne vrednosti do 28 V. Plus pol izlaza ispravljača, ili akumulatora, spaja se na pinu 3. dok se minus pol izvora vezuje na jedan kraj potenciometra od 5 K, a srednji izvod i drugi kraj potenciometra spajaju se na pinu 1. Od te nožice spaja se otpornik od 240 oma sa pinom 2. koji ujedno služi kao izvor promenljivog napona od 0 V – 28 V. Sa regulatorom napona LM317 možemo dobiti struju maksimalne vrednosti do 1,5 A, što je sasvim dovoljno za napajanje LED štapa.

Ukoliko koristimo struju preko 1 A preporučuje se montaža IC LM317 na odgovarajući aluminijski hladnjak koji ne sme da direktno naleže na uzemljeno metalno kućište, jer je telo IC ( vidi sliku ) u spoju sa pinom 2. na kome se nalazi plus pol izlaza regulatora napona. Vrednosti otpornika ( R2 ) i potenciometra ( R1 ) nisu kritične, tako da se može koristiti potenciometar i od 10 K, a otpornik nešto veće vrednosti, što spada u domen eksperimentalnog rada pri podešavanju struje za LED svetlo koje imamo pri raspolaganju. Regulator je namenjen za svetlo maksimalne potrošnje do 1,5 A ( snage potrošača do 18 W ),  napona 12 V, a potenciometrom se podešava intenzitet svetlosti do željene vrednosti – jačine.

Iskustvo i praksa dovode konstruktora do raznih ideja i praktičnih rešenja. Na ovom portalu sam u dva navrata detaljno pisao o regulatoru napona naizmenične struje (14.02.2014,  28.12.2015. godine), odnosno o regulaciji napona pomoću proverene električne šeme  koja se odnosila na struje jačine do 16 A. Mnoge posetioce ovog sajta, koji se bave konstrukcijom,  interesovala su praktična rešenja prema priloženim šemama  ( pogledati slike ), među njima i uvaženog doktora energetske elektronike, Slavka Radosavljevića (“Novi Tesla iz španske Marbelje”), koji se u svojoj 83. godini bavi praktičnom elektronikom o čemu sam takođe pisao ( 08. 07. 2017. ). Njega, kao vrsnog stručnjaka primenjene elektronike, posebno interesuje mogućnost da se smanjeni, ili povećani naizmenični napon, umesto dovođenja na sijalicu, ili neki drugi potrošač ( elektromotor, grejač ), ispravi putem grec-spoja, te da se na izlazu dobije stabilan ( „ispeglani“ ) jednosmerni napon sa jačinom struje do 20 A. Pored  njegovih uvek korisnih i interesantnih ( inovatorskih ) praktičnih sugestija, ovim člankom dajem skroman doprinos sagledavanju navedenog praktičnog rešenja.

Takvo rešenje veoma je moguće i izvodljivo, s tim što se za jače struje mora upotrebiti triak BTA20 (umesto BTA16), te otpornici nešto veće snage zbog protoka jačih struja. Umesto potenciometra, zbog sigurnosti izbora određenog napona, može se ugraditi fiksni otpornik, takođe veće snage. Može se koristiti standardna pločica iz RK 3562 uz pojačane veze na samoj pločici i zamenom triaka sa BTA20 koji se može naći na tržištu. Diak nije potrebno menjati, pošto kroz njega ne protiču jake struje. Isto se odnosi i na blok kondenzatore, dok otpornike treba zameniti otpornicima iste vrednosti, ali veće snage (proporcionalno povećanju jačine struje), što je u domenu praktične probe za određene namene ovog elektronskog sklopa. Umesto sijalice, ili nekog drugog potrošača (grejač, elektromotor) ugrađujemo grec-spoj ( 35A ), a onda na njegovom izlazu elektrolitički kondenzator  kapaciteta  koji je jednak, ili veći od 1.000 µF i radnog napona koji prelazi 10% od željenog izbora napona. Cena elektrolita zavisi od izbora radnog napona, a delimično od kapaciteta. Fina regulacija napona podešava se potenciometrom, ili podešenim fiksnim otpornikom, čijom vrednošću dobijamo željeni jednosmerni napon. Da ne bude zabune, posle ispravljanja naizmeničnog napona na grec-spoju takođe se dobije napon koji je veći 1,41 puta (kvadratni koren iz 2) od ulaznog napona u grec-spoj. Pošto se kod ove elektronike ne koristi transformator, moramo obezbediti potpunu zaštitu od mogućeg udara visokog napona, odnosno da se elektronika smesti u odgovarajuću plastičnu, ili u metalnu kutiju koju treba uzemljiti. Okretanje faznog i nultog voda na ulazu i izlazu pločice ne igra nikakvu ulogu, tako da nije potrebno paziti kako ćemo priključiti uređaj na mrežu.

Sa ovakvim rešenjem konstrukcije možemo dobiti ispravljeni jednosmerni napon do blizu 350 V sa dosta jakim strujama, što znači da elektrolitički kondanzator mora imati radni napon oko 400 V. Ukoliko nemamo elektrolit takvih vrednosti (napona), praksa je pokazala da se Acu baterija može uspešno puniti i sa jednosmernim naponima koji nisu potpuno “ispeglani”. Ako nam je potreban fiksni napon, najbolje je umesto potenciometra koristiti fiksni otpor veće snage čija vrednost otpornosti se određuje eksperimentalno, ili primenom Omovog zakona. Uređaj može poslužiti za punjenje baterije akumulatora napona koji su veći od 12V, odnosno 24 V, uz napomenu da se mora voditi računa i o jačini struje punjenja, što zavisi od vrste i namene Acu baterija. Ako se upotrebi jača struja, manje je vreme punjenja i obrnuto. Posebna briga je napon punjenja koji mora biti nešto veći ( do 20 % ) od napona baterije. Navedene vrednosti struje i napona punjenja treba proveriti eksperimentom kako ne bi bilo iznenađenja i neprijatnosti sa akumulatorskim baterijama koje su najskuplja stavka u praktičnoj primeni opisanog elektronskog sklopa. Praktično je potvrđeno da se kod ovako jakih struja javlja veoma kratak, tzv. naponski udar pri startu, odnosno malo povećan napon zbog neizbežne struje samoindukcije, pa je preporučljivo da se upotrebi neki “Soft Start” za jače struje (pogledati sliku), a veoma je pogodan RK3569. Navedeni radio-kompleti (RK) mogu se nabaviti u specijaliziranim prodavnicama u Beogradu, ili nekom drugom mestu isporučeni u delovima, ili kao gotovi uređaji. Ugradnja veštačkog opterećenja na izlazu pomoću otpornika nije preporučljiva zbog nepotrebnog pražnjenja akumulatora prilikom prestanka punjenja.

Sklop je isproban u radionici  (demo-verzija na slici ispod naslova)  pri čemu je pokazao stabilnost u radu, a eventualno grejanje triaka može se ublažiti postavljanjem njegovog tela na odgovarajući aluminijski hladnjak koji se odvaja liskunskom podloškom  ( uz upotrebu termalne paste ) od hladnjaka ukoliko je triak provodan od kućišta prema izvodima ( A1, A2, G ). Neki triaci nemaju direktan spoj navedenih izvoda sa masom, tako da se mogu postavljati na hladnjak bez liskunske izolacije. Za kontrolu napona i jačine struje punjenja preporučljivo je na kućištu ugraditi digitalni voltmetar i ampermetar čime dobijamo koristan uređaj za punjenje bilo koje baterije akumulatora. Ukoliko to nemamo, dobro je pre upotrebe ispitati napone i struju punjenja odgovarajućim multimetrom. Za siguran izbor napona najbolje je da umesto ptenciometra upotrebimo fiksne otpornike. 

Pošto se radi o demo-verziji projekta, koja je još u fazi ispitivanja, njegova isplativost, a pre svega upotrebljivost biće objašnjena u nekom od narednih članaka. Zbog navedenog, skrećemo pažnju da je konstrukcija ovog sklopa zahtevna i da traži punu pažnju zbog prisustva visokog napona koji se može eliminisati pravilnim okretanjem faznog voda (ulaz regulatora na fazu, a izlaz na potrošač), što znači da se regulator uključuje redno sa potrošačem, u našem slučaju sa grec-spojem. Punjenje automobilskih akumulatora pomoću ovog sistema nije uopšte preporučljivo zbog mogućeg oštećenja Acu baterije, pošto takav sistem služi za neke posebne potrebe za punjenje niza baterija akumulatora, bez njihovog skidanja, koje se susreću u nekim prenosnim uređajima na električni pogon.    

 

 

Pre nepunu godinu dana ( 20.05.2016. ) pisao sam na ovom portalu o gradnji automatskog punjača akumulatora koji se u praksi pokazao veoma korisnim uređajem, ali napredniji konstruktori često imaju potrebu da prilikom eksperimentisanja imaju različite izvore stabilnog napona. Pošto su za takve potrebe dovoljne struje male jačine, pristupio sam konstrukciji jednog minijaturnog ispravljača sa regulacijom napona od 2 – 32 V, 1,2 A. Pre navedene gradnje ispravljača isprobao sam i konstrukciju uređaja sa slike 11. koja je manje zahtevna, ali daje optimalne mogućnosti izbora željenog napona ( 0 V do 15 V ).

Konstrukcija sa slike 12. omogućava kontinualnu promenu izlaznog napona u granicama od 2 V do 32 V uz maksimalnu struju 1,2 A. Ceo opseg regulacije podeljen je u dva područja koja se biraju dvostrukim preklopnikom P1 - P2. U prvom položaju napon sekundara iznosi 15 V, što omogućava regulaciju izlaznog napona u granicama od 2 V do 14 V. Kao referentni elemenat koristi se Cener dioda BZ-1, koja se, za razliku od ostalih Cener dioda, polariše u direktnom smeru ( anoda na plus, a katoda na minus ). U drugom području napon na sekundaru iznosi 30 V, a izlazni napon se menja u granicama od 13 V do 32 V. Ulogu diode BZ-1 preuzima Cener dioda BZ-12.

Podelom celog opsega regulacije na dva područja, onemogućili smo pojavu velikog inverznog napona između kolektora i emitera tranzistora T-3. Regulacija izlaznog napona vrši se potencometrom P. U rednoj grani upotrebljen je Darlington spoj dva snažna tranzistora 2N3055. Napominjemo da se umesto tranzistora T-2 može upotrebiti i manje snažan tranzistor ( 2N3053, 2N1711, BC219 itd. ), tako da uređaj postaje ekonomičniji. Tranzistori T-2 i T-3 monirani su namerno na aluminijskom hladnjaku nešto manje površine, ali je zato zbog izbora kutije ( metalna kutija kompjuterskog napajanja ), dodat jedan ventilator ( 12 V ) za efikasno hlađenje tranzistora.

Kutija je uzemljena sa maksimalnim korišćenjem raspoloživog prostora u njoj, što traži veliku preciznost i dobar proračun gradnje. Uređaj ne zahteva velika ulaganja, a daje širok spektar regulacije napona sa ograničenom jačinom struje do 1,2 A. Može poslužiti, kako za eksperimentisanje, tako i za punjenje osetljivih NiCd akumulatora, pri čemu se mora voditi računa o dozvoljenom naponu i jačini struje punjenja, što je označeno na samom akumulatoru.

Izvor saznanja: „Radio-amater“ - broj 2, februar 1974. godine

PokloniIOtpadSkloni