Выпрямитель предназначен для питания бытовых потребителей, которые могут рабо-тать как на переменном, так и на постоянном токе. Это например электроплиты, камины, водо-нагревательные устройства, освещение и т. п. Главное, чтобы в этих устройствах не было элек-тродвигателей, трансформаторов и других элементов, рассчитанных на переменный ток. Устройство, собранное по предлагаемой схеме, просто вставляется в розетку и от него питается нагрузка. Вся электропроводка остается нетронутой. Заземление не нужно. Счетчик при этом учитывает примерно четверть потребленной электроэнергии.
Теоретические основы
Работа устройства основана на том, что нагрузка питается не непосредственно от сети переменного тока, а от конденсатора, который постоянно заряжен. Естественно, питание на-грузки будет осуществляться постоянным током. Энергия, отданная конденсатором в нагрузку, восполняется через выпрямитель, но заряжается конденсатор не постоянным током, а прерыви-стым с высокой частотой. Счетчики электроэнергии, в том числе электронные, содержат вход-ной индукционный преобразователь, который имеет низкую чувствительность к токам высокой частоты. Поэтому энергопотребление в виде импульсов учитывается счетчиком с большой от-рицательной погрешностью.
Принципиальная схема устройства
Основными элементами являются силовой выпрямитель Br1, конденсатор C1 и транзи-сторный ключ T1. Конденсатор С1 заряжается от выпрямителя Br1 через ключ Т1 импульсами с частотой 2 кГц. Напряжение на С1, а также на подключенной параллельно ему нагрузке близко к постоянному. Для ограничения импульсного тока через транзистор Т1 служит резистор R6, включенный последовательно с выпрямителем. На логических элементах DD1, DD2 собран задающий генератор. Он формирует импуль-сы частотой 2 кГц амплитудой 5В. Частота сигнала на выходе генератора и скважность импуль-сов определяются параметрами времязадающих цепей С2-R7 и C3-R8. Эти параметры могут подбираться при настройке для обеспечения наибольшей погрешности учета электроэнергии. На транзисторах Т2 и Т3 построен формирователь импульсов, предназначенный для управления мощным ключевым транзистором Т1. Формирователь рассчитан таким образом, чтобы Т1 в от-крытом состоянии входил в режим насыщения и за счет этого на нем рассеивалась меньшая мощность. Естественно, Т1 также должен полностью закрываться. Трансформатор Tr1, выпрямитель Br2 и следующие за ними элементы представляют со-бой источник питания низковольтной части схемы. Этот источник обеспечивает питанием 36В формирователь импульсов и 5В для питания микросхемы генератора.
Детали устройства
Микросхема: DD1, DD2 - К155ЛА3. Диоды: Br1 – Д232А; Br2 - Д242Б; D1 – Д226Б. Стабилитрон: D2 – КС156А. Транзисторы: Т1 – КТ848А, Т2 – КТ815В, Т3 – КТ315. Т1 и Т2 устанавливаются на ра-диаторе площадью не менее 150 см2 . Транзисторы устанавливаются на изолирующих проклад-ках. Конденсаторы электролитические: С1- 10 мкФ Ч 400В; С4 - 1000 мкФ Ч 50В; С5 - 1000 мкФ Ч 16В; Конденсаторы высокочастотные: С2, С3 – 0.1 мкФ. Резисторы: R1, R2 – 27 кОм; R3 – 56 Ом; R4 – 3 кОм; R5 -22 кОм; R6 – 10 Ом; R7, R8 – 1.5 кОм; R9 – 560 Ом. Резисторы R3, R6 – проволочные мощностью не менее 10 Вт, R9 - типа МЛТ-2, остальные резисторы – МЛТ-0.25. Трансформатор Tr1 – любой маломощный 220/36 В.
Наладка
При наладке схемы соблюдайте осторожность! Помните, что низковольтная часть схемы не имеет гальванической развязки от электрической сети! Не рекомендуется в ка-честве радиатора для транзисторов использовать металлический корпус устройства. Применение плавких предохранителей – обязательно! Вначале проверяют отдельно от схемы низковольтный блок питания. Он должен обеспе-чивать ток не менее 2 А на выходе 36 В, а также 5 В для питания маломощного генератора. Затем налаживают генератор, отключив силовую часть схемы от электросети (для этого можно временно отсоединить резистор R6). Генератор должен формировать импульсы ампли-тудой 5 В и частотой около 2 кГц. Скважность импульсов приблизительно 1/1. При необходи-мости для этого подбирают конденсаторы С2, С3 или резисторы R7, R8. Формирователь импульсов на транзисторах Т2 и Т3, если правильно собран, обычно на-ладки не требует. Но желательно убедиться, что он способен обеспечить импульсный ток базы транзистора Т1 на уровне 1.5 – 2 А. Если такое значение тока не обеспечить, транзистор Т1 не будет в открытом состоянии входить в режим насыщения и сгорит за несколько секунд. Для проверки этого режима можно при отключенной силовой части схемы и отключенной базе транзистора Т1, вместо резистора R1 включить шунт сопротивлением в несколько Ом. Им-пульсное напряжение на шунте при включенном генераторе регистрируют осциллографом и пересчитывают на значение тока. При необходимости подбирают сопротивления резисторов R2, R3 и R4. Следующей стадией является проверка силовой части. Для этого восстанавливают все соединения в схеме. Конденсатор С1 временно отключают, а в качестве нагрузки используют потребитель малой мощности, например лампу накаливания мощностью до 100 Вт. При вклю-чении устройства в электрическую сеть действующее значение напряжения на нагрузке должно быть на уровне 100 – 130 В. Осциллограммы напряжения на нагрузке и на резисторе R6 долж-ны показать, что питание её производится импульсами с частотой, задаваемой генератором. Если всё исправно, подключают конденсатор С1, только вначале емкость его принимают в несколько раз меньше номинальной (например 0.1 мкФ). Действующее напряжение на на-грузке заметно возрастает и при последующем увеличении емкости С1 достигает 310 В. При этом очень важно внимательно следить за температурой транзистора Т1. Если возникает повы-шенный нагрев при использовании маломощной нагрузки, это свидетельствует о том, что Т1 либо не входит в режим насыщения в открытом состоянии, либо полностью не закрывается. В этом случае следует вернуться к настройке формирователя импульсов. Эксперименты показы-вают, что при питании нагрузки мощностью 100 Вт без конденсатора С1, транзистор Т1 в тече-ние длительного времени не нагревается даже без радиатора. В заключении подключается номинальная нагрузка и подбирается емкость С1 такая, чтобы обеспечить питание нагрузки постоянным напряжением 220 В. Емкость С1 следует под-бирать осторожно, начиная с малых значений, так как увеличение емкости приводит к увеличе-нию выходного напряжения (до 310 В, что может вывести из строя нагрузку), а также резко уве-личивает импульсный ток через транзистор Т1. Об амплитуде импульсов тока через Т1 можно судить, подключив осциллограф параллельно резистору R6. Импульсный ток должен быть не более допустимого для выбранного транзистора (20 А для КТ848А). В случае необходимости его ограничивают, увеличивая сопротивление R6, но лучше остановиться на меньшем значении емкости С1. При указанных деталях устройство рассчитано на нагрузку 1 кВт. Применяя другие эле-менты силового выпрямителя и транзисторный ключ соответствующей мощности, можно пи-тать и более мощные потребители. Обращаем Ваше внимание на то, что при изменении нагрузки, напряжение на ней также будет существенно изменяться. Поэтому устройство целесообразно настроить и использовать постоянно с одним и тем же потребителем. Этот недостаток в определенных случаях может оказаться достоинством. Например, изменяя емкость С1 можно в широких пределах регулиро-вать мощность нагревательных приборов.
