Радиолюбителю часто приходится проводить ремонтные работы различного оборудования. При этом надо проверять и налаживать всевозможную технику, учитывая изменения сетевого напряжения, т.к. различные устройства по-разному реагируют на изменение сетевого напряжения. Поскольку наши электросети не отличаются стабильностью сетевого напряжения, то при ремонте и наладке лабораторный автотрансформатор незаменим. О лабораторном автотрансформаторе (ЛАТР), оснащенном автономными измерителями тока и напряжения рассказывается в этой статье.
Использование ЛАТР не всегда удобно.
Во-первых, ЛАТР не имеет гальванической развязки с электросетью.
Во-вторых, неудобно пользоваться ЛАТРом, когда нужно к нему подключать амперметр и вольтметр. Технику безопасности требуется соблюдать неукоснительно. Поэтому первую проблему решают применением разделительного трансформатора. Со второй задачей все уже не так просто, как может показаться на первый взгляд.
К примеру, любой сетевой трансформатор (СТ) после перемотки первичной обмотки (I) нужно проверять на величину тока «холостого хода» (IXX). После разборки с последующей сборкой СТ ток IXX может возрасти в несколько раз. Для маломощного СТ такое явление чревато сильным перегревом и отказом. У маломощных СТ ток IXX обычно не превышает нескольких десятков мА, а у мощных СТ он больше, в 10-20 раз.
Амперметр ЛАТРа должен измерять ток в очень широких пределах. Причем нужен не индикатор тока (с большой погрешностью), а достоверный измеритель. Из-за этого и приходится «привязывать» к ЛАТРу два измерительных прибора (амперметр и вольтметр), что весьма неудобно. Ведь всякий раз два прибора приходится отключать, а потом снова подключать к ЛАТРу.
Использование цифровых мультиметров
В данном случае возникают проблемы и с использованием простых мультиметров.
Например, простые цифровые мультиметры серии 8300 вовсе не предназначены для измерения переменного тока — в них есть только амперметр постоянного тока. Более дорогие цифровые мультиметры 8900 имеют только два поддиапазона для измерения переменного тока: 200 мА и 20 А. На пределе 20 А измерять ток до 100 мА проблематично. Переход на предел 200 мА, казалось бы, решает данную проблему. Однако даже кратковременное превышение тока на этом пределе (свыше 200 мА) таит в себе новый сюрприз. Перегорает штатный предохранитель, который установлен внутри мультиметров серии 8900. А ток через прибор скачком возрастает, например, при измерении IXX в момент включения в сеть маломощного СТ. Для замены предохранителя нужно всякий раз разбирать прибор.
Кроме сказанного, для цифровых мультиметров необходимо отдельное питание, гальванически не соединенное с контактами (выводами) самого ЛАТРа. Налицо масса неудобств.
Длительно используя эти приборы совместно с ЛАТРом, особенно при ремонтах СТ, хочется избавиться от всех вышеперечисленных неприятностей. Кроме того, и для измерения переменного напряжения эти приборчики, плохо подходят. У них имеется два предела для измерения переменного напряжения: один — до 750 В, а второй — до 200 В.
Чтобы избавиться от всех вышеперечисленных проблем, была изготовлена конструкция, схема которой показана на рис.1. Собрав эту конструкцию, удалось навсегда избавиться от неприятных и надоедливых соединительных работ. Как видно из схемы, сам ЛАТР скромно разместился в центре схемы, а его окружили новые приборы, делающие работу с ЛАТР более комфортной.
Рис. 1
Ограничение пускового тока ЛАТР
Еще одно, что порядком досаждало, — это большой пусковой ток самого ЛАТРа. Он возникает при каждом подключении ЛАТРа к электросети. Решено было устранить и этот недостаток.
Система ограничения пусковых токов должна сама очень быстро самовосстанавливаться, иначе пропадание напряжения сети (или глубокий «провал» напряжения) с его последующим появлением приведет к неготовности системы «плавного» пуска. Если алгоритм работы не предусматривает быстрого самовосстановления, то система сможет защищать ЛАТР только при первом подключении к электросети. Так как с этим нельзя мирится, то в устройстве применена надежная схема на двух разных типах реле (К1 и К2).
Работает схема так. При поступлении напряжения на ЛАТР (через выключатель SA1) ток через обмотку ЛАТРа будет ограничен мощным резистором R5. Контакты реле К1.1 разомкнуты. Пока 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 С3, имеющего значительную емкость.
Спустя некоторое время (примерно 1…2 с) реле К2 включается, размыкая контакты К2.1. Начинает заряжаться конденсатор С3. Через некоторое время включается и реле К1. Своими контактами оно замыкает ограничительный резистор R5, и ЛАТР оказывается подключенным к электросети полностью. Как только исчезает напряжение электросети, первым разряжается конденсатор С2, так как постоянная времени цепи К2R2С2 намного меньше постоянной цепи К1С3. Тут же замыкаются контакты К2.1. Посредством резистора R4 происходит экстренный разряд конденсатора С3. Таким образом, схема очень быстро подготавливается для повторного включения ЛАТРа.
Поскольку данный ЛАТР 9-амперный, то в цепи его первичной обмотки установлен предохранитель на ток 20 А. Для подавления нежелательных всплесков напряжения, параллельно обмотке ЛАТРа установлена демпфирующая RC-цепочка R6С4.
Амперметр и вольтметр
Они являются своеобразными изюминками данной схемы. Внешне, как для измерительных схем, все выглядит совсем просто. Остановимся на амперметре. Он — с линейной шкалой. Шкала сохраняет свою линейность во всем диапазоне измерения токов — от 20 мА до 10 А.
Амперметр имеет три поддиапазона для измерения тока: 0…200 мА; 0…2 А и 0…10 А. Причем используется одна штатная (заводская шкала) измерительной головки.
Сложности с «математикой» при определении токов, т.е. при снятии показаний со шкалы, здесь самые минимальные. Впрочем, они несравнимы со многими шкалами заводских стрелочных тестеров, в которых можно легко ошибиться при снятии показаний. Принцип измерения тока заключается в свойстве диодов в самой схеме мостового выпрямителя. Чем меньше сопротивление резистора R10 — R12, тем меньше выходное напряжение мостового выпрямителя, соответственно, меньше и показания амперметра.
Изменяя сопротивление резистора, включенного между «+» и «-» мостового выпрямителя, мы расширяем диапазон измерений амперметра в сторону больших токов.
Вольтметр переменного тока практически линеен в диапазоне от 1 и до 300 В. Это достигнуто благодаря применению кремниевого диода. Диод выведен из режима микротоков, где выпрямители с кремниевыми диодами показывают «что угодно» и работают при токах в несколько миллиампер. Режим миллиамперных токов для диода задан резистором R7. Показания микроамперметра PV1 численно представляют собой уже напряжение в вольтах.
В приборе использована 30 В головка вольтметра, рассчитанная исключительно на постоянный ток, которая используется для измерения переменного напряжения в пределах 0…300 В.
Детали
Резистор R5 — мощный проволочный. Его номинал выбирают исходя из максимального ограничения броска тока. Желательно в качестве R9 и R7 использовать прецизионные резисторы с допуском ±1 %. Это 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 длину подбирали 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 — типа МПТ-95. Вместо них можно применить и другие, например, К73-17, на напряжение 630 В или больше. Номинал 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 С3 на рабочее напряжение 25 В, то реле должно надежно срабатывать при напряжении 15 В. Реле К1 типа РЭС-32, паспорт РФ4.500.335-02, все его контакты включены параллельно. 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.
Диод VD5 может быть любого типа. Светодиод HL1 зарубежный, красного цвета свечения.
Мощные диоды VD7-VD10 также могут быть любыми кремниевыми. Чем они 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. Диоды размещены на одном общем пластинчатом радиаторе площадью около 100 см2.
Очень хорошо подходят мощные зарубежные диодные мосты, например, типа MB5010 (50 А, 1000 В). Они очень удобны, так как для их крепления нужен всего лишь один винт для установки на радиатор.
К диоду вольтметра VD6 требования жестче. Тут нужен диод на напряжение не менее 400 Вис минимальным обратным током. В связи этим был выбран диод типа 1N4007 (1 А, 1000 В).
О выборе измерительных головок
Автор использовал для амперметра «головку» типа М592-4, а для вольтметра — типа М4200. В данную схему допустимо устанавливать как менее чувствительные (единицы и десятки мА) «головки», так и более чувствительные (микроамперные, на ток полного отклонения 50…100 мкА). При этом шунтами R8-R12 добиваются необходимых показаний «головок».
В качестве вольтметра подходит фактически любая «головка» постоянного тока, которая настраивается подбором резистора R7. Если ток отклонения «головки» повышенный (несколько мА), то нужно удалить из схемы резисторы R8 и R9. Если этого недостаточно, то уменьшают также и сопротивление резистора R7, увеличивая при этом его мощность.
Например, использованная автором в качестве амперметра, «головка» имела внутренний шунт, и ее ток полного отклонения был примерно
100 мА. То есть дополнительный резистор Р10 амперметра был нужен для обеспечения её работы на поддиапазоне 200 мА.
Конструкция прибора
Как сам ЛАТР, так и все другие элементы схемы размещены в корпусе. Из соображений техники безопасности от применения металлического корпуса решено было отказаться. Был использован «корпус» — готовый посылочный ящик. Картон толщиной 4 мм, скрепленный со всех сторон рейками, вполне нормально справляется с вероятной деформацией от крепежа массивного ЛАТРа. Хоть это и не очень эстетично, но использовался такой вариант практического воплощения конструкции, который максимально упростил и ускорил этот процесс. Делал для себя, а не на выставку или на продажу.
Автор: Алексей Зызюк, г. Луцк
Источник: Радиоаматор №1/2017
