Испытательный стенд на основе лабораторного 9 А автотрансформатора

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» (I_XX). После разборки с последующей сборкой СТ ток I_XX может возрасти в несколько раз. Для мало­мощного СТ такое явление чревато сильным пе­регревом и отказом. У маломощных СТ ток I_XX 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 I_XX 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.

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 і 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.

Деталі

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
Джерело: Радиоаматор №1/2017