Устройство и ремонт электромеханического стабилизатора

В этой статье расскажу про свой опыт ремонта электромеханического стабилизатора напряжения Ресанта асн-20000/3-эм, внешний вид которого показан слева.

Как работает стабилизатор напряжения, я уже рассказывал в статьях про однофазный и про трехфазный стабилизаторы. Кого интересуют общие вопросы по выбору, подключению и разновидностям этих приборов – прошу перейти по этим ссылкам.

Думаю, что если Вы взялись своими руками ремонтировать стабилизатор и зашли на эту страницу, принцип действия Вам известен хорошо.

 

Составные части трехфазной Ресанты АСН

Прежде, чем переходить к ремонту стабилизатора напряжения, сначала коротко рассмотрим, из чего состоит и как устроен наш ящик.

Итак, как я уже говорил в предыдущей статье про трехфазные стабилизаторы, трехфазный стабилизатор – это три однофазных. Так же обстоит дело и с Ресанта асн-20000/3-эм:

Видно, что этот стабилизатор состоит из трёх одинаковый частей – из трёх однофазных стабилизаторов, каждый из которых стабилизирует только свою фазу.  Это относится к таким распространенным однофазным моделям, как АСН 10000 1 эм и др.

То есть, даже если будет значительный перекос фазных напряжений на входе, то на выходе по всем фазам будет 220 В +-3%. Подробнее о параметрах таких стабилизаторов можно почитать в инструкции, которую можно будет скачать в конце статьи.

А если перекос фаз произошёл в результате обрыва нуля, о последствиях этого можно прочитать здесь. Трехфазный стабилизатор до определённой степени исправит ситуацию, а если не справится – отключится и спасёт потребителя.

Автотрансформатор

Сердце электромеханического трансформатора – это повышающий автотрансформатор. Это “сердце” бьётся в такт с изменением напряжения на входе стабилизатора, пытаясь выровнять его до нормы.

Почему используется повышающий, а не понижающий автотрансформатор? Потому что стабилизаторам чаще всего приходится иметь дело с пониженным входным напряжением. Но это не значит конечно, что он не может понизить завышенное входное напряжение. Впрочем, принципы работы автотрансформатора здесь описывать не буду.

Рассмотрим устройство стабилизатора на следующей фотографии:

Первое, что надо усвоить – автотрансформатор состоит из двух равноценных частей, соединенных параллельно для увеличения мощности. Соответственно, есть две обмотки, по ним ездят две щётки (на фото щётку не видно, она указана стрелкой).

Поскольку щётка – это контакт, причём довольно плохой, то она греется. Это нормально, но для её охлаждения предусмотрен радиатор. В радиаторе щётки закреплен термодатчик, который при превышении допустимой температуры (105°С) размыкает контрольную цепь и отключает нагрузку от выхода стабилизатора.

Двигатель перемещает щётки по поверхности обмотки, подстраивая напряжение. На конце хода щёток, соответствующему наименьшему напряжению (140 В) установлены концевые выключатели, останавливающие двигатель. Это наиболее сложный режим работы, поскольку выходная мощность стабилизатора при этом падает. Если напряжение понижается и дальше, то автотрансформатор уже не справляется, и весь стабилизатор отключается. Это происходит за счет размыкания контактов реле KL (см. принципиальную схему ниже).

На корпусе трансформатора закреплен (приклеен) термодатчик, которой при перегреве выше 125 °С размыкает контрольную цепь, предохраняя от дальнейшего теплового разрушения.

Оба типа датчиков – самовосстанавливающиеся. То есть, при остывании контрольная цепь собирается, и стабилизатор снова готов к работе.

Электронная плата

Что же заставляет двигаться двигатель автотрансформатора? Это электронная схема, которая измеряет входное фазное напряжение, и выдает напряжение на серводвигатель, который двигает щётку автотрансформатора, изменяя напряжение на выходе до нужного уровня:

На приведенном фото видны последствия устранения частой неисправности – пробой биполярных силовых транзисторов, через которые управляется двигатель. С ними заодно выгорают и резисторы, которые исходно имеют мощность 2Вт, но заменены на 5Вт. Но по неисправностям и ремонту – в конце статьи.

Новая плата Resanta и подобных трехфазных стабилизаторов имеет такой вид:

Пускатель контрольной цепи

Этот пускатель необходим для защиты (отключения) стабилизатора и нагрузки в случае неготовности, неисправности или перегрева.

Подробнее рассмотрим его работу при разборе принципиальной электрической схемы.

Электрическая схема трехфазного стабилизатора напряжения Ресанта

Рассмотрим схему однофазного электромеханического стабилизатора Ресанта АСН – 10000/1-ЭМ. Возьмем эту схему, поскольку, как я говорил три однофазных – это один трехфазный стабилизатор.

Схему, как обычно, можно приблизить, а потом ещё увеличить до 100%, нажав на стрелки в правом нижнем углу изображения. Затем нажать правой кнопкой мышки, Сохранить картинку как… и т.д.

Как распечатать такую большую схему – обязательно ознакомьтесь в этой статье.

Схему скачал в интернете, автор, отзовись!

Для удобства восприятия я отметил на схеме основные структурные части.

Обычно в стабилизаторе напряжения работает ha17324a – это микросхема операционного усилителя, она сравнивает напряжения и выдает сигнал на транзисторы TIP41 и TIP42, которые подают питание на двигатель автотрансформатора.

Полностью рассматривать работу электроники не буду, кому интересно – задавайте вопросы в комментариях.

Теперь – чем отличается эта схема от схемы трехфазного стабилизатора:

Главное отличие – в контрольной цепи. В однофазной версии (на схеме) видно, что контрольная цепь для питания пускателя КМ собирается собирается так: Нейтраль – Реле задержки включения KL – Термореле 1 трансформатора (125°С) – Термореле 2 трансформатора (125°С) – Термореле щётки 1 (105°С)  – Термореле щётки 2 (105°С). Итого – 5 контактов. Если эта цепь собирается, контактор КМ включается, и напряжение поступает на выход стабилизатора.

В трехфазной версии, чтобы стабилизатор запустился, необходимо выполнение 15 (!) условий – именно столько контактов должны быть замкнуты, чтобы включился контактор КМ.

При нормальной работе при включении стабилизатора можно услышать, как собирается КЦ – примерно через 10 секунд щелчок (на одной из электронных плат), потом ещё один, и третий щелчок запускает контактор и весь стабилизатор.

Что такое контрольная цепь, её отличие от аварийной и тепловой цепей, и почему ремонт любой серьезной автоматики надо начинать с проверки контрольной цепи – подробно расписано в другой моей статье, очень рекомендую, если дочитали до этого места)

Второе – отсутствие вентилятора охлаждения, в данном случае охлаждение естественное.

Третье – отсутствие байпаса, его реализация потребует применение трехполюсного контактора с нормально закрытыми контактами (либо двух обычных контакторов), это дорогое удовольствие, поэтому производитель обошелся без него.

Об этой проблеме я также пишу в статье про подключение бензинового генератора к дому через АВР.

Ну и далее – логичные отличия: Три трансформатора тока, три амперметра, и т.д.. Не будем лить воду, а перейдем к тому, ради чего мной и задумывалась данная статья – к ремонту электромеханического стабилизатора напряжения своими руками.

 

Ремонт электромеханических стабилизаторов напряжения

Самая главная проблема таких стабилизаторов – перегрев. Совершенно необходимо раз в 1-2 месяца, в зависимости от условий эксплуатации, делать техническое обслуживание стабилизатора. И ремонт стабилизаторов напряжения надо начинать именно с чистки.

Проблема перегрева проявляется прежде всего из-за того, что графитовая щётка, когда двигается по поверхности трансформатора, неизбежно изнашивается, и её частички вместе с пылью и прочим мусором остаются на контактной дорожке.

Теперь, когда щётка непрерывно “елозит” по поверхности, она начинает сильнее греться, искрить, мусор горит и пригорает к медной поверхности. В дальнейшем этот негативный эффект будет лавинообразно увеличиваться, и если не принять меры, достигнет необратимых пределов, когда чистка уже не поможет.

Конечно, спасать ситуацию будут тепловые датчики – это первые “звоночки”. Если стабилизатор вдруг начал выключаться “сам”, надо срочно звать специалиста и чистить поверхность.

Вот поверхность трансформатора в удовлетворительном состоянии, после трех лет работы по 8 часов в день:

А вот – к чему может привести безразличие к состоянию стабилизатора. Это тот же стабилизатор, другая фаза:

Если даже счистить этот нагар, площадь сечения провода необратимо уменьшится на 20-30%, что увеличит нагрев провода и щётки, и приведёт к вышеописанным пессимистичным процессам:

Тут поможет только наждачка “нулёвка”. Чистить надо по ходу щётки, потом промыть тщательно спиртом и вытереть насухо чистой тряпкой.

Ремонт серводвигателя

Другая поломка – неисправность серводвигателя, когда он перестаёт двигать щётку. Двигатель надо снять, прочистить, продуть, смазать. Поскольку используется двигатель постоянного тока с щётками, то можно попробовать покрутить его в холостую в обе стороны от источника постоянного тока напряжением около 5 В.

Таким образом можно, не разбирая его, немного почистить его щётки, ведь двигатель в работе крутится (точнее, поворачивается) только на угол до 180 градусов.

Ремонт электронной платы

Двигатель может не крутиться и потому, что на него не приходит питание. Питание идёт с платы управления, от биполярных транзисторов. Используется пара комплементарных транзисторов TIP41C и TIP42C, поскольку питание схемы двухполярное. Транзисторы надо менять парой, даже если один и будет целый. И только одного производителя.

Даташит (документацию) на транзисторы можно скачать в конце статьи.

Также в той же цепи выгорают резисторы 10 Ом (это следствие пробоя транзисторов). Ничто не мешает при замене резисторов увеличить их мощность до 3 или 5 Вт, повысив надежность работы.

Ну и замена реле, транзисторов, концевых выключателей и другой мелочевки – по ситуации.

Ремонт силовой части

К силовой части относятся автотрансформаторы (про них я уже сказал предостаточно). А также – контактор и вводной автомат, у которых горят контакты и клеммы. Из надо периодически протягивать, чистить, а при необходимости – менять.

 

Предложения по модернизации

Если напряжение колеблется примерно в одном узком диапазоне, и на этом участке дорожка трансформатора выгорела (как на последнем фото), предлагаю изменить схему, чтобы щётка “ездила” по другому участку. Для этого надо перепаять провод с нижнего конца обмотки (N) на несколько витков выше (см. схему). Конечно, на обеих частях автотрансформатора. В результате – щётка будет скользить по другой, относительно чистой части дорожки. Минус данного решения – сужение диапазона регулировки.

Другой вариант решения этой проблемы – покупать новые трансформаторы, что экономически нецелесообразно – после трех лет работы лучше купить новый стабилизатор.

Другое усовершенствование – на каждый трансформатор установить кулера (вентиляторы) на 12 В, которые бы дули на щётки. В идеальном случае – 6 вентиляторов. Они будут в буквальном смысле сдувать пылинки. Это существенно продлит срок службы стабилизатора.

А как ремонтируете такие стабилизаторы вы? Жду конструктивной критики и обмена опытом в комментариях.

 

Чтобы увеличить ресурс транзисторов и серводвигателя

Мой читатель и подписчик группы СамЭлектрик.ру Андрей Алтухов поделился своей схемой, которая позволяет избежать перегрева транзисторов и увеличить ресурс двигателя за счет того, что стабилизатор не реагирует на небольшие (2-3 В) изменения входного напряжения. Схема и описание приводится “как есть”, кто повторит доработку – пишите в комментариях!

Вот, что пишет Андрей:

В комментариях предлагали варианты как сберечь плату и электродвигатель от преждевременного выхода из строя. После того, как дважды за 2 года сдох моторчик сервопривода от перегрева щёток и почернела плата управления в районе силовых транзисторов решил углубиться в вопрос. Побаловался с коэффициентами усиления операционника, покрутил туда-сюда, но всё равно линейный режим работы никуда не делся.

Думал решить быстренько вопрос установкой стабилитрона или диода на худой конец, но уровни напряжений слишком малы, чтобы хоть как-то разгуляться. Соорудить нечто с зоной нечувствительности на транзисторах тоже можно, но это всё грандиозная лепнина на плате. В голове роились идеи вставить второй операционник и включить в разрыв цепи управления.

И тут отец, заглянув через плечо, на схеме обнаружил абсолютно незадействованный (по крайней мере в однофазной версии) операционный усилитель, уже распаянный на плате на ногах 12, 13, 14 с выходом на контакт 4XT2, который просто висит в воздухе. А дальше были прикидки коэффициентов усиления, обратной связи. В итоге родилась вот такая схема. (картинка на основе взятой из статьи).

Пороговым элементом служат два встречно-параллельно включенных диода. резисторы R101 и R102 регулируют обратную связь и дают в итоге ширину зоны нечувствительности. Я остановился на номиналах 10k и 2.2k что дает нечувствительность примерно 3V по сети переменного тока. Как только напряжение в сети изменяется на большее значение, открывается один из диодов и на электромотор подается не плавно нарастающее, а сразу порогом, позволяя двигателю сразу сделать шаг. Кроме того, потребовалась коррекция выходного напряжения подстроечником, чтобы выставить выходное напряжение. Ну и вторым файлом прикладываю, как выглядит печатная плата после доработки.

Да, в оригинальной схеме вместо мотора подключал маленькую лампочку и вольтметр. Напряжение плавно нарастает в любую из сторон.
В моей схеме двигатель включается, когда уже есть более серьёзное отклонение напряжения.
При этом если напряжение резко скакнуло в любую из сторон, никаких задержек в срабатывании не будет.

Доработка влияет на точность, но в реальной жизни это не играет особой роли. Напряжение на выходе в моём случае имеет право гулять +- 3 вольта от выставленного номинала. Это неизбежная расплата за меньшую нервозность сервопривода.
Можно увеличить коэффициент усиления первого операционника (на схеме синий текст) и получить +- 1.5 вольта.

Есть ещё момент. Все опыты проводились на стабилизаторе, в котором моторчик был заменен на более дорогую версию с графитовыми щётками. Как будет крутиться со штатным моторчиком проверить не удалось.

 

Фото и схема новых плат на электромеханическую Ресанту

Вопрос от читателя.

Хотел спросить у Вас в каком направлении мне копать , что проверить . У меня стабилизатор Ресанта 15 кВт 3 фазы .

При включении загоняет два автотрансформатора в крайние положения из за высокого напряжения и только один работает нормально при перестановке плат управления выяснил что проблема в них.
Рабочей платой проверил все автотрансформаторы. Что может на плате дать такое поведение .? Ремонтопригодны эти платы?

Фото и вопрос отсюда.

 

Видео по ремонту

Ниже привожу видео, в котором описывается принцип работы, проверка и ремонт электромеханического стабилизатора своими руками.

 

Скачать файлы

Как и обещал – инструкция на стабилизатор и документация на транзисторы. Как обычно, у меня всё скачивается свободно и без ограничений.

• Инструкция на Ресанты ACH-3000/3...ACH-150000/3 / Трехфазные электромеханические стабилизаторы переменного тока Ресанта. Техническое описание, паспорт и инструкция по эксплуатации., pdf, 386.75 kB, скачан: 5377 раз./

• TIP41_TIP42_datasheet / Техническое описание транзисторов для стабилизаторов Ресанта, pdf, 252.13 kB, скачан: 4606 раз./