Regulační autotransformátor je výborná věc, sice trochu těžká, ale zato vám dodá dost ampérů při napětích nastavitelných v rozmezí 0 až asi 260 V, po krocích mezizávitového napětí asi 1 V. Pro bezpečnější bastlení ovšem potřebujete další transformátor, oddělovací, asi stejně velký a těžký jako regulační. Dva velké transformátory na stole, to je opravdu hodně, a jak se říká: čeho je moc, toho je příliš. A tak vznikla myšlenka spojit obě funkce a zhotovit binární regulační transformátor – v pracovní zkratce „Baret“.
Na úvod
Většina návodů na Žirafovinách patří do kategorie „víkendových“ projektů. To znamená, že začnete pracovat v pátek odpoledne a v neděli se už můžete těšit ze svého díla. Dokonce se stihnete i trochu vyspat! V předstihu si však musíte sehnat všechny potřebné součásti a nástroje, aby potom práce šla hezky od ruky. V případě tohoto projektu musíte počítat zhruba s měsíční lhůtou pro dodání materiálu.
Návod není myšlen nějak závazně, spíš jen jako námět na užitečné zařízení, který si můžete volně přizpůsobit. Děláte ho přece pro sebe a tak nejlépe víte, co potřebujete. UPOZORNĚNÍ: Tento projekt není složitý, vyžaduje však elektrotechnickou kvalifikaci aspoň na závěrečné posouzení finálního provedení výrobku. Pokud nemáte potřebnou kvalifikaci, předložte ho osobě znalé elektrotechnických předpisů ještě před jeho prvním zapojením na síť!
Koncepční řešení
Realizace je poměrně snadná, stačí mít oddělovací transformátor se sekundárními vinutími 1 V, 2 V, 4 V, 8 V, 16 V, 32 V, 64 V a 128 V, a potom už jen pomocí přepínačů jednotlivé výstupy kombinovat podle potřeby v rozsahu 0 V až 255 V po krocích 1 V. Následující schéma objasňuje vše:
Obr.1 - Schéma zapojení
Tak jednoduché to je. Když porovnáme toto schéma s funkcí autotransformátoru, zjistíme – mimo funkce elektrického oddělení obvodů – jeden podstatný rozdíl. Přes magnetický obvod jádra autotransformátoru nebývá nutné přenášet celý výkon, část proudu teče přes společnou část vinutí přímo do zátěže. Například pro výstupní napětí 230 V by nebylo vlastně potřebné žádné jádro, kontakt sběrače leží přímo na fázovém přívodu. A pro napětí nepříliš rozdílná od fázového se transformuje jen výkon úměrný tomu rozdílu. Pokud se však odebírá výkon při malém nastaveném napětí, autotransformátor doplácí na fakt, že pro všechna výstupní napětí má sekundární část vinutí stále stejný průřez vodiče, a tak při malém napětí nemůže dodat tak velký proud, jaký by odpovídal nominálnímu výkonu.
Nic na světě však není ideální, dokonce ani Baret. Zde si můžeme dovolit pro každé vinutí jiný průměr vodiče a tak poskytnout velký výkon i při malém výstupním napětí. Bohužel, plocha průřezu mědi pro všechna vinutí je omezena oknem v jádru, a tak se nedá každé samostatné vinutí dimenzovat na plný výstupní výkon a poskytnout plnou variabilitu používání, tolik drátu se do okna prostě nevejde. Musíme zvolit kompromis, velikost jádra zvolit podle požadovaného příkonu a rozdělení výstupního výkonu na jednotlivá vinutí podle předpokládaného hlavního používání.
Obr.2 - Takto tedy Baret vypadá ve skutečnosti
Tělesnou schránkou Baretu je elektroinstalační krabice SCAME o rozměrech 240x190x90 mm, která je právě vhodná pro rozmístění všeho potřebného okolo toroidního transformátoru s příkonem 400 VA. Páčkové přepínače jsou poměrně robustní, jsou dimenzovány na proud 10 A. Tato velikost proudu je k dispozici jen u nižších napětí, ale kvůli jednotnému vzhledu jsou použity všude. Vhodné by byly i kolébkové typy, ale nenašel jsem dodavatele pro funkci 2x přepínací kontakt, navíc by bylo zhotovení obdélníkových otvorů daleko pracnější než prosté vrtání. Výstupní svorky jsou zdvojeny, aby bylo možné pohotově připojit třeba voltmetr. Teploměr je víceméně na okrasu, zdrojem oteplení je především průchod proudu vinutím, a některá vinutí zabírají jen malý segment jádra od teploměru vzdálený. A transformátor má značnou tepelnou setrvačnost, takže na nějaké operativní ovládání podle teploty nemůže být ani pomyšlení. Ale vypadá tam zajímavě, ne?
Schéma zapojení ukazuje, že pokud vinutí není zařazeno do výstupního napětí, je od ostatních obvodů izolováno a může být použito samostatně. I když to možná nebude často potřebné (jestli vůbec někdy), počítal jsem s touto možností a každé vinutí má na boku skříňky svou dvojici zdířek a tak může být připojeno k jiným obvodům, buď samotně nebo v sérii s dalšími volnými vinutími. Dost to ale komplikuje vnitřní propojování, tak si musí případný zájemce o stavbu rozmyslet, jestli mu to stojí za to trápení.
Transformátor
Srdcem celé konstrukce je toroidní transformátor. Ten je nejnákladnější položkou našeho projektu, současně však nejdůležitější. Zde nemá smysl pokoušet se o úsporu a vlastní výrobu, profesionálním výrobkem získáme záruku bezpečného provedení a vynaložené prostředky jsou účelnější prevencí než placení úrazového pojištění možných následků, zvlášť když použivatelem bude mladý člověk.
Výrobou toroidních transformátorů se zabývá vícero firem, a najít je na internetu není problém. Dopředu si však musíte připravit požadavky, jaké má dodavatel splnit.
Provedení transformátoru: toroidní, oddělovací, stíněné
Primár transformátoru: 230 V, 400 VA
Sekundár transformátoru:
Já jsem pro první prototyp zvolil parametry sekundárních vinutí z levého sloupce :
| 1 V, 10 A (10 VA) | 1 V, 5 A (5 VA) | | 2 V, 10 A (20 VA) | 2 V, 5 A (10 VA) | | 4 V, 10 A (40 VA) | 4 V, 5 A (20 VA) | | 8 V, 5 A (40 VA) | 8 V, 5 A (40 VA) | | 16 V, 4 A (64 VA) | 16 V, 5 A (80 VA) | | 32 V, 2 A (64 VA) | 32 V, 5 A (160 VA) | | 64 V, 1 A (64 VA) | 64 V, 1 A (64 VA) |
| 128 V, 0,4 A (51 VA) | 128 V, 1 A (128 VA) | | Spolu: 353 VA | Spolu: 507 VA |
V pravém sloupci je tedy překročen maximální výkon použitého jádra a výrobce se bude zdráhat ho vyrobit bez toho, abyste neomezili maximum současně odebíraného výstupního výkonu například na 70% toho celkového součtu. Já takto plánuji zhotovit další kus. Vy se můžete rozhodnout už teď, a i jinak (třeba i bez vinutí 128 V a 64 V).
Postup výroby
 Co ještě potřebujeme:
Není toho nějak moc:
- po 1 ks svorkovnice 2,5 mm²/6 A a 4 mm²/10 A,
- síťovou vidlici do panelu,
- pojistkové pouzdro s trubičkovou pojistkou T 2A,
- kolébkový síťový vypínač,
- 1 m chemlonového pásu šířky 25 mm,
- 8 ks dvojpólových přepínačů 10 A,
- 2 ks přístrojové svorky,
- 2 (nebo 18 ) ks zdířek 4 mm,
- 3ks vratových šroubů M5 x 30 s maticemi a podložkami,
- 4 ks přístrojové nožičky,
- propojovací vodiče,
- teplem smrštitelné bužírky,
- různé zamačkávací dutinky, kolíky, vidličky a očka, stahovací pásky pro úpravu drátových
svazků (nejsou zobrazeny).
- volitelně teploměr do 150°C.
 Výroba skříňky:
Měření a kreslení přímo na povrch krabice znamená i nebezpečí poškození vzhledové plochy. A tak je vhodné připravit si náčrt pomocí vhodného CAD programu (v mém případě DipTrace) a následně vytisknout na samolepící list určený pro malé školáky. Ten pozorně nalepíme na víko krabice a sundáme ho po dokončení všech otvorů. Je-li papír nalepen delší dobu, drží opravdu dobře a nedá se jednoduše sejmout. V takovém případě ho necháme rozmočit ve vodě, stáhneme co se dá a zbytky sežmouláme prstem. Zkontrolujeme otvory a případně upravíme. Víko opatříme popisem pomocí šablony 10 mm a permanentního popisovače 0,5 mm. Červená hranice oddělující napětí 64 V a 128 V upozorňuje, že se pohybujeme už za mezí bezpečného napětí (50 V), a tak může být dvojbodový dotyk živých obvodů životu nebezpečný!
 Úprava prostoru pro transformátor:
Toroidní transformátor bude umístěn v dolním levém rohu krabice, přichycen pomocí chemlonových pásů ke trojici vratových šroubů M5 x 30. Na stěnách krabice jsou vyztužovací žebírka, a dvě z nich kolidují s budoucím umístěním transformátoru. Zbavíme se jich jednoduše tak, že ostře nabroušeným plochým dlátkem tato žebra opatrně odsekáme.
 Spodní část svrchu:
Krabici je nutné opatřit sítí ventilačních otvorů. Jestli máte náhodou doma zbytky stavebnice Merkur, použijte dírkované destičky jako šablonu pro naznačení středů vrtaných otvorů. Pokud ne, pomůžete si jiným způsobem, třeba čtverečkovaným papírem. Otvory pro boční zdířky (pokud je chcete mít) uděláte opět tiskem na samolepící folii. Ventilační otvory jsou o průměru 8 mm, pro zdířky si změříte ty, které máte k dispozici.
 Spodní část zespodu:
Ventilační otvory uděláme i na horní bočnici, a připravíme také otvory pro pojistkové pouzdro a síťovou panelovou vidlici. Pro upevnění transformátoru vyvrtáme na příslušných místech otvory Φ 5 mm a šrouby do nich po jednom vložíme na doraz čtyřhranu, a posléze nahřátím hlavy šroubu pájkovacím nástrojem (50 W bohatě stačí) a stálým tlakem zatlačíme šroub do dna až po hlavičku. Výstupek dna v místech hlav šroubů předem odsekneme. A přišroubujeme gumové nožičky, dokud je všude dobrý přístup.
 Příprava přepínače:
Jestli budete mít stejný nebo podobný typ přepínače jako na obrázku, bude problém dostat se ke všem šroubkům po zamontování přepínačů do víka krabice. Je tedy lepší si část postupu udělat předem na samostatných přepínačích – propojit drátem ve stylu smyčky S dva krajní vývody, a na střední upevnit zamačkávací očka, do kterých později vložíme propojovací U-smyčky a zapájíme. Tím propojíme po namontování sousední přepínače.
 Sestava přepínačů:
Obrázek snad hovoří jasně. Na přepínače namontujeme přívody ke svorkovnicím s dostatečnou rezervou. Jednu barvu izolace si zvolíme jako začátek vinutí, druhou jako konec, a poctivě dodržíme stejné pořadí u všech přepínačů. Zapojíme i svorky a zdířky umístěné na víku krabice.
 Umístění a připojení transformátoru:
Transformátor umístíme tak, aby levá horní část skřínky byla k dispozici jen obvodům spojeným se sítí. Pokud se rozhodneme pro teploměr, pomocí stahovacího pásku si přichytíme kousek teplotní izolace, například určené pro topenářské potrubí. Dále si z popruhu oddělíme dvě délky asi 30 cm (oddělí se teplem, nejlépe pistolovou páječkou, tam nemusíme potom čistit hrot, stačí vyhodit). Na každém popruhu přehneme konec asi na délce 15 mm a do středu této dvojvrstvy páječkou uděláme otvor pro šroub. Oba popruhy nasadíme na střední šroub, přiložíme podložku a nasadíme matici, utáhneme asi do polovičky. Potom popruh přeložíme přes trafo, přehneme konec tak, aby se záhyb dosáhl dno krabice vedle šroubu, povytáhneme, páječkou vyrobíme díru a přebytečnou délku odstraníme. Teď nasadíme popruh na boční šroub, dáme podložku, matici a popruhy dotáhneme. Boční šrouby jsou dost špatně přístupné, možná se to nepovede na první pokus. Na dotáhnutí je vhodný trubkový klíč 8 mm nebo Gola nástavec této velikosti. Transformátor si můžete objednat i s montážní sadou pro centrální šroub a tak si montáž značně zjednodušit. O něco horší bude potom chlazení transformátoru.
Pokud jsme se rozhodli pro použití zdířek pro individuální vinutí, připájíme k ním vodiče s délkovou rezervou a vedeme je směrem ke svorkovnicím. I zde dbáme na barevné rozlišení polarity pro každou řadu zdířek. Transformátor opatříme svorkovnicemi, dbáme na to, aby vodič byl do svorkovnice zasunut do polovičky její hloubky a v této poloze dotahujeme šroubek. Vinutí s malým napětím dáváme na tu s větším dovoleným proudem, zatím se s orientací vinutí netrápíme, na vývodech to není poznat. Z druhé strany svorkovnic připojíme pomocí zamačkávacích kolíků vodiče od přepínačů, ohmmetrem kontrolujeme, jestli připojujeme správné přepínače, a dbáme na střídání barev začátků a konců. Máme-li použité zdířky, vkládáme do otvoru kolíku svinuté oba konce – od přepínače i od zdířky. Kolíky je vhodné štípacími kleštěmi zkrátit na délku, která sahá asi do poloviny hloubky svorky.
Připojíme síťovou část z vidlice na krajní kontakty vypínače, jeden spoj oklikou přes pojistkový držák. Primární vinutí transformátoru opatříme dutinkami a zapojíme za zbývající kontakty síťového vypínače. Na konce vývodů nasouváme kousky smrštitelné bužírky, které nakonec převlečeme na spoj a zafoukáme horkým vzduchem. Stínící vývod patří na ochranný kolík síťové vidlice.
Pokud neovládáte sami potřebné elektrotechnické předpisy, nastal čas přivolat kvalifikovaného odborníka, aby váš výrobek posoudil z hlediska bezpečnosti. Za chvíli bude totiž nutné zařízení zapnout.
Víko krabice provizorně přiložíme k spodní části, všechny přepínače dáme do nulové polohy, na výstup připojíme střídavý voltmetr, vložíme pojistku, síťovou šňůru a zapneme hlavní vypínač. Měl by teď svítit. Na voltmetru máme údaj 0 V. Zapněte nyní přepínač pro 16 V, voltmetr ukáže tuto hodnotu, možná s malou odchylkou. S tímto přepínačem už nehýbejte. Polaritu 16 V budeme brát jako referenční.
Zapněte výstup 1 V a sledujte, zda voltmetr stoupl na 17 V nebo klesl na 15 V. Jestli stoupl, polarita vinutí 1V je dobrá, poznačte si 1V=D, pokud klesl, poznačte si zlou polaritu, 1V=Z. Vypnete výstup 1 V. Toto opakujte pro každý další výstup mimo 16 V, a vždy si poznačte x=D, když se hodnota x přičetla k 16 V, anebo x=Z, když se odečetla. Nezapomeňte přepínače vracet, při každé zkoušce jsou přepnuty jen dva, 16 V a ten zkoušený.
Když jsou všechny výstupy zkontrolovány, vypněte síťový vypínač a odeberte síťový přívod!
Prohlídněte si záznamy. Pokud je špatných výstupů čtyři a méně, vývody jejich vinutí z transformátoru budeme muset ve svorkovnicích prohodit. Jestli je ale špatných výstupů pět a víc, necháme je tak a prohodíme vývody těch dobrých, a také referenčního vinutí 16 V. Po úpravě orientace vinutí pro jistotu vše znovu překontrolujeme už popsaným postupem.
Obr.11 - Poslední pohled před zavřením
Teď máme Baret prakticky hotov. Pokud máme úpravu pro teploměr, vložíme ho do otvoru (pozor na správnou orientaci displeje!) a zalepíme epoxidovým tmelem, prodávaným jakoby takový váleček plastelíny. Tavným lepidlem to nedrží, to mám vyzkoušené. Přívod k sondě přichytíme k sekundárnímu svazku a čidlo zasuneme pod tepelnou izolaci. Odběr teploměru je jen asi 10 μA, tak jsem pro napájení ponechal alkalický článek, měl by vydržet snad aspoň rok. Dalo by se vypůjčit napájení z vinutí 2 V, usměrnění a vyhlazení udělat na destičce vložené potom do prostoru R03 (AAA) článku, ale už se mi to nechtělo komplikovat.
Na závěr vytvarujeme vodiče sekundární strany co nejvíc vpravo a do hloubky a dbáme na to, aby se tam udržely i při zavírání víka. Vývody transformátoru jsou dostatečně tuhé na to, aby se při používání vodiče primární a sekundární strany k sobě nepřiblížily. Víko přišroubujeme a je hotovo!
Tak příjemné a bezpečné bastlení s Baretem!
|
