Устройство для безопасной проверки приборов. Гальваническая развязка

05.03.15   mixa145   38 587   28   В этой статье я расскажу о том, как из старого ИБП (точнее из двух) буквально на коленке сделать простую гальваническую развязку от сети 220 V.Надеюсь, ни для кого не является секретом, для чего нужна гальваническая развязка с сетью. Многие наверняка знают один из самых простых способов взорвать полсхемы заземлённым осциллографом. Поэтому о развязке я всерьёз задумался именно после приобретения осциллографа. В самом простом случае развязка выглядит, как трансформатор с коэффициентом трансформации 1:1. Поэтому изначально была идея взять какой-нибудь ТС-270 и перемотать. Но заниматься перемоткой не хотелось, да и лишнего трансформатора достаточной мощности под рукой не было. Но как-то на работе попался под руку старый ИБП. Примерно вот такой: И тут пришла в голову идея сделать развязку на «перевёртышах», т.е. когда два идентичных трансформатора включаются зеркально: Естественно, чем больше напряжение на выходе трансформаторов, тем меньше тока течёт и тем лучше, но выбирать не приходилось и я использовал принцип «как есть». Решено было использовать корпус ИБП и трансформатор, который там уже установлен. У китайцев был заказан простенький вольтметр для контроля наличия напряжения на выходе: После того, как второй трансформатор был найден и закреплён, оставалось лишь все соединить. Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа!В итоге имеем конечную схему, по которой соединяем трансформаторы: Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа!И получаем примерно такую картину: Сначала я выбросил родную плату, но, как оказалось, корпус сильно теряет жёсткость и пришлось вернуть её на место, предварительно выпаяв все детали: Потом я врезал вольтметр: Вторичную обмотку на 18 В я использовал для питания подсветки штатного выключателя. В качестве входного предохранителя использовал штатный многоразовый предохранитель ИБП, а для защиты выхода врезал обычный держатель предохранителя.И, вуаля! Наша развязка в работе: При подключении на выход лампы накаливания на 100 Вт напряжение на выходе просаживается примерно на 7 Вольт, что для меня более чем удовлетворительно.По факту этот блок здорово помогает мне и даже не столько при пользовании осциллографом, сколько при ремонте импульсных БП и других устройств, гальванически связанных с сетью.Спасибо за внимание! Всем удачи!

Камрад, смотри полезняхи!

Михаил (mixa145)БелгородСписок всех статейПрофиль mixa145О себе автор ничего не сообщил.

Читательское голосование

Статью одобрили 163 читателя.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.

Поделись с друзьями!

Связанные материалы

Как намотать трансформатор. А.Н. Подъяпольский… Как намотать трансформатор. А.Н. Подъяпольский. Типография Госэнергоиздата. Москва, 1953г. При… Дискретный регулятор напряжения от 0 до 220 Вольт с 8-битной точностью… Понадобился как-то мне регулятор переменного напряжения 220В для проведения измерений параметров… RMS-вольтметр на микроконтроллере ATMEGA8… Срочно понадобился RMS вольтметр. Облепил контроллер схемой. Решил сделать блок питания… Усилитель TL082 + UTC2030 с виртуальной массой… Идея приготовить самодельный усилитель из того, что имеется под рукой родилась неожиданно, когда… Лабораторный блок питания «Belarus 3A30» с защитой и коммутацией обмоток (0-30 V, 3 А)… Здравствуйте друзья. Позвольте представить вашему вниманию мой первый лабораторный блок питания. У… Инвертор 12V > 220V для автомобиля… Попалась интересная и простая схемка преобразователя 12 В в 220 В на забугорных ресурсах. Обещают… Моддинг ламповых конструкций или как заставить лампы светиться…. Как известно, лампы это не только приятный теплый звук, но также и необычные формы самих ламп, а… Трансформаторный преобразователь напряжения «230/120» на ТС-180-2… Для питания приборов, купленных в США, обычно недостаточно приобрести адаптер вилки питания…. Клей на девелопере для скрепления половинок ПЛ-железа трансформаторов ТС, ТСА… Хочу рассказать про интересный способ изготовления клея, необходимого для скрепления половинок… Регулируемый стабилизатор напряжения с регулируемым ограничением выходного тока… Простенькая относительно схемка, со средними параметрами, на основe транзисторoв с большим… Диодно-тиристорный выпрямитель со схемой управления для сварочного аппарата… Мною давно изготовлен сварочный аппарат на базе трансформатора на кольцевом сердечнике от… Стабилизатор напряжения сети 1,8 кВт на PIC12F675… В последнее время мощности бытовых нагрузок возросли: появились фены, обогреватели, утюги, СВЧ печи…

Общаемся по статье 💬

Гальваническая развязка от сети 220 V из старого бесперебойника

Комментарии, вопросы, ответы, дополнения, отзывы

Гальваническая развязка для осциллографа. И не только …

Оборудование / Электроинструмент, электрика и онлайн калькуляторы / Блоки питания, гальванические развязки, трансформаторы … / Гальваническая развязка для осциллографа. И не только …

Приобретя современный осциллограф, сразу появилось множество интересных задач по измерениям. Изначально, ещё года три назад, хотелось протестировать бензогенератор и посмотреть, что там с синусоидой, и сравнить её с формой сигнала домашней сети. В то время у нас был советский осциллограф С1-55. Но лезть осциллографом в сеть, и просто так проверять нельзя, так как корпус прибора соединён с землёй. Значит, измерения необходимо проводить через гальваническую развязку. Иначе может быть беда. В лучшем случае, из негативных последний, что-нибудь сгорит, в худшем — шарахнет (и этот результат сложно предсказуем, можно и «ласты» склеить). Сейчас у нас осциллограф другой, намного современнее. Возможно, вышеуказанные измерения данный прибор предусматривает и без гальванической развязки, но рисковать ни им, ни собой не хочется. Так вот, чтобы обезопасить себя, осциллограф и подопытные устройства в будущем, мы займёмся изготовлением гальванической развязки.

Да начала немного теории. Гальваническая развязка это передача энергии и сигналов без электрического контакта между цепями. Основная цель гальванической развязки это защита оборудования и людей от поражения электрическим током. Бывает несколько видов гальванической развязки:

• Трансформаторные;
• Оптические: оптопары, оптоволокно, солнечные батареи;
• Радио: приемники, передатчики;
• Звуковые: громкоговоритель, микрофон;
• Ёмкостные: через конденсатор любой ёмкости;
• Механические: мотор-генератор, реле.

В данной статье мы рассмотрим изготовление развязки трансформаторного вида, его ещё называют индуктивный. Это самый надёжный и простой способ решить вопрос развязкой по питанию, так как первичная и вторичная обмотки электрически изолированы друг от друга. То есть между ними нет контакта по которому мог бы пройти электрический ток (если только это не аварийный трансформатор, где присутствует пробой изоляции и имеется межвитковое замыкание). Передача электроэнергии осуществляется только при помощи индукции. Рассмотрим какими же достоинствами и недостатками обладает данный вариант исполнения гальванической развязки.

Достоинства:

• Гарантированное электрическое изолирование от сети электропитания при сохранении передачи энергии и сигналов.
• Простота изготовления. В случае необходимости, что для радиолюбителя, что для профессионала не возникнет ни каких сложностей при создании подобного устройства.
• Как гальваническая развязка она выполняет свои функции на все сто процентов.
• Конструкция имеет достаточно надёжное исполнение и при правильной эксплуатации очень долгий срок службы.

Что из недостатков стоит отметить, и насколько они для нашей задачи будут именно недостатками:

• Масса-габаритные характеристики. Если гальваническую развязку не предполагается таскать с собой, то этим параметром можно смело пренебречь.
• Трансформаторная развязка может работать только с переменным напряжением. Да, это именно так, и с этим не поспоришь. В нашем случае это то, что надо. Поэтому для нас это не принципиально.
• Качество и форма сигнала с выхода передаётся на вход. Тут тоже для нашего случая можно найти положительный момент. Развязав гальванически сеть и измерительную часть прибора, мы можем безопасно выполнять измерения промышленной электросети. Данный момент подробно разберём ниже или в другой статье.

Теперь перейдем к вариантам изготовления трансформаторной гальванической развязки. Покупку готового трансформатора или устройства намеренно не рассматриваем, так как это до банальности просто. Первый вариант изготовления. В зависимости от требуемой мощности гальванической развязки, подбираем соответствующий трансформатор. Для самоуспокоения, что мощности будет достаточно, рассчитываем параметры магнитопровода трансформатора. Расчёт можно выполнить при помощи онлайн калькулятора, перейдя по ссылке: Расчет трансформатора с броневым магнитопроводом. После рассчитываем количество витков в первичной и во вторичной обмотках. В этом же калькуляторе это с лёгкостью можно сделать. Далее наматываем обе обмотки. И в завершении, если требуется, оформляем устройство в корпус.

Второй вариант изготовления чуть проще, берётся готовый трансформатор. При помощи того же калькулятора выполняем расчёт вторичной обмотки для отдачи напряжения 220 вольт. Так же, здесь рассчитываем габаритную мощность магнитопровода. Если расчёт удовлетворяет, то удаляем вторичную обмотку и наматываем новую. В этом случае рекомендую намотать количество витков вторичной обмотки процентов на пять — восемь больше расчётного. Это на случай погрешности при вычислениях. Если что, лишнее можно будет отматать. После корректировки напряжения во вторичные обмотки, цель можно считать достигнутой.

Третий вариант изготовления гальванической развязки будет самый простой. Ничего мотать и рассчитывать (за исключением габаритной мощности) не придётся. О нём здесь расскажем в подробностях по ходу изготовления этого устройства. Для начала нам потребуется два совершенно одинаковых трансформатора. Принцип построения устройства заключается в том, что оба трансформатора включаются друг на встречу другу вторичными обмотками. Эта схема в кругах радиолюбителей именуется как перевертыши.

Трансформаторы мы добудем из блоков питания от какого-то телекоммуникационного оборудования.

Вскрываем корпуса. Один из них будет корпусом нашего устройства. Внутри блока питания кроме самого трансформатора больше ничего нет. 

Замеряем габаритные характеристики магнитопровода и выполняем расчёт габаритной мощности. Мощности в этих трансформаторах достаточно, каждый может отдать 150 ватт.

Теперь демонтируем все детали и элементы. Параллельно прикидываем как лучше разместить два трансформатора в одном корпусе.

Если разместить два трансформатора на одной плоскости, то это будет неправильным решением, так как в нижних частях передней и задней панелей не получится установить разъёмы и органы управления прибором. Поэтому решено один из трансформаторов закрепить вверх ногами. Для этого вырезаем две планки и подготавливаем места для сварки.

Далее приступаем к разработке функционала устройства. Отсюда будут формироваться его передняя и задняя панели. Составляем схему устройства. 

Схема готова, теперь займёмся изготовлением передней и задней панелей. Передняя панель будет сделана из отдельного элемента, который в последствии установим на прибор. В задней — сделаем два отверстия для предохранителей и ещё выточим одно прямоугольное, для установки выходного сетевого разъёма. Процесс изготовления элемента передней панели и примерка её компонентов.

Разметка передней панели.

Для охлаждения устройства с боку крышки корпуса предусмотрим большое отверстие, которое закроем специальной решёткой от вентилятора блока питания компьютера.

Вентиляционное отверстие готово. Далее в основании корпуса с передней части мы полностью вырезали металл. Оставив только маленькие уголки, за которые будет крепиться новая передняя панель. После этого мы принялись за изготовление самой передней панели.

Примеряем детали корпуса друг к другу.

Переднюю панель будем крепить при помощи четырёх втяжных заклёпок.

Вид с обратной стороны корпуса.

Как и полагается, все детали красим.

Настал момент сборки.

На заднюю панель установлены сетевые разъёмы и предохранители.

В одном месте, где крепиться трансформатор винтом, зачищаем краску для хорошего контакта с массой корпуса.

Далее вставляем в отверстия винты для крепления первого трансформатора и готовим к монтажу резиновые ножки.

Ножки устройства наклеены.

Теперь готовим к монтажу переднюю панель.

Прикладываем элемент панели к корпусу и вставляем заклёпки.

После монтажа элемента передней панели в неё устанавливаем выключатели и разъёмы.

Далее приступаем к доработке и установке китайских индикаторов. Их планируем установить два. Верхний будет показывать напряжение на выходе гальванической развязки, он будет большим. А нижний будет показывать напряжение на выходе вторичной обмотки первого трансформатора. Этот индикатор будет маленький. Для нашей конструкции применены окошки от больших дисплеев, они здесь более гармонично смотрятся. В связи с этим индикатор из оригинального корпуса нужно извлечь и установить в новое окошко.

Теперь готовим к сборке и установке нижний дисплей.

Органы управления, разъёмы и дисплеи установлены.

Далее устанавливаем первый трансформатор и осуществляем монтаж проводников от сетевого разъёма до первичной обмотки.

Следующим шагом устанавливаем второй трансформатор и монтируем цепи выходного сегмента гальванической развязки.

Для защиты вторичных обмоток необходимо предусмотреть предохранители. Для этого пришлось сделать печатную плату. Здесь будем использовать автомобильный тип предохранителей. В качестве их держателей, в плату впаяны автомобильные коннекторы.

Теперь нужно подключить нижний индикатор. Поскольку найти вольтметр переменного напряжения на малые значения не удалось, то решено было использовать вольтметр для измерения постоянно напряжения, только включив его через диодный мост.

Но не тут-то было. На этом этапе, при создании нашего устройства начались приключения. Китайский вольтметр постоянного напряжения при подключении его к диодному мосту почему-то напрочь отказывался работать. Он попросту не включался. Сложилось впечатление что вольтметр неисправен. Мы подключили его к лабораторному блоку питания, там он работает. Подключили его обратно к диодному мосту — не работает. Потом задумались, а вдруг он реагирует на то, что питание не совсем чистое и параллельно подпаяли конденсатор. Вольтметр заработал, но снова какая-то мистика. Он показывает завышенное напряжение. Должно быть 18 вольт, а он показывает 23 — 24 вольта. В общем, было еще несколько экспериментов, которые убили вольтметр. Создание устройства прервалось на месяц. Пришлось ждать, когда из китая приедет новый вольтметр. На этот раз я заказал модификацию большего размера. По габаритам ровно такой же, как и вольтметр переменного напряжения. Что самое интересное, и этот вольтметр вел себя точно так же как тот маленький. Он отказывался работать без конденсатора и также врёт на несколько вольт. Показывает больше чем в действительности. Что делать в этом случае мы так и не поняли. На этом эксперименты с подключением вольтметра прекратили, оставив разрешение данного вопроса на неопределенный срок. Пока это совсем не принципиально, главное, что он показывает наличие напряжения на клеммах и этого уже вполне достаточно. Если кто-то сталкивался с подобной ситуацией, напишите нам в чём проблема и как её разрешить?

Собрав окончательно схему и включив прибор возник неподдельный интерес, а какой течёт ток во вторичной обмотке первого трансформатора? Благо дело автомобильные коннекторы позволяют быстро извлечь предохранитель и вместо него установить щупы мультиметра.

Ток во вторичной обмотке составляет 2,7 ампера. Что не так уж и мало.

Теперь проведём замеры выходного напряжения гальванической развязки. Параллельно сравним показания индикатора прибора и мультиметра.

А теперь сравним, что показывает вольтметр, подключённый через диодный мост.

На этом можно работы завершать. Устройство почти готово.

Осталось в крышку корпуса установить декоративную решётку. Её будем крепить при помощи втяжных заклёпок.

Решётка установлена.

Готовим крепёж крышки корпуса.

Всё! Прибор собран!

В завершении этой части статьи подключим осциллограф через гальваническую развязку. Работает. Измерения мы проведём в следующей части. Также будет ещё доработка по части измерения напряжения вторичной обмотки первого трансформатора.

И ещё один момент. Вес гальванической развязки составил 7 кг 930 г. И это без кабеля питания.

Комментарии

АвторизацияDon’t have an account? Sign UpПодписаться на рассылку о публикациях новых статейtoozpickЭлектроника / ПриспособленияДобавлено 2 комментария Приветствую, Самоделкины!Если вы занимаетесь ремонтом или проектированием различной электроники, то устройство, которое мы рассмотрим в этой статье, вам просто необходимо.Автором данного проекта является Роман (YouTube канал «Open Frime TV»). История создания данного прибора началась еще давно, когда автор только начал изучать блоки питания. Для наглядности работы автору пришлось купить себе вот такой USB осциллограф, и с помощью него смотреть на процессы, протекающие в схеме.Но тут есть один важный момент, который был упущен, а именно, гальваническая развязка с сетью. И в итоге автор благополучно спалил свой осциллограф плюс все задние USB порты компьютера и все то, что к ним было подключено. В общем урон был весьма впечатлительный.После этого происшествия, Роман начал разбираться из-за чего же произошел такой трабл. Как выяснилось, все дело оказалось в общей земле. У компьютера и устройства они оказались общими, и когда автор ткнулся в высоковольтную часть схемы, произошел пробой через эту зловещую землю.

В итоге пришлось покупать новый осциллограф, что сильно ударило по бюджету. Теперь же автор решил показать, как изготовить такой вот нехитрый прибор, который поможет всем радиолюбителям избежать такой же неудачи. И так, что же подразумевает собой гальваническая развязка? Это обыкновенный сетевой трансформатор с коэффициентом трансформации один к одному (1:1).Таким образом мы получаем на выходе те же 220В, но уже никак не связанные с сетью.И еще один большой плюс такой штуки: если нечаянно дотронуться до оголенных проводов, то вас не убьет.С этим разобрались, но где же взять нужный трансформатор? Для этих целей отлично подходят трансформаторы от старых телевизоров, они имеют достаточно большие габариты, а иногда даже обмотки с нужным нам соотношением 1:1. Вот, к примеру, на местной барахолке автор нашел такой трансформатор ТСА-270-1.Данный трансформатор был купил считай за бесценок, но его выходная обмотка оказалось недостаточно мощной. Ее ток составлял всего 0,32А, а это, как вы понимаете, маловато для наших целей.Тогда было принято решение перемотать трансформатор. Специально для этой цели автором был даже куплен вот такой провод:Казалось бы, все готово к намотке, но в связи с некоторыми обстоятельствами этот процесс затянулся, и как ни странно это спасло автора от бесполезной работы. Сейчас узнаете почему. Спустя некоторое время после старта проекта, автор искал в сарае какие-то вещи и наткнулся на коробку с трансформатором.Он был похож на ТСА, но по размерам немного меньше, а это плюс, так как на нем будет удобнее делать. Но это оказалось еще не все. Загуглив автор понял, что его высоковольтная обмотка мощнее, чем у ТСА и может выдать ток под 1А. Так это вообще шикарно, ненужно даже ничего перематывать. Вот на этом трансформаторе, марка которого ТС-250-2П, и будет построена наша гальваническая развязка.В первую очередь нам необходимо отключить все провода и убрать ненужные части, которые увеличивают в размерах сам трансформатор. После чего, произведя необходимые замеры, был заказан вот такой пластиковый короб, в который наш трансформатор помещался идеально.Но помимо самого трансформатора было решено установить сюда еще одну полезную функцию, а именно, включение нагрузки через лампочку. Это очень удобно, допустим, если производить первое включение устройства, так как в случае короткого замыкания лампочка ограничит ток и ничего не сгорит.Так как место в корпусе сильно ограничено, то будем использовать вот такую миниатюрную лампу, которая рассчитана на напряжение 220В, мощностью 60Вт.Теперь давайте займемся подготовкой корпуса. На нем необходимо закрепить розетку, а также переключатель, который позволит подключить или отключить лампу накаливания.Делается это элементарно, даже не будем останавливаться на этом. Так же необходимо добавить еще отверстие под предохранитель, но его сделаем чуть позже. Теперь займемся подготовкой трансформатора. В интернете находим документацию, из нее видно, что сетевое напряжение необходимо подавать на контакты 1 и 1′.А контакты 2 и 2’ необходимо замкнуть между собой.Как видите, тут нет ничего сложного. Переходим к вторичной обмотке. Их тут несколько, но как видим чисто обмотки на 220В нет. Жаль конечно, но ничего, будем выкручиваться. Ниже можем видеть, как автор проверяет напряжение на своем трансформаторе.Они в принципе соответствуют документации. Дальше рассуждаем таким путем: нам необходимо подключить все обмотки последовательно. На каркасе трансформатора, чтобы не запутаться, автор написал слово «штрих».Теперь берем, допустим, обмотку 4 и 4’ и подключаем ее к основной обмотке 5 и 5’. Теперь съем напряжения будет происходить с выводов 5 и 4’. Дальше к ним добавляем еще одну обмотку 6 и 6’, так же последовательно. И теперь съем уже происходит с выводов 5 и 6’.Соединяем это все в железе и смотрим сколько вольт у нас получилось.Как видим, мультиметр показывает напряжение около 210В, а этого более чем достаточно. А специально для тех, кто не понял схемы подключения, автор подготовил наглядный рисунок, исходя из которого данную схему сможет собрать даже ребенок.Как видим, на рисунке указаны и предохранитель с лампой, и переключатель, в общем полный фарш. А сейчас пришло время установить все в корпус.Детали подошли впритирочку, но главное, что все поместилось. На этом сборка завершена, но это еще не все. У USB осциллографов, стандартным щупом с делителем 1:10 можно смотреть только низкое напряжение.А для того, чтобы безопасно лезть в горячую часть схемы, нужно прикупить вот такой щуп с делителем на 100. Да, стоит он не дешево, но зато спасает от выгорания более дорогого осциллографа. Предел измерений с таким щупом значительно расширяется.Ну и в заключении можно провести тесты только что собранного нами устройства. Для этого нам понадобится любая самоделка. Автор будет использовать блок питания, который сейчас разрабатывает.Включаем его в сеть и спокойно становимся на затвор транзистора, не опасаясь при этом каких-нибудь подводных камней.На экране можем видеть наши импульсы. Как видим, все четко. В общем, устройство реально стоит повторять, тем более, если вы собираетесь в дальнейшем заниматься электроникой.При этом не обязательно брать такой же трансформатор, как у автора, есть много подобных моделей, но люди, не знающие их ценности, отдают практически даром.На крайний случай можно взять 2 трансформатора, у которых одинаковые выходные обмотки и соединить их по низкой стороне вот таким образом:Результат будет тот же. На этом пора заканчивать. Благодарю за внимание. До новых встреч!Видео: Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь. Используемые источники:

• https://datagor.ru/practice/power/2721-galvanicheskaya-razvyazka-iz-starogo-ibp.html
• https://automotogarage.ru/equipment/electrical/power_supply/galvanic_isolation/
• https://usamodelkina.ru/13500-ustrojstvo-dlja-bezopasnoj-proverki-priborov-galvanicheskaja-razvjazka.html