Leistungsstarker Spannungsstabilisator in Eigenbau: Schaltpläne und Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Montage

Die Herstellung selbstgebauter Spannungsstabilisatoren ist eine recht gängige Praxis. Allerdings werden überwiegend stabilisierende elektronische Schaltungen entwickelt, die für relativ geringe Ausgangsspannungen (5-36 Volt) und relativ niedrige Leistungen ausgelegt sind. Die Geräte werden in Haushaltsgeräten eingesetzt, mehr nicht.

Wir zeigen Ihnen, wie Sie einen leistungsstarken Spannungsstabilisator selbst bauen können. Der von uns vorgestellte Artikel beschreibt den Herstellungsprozess eines Geräts für den Betrieb mit einer Netzspannung von 220 Volt. Mit unseren Tipps werden Sie die Montage problemlos selbst bewältigen.

Stabilisierung der Hausnetzspannung

Das Bestreben, eine stabilisierte Spannung im Haushaltsnetz zu gewährleisten, ist ein offensichtliches Phänomen. Ein solcher Ansatz sichert den Erhalt der betriebenen Geräte, die oft teuer und im Haushalt ständig notwendig sind. Und insgesamt ist der Stabilisierungsfaktor ein Garant für erhöhte Betriebssicherheit elektrischer Netze.

Für Haushaltszwecke wird meistens ein Stabilisator für den Gaskessel erworben, dessen Automatik einen Anschluss an die Stromversorgung benötigt, sowie für den Kühlschrank, Pumpenausrüstung, Split-Klimaanlagen und ähnliche Verbraucher.

Die industrielle Konstruktion eines Netzspannungsstabilisators ist problemlos auf dem Markt erhältlich; die Auswahl ist riesig, aber es bleibt immer die Möglichkeit, eine eigene Konstruktion zu bauen.

Eine solche Aufgabe kann auf verschiedene Weise gelöst werden, die einfachste davon ist der Kauf eines leistungsstarken, industriell gefertigten Spannungsstabilisators.

Angebote für Spannungsstabilisatoren gibt es auf dem kommerziellen Markt in Hülle und Fülle. Allerdings sind die Kaufmöglichkeiten nicht selten durch die Gerätekosten oder andere Aspekte eingeschränkt. Daher wird der Zusammenbau eines Spannungsstabilisators aus verfügbaren elektronischen Komponenten zur Alternative zum Kauf.

Unter der Voraussetzung, dass Sie über entsprechende Fähigkeiten und Kenntnisse in der Elektroinstallation, der Elektrotechnik (Elektronik), der Schaltungsverdrahtung und der Löttechnik verfügen, können Sie einen selbst gebauten Spannungsstabilisator realisieren und erfolgreich in der Praxis einsetzen. Es gibt solche Beispiele.

So etwa könnte die Stabilisierungsausrüstung aussehen, die Sie selbst aus verfügbaren und preiswerten Radiobauteilen hergestellt haben. Fahrwerk und Gehäuse können von einem alten Industriegehäuse (z. B. von einem Oszilloskop) übernommen werden.

Schaltungslösungen zur Stabilisierung des 220-V-Stromnetzes

Betrachtet man mögliche Schaltungslösungen zur Spannungsstabilisierung unter Berücksichtigung einer relativ hohen Leistung (mindestens 1-2 kW), sollte man die Vielfalt der Technologien beachten.

Es gibt mehrere Schaltungslösungen, die die technologischen Fähigkeiten der Geräte bestimmen:

• ferroresonante;
• servogetriebene;
• elektronische Stabilisatoren;
• Wechselrichter-.

Welche Variante Sie wählen, hängt von Ihren Vorlieben, den verfügbaren Baumaterialien und Ihren Fertigkeiten im Umgang mit elektrotechnischen Geräten ab.

Variante #1 – Ferroresonanzschaltung

Für die Eigenanfertigung scheint der erste Punkt der Liste die einfachste Schaltungsvariante zu sein – die ferroresonante Schaltung. Sie arbeitet mit dem Effekt der magnetischen Resonanz.

Strukturschaltung eines einfachen, auf Drosselspulen basierenden Stabilisators: 1 – erstes Drosselelement; 2 – zweites Drosselelement; 3 – Kondensator; 4 – Eingangsspannungsseite; 5 – Ausgangsspannungsseite

Die Konstruktion eines ausreichend leistungsstarken ferroresonanten Stabilisators kann mit nur drei Elementen aufgebaut werden:

1. Drossel 1.
2. Drossel 2.
3. Kondensator.

Allerdings bringt diese Einfachheit eine Reihe von Unannehmlichkeiten mit sich. Die nach dem ferroresonanten Prinzip aufgebaute Konstruktion eines leistungsstarken Stabilisators fällt massiv, sperrig und schwer aus.

Variante #2 – Spartransformator oder Servoantrieb

Im Wesentlichen handelt es sich um eine Schaltung, bei der das Prinzip eines Autotransformators verwendet wird. Die Spannungstransformation erfolgt automatisch durch die Steuerung eines Rheostaten, dessen Schleifer von einem Servoantrieb bewegt wird.

Der Servoantrieb wiederum wird durch ein Signal gesteuert, das beispielsweise von einem Spannungsniveausensor stammt.

Prinzipschaltung des servogetriebenen Geräts, dessen Zusammenbau die Herstellung eines leistungsstarken Spannungsstabilisators für Zuhause oder den Garten ermöglicht. Diese Variante gilt jedoch technologisch als veraltet.

Nach einem ähnlichen Funktionsprinzip arbeitet ein Relaistyp-Gerät, mit dem einzigen Unterschied, dass das Übersetzungsverhältnis bei Bedarf durch Zu- oder Abschalten entsprechender Wicklungen mittels Relais geändert wird.

Derartige Schaltungen sehen technisch bereits komplexer aus, bieten aber dennoch keine ausreichende Linearität der Spannungsänderung. Ein Relais- oder Servogerät kann von Hand zusammengebaut werden. Es ist jedoch sinnvoller, die elektronische Variante zu wählen. Der Aufwand an Kraft und Kosten ist praktisch gleich.

Variante #3 – elektronische Schaltung

Der Bau eines leistungsstarken Stabilisators nach einer elektronischen Steuerschaltung wird bei einem breiten Sortiment an elektronischen Bauteilen im Handel durchaus möglich. In der Regel werden solche Schaltungen aus elektronischen Komponenten wie Triacs (Thyristoren, Transistoren) aufgebaut.

Es wurde auch eine ganze Reihe von Spannungsstabilisatorschaltungen entwickelt, bei denen Leistungs-MOSFETs als Schalter eingesetzt werden.

Blockschaltbild des elektronischen Stabilisierungsmoduls: 1 – Eingangsklemmen des Geräts; 2 – Triac-Steuereinheit für die Transformatorwicklungen; 3 – Mikroprozessoreinheit; 4 – Ausgangsklemmen für den Lastanschluss

Einen leistungsstarken Apparat mit vollständiger elektronischer Steuerung von einem Laien herzustellen, ist recht schwierig. Besser ist es, ein fertiges Gerät zu kaufen. In dieser Angelegenheit kommt man ohne Erfahrung und Kenntnisse im Bereich der Elektrotechnik nicht aus.

Diese Variante für die Eigenproduktion in Betracht zu ziehen ist sinnvoll, wenn man den starken Wunsch hat, einen Stabilisator zu bauen, und über fundierte Erfahrung als Elektroniker verfügt. Im Folgenden betrachten wir eine Konstruktion in elektronischer Ausführung, die für die eigene Herstellung geeignet ist.

Detaillierte Montageanleitungen

Die für die Eigenfertigung betrachtete Schaltung ist eher eine Hybridvariante, da sie die Verwendung eines Leistungstransformators zusammen mit Elektronik vorsieht. In diesem Fall wird ein Transformator verwendet, wie er in älteren Fernsehmodellen eingebaut war.

Etwa ein solcher Leistungstransformator wird für den Bau einer selbstgebauten Stabilisatorkonstruktion benötigt. Allerdings ist die Auswahl anderer Varianten oder eine eigene Wicklung nicht ausgeschlossen.

Allerdings wurden in Fernsehgeräten in der Regel Transformatoren des Typs TS-180 verbaut, während für den Stabilisator mindestens ein TS-320 erforderlich ist, um eine Ausgangsleistung von bis zu 2 kW zu gewährleisten.

Schritt #1 – Herstellung des Stabilisatorgehäuses

Für die Herstellung des Gerätegehäuses eignet sich jede geeignete Box auf Basis eines Isoliermaterials – Kunststoff, Pertinax usw. Das Hauptkriterium ist ausreichend Platz für die Unterbringung des Leistungstransformators, der elektronischen Platine und anderer Komponenten.

Auch ein Gehäuse aus plattenförmigem Glasfaserlaminat ist zulässig, wobei die einzelnen Platten mit Winkeln oder auf andere Weise verbunden werden.

Es ist zulässig, ein Gehäuse von einem beliebigen elektronischen Gerät auszuwählen, das zur Unterbringung aller Arbeitskomponenten der Schaltung des selbstgebauten Stabilisators geeignet ist. Das Gehäuse kann auch selbst gebaut werden, zum Beispiel aus Fiberglasplatten.

Das Stabilisatorgehäuse muss mit Schlitzen für die Montage des Schalters, der Ein- und Ausgangsschnittstellen sowie anderer in der Schaltung vorgesehener Zubehörteile als Steuer- oder Schaltelemente ausgestattet werden.

Für das hergestellte Gehäuse wird eine Grundplatte benötigt, auf der die elektronische Platine platziert und der Transformator befestigt wird. Die Platte kann aus Aluminium gefertigt werden, jedoch sollten Isolatoren für die Befestigung der elektronischen Platine vorgesehen werden.

Schritt #2 – Herstellung der Leiterplatte

Hier muss zunächst ein Layout für die Platzierung und Verbindung aller elektronischen Bauteile gemäß dem Schaltplan entworfen werden, mit Ausnahme des Transformators. Anschließend wird nach dem Layout ein Blatt kupferkaschierter Leiterplatte markiert und die erstellte Leiterbahn auf die Kupferseite gezeichnet (gedruckt).

Anschließend wird die Platine mit einer entsprechenden Lösung geätzt (das Ätzverfahren sollte Elektronikern bekannt sein).

Die Leiterplatte des Stabilisators kann mit durchaus zugänglichen Methoden direkt zu Hause hergestellt werden. Dazu müssen eine Schablone und ein Satz Ätzmittel für die kupferkaschierte Leiterplatte vorbereitet werden.

Das auf diese Weise erhaltene gedruckte Leiterbild wird gereinigt, verzinnt und alle elektronischen Bauteile der Schaltung werden montiert und anschließend gelötet. So erfolgt die Herstellung der elektronischen Platine eines leistungsstarken Spannungsstabilisators.

Im Prinzip kann man auch externe Dienstleistungen für das Ätzen von Leiterplatten in Anspruch nehmen. Dieser Service ist preislich durchaus akzeptabel, und die Qualität der hergestellten Leiterplatte ist wesentlich höher als bei der Heimversion.

Schritt #3 – Montage des Spannungsstabilisators

Die mit elektronischen Bauteilen bestückte Platine wird für die externe Verdrahtung vorbereitet. Insbesondere werden von der Platine externe Verbindungsleitungen (Leiter) zu anderen Elementen geführt – Transformator, Schalter, Schnittstellen usw.

Auf die Grundplatte des Gehäuses wird der Transformator montiert, die Stromkreise der elektronischen Platine werden mit dem Transformator verbunden und die Platine wird auf den Isolatoren befestigt.

Beispiel eines selbstgebauten Spannungsstabilisators vom Relaistyp, der zu Hause hergestellt und in das Gehäuse eines unbrauchbar gewordenen industriellen Messgeräts eingebaut wurde.

Es bleibt nur noch, die externen, am Gehäuse montierten Elemente an die Schaltung anzuschließen, den Leistungstransistor auf einem Kühlkörper zu montieren und anschließend die zusammengebaute elektronische Konstruktion mit dem Gehäuse zu verschließen. Der Spannungsstabilisator ist fertig. Nun kann die Einstellung mit anschließenden Tests beginnen.

Funktionsprinzip und Test des Eigenbaus

Das Steuerelement der elektronischen Stabilisierungsschaltung ist ein leistungsstarker Feldeffekttransistor vom Typ IRF840. Die zu verarbeitende Spannung (220-250 V) durchläuft die Primärwicklung des Leistungstransformators, wird durch den Diodenbrückengleichrichter VD1 gleichgerichtet und gelangt zum Drain des Transistors IRF840. Die Source desselben Bauteils ist mit dem Minuspol der Diodenbrücke verbunden.

Schaltplan eines leistungsstarken Stabilisierungsblocks (bis zu 2 kW), auf dessen Basis mehrere Geräte zusammengebaut und erfolgreich eingesetzt wurden. Die Schaltung zeigte ein optimales Stabilisierungsniveau bei der angegebenen Last, jedoch nicht darüber hinaus.

Der Teil der Schaltung, der eine der beiden Sekundärwicklungen des Transformators umfasst, wird durch den Diodengleichrichter (VD2), das Potentiometer (R5) und andere Elemente des elektronischen Reglers gebildet. In diesem Schaltungsteil wird ein Steuersignal erzeugt, das an das Gate des Feldeffekttransistors IRF840 gelangt.

Im Falle eines Anstiegs der Versorgungsspannung wird durch das Steuersignal die Gate-Spannung des Feldeffekttransistors verringert, was zum Sperren des Schalttransistors führt. Folglich wird auf den Lastanschlussklemmen (XT3, XT4) ein möglicher Spannungsanstieg begrenzt. Bei einem Abfall der Netzspannung arbeitet die Schaltung entsprechend umgekehrt.

Die Einstellung des Geräts ist nicht besonders kompliziert. Hierfür wird eine gewöhnliche Glühlampe (200-250 W) benötigt, die an die Ausgangsklemmen des Geräts (X3, X4) angeschlossen werden muss. Anschließend wird durch Drehen des Potentiometers (R5) die Spannung an den genannten Klemmen auf einen Wert von 220-225 Volt eingestellt.

Der Stabilisator wird ausgeschaltet, die Glühlampe wird abgeklemmt und das Gerät wird mit voller Last (nicht über 2 kW) eingeschaltet.

Nach 15–20 Minuten Betrieb wird das Gerät erneut ausgeschaltet und die Temperatur des Kühlkörpers des Leistungstransistors (IRF840) überprüft. Wenn die Erwärmung des Kühlkörpers erheblich ist (mehr als 75 °C), sollte ein leistungsfähigerer Kühlkörper gewählt werden.

Wenn Ihnen der Herstellungsprozess des Stabilisators zu komplex und aus praktischer Sicht zu irrational erscheint, können Sie ohne große Probleme ein Gerät in Werksausführung finden und erwerben. Die Regeln und Kriterien für die Auswahl eines 220-V-Stabilisators sind in dem von uns empfohlenen Artikel aufgeführt.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Im folgenden Video wird eine mögliche Bauform eines selbst gebauten Stabilisators vorgestellt.

Grundsätzlich kann man sich diese Variante eines selbst gebauten Stabilisierungsgeräts merken:

Der Zusammenbau eines Blocks zur Stabilisierung der Netzspannung mit eigenen Händen ist möglich. Dies wird durch zahlreiche Beispiele bestätigt, bei denen Funkamateure mit geringer Erfahrung eine Elektronikschaltung erfolgreich entwickeln (oder eine vorhandene anwenden), vorbereiten und zusammenbauen.

Schwierigkeiten bei der Beschaffung von Bauteilen für den Bau eines selbst gebauten Stabilisators werden in der Regel nicht festgestellt. Die Herstellungskosten sind gering und amortisieren sich auf natürliche Weise, sobald der Stabilisator in Betrieb genommen wird.

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