Сегодня рассмотрим перечень базовых неисправностей стабилизаторов напряжения различных типов с описанием причин возникновения и методов их ремонта. Ведь не каждая поломка стабилизатора напряжения требует сервисного ремонта, особенно по истечении гарантийного срока.
О внутреннем устройстве и типах стабилизаторов
Из всех разновидностей стабилизаторов напряжения можно выделить три наиболее распространённых топологии с довольно специфичными принципами преобразования. Среди них нельзя однозначно выделить самую надёжную, слишком многое зависит от характера питания и типа нагрузки, а также от добротности исполнения прибора. В нашем обзоре мы рассмотрим сервоприводные, релейные и полупроводниковые преобразователи, особенности их работы и типовые неисправности.
В сервоприводном стабилизаторе основным функциональным органом служит линейный трансформатор со множеством выводов средних точек вторичной, а иногда и первичной обмотки — от 10 до 40 в зависимости от класса точности. Концы выводов собраны в коллекторную гребёнку, по которой перемещается токосъёмная каретка. В зависимости от действующего напряжения по линии питания, стабилизатор поправляет положение каретки, регулируя тем самым число задействованных витков и, соответственно, коэффициент трансформации. На выходе схемы может осуществляться более тонкая подстройка напряжения, например с помощью интегральных полупроводниковых стабилизаторов.
Релейные трансформаторы устроены похожим образом. Число выводов трансформатора у них меньше, вместо плавного регулирования тонкость подстройки достигается рекомбинацией включенных в работу обмоток. За оперативное переключение отвечают силовые реле со сложной конфигурацией релейной группы. Как и в предыдущем случае, на выходе могут стоять дополнительные фильтры, стабилизаторы и устройства защиты, тем не менее, основную работу выполняют трансформатор и релейная сборка под аналоговым управлением.
В основе электронных стабилизаторов напряжения может лежать два принципа преобразования. Первый — переключение обмоток трансформатора, но уже с помощью симметричных тиристоров, а не реле. Второй принцип — преобразование тока в постоянный, его накопление в буферных ёмкостях (конденсаторах), а затем обратное преобразование в «переменку» с чистой синусоидой посредством встроенного генератора. Схема на первый взгляд кажется достаточно сложной, но зато так обеспечивается беспрецедентно высокая точность стабилизации и качественная защита линии.
Конечно, есть и другие схемы стабилизаторов, в том числе и гибридные, но по причине узкоспециализированного применения или архаичности их мы рассматривать не будем. Каждое из трёх наиболее распространённых семейств обладает так называемыми детскими болезнями или врождёнными недостатками техники. И поэтому важнейшая задача перед отправкой прибора в сервисный центр — установить, не является ли поломка причиной несоблюдения норм ухода или заурядной для этого вида стабилизатора неисправностью.
Типовые неисправности релейных приборов
Релейные стабилизаторы характеризуются оптимальным соотношением стоимости и надёжности. Основному износу подвергается релейная группа, а при частой или постоянной работе в режиме повышенной нагрузки — также и диэлектрическая изоляция трансформаторных обмоток.
Диагностировать реле как причину неисправности достаточно просто. Первым делом производится демонтаж компонентов с печатной платы, отличить их можно по компактному прямоугольному корпусу, иногда из прозрачного пластика, с числом выводов не менее шести. Чтобы определить назначение выводов и схему переключения можно обратиться к принципиальной электрической схеме или технической спецификации на конкретный тип реле согласно указанной на корпусе маркировки. Можно произвести пробное включение реле, для чего на контакты катушки подается рабочее напряжение, как правило, его указывают на корпусе изделия. Отсутствие щелчка при подключении — явный признак сгоревшей катушки или залипших контактов. Если щелчок слышен, но при прозвонке группы основных контактов не соблюдается схема их переключения, проблема, скорее всего, в механизме отброса и прижатия, либо в обугленных контактных площадках.
Значительная часть радиоэлектронных реле имеет разборный корпус и может подвергаться обслуживанию: восстановлению работы механизма, очистке контактных подушечек от нагара ластиком, иногда даже замене неисправной катушки. Однако лучшим решением будет всё же приобретение новых реле на замену вышедшим из строя согласно артикулу или расположению выводов.
Потеря диэлектрической прочности трансформатора вследствие перегрева сопровождается междувитковыми замыканиями и внешне наблюдается как потемнение или разрушение изоляции обмоток. Основной признак — существенное снижение сопротивления ниже паспортных норм. Поскольку большинство бюджетных стабилизаторов имеют одну цельную первичную обмотку и многовыводную вторичную, перемотка не вызывает особых сложностей. В каждом звене число витков небольшое, их можно аккуратно уложить даже без веретена или прочих намоточных приспособлений. Самое важное — точно соблюдать количество витков и направление укладки, а также верно определить исходное удельное сопротивление проводников, а не просто приобретать обмоточный провод по диаметру.
Другая разновидность неисправностей трансформатора — срабатывание полупроводникового термопредохранителя, который обычно включен в разрыв одной из обмоток. Для замены полупроводникового элемента достаточно уточнить его серию или основные параметры, чтобы подобрать аналог. Обычно термопредохранитель подключён последовательно с первым звеном вторичной обмотки, поэтому для доступа к нему придётся снять все наружные витки. Диагностируется проблема просто: между началом обмотки и первым отводом цепь не прозванивается, зато все остальные витки в полном порядке.
Поломки сервоприводных стабилизаторов
Основная причина поломок сервоприводных устройств очевидна: износ токосъёмного узла. Именно этот недостаток и входит в разряд детских болезней, которые не удается устранить в большинстве моделей бюджетной техники.
Существует два вида токосъёмных механизмов. При малых нагрузках с задачей переключения обмоток прекрасно справляются обычные подпружиненные щётки. Устройство полностью повторяет принцип работы коллекторных двигателей электроинструмента, разве что сам коллектор развёрнут из цилиндрического положения в плоскость. Второй тип токосъёмников имеет щёточный узел в виде ролика, за счёт чего снижается трение при движении, а значит, не происходит интенсивного износа ламелей. При этом скорость износа плиточных и роликовых щёток примерно сопоставима.
Недостаток роликового токосъёмника проистекает из его геометрии. Контактное пятно очень малое — только лишь линия касания цилиндрического ролика к плоскости. Правда, в наиболее технически совершенных моделях ламели имеют радиусные канавки, хотя такое решение не совсем оправдано: по мере износа графитового ролика площадь контакта неизбежно снижается. В зависимости от интенсивности эксплуатации, замена щёток требуется с периодичностью от 3 до 7 лет. Ситуация может усугубляться при наличии большого количества пыли и нагара — вплоть до замыкания нескольких обмоток или полной потери контакта.
Хотя сервоприводные стабилизаторы также подвержены работе в режиме перегрузки, их трансформатор изнашивается меньше. В отличие от релейных приборов, в которых при переключении регулярно происходят броски напряжения и тока, коллекторный узел проводит регулировку более плавно, из-за чего механическое действие тока выражено минимально. Лаковая изоляция обмоток по-прежнему иссыхает и становится хрупкой, но при этом не осыпается.
В основном же принцип работы сервоприводного стабилизатора предельно прозрачен. Если при включении присутствует индикация входного напряжения, но прибор не реагирует, неисправность кроется либо в самом приводе, либо в контрольно-измерительной цепи. В последнем случае неисправный элемент схемы легко обнаружить чисто визуально или прозвонкой. Если на выходе нет напряжения — неисправен трансформатор, если же не обеспечивается должная точность стабилизации — на лицо наличие междувиткового замыкания во вторичной обмотке, загрязнение коллектора, износ токосъёмных щеток или самих ламелей.
Характерные проблемы электронных устройств
Инверторные стабилизаторы считаются наименее ремонтопригодными в домашних условиях. Причин тому несколько, но первоочередная — необходимость специальных познаний в схемотехнике и, в частности, принципах работы импульсных источников питания. Не получится обойтись и без соответствующей материальной базы: паяльного оборудования с регулировкой температуры, а также измерительных приборов. Комплект средств диагностики выходит далеко за пределы обычного мультиметра, потребуется прибор с расширенным набором функций для измерения ёмкости, частоты и индуктивности, также желательно иметь в распоряжении простейший осциллограф.
Наиболее частой причиной сбоев в работе инверторных стабилизаторов можно назвать нарушение в работе тактового генератора. Необходимо, исходя из номинальной мощности прибора и параметров трансформатора, определить оптимальную рабочую частоту импульсного преобразователя, после чего сравнить её с реальными параметрами. Обычно сбой частоты служит следствием неисправности в опорном колебательном контуре, подключённым к соответствующим выводам ИС тактового генератора.
Полный отказ прибора возможен по ряду причин. Если встроенной системы диагностики не имеется или по её показаниям невозможно определить поломку, скорее всего причиной неисправности стал выход из строя полевых или IGBT ключей, что достаточно просто определить по внешнему виду корпуса. Другая характерная причина неисправностей — поломка встроенного источника питания цепей управления, эта часть схемы в наибольшей степени уязвима к колебаниям напряжения, особенно импульсным.
Не будет лишним сделать прозвонку всех цепей, их проводимость должна соответствовать принципиальной и электрической схемам прибора. Из наиболее уязвимых элементов можно назвать входной и выходной выпрямители, снабберные цепочки трансформатора (для подавления импульсных перенапряжений), а также корректор коэффициента мощности при наличии такового.
Общие рекомендации
Радиоэлектронные компоненты встречаются не только в инверторных стабилизаторах, они могут применяться в контрольно-измерительных цепях или устройствах индикации и самодиагностики. В основном это касается пассивных элементов и микросхем с низкой степенью интеграции: операционных усилителей, логических элементов, совмещённых транзисторов, стабилизаторов тока и напряжения. Выход из строя этих элементов наиболее часто можно определить чисто по внешним признакам: сгоревшие транзисторы и диоды имеют треснувший корпус, резисторы — следы подгара лакового покрытия, конденсаторы попросту раздувает. Поэтому пристальный внешний осмотр печатной платы — первый этап определения неисправности.
Если визуально причины поломки определить не удаётся, должна производиться последовательность контрольных замеров. Сначала проверяется проводимость и качество диэлектрической изоляции схемы в отключенном состоянии. После этого при подаче питания измеряются напряжения в ключевых точках: на клеммах подключения, после предохранителя, на фильтрах и стабилизаторах, обмотках трансформатора, основных узлах схемы управления. Если описанные методы диагностики не дают результата, лучше обратиться в сервисный центр, ведь даже простая поломка может быть весьма специфичной, при том, что любительских познаний в электротехнике и домашних условий для её устранения оказывается недостаточно.
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
