Dr Frankenstein Project – stanowisko energetyczne (1)

Masz dosyć zasilania byle czym i byle jak testowanych urządzeń, pracujących pod napięciem sieci 230 V? Drażni Cię kłębowisko kabli i bylejakość łączonych naprędce żarówek, chroniących badany sprzęt? Czy zawsze chciałeś mieć autotransformator lub transformator bezpieczeństwa? Jeśli tak, ten artykuł jest dla Ciebie!

To jest pierwsza część obszernego artykułu przedstawiającego realizację warsztatowego stanowiska energetycznego, przeznaczonego do pracowni elektronika. Elektronika, który ma w pracowni mnóstwo urządzeń zasilanych z sieci, ale także przeprowadza rozmaite eksperymenty z układami i urządzeniami dołączonymi wprost do sieci energetycznej.

Czym jest tablica warsztatowa i skąd taki pomysł?

Od dobrych dwudziestu lat chodziła za mną myśl, aby uporządkować kwestie podłączania do sieci 230 V zarówno budowanych przeze mnie urządzeń, jak i posiadanego sprzętu warsztatowego (choć ambitniej brzmiałoby „laboratoryjnego”).

Ponieważ w najbliższym czasie będę przeprowadzał się do nowego domu, gdzie po raz pierwszy w życiu udało mi się wygospodarować pomieszczenie przeznaczone tylko i wyłącznie na własną pracownię, uznałem, że jest to idealny moment, by wyposażyć ją w zamontowane na stałe, umocowane na ścianie nad blatem warsztatowym, stanowisko energetyczne. Pamiętam, że podobne rozwiązania widywałem w pracowniach fizycznych szkół, do których uczęszczałem. Jako że edukację szkolną zakończyłem w ubiegłym wieku, stanowiska jakie pamiętam, były wykonane w duchu minionej epoki: płyty czołowe z tekstolitu, wielkie mierniki wychyłowe, porcelanowe bezpieczniki topikowe, rozłączniki dźwigniowe – wszystko tyleż solidne, co toporne.
Ale miało swój urok! Nadawało szkolnej sali wygląd laboratorium, wspomnianego niedawno przez Piotra Góreckiego, doktora Frankensteina i przede wszystkim – niezawodnie działało.

Postanowiłem zaprojektować coś mniejszego, bardziej nowoczesnego, ale z zachowaniem kilku elementów nostalgicznych, a na własny użytek ochrzciłem całość nazwą „Dr Frankenstein Project” 🙂

Paradoksalnie, w sensowności projektu utwierdziła mnie historia związana bezpośrednio z jego konstrukcją. Eksperymentując z jednym z użytych w nim, zasilanym bezpośrednio z sieci modułów, używałem najpowszechniejszej techniki lutowania w pająku, płytki stykowej (tak, wiem, płytka stykowa pracująca pod napięciem sieci to zły pomysł i nie należy tego robić) oraz zwykłego kabla z wtyczką, wkładanej po omacku do listwy „wszystko zasilającej” przykręconej pod biurkiem. Każda manipulacja na układzie wymagająca odłączenia zasilania, sprowadzała się do wyciągnięcia i ponownego wetknięcia wtyczki do przedłużacza (tak, niech pierwszy bez winy rzuci kamieniem).

Za którymś razem stwierdziłem, że najwyraźniej popsuła mi się stacja lutownicza, bo nie mogę przylutować jakiegoś elementu. Już po sekundzie, z pewnym przerażeniem odkryłem, że stacja nie działa dlatego, że nie jest zasilana. Pomyliłem podobne do siebie wtyczki: lutownicę odłączyłem od sieci, zasilany układ przez cały czas był do niej podłączony, a ja dłubałem w nim, siedząc z bosymi stopami opartymi o podłogę.

Opisywane urządzenie pozwala radykalnie ograniczyć ryzyko takich potencjalnie katastrofalnych pomyłek, ale jego możliwości są znacznie, znacznie większe. Dla pełnej funkcjonalności wymaga podłączenia do sieci trójfazowej, ale w razie jej braku można zastosować zasilanie jednofazowe, tracąc w zasadzie tylko jedną z kilku funkcji. Zawiera cztery odrębne tory zasilające o maksymalnej wydajności prądowej 3×16 A (łącznie dla wszystkich torów), przy czym są one skonfigurowane następująco:

• Tor 1. Służy do podłączania urządzeń wymagających zasilania dwu- lub trzyfazowego 230/400 V. Jest ze wszystkich najprostszy, bo składa się tylko z wyłącznika nadprądowego 3×16 A oraz gniazda siłowego 3×16 A, zamontowanego na boku obudowy.

• Tor 2. Służy do zasilania sprzętu laboratoryjnego i warsztatowego. Zawiera wyłącznik nadprądowy 16 A, filtr przeciwprzepięciowy / EMI z optyczną sygnalizacją stanu, a zakończony jest czterema standardowymi gniazdami szynowymi z uziemieniem.

• Tor 3. Jest to kompaktowy zasilacz warsztatowy DC, o budowie opartej na fabrycznych modułach. Umożliwia uzyskanie napięcia stałego w zakresie 0–48 V i prądu w zakresie 0–8 A (pod warunkiem nieprzekroczenia mocy 200 W)

• Tor 4. Jest sercem całego stanowiska i służy do kontrolowanego zasilania budowanych i serwisowanych urządzeń. Umożliwia separację galwaniczną od sieci, płynną regulację napięcia przemiennego przy użyciu autotransformatora (wariaka) w zakresie 0–280 V, płynne, regulowane elektronicznie ograniczenie prądu w zakresie około 0,5–10 A z możliwością zmiany charakterystyki reakcji (szybki / wolny) oraz załączenie szeregowego obciążenia zabezpieczającego w postaci żarówek, z możliwością wyboru ich mocy (40/60/100 W). Wszystkie te funkcje można wygodnie aktywować przełącznikami. Tor ten umożliwia pobór prądu nieprzekraczający 10 A, natomiast załączenie funkcji separacji / regulacji napięcia ogranicza go automatycznie do 2,5 A (chwilowo do 3 A). Zakończony jest standardowym gniazdem tablicowym oraz dodatkowo zespołem izolowanych gniazd laboratoryjnych. Napięcie i prąd kontrolowane są wychyłowymi miernikami analogowymi, natomiast od strony wejścia zabezpieczony jest blokiem ochrony przeciwprzepięciowej i filtrem EMI, identycznym, jak zastosowany w torze drugim.

Całość tablicy załączana jest do sieci domowej obrotowym rozłącznikiem separacyjnym, wyposażona jest też w fabryczny woltomierz trójfazowy na szynie DIN. Nie przewidziałem osobnego wyłącznika różnicowoprądowego, ponieważ dedykowany temu urządzeniu RCD został zainstalowany na głównej tablicy rozdzielczej budynku.

Kilka istotnych uwag i ograniczeń.

Nie spodziewam się, by szczególnie liczne grono Czytelników chciało wykonać opisane urządzenie, zrobiłem je bowiem w odpowiedzi na swoje własne potrzeby, w dodatku nieco na wyrost. Mam jednak nadzieję, że zarówno sama koncepcja budowy, jak i wykorzystane moduły, będą inspiracją do innych projektów, także tych radykalnie mniejszych i prostszych. W każdym jednak przypadku trzeba wziąć pod uwagę kilka czynników, z których najważniejsze jest bezpieczeństwo. Ten projekt zdecydowanie nie jest dla początkujących!!!

Nawet średnio zaawansowani elektronicy, o ile nie mieli wcześniej do czynienia ze specyfiką instalacji elektroenergetycznych, powinni podejść do zadania z należnym respektem.

Mamy tu do czynienia nie tylko z groźnym napięciem sieci, ale z jeszcze groźniejszym napięciem międzyfazowym 400 V. Drobne błędy mogą zakończyć się prawdziwą katastrofą – począwszy od zadziałania zabezpieczeń nawet poza budynkiem i kłopotliwego odcięcia zasilania, poprzez uszkodzenie podłączonych do niego urządzeń, aż do pożaru i śmiertelnego porażenia prądem włącznie.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w sierpniowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 8/2025). Pełną wersję czasopisma znajdziesz pod tym linkiem. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 8/2025 znajduje się tutaj.

Szymon Burian
sbu@op.pl

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć archiwalne numery ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.