Danas je nabavljen magnetski stabilizator mrežnog napona NUCLEOSTABIL talijanskog proizvođača Nucleotecnica (NT) vjerojatno iz 1960-tih godina. O proizvođaču Nucleotecnica nismo pronašli nikakve podatke, osim da je u 1960-tim godinama proizvodila dva modela komercijalnih radio prijemnika (s gramofonom).
Natpis “Stabilizzatore universale automatico” sugerira da se stabilizator može prilagoditi na više ulaznih napona (125, 160, 220 ili 270 V) što mu daje univerzalnu primjenu, a izlazni napon će uvijek biti automatski stabiliziran na 220 V ukoliko odabrani ulazni napon ne varira više od ±25%. Vidimo da su vrijednosti ulaznih napona odabrane tako da se međusobno povećavaju upravo za 25% pa bi ovaj stabilizator bio prikladan za stabilizaciju ulaznih napona u rasponu od cca 95-335V na 220V. Odabir ulaznog napona vrši se kratkospojnikom na zadnjoj strani kućišta stabilizatora pored izlazne priključnice stabiliziranog napona 220V.
Snaga trošila priključenih na ovaj stabilizator ne smije biti veća od 200 VA, dakle može pogoniti potrošače koji vuku do cca 1 A struje. Na natpisnoj pločici vidimo oznaku “FORMA D’ONDA CORRECTTA” što bi značilo da je izlazni valni oblik izmjeničnog napona blizak sinusoidi. Zašto je to važno naglasiti vidjeti ćemo u daljnjem opisu principa rada magnetskog stabilizatora mrežnog napona. Na kraju tu je oznaka modela T.V.U. Moguće da se radi o nekoj talijanskoj kratici za transformator za održavanje stalnog napona (kao npr. eng. CVT – Constant Voltage Transformer) no moguće je i da oznaka sugerira da je stabilizator predviđen za napajanje TV prijamnika. U vrijeme kad je elektrifikacijska mreža još bila u razvoju, nestabilnosti, dnevne fluktuacije i fiksne razlike mrežnih napona u kućanstvima bile su vrlo česta pojava. Ovo je posebno štetilo elektroničkim uređajima kao što su tadašnji cijevni televizori te je većina ovakvih stabilizatora i bila namijenjena i prilagođena njihovom napajanju.
Magnetski stabilizator izmjeničnog napona sastoji se od transformatora te od dodatnih induktiviteta i kapaciteta potrebnih za uobličavanje sinusnog izlaznog valnog oblika napona. Naime, znamo da kod transformatora inducirani napon na sekundaru prati ulazni napon na primaru. Ukoliko se poveća napon na primaru, povećati će se izmjenični magnetski tok kroz jezgru, te će se gotovo linearno povećati i inducirani napon na sekundaru, kao i obrnuto. To znači da ćemo uz sinusni oblik izmjeničnog napona na primaru dobiti i sinusni oblik izmjeničnog napona na sekundaru.
Međutim, ovo ne funkcionira do beskonačnosti. Ovo funkcionira tako dugo dok porast napona na primaru ne izazove toliko povećanje magnetskog toka da ga jezgra fizički više ne može prenijeti, odnosno kažemo da je jezgra transformatora došla u zasićenje. Od te točke zasićenja, koliko god dalje povećavali napon na primaru, napon na sekundaru se više gotovo neće mijenjati. To je razumljivo jer jezgra ne može proizvesti veći magnetski tok od onoga koji je ograničen samim njenim fizičkim svojstvima (dimenzijama i eventualno vrsti materijala) koliko god mi nakon te granice povećavali napon na primaru. Dok se kod normalnih transformatora izbjegava njegovo dovođenje do zasićenja, kod transformatora za stabilizaciju napona upravo ova pojava je ključna za njegov rad.
Transformator za stabilizaciju napona izračuna se tako da se najmanji ulazni napon (koji ulazi u stabilizaciju) transformira do nominalnog (za 25% to iznosi 165 V na 220 V) i tu je transformator već u točki zasićenja. Koliko god se sada napon na primaru mijenjao na više (u rasponu 166 – 275 V) transformator na sekundaru neće dati napon veći od 220 V jer mu je jezgra cijelo vrijeme zasićena. Presjek jezgre i broj namota moraju se dakle precizno izračunati i dimenzionirati za maksimalnu snagu koju želimo dobiti iz stabilizatora sa uračunatim gubicima nastalim u samom transformatoru. Također se ne smije pretjerivati sa povećanjem ulaznog napona nakon točke zasićenja jer povećanjem napona dolazi i do sve većeg zagrijavanja jezgre transformatora i time u konačnici do njegovog uništenja.
Za ublažavanje pojave zagrijavanja transformatora naponima zasićenja koristi se kondenzator na način da naponima (strujama) koji ulaze u zasićenje daje svoj kapacitivni reaktivni karakter. Međutim kondenzator ovdje ima dvojaku ulogu. Kada se njegova kapacitivna reaktancija izjednači sa induktivnom reaktancijom primarne zavojnice dolazi do tzv. ferorezonancije pri čemu napon kroz kondenzator postane viši od ulaznog, a samim time i struja kroz primarnu zavojnicu. Proporcionalno tome poveća se i magnetski tok i to toliko da se jezgra transformatora dovede u zasićenje. Uvažavajući ova dva efekta, kondenzator mora biti izračunat tako da s jedne strane omogući zasićenje jezgre (ne smije biti premali), a s druge strane mora u točno određenoj vrijednosti kompenzirati induktivnu reaktanciju i time spriječiti pretjerano zagrijavanje jezgre (ne smije biti preveliki).
Osnovni problem kod ovakve stabilizacije je oblik izlaznog napona. Naime, ulazni izmjenični napon iz mreže je sinusoidnog oblika i takav oblik napona želimo i na izlazu. Međutim, vjerno se transformira samo dio sinusoide ispod točke zasićenja (ispod 165V) dok su veći amplitudni vrhovi napona, odnosno oni koji dovode transformator u zasićenje “odrezani” što je i razumljivo jer se naponi iznad 165V ne transformiraju. Stoga se na izlazu dobije sinusoida sa odrezanim vrhovima, dakle nešto sličnije pravokutnom naponu nego sinusoidi koji uz to sadrži i čitav niz viših harmonika. Kad u konačnici ulaznoj sinusoidi odrežemo vrhove, pribrojimo više harmonike i dodamo naponske pikove i druge smetnje koje se generiraju u radu ovakvog transformatora izlazni valni oblik izgledati će otprilike ovako:
Kako bi se takav valni oblik više ubličio sinusnom valnom obliku, u seriju sa sekundarnim namotajem dodaje se još jedan, tzv. kompenzacijski namotaj. Također, na istu jezgru se može dodati još jedan namotaj sa paralelno spojenim kondenzatorom koji djeluje kao titrajni krug podešen na frekvenciju ulaznog napona (50 Hz). Ovim rezonantnim LC krugom se blokiraju (filtriraju) frekvencije viših harmonika pa se izlazni valni oblik još više približi sinusoidi. Ovaj namotaj se zove namotaj za neutralizaciju ili rezonantni namotaj. Za još bolju stabilizaciju ponekad se serijski sekundarnom izlazu dodaje i prigušnica.
Što dublje zalazimo u problematiku magnetskih stabilizatora napona stvari se sve više usložnjavaju i prelaze okvire ove objave. Na kraju ćemo dati samo neke osnovne sheme spajanja namota transformatora i kondenzatora unutar magnetskih stabilizatora (od više mogućih kombinacija) kako bismo kod rastavljanja i proučavanja istih mogli barem načelno zaključiti način rada istih. Naše sheme uključuju kombinacije do četiri namota, no magnetski stabilizatori mogu imati i više od osam namota i prigušnica kako bi se na izlazu dobio što pravilniji i što stabilniji izlazni napon, a svi uključuju rezonantne LC krugove na primarnoj ili sekundarnoj strani koji filtriraju harmonike i ulaze u ferorezonanciju za dovođenje jezgre transformatora u zasićenje.
Prva dvije sheme prikazuje osnovnu opisanu verziju magnetskog stabilizatora bez dodatnih namotaja na sekundarnoj strani za popravljanje izlaznog valnog oblika napona i koji rade na principu ferorezonancije i zasićenosti jezgre transformatora. Otpornik koji je vezan paralelno kondenzatoru u prvoj shemi služi za njegovo pražnjenje kad se stabilizator isključi iz mreže tako da se kod ponovnog uključivanja ne bi zbrojili napon mreže i napon nabijenog kondenzatora. Na drugoj shemi kondenzator je vezan u seriju sa posebnim induktivitetom sa jezgrom za postizanje ferorezonancije. Ostale sheme prikazuju tipične spojeve kada su dodani jedan ili više namota za filtriranje valnog oblika izlaznog napona. U praksi gotovo svi magnetski stabilizatori napona imaju ugrađene ove dodatne namote, a osnovna verzija se koristi samo kada valni oblik napona nije kritičan ili kada se njegovo filtriranje vrši nekim vanjskim filtrima.
Sve sheme koje smo ovdje nacrtali uključuju transformator sa galvanski odvojenim primarom od sekundara, no vrlo često se kod TV stabilizatora koristi autotransformator umjesto transfromatora. Takve sheme su opisane primjerice u objavama Magnetski stabilizator napona TEVESTA EI i Magnetski stabilizator napona STABILOVOLT.
Kod našeg stabilizatora napona cijeli transformator zalijan je u neku crnu izolacijsku smolu tako da ne možemo vidjeti ništa drugo osim kondenzatora umotanog u papir sa nekim simpatičnim logom lude ili jokera. Jednako kao ni proizvođaču Nucleotecnica, tako ni ovom logu nismo uspjeli ući u trag. Moguće da se radi o nekim manjim talijanskim proizvođačima koji se nisu dugo zadržali na tržištu.
Potreba za ovakvim transformatorima za stabilizaciju napona u današnje je vrijeme sve manja, a isti se ne može izravno iskoristiti za neku drugu namjenu, najviše zbog toga jer je dizajniran za ulazak u zasićenje već na niskom mrežnom naponu. No, lijepo vintage kućište može izvrsno poslužiti za ugradnju nekog drugog elektroničkog sklopa, posebice npr. nekog punjača ili bilo kakvog drugog izvora napajanja koji uvijek dobro dođe u našoj elektroničkoj radionici 🙂