Типы и виды стабилизаторов напряжения в деталях. Гибридный стабилизатор напряжения принцип работы

Типы стабилизаторов напряжения — обзор

Категория: Поддержка по стабилизаторам напряжения Опубликовано 09.03.2015 20:07 Автор: Abramova Olesya

На сегодняшний день производится большое множество стабилизаторов напряжения самых разных типов и видов, которые предназначены для работы в сетях с нестабильным напряжением. Каждый вид стабилизаторов обладает уникальными и свойственными ему особенностями, которые обязательно следует учесть в процессе выбора. Ниже будут рассмотрены основные типы стабилизаторов напряжения.

Электронный тип – стабилизаторы этой категории не имеют механических составляющих, которые принимают участие в автоматической регулировке напряжения. Микропроцессор производит замер входного напряжения и контролирует полупроводниковые элементы, благодаря которым происходит управление автотрансформатором.Стабилизаторы напряжения электронного типа также могут называть «тиристорными» или «симисторными», в сущности, данные устройства не имеют кардинальных отличий и обладают одинаковыми свойствами.

Преимущества стабилизаторов электронного типа:

Высокая скорость регулирования – как правило, любой всплеск напряжения регулируется в течении 20 мс (0,02 секунды). Другими словами, если по соседству будут проводиться сварочные работы, то стабилизатор успешно нивелирует колебания в электрической сети.
Широкий диапазон входного напряжения – как правило, стабилизаторы электронного типа обладают одним или несколькими диапазонами входного напряжения, которые могут корректироваться на стадии производства. К примеру, стандартный диапазон серии NORMIC составляет 132 … 258 Вольт, но может быть смещен на пониженное 93 … 228В или на повышенное 168 … 303В.
Низкий уровень шума – качественно собранные электронные стабилизаторы практически не излучают шум. Однако стоит отметить, что при недостаточном запасе мощности или перегрузке устройства может возникать небольшой гуд, издаваемый автотрансформатором. Правильный выбор стабилизатора исключает вероятность недостатка мощности.

Система защиты – все или практически все устройства электронного класса обладают надежной защитой от распространенных аварийных ситуаций в сети (короткое замыкание, перенапряжение). Некоторые стабилизаторы снабжены специальными фильтрами, которые подавляют электрический шум, тем самым улучшая работу чувствительной к ним аппаратуры.
Размеры устройства – принцип работы электронных нормализаторов позволяет компактно расположить все элементы, благодаря чему корпус зачастую имеет небольшие размеры и легко крепится на стене.
Длительный срок эксплуатации – сам по себе принцип работы достаточно прост, поэтому электронный тип стабилизаторов имеет достаточно продолжительный срок службы, нередко – до 20 лет. Также производители предоставляют длительные гарантийные обязательства, которые на сегодняшний день могут достигать до 60 месяцев, а иногда даже 120.

Недостатки стабилизаторов электронного типа:

Дискретное (ступенчатое) регулирование – все без исключения электронные стабилизаторы имеют ограниченное количество обмоток автотрансформатора. Чем больше ступеней, тем выше точность выходного напряжения и плавность работы. Недостаток ступенчатого регулирования проявляется в бюджетных моделях (7 – 12 ступеней), где количество обмоток автотрансформатора минимально. Однако в моделях среднего и высокого класса (16 – 48 ступеней) данный недостаток практически не проявляется.
Отсутствие запаса мощности – как правило, электронный тип стабилизаторов имеет установленную номинальную выходную мощность, которая соответствует действительности при входном напряжении 220В или выше. При входном напряжении ниже 220В происходит прямо пропорциональное падение мощности. Поэтому для нормальной работы стабилизатора необходимо рассчитывать запас, что ведет к повышению стоимости устройства.Стоит отметить, что некоторые производители комплектуют стабилизаторы элементами со значительным запасом по мощности, благодаря чему во всем диапазоне входного напряжения мощность остается неизменной.

Тиристоры и симисторы применяемые в электронных стабилизаторах

Semikron, Германия	Запорожье, Украина	STMicroelectronics, Швейцария

Электродинамический (сервоприводный) тип – устройства этой категории работают при помощи электродвигателя, расположенного внутри тороидального трансформатора, управление которым осуществляется при помощи электронной платы на основе микропроцессора. При изменении входного напряжения контроллер подает соответствующий сигнал электродвигателю, который перемещает графитовый ролик в нужную область на окружности тороидального трансформатора, тем самым изменяя выходное напряжение до необходимого значения.

Более мощные модели работают при помощи колоновидных регуляторов, на которых закреплены подвижные элементы с графитовым токосъемным роликом. Такой принцип работы применяется на мощности свыше 200кВА.

Преимущества стабилизаторов электродинамического типа:

Плавное регулирование – главной особенностью сервоприводных стабилизаторов напряжения является плавная регулировка напряжения. Такой эффект достигается при помощи механического перемещение графитового ролика по виткам тороидального трансформатора или колоновидного регулятора.
Высока точность выходного напряжения – даже недорогие модели с сервоприводным принципом регулирования обладают достаточно высокой точностью выходного напряжения, как правило, погрешность не превышает ±1%.
Широкий диапазон входного напряжения – важный показатель для украинских потребителей, где уровень напряжения электрической сети может ощутимо снижаться в часы пик и, наоборот, повышаться в глубокое ночное время и рабочее дневное.
Запас мощности – большое количество европейский производителей выпускает стабилизаторы с достаточным запасом мощности и поэтому даже при минимальном значении входного напряжения пользователь получает для использования заявленную выходную мощность.
Высокая перегрузочная способность – электродинамические нормализаторы нередко имеют высокие показатели перегрузочной способности на уровне 300 – 500% кратковременной перегрузки и 150 – 200% перегрузки в течении нескольких минут.
Система защиты – сервоприводные нормализаторы имеют надежную токовую защиту (КЗ), а также защиту от перенапряжения. Кроме этого, внутри корпуса расположено несколько датчиков температуры, которые контролируют уровень нагрева силовых элементов и исключают возможность самовозгорания.
Условия работы – очень полезным свойством является работа при отрицательных температурах и высокой влажности. Электродинамические стабилизаторы европейского производства успешно работают при температуре до –25 °С.
Длительный срок эксплуатации – как и электронные устройства, электродинамические имеют продолжительный срок использования. Правда, стоит оговориться, что это относится к европейскому, а не китайскому производству. Поскольку во втором случае токосъемный механизм представляет собой не графитовый ролик, а некачественную щетку, которая имеет свойство стираться.

Стабилизаторы напряжения ORTEA (Италия)

VEGA	GEMINI	ANTARES

220В±0,5%	220В±0,5%	220В±0,5%
Итальянские стабилизаторы напряжения для частного и промышленного применения в сетях 220/230В, где требуется непревзойденное европейское качество и максимальная защита.

Недостатки стабилизаторов электродинамического типа:

Средняя скорость регулирования – принцип работы с применением электродвигателя не позволяет достичь показателей скорости работы, схожей с электронным типом. Однако устройства европейского производства имеют весьма приемлемые показатели скорости работы на уровне от 8 до 18 мс/В в зависимости от мощности.
Средний уровень шума – при работе электродвигателя, который входит в состав нормализатора, возникает негромкий, но ощутимый звук. Установку таких устройств лучше производить в технических помещениях.
Размеры и вес – электромеханические стабилизаторы имеют значительный вес и несколько большие размеры, чем стабилизаторы электронного типа.

Система плавной регулировки в электродинамических стабилизаторах

Запатентованная технология регулировки напряжения с пожизненной гарантией от итальянских разработчиков компании ORTEA.

Инверторный тип – относительно свежая разработка, которая применяется как зарубежными производителями, так и отечественными. В основе инверторных стабилизаторов используется принцип широтно-импульсной модуляции, такая технология очень часто применяется в источниках бесперебойного питания двойного преобразования (On-Line). Можно говорить, что бесступенчатые стабилизаторы также обеспечивают двойное преобразование. Интересен и тот факт, что IGBT стабилизаторы не содержат автотрансформатор напряжения, поэтому диапазон входных напряжений существенно шире, чем у классических электронных и сервоприводных стабилизаторов.

Преимущества стабилизаторов инверторного типа:

Плавное регулирование – бестрансформаторный принцип регулирования исключает появление скачков на выходе стабилизатора. Напряжение корректируется быстро и плавно. Реакция при регулировании отсутствует на любых источниках света, будь то «капризные» лампы накаливания или современные светодиодные элементы.
Высокая точность выходного напряжения – украинский завод выпускает модели бытового назначения выходной точностью 220В±1%, а модели промышленного назначения 220В±0,5%. Итальянский производитель ORTEA предлагает однофазные и трехфазные решения с точностью регулирования 220В±0,5% и 380В±0,5% соответственно.
Высокая скорость регулирования – как и электронные стабилизаторы, инверторные имеют лучший показатель скорости регулирования – 20 мс (0,02 секунды).
Очень широкий диапазон входного напряжения – инверторные стабилизаторы работают даже с половинным и двойным уровнем напряжения. По состоянию на середину 2017 года доступны модели с диапазонами от 130 до 330В переменного тока. По специальному заказу возможно изготовление стабилизаторов с диапазоном от 90 до 350 Вольт.

Защита нагрузки и устройства – как полагается качественному стабилизатору, бестрансформаторные аппараты содержат необходимый комплекс защит: от короткого замыкания, критически низкого напряжения, критически высокого напряжения. Стабилизатор пожаробезопасен, т. к. в составе используются дублирующие датчики контроля температуры силовой части, устройство быстро реагирует на критическую перегрузку, которая может вывести его из строя.
Условия работы – украинские устройства работают только при положительной температуре в диапазоне от +1 … +40°С. Итальянские инверторные стабилизаторы поддерживают работу в мороз до –25°С, а также выдерживают кратковременные повышения температуры до +60°С.
Минимальный уровень шума – при условии правильного выбора мощности стабилизатора и эксплуатации в соответствии с техническими требованиями, уровень излучаемого шума будет в пределах минимального.
Длительный срок эксплуатации – современные IGBT транзисторы обладают высоким ресурсом и способны служить до 25 лет без отключения. Схема регулирования не содержит механических частей, тем более частей с трением. На протяжении срока службы может потребоваться замена кулеров охлаждения.
Минимальные размеры и вес – устройства не содержат трансформатор и это существенно снижает вес и уменьшает размеры.

Недостатки стабилизаторов электродинамического типа:

Отсутствие запаса мощности – главным и, наверное, единственным недостатком бестрансформаторных стабилизаторов являются минимальные показатели перегрузки. Для итальянской продукции рекомендуется не превышать значения 150% номинальной мощности в течение 2 секунд. Украинские стабилизаторы имеют еще меньший показатель перегрузки – 125% в течение 1 секунды. Поэтому, если планируется использовать IGBT стабилизатор с индуктивной нагрузкой (двигатели, насосы, компрессоры, мощные вентиляторы и т. д.), необходимо тщательно подходить к выбору мощности.

Релейный тип – стабилизаторы напряжения, относящиеся к данной категории имеют в составе силовые реле, посредством которых происходит коммутация обмоток автотрансформатора. Устройства этой категории очень схожи по своему принципу с электронными, но имеют несколько недостатков.

Преимущества стабилизаторов релейного типа:

Высокая скорость регулирования – позволяют нивелировать всплески входного напряжения с высокой скоростью до 40 мс. Реже, некоторые модели могут работать с еще более высоким быстродействием до 20 мс.
Широкий диапазон входного напряжения – релейные устройства также обладают широким диапазоном регулирования.
Система защиты – надежная электронная защита от перенапряжения и короткого замыкания присутствует практически у всех моделей относящихся к релейному типу.
Размеры устройства – компактный и легкий вес также присущи моделям данной категории.

Недостатки стабилизаторов релейного типа:

Дискретное (ступенчатое) регулирование – устройства релейного вида очень редко имеют более 12 ступеней регулирования, что подразумевает ощутимую погрешность выходного напряжения, иногда такой показатель достигает ±20 Вольт.
Отсутствие запаса мощности – для нормальной работы при пониженном напряжении в электрической сети рекомендуется рассчитывать запас мощности в размере 30 – 40%.
Средний уровень шума – принцип работы реле заключается в контролируемом размыкании и замыкании контактов, что влечет за собой характерные щелчки. При частом изменении входного напряжения щелчки учащаются.
Небольшой срок эксплуатации – главный и самый существенный недостаток релейных стабилизаторов заключается в весьма коротком сроке эксплуатации, поскольку контакты силовых реле имеют свойство подгорать и залипать. Обычно на такие устройства гарантийный срок не превышает 6 – 12 месяцев или ограничивается установленным числом срабатывания реле.

Феррорезонансный тип – в основе стабилизаторов положен принцип явления магнитного насыщения ферромагнита сердечников трансформатора или дросселей. В настоящее время широкого применения не получили по причине высокой стоимости устройств нового поколения.

Преимущества стабилизаторов феррорезонансного типа:

Высокая скорость регулирования – современные феррорезонансные стабилизаторы имеют высокую скорость работы. Любой всплеск напряжения будет урегулирован в течении 30 мс.
Широкий диапазон входного напряжения – благодаря последним разработкам американским и австралийским инженерам удалось значительно расширить диапазон входного напряжения. Более того, в настоящее время выпускаются модели на несколько диапазонов.
Система защиты – благодаря своему феррорезонансному принципу работы, устройства обладают свойством подавления помех, снабжены гальванической развязкой, защищают от перенапряжения и высоковольтных разрядов, а также короткого замыкания.
Плавное регулирование – конструкция стабилизатора не имеет дискретной системы регулирования.
Условия работы – способны работать в диапазоне температур от –20 до +50 ºС.
Длительный срок эксплуатации – конструкция современных феррорезонансных стабилизаторов предполагает бесперебойную работу в течении 50 лет.

Недостатки стабилизаторов феррорезонансного типа:

Средняя точность выходного напряжения – погрешность на выходе может достигать 5 – 8% при критических уровнях входного напряжения.
Большие габариты и вес – устройство мощностью 15кВА может достигать веса 300 – 350 кг при размерах до 1000х250х750 мм.

2. Виды стабилизаторов напряжения по классам напряжения

Электронные: однофазные 220/230/240В, трехфазные 380/400/415В;
Электродинамические: однофазные 220/230/240В, трехфазные 380/400/415В, трехфазные (среднее второе напряжение) 6кВ, 10кВ;
Релейные: однофазные 220В;
Феррорезонансные: однофазные 110/120/220/230/240В, трехфазные 380/400/415.

3. Диапазон мощности по видам стабилизаторов напряжения

Электронные: однофазные 2 – 30кВА, трехфазные 10 – 500 кВА;
Электродинамические: однофазные 0,3 – 135кВА, трехфазные 5 – 6000кВА;
Релейные: однофазные 1 – 15кВА;
Феррорезонасные: однофазные 0,1 – 15кВА, трехфазные 5 – 100кВА.

4. Заключение

Во внимание не принимались производители китайского происхождения, которые массово поставляют в Украину электродинамические и феррорезонансные стабилизаторы низкого качества.

Для бытового применения хорошо подходят стабилизаторы электронного, электродинамического и релейного типов. Однако стоит помнить, что для электродинамических и релейных стабилизаторов лучше выделять отдельное помещение, поскольку при работе устройства излучают незначительный шум. Также обратите внимание на то, что релейные устройства лучше применять там, где нет частых и сильных просадок электрической сети, а также нагрузок больше 7 – 8 кВт.

Для промышленного применения идеально подходят стабилизаторы электродинамического типа, которые выдерживают большие пиковые нагрузки, а также имеют плавное регулирование и множество дополнительных опций, в т.ч. удаленный мониторинг и управление. Электронные стабилизаторы также хорошо подходят для промышленных установок, где допускается незначительная погрешность напряжения и отсутствуют значительные пусковые токи.

По вопросам консультирования и подбора оборудования обращайтесь к

best-energy.com.ua

Принцип работы стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения – устройство, преобразующее электроэнергию с неустойчивыми характеристиками, которые не подходят для устройств энергопотребления. На выходе поступает напряжение с заданными стабильными параметрами, которыми снабжаются потребители энергии.

Разновидности устройств

Прежде всего стоит разобраться, какие бывают разновидности устройств. Стабилизатор напряжения купить можно разный, например:

Постоянного напряжения;
Переменного напряжения.

Стабилизаторы постоянного напряжения

Они необходимы, если значение поступающего тока мало или наоборот слишком велико для электропотребителя. Проходя через устройство, напряжение преобразуется до заданного уровня. В свою очередь они делятся на:

Линейный стабилизатор. Принцип функционирования основан на непрерывном изменении сопротивления для осуществления стабильного показателя на выходе. Простая конструкция устройства с минимальным количеством деталей работает без помех;
Импульсный. С помощь коротких импульсов нестабильный ток накапливается на катушке или в конденсаторе. В последствии накопленная электроэнергия поступает на выход с заданными параметрами. Если жена выходе показатель превышает возможное допустимое значение, то накопитель сбрасывает напряжение, переставая аккумулировать энергию, тем самым позволяя на выходе подавать напряжение с меньшим значением.

Стабилизаторы переменного напряжения

Устройство, которые поддерживает выход тока с заданными характеристиками, вне зависимости от того, какие показатели были на входе. Они бывают:

Накопительные. Этот стабилизатор напряжения купить необходимо, если для применения достаточно накопления электроэнергии в системе, с последующим преобразованием и выдачи на выходе тока со стабильными параметрами;
Корректирующие. Стабилизатор напряжения, преобразующий энергию за счет добавления потенциала, которого не хватает для получения необходимых параметров.

Качество и долговременность работы таких устройств зависит от скачков напряжения и других параметров подаваемой энергии. И только благодаря стабилизаторам напряжения возможно бесперебойное электроснабжение с заданными параметрами.

www.ruselt.ru

Принцип работы стабилизатора напряжения - Характеристики

Рейтинг материала:

Просмотров: 1696, добавил Гость 05.10.2018 Размещено в категории: Характеристики / Всем нам известно, что напряжение в нашей розетке должно быть 220 Вольт, но не всегда оно соответствует действительности: встречается высокое напряжение: 240-270 Вольт, а еще чаще низкое напряжение: 190 - 110 Вольт. Можете представить как будет работать электрическое оборудование, созданное работать при напряжении 220 Вольт, при низком или высоком - мягко сказать некорректно: не на всю мощность, с большим износом и т.д. В общем ресурс данной аппаратуры будет значительно ниже, чем у аналогичного работающего при стабильном 220 Вольт!

Функция стабилизатора напряжения в его названии - в автоматическом режиме предоставить потребителю максимально приближенное к нормам напряжение на выходе, при любом значении на своем входе (клеммы вход - то что в сети, клемма выход - корректированное напряжение).

Задачу по корректировании выполняет трансформатор - это:"статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты" - материал из Википедии. Проще сказать - это намотка медной проволоки, при не измененном значении входного витка, выбор выходного витка будет давать другое значение напряжение: либо выше, либо ниже того, что на входе.

Мощность стабилизатора напрямую зависит от мощности трансформатора: чем больше нужно кВт, тем больше будут его размеры. Качество зависит от использованного материала т.е. от качестве меди (особенно при условии использования других металлов) и "способах" его пропитки и изготовления.

Чтобы на выходе трансформатора получить 220 Вольт в автоматическом режиме необходимо использовать дополнительно множество устройств, которые будут контролировать входное напряжение и в нужный момент дать выходное допустимое норме, устройства, которые будут защитить от перегрузки и короткого замыкания, от импульсных скачков и скачков напряжения сверх нормы, а также устройства визуального контроля данных и т.п. Все это в совокупности и называется автоматический стабилизатор переменного напряжения. Особенно надо заострить внимание на устройство вывода (отвода от трансформатора) напряжения на выходные клеммы стабилизатора.

Когда напряжение определенное низкое или высокое трансформатор преобразует его в норму, но что делать если оно постоянно меняется т.е. момент изменения должен быть не замечен подключенным оборудование, а стабилизатор должен быстро и максимально точно.

Распространены основные типы, они же и принципы работы:Релейный - наиболее распространенный способ коммутации из-за своей дешевизны. В качестве токопроводника выступает силовое реле. Обладают хорошей скоростью коррекции, но ограниченным ресурсом работы (3 - 5 лет) и не высокой точностью до 8% . Издает шум: "щелчки". Электромеханический - обладает большей точностью чем релейный, но меньше скоростью стабилизации. В данном устройстве применен сервопривод с токопроводящим наконечником, который также сильно подвержен износу. Ограничен диапазон входного напряжения. Издает шум: "жужжание".Тиристорный (симисторный) - наиболее совершенный способ т.к. отсутствие деталей подверженных износу т.к. токопроводящие детали (полупроводник) впаяны в трансформатор, что продлевает срок эксплуатации до минимум на 15 лет. Обладают высокой скоростью стабилизации и высокой точностью до 0,5%, возможность работы в широком диапазоне входного напряжения (от 60 до 330 Вольт). Абсолютно бесшумный, но наиболее дорогой.

stabhouse.ru

Устройство стабилизаторов напряжения Volter: строение, составные элементы.

Некоторые задаются вопросом – для чего нужен стабилизатор напряжения? Стоит ли вообще тратить на данный прибор деньги? Мы Вам ответим – однозначно стоит. Стабилизатор был создан для защиты самого различного электрооборудования от поломок из-за скачков напряжения в сети. На данный момент это очень актуальная проблема, ведь создается огромное множество высокоточного оборудования, которое требует стабильных показаний при электроснабжении. При этом здесь как бытовая техника, так и медицинские приборы или промышленные машины.

Современные стабилизаторы напряжения отлично справляются со своими задачами. Не думайте, что покупая стабилизатор, Вы выбрасываете деньги на ветер. Проработав более 15 лет, этот прибор полностью окупит себя, так как вам не придется покупать, скажем, новый телевизор или несколько токарных станков из-за того, что произошел скачек напряжения, и они сгорели.

Из каких элементов состоит стабилизатор напряжения Volter?

Петли Позволяют удобно закрепить стабилизатор на стене.

Переключатель "стабилизация-транзит" Исключает одновременное замыкание 2-х групп контактов.

Ручки для переноса Позволяют легко транспортировать стабилизатор.

Несущее шасси Играет роль основного теплоотвода, имеет оцинкованное покрытие для защиты от коррозии.

Информативный ЖК-дисплей Удобно контролировать параметры стабилизации.

Датчик температуры Играет роль тепловой защиты устройства на случай перегрева.

Автотрансформатор

Имеет стержневую конструкцию и лаковую пропитку;
Обеспечивает минимальный шум;
Лучший вариант охлаждения;
Способ соединения обмоток - сварка.

Кнопки управления Для регулирования уровня выходного напряжения

Дополнительная розетка На 10А.

Порошковая покраска корпуса С предварительным фосфатированием металла.

Клеммник термостойкий Для удобного подключения и надежного крепления проводов.

Плата управления Быстродействие 20мс, защита от перенапряжений.

Плата защиты Независимая дублирующая защита от перенапряжений.

Автоматический выключатель С независимым расцепителем: защита от короткого замыкания и перегруза.

Датчик тока

Радиатор охлаждения Алюминиевый для улучшенного теплообмена силовых ключей.

Силовые ключи Полупроводниковые с большой перегрузочной способностью.

Теплообмен Охлаждение без помощи вентиляторов.

Как работают стабилизаторы напряжения?

В данной статье мы хотим подробнее осветить вопрос – как работает стабилизатор напряжения? Здесь все несложно. В современных устройствах применяется многим известный автотрансформатор. Но, разумеется, сам процесс стабилизации напряжения был несколько усовершенствован.

Ранее регулировка напряжения, подумать страшно, выполнялась пользователем вручную или при помощи аналоговой платы, ныне стабилизатор напряжения имеет «интелект» - мощный процессор, который управляет работой системы.

Кроме этого изменения коснулись и способа переключения обмоток. Если раньше это делалось релейными ключами или токосъемниками, то сейчас эту функцию выполняют симисторы (электронные ключи). Такое устройство стабилизатора напряжения сделало их более востребованными в квартирах и частных домах, так как техника полностью перестала шуметь.

Основной принцип действия стабилизатора напряжения представляет собой переключение электронными ключами обмоток автотрансформатора, которое выполняется процессором при обнаружении перепада напряжения. Для этого у него есть специальная программа, замеряющая показания сети на входе и на выходе, после чего посылается сигнал на необходимый ключ.

Процессор – самый важный элемент всей системы, от которого зависит эффективная работа стабилизатора напряжения.

Главная задача данного элемента – запустить нужный симистор и сделать это ровно в нулевой точке синусоиды напряжения, иначе она будет искажена. Чтобы это выполнить процессором производится несколько десятков измерений напряжения и, когда улавливается нужное положение – подается сигнал и выполняется мгновенное включения ключа.

Но это ещё не все, перед тем как будет послан сигнал, проверяется - сработал ли предыдущий ключ, чтобы не возникло встречного тока. Поэтому процессор изначально замеряет микро токи и только потом посылает сигнал следующему ключу. Для стабильной работы стабилизатора напряжения все операции повторяются при каждой полуфазе.

Разумеется, процессор отличается высоким быстродействием, все данные собираются очень быстро, процессор может произвести все замеры и анализы пока синусоида находится в нулевой точке, а это - менее чем 1 микросекунда времени.

Благодаря изобретению данной системы стабилизатор напряжения регулирует даже самые большие и частые скачки напряжения менее чем за 10 миллисекунд.

Кроме описанного принципа также встречаются стабилизаторы, которые работают с использованием двухкаскадной системы регулирования. Она присутствует в более точных приборах. В данном случае напряжение обрабатывается в два этапа: сначала при небольшом количестве ступеней, а затем то же самое выполняет второй каскад и напряжение становится «идеальным». Такая система снижает себестоимость устройств, так как для 16 ступенчатой системы регулирования по данному принципу требуется всего 8 симисторов (метод комбинации 4х4=16). При этом в каскадной системе используется один трансформатор.

Скорость реагирования такого стабилизатора несколько меньше, чем у вышеописанного (20 миллисекунд). Поэтому такой принцип работы стабилизаторов напряжения используется только в устройствах для защиты бытовой техники и электроинструмента.

www.stabilizator-volter.ru

Какие бывают типы стабилизаторов напряжения?

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения

Феррорезонансные – один из самых старых и надежных видов стабилизаторов напряжения. Физический принцип работы состоит в протекании рабочего тока через комбинацию линейного и нелинейного дросселей, последний из которых входит в насыщение при напряжении близком к 220 В (либо 230В), а для исправления формы синусоиды, искаженной при процессе стабилизации, используется эффект резонанса.

Преимущества данного вида стабилизаторов – высокая надежность и долговечность, возможность исправления несинусоидальной формы тока, плавность регулирования выходного напряжения и высокая точность, довольно высокая скорость реакции на изменение входного напряжения. Возможность изготовления приборов на очень большую мощность.

Недостатки: большие габариты и масса, вследствие этого высокая стоимость, характерный низкочастотный гул при работе, искажение формы выходного напряжения

Производители: стабилизаторы этого вида фактически исчезли с рынка, в виде исключения могут встретиться промышленные модели производства Тирасполя и КНР.Резюме — на рынке фактически отсутствуют

Сервоприводные стабилизаторы напряжения

Сервоприводные – один из самых распространенных типов стабилизаторов напряжения. Причина — отработанная конструкция и довольно неплохие характеристики. Принцип работы весьма прост – съем необходимого нам напряжения прямо с катушки автотрансформатора с помощью графитового токосъемника, скользящего по зачищенной от изоляции дорожке на поверхности обмотки. Автотрансформатор может быть тороидального типа (бытовые версии) либо стержневого (промышленные версии). Токосъемник движется по зачищенной от изоляции дорожке с помощью сервомеханизма, управляемого блоком слежения за выходным напряжением. Фактически это обычный ЛАТР с сервоприводом, отсюда и название.

Преимущества: компактность, высокий КПД, плавность регулирования выходного напряжения, довольно высокая точность, возможность изготовления изделий на очень большую мощность. На мощностях свыше 100 кВа имеют мало конкурентов. Не влияют на форму сетевой синусоиды.

Недостатки: искрение контактного ролика и вследствие этого помехи в сети, низкая надежность сервопривода, необходимость обслуживания и замены контактных щеток\роликов, наличие движущихся частей, акустический шум, высокая сложность и дороговизна сервоприводного механизма в промышленных моделях, малый ресурс работы в «неспокойных» сетях, медленная реакция на изменение входного напряжения (как правило около 50В/сек) и самое неприятное — возможность создания скачка напряжения на выходе при слабых сетях и присутствии на линии мощных потребителей. Эту проблему производители решают с помощью дополнительного реле напряжения, устанавливаемого на выходе стабилизатора, но такое решение создает дополнительные проблемы – провалы напряжения на выходе при срабатывании защиты. Так же недостатком может считаться очень высокая стоимость изделий европейского производства.

Производители: стабилизаторы такого типа производятся в Италии, Германии, России — продукция как правило высокого качества и с отличными характеристиками с соответствующей ценой, но основная масса сервоприводных стабилизаторов производится в Китае.

Резюме: в качестве промышленных стабилизаторов эти изделия еще долго будут самыми популярными типами на рынке, но бытовые модели активно вытесняются другими типами стабилизаторов

Релейные стабилизаторы напряжения

Релейные — автотрансформаторные с релейной коммутацией отводов — принцип стабилизации аналогичен сервоприводному стабилизатору, разница в способе коммутации — в автотрансформаторе есть группа отводов с различными напряжениями. Коммутацией этих отводов электромагнитными реле под управлением процессора достигается нужное напряжение на выходе автотрансформатора.

Преимущество данного вида стабилизаторов — дешевизна, компактность, достаточно высокая скорость реакции на изменение входного напряжения – 50-60 мс, высокий КПД (98-99%), отсутствие влияния на форму сетевой синусоиды.

Недостатки: Множество. Основной недостаток — малый ресурс контактов силовых реле — в неспокойных сетях могут износиться за несколько месяцев и даже недель. Так же крайне нежелательна работа на индуктивные нагрузки – электромоторы, трансформаторы и т.д. Дуга, возникающая при коммутации контактов реле, может их сжечь за считаные дни. Следующий серьезный недостаток — ступенчатость переключения (соответственно и регулирования) выходного напряжения, наглядно выражается в мерцании ламп накаливания при изменении сетевого напряжения. Еще один серьезный недостаток — помехи и коммутационные перенапряжения, возникающие при работе силовых контактов реле (уважающие себя производители с этим эффектом пытаются бороться). Точность поддержания выходного напряжения +- 7% .. +- 10% .

Производители: стабилизаторы такого типа производят множество китайских фабрик. Есть так же украинские и российские производители подобной техники. Возможно, это самый распространенный на рынке вид бытовых стабилизаторов напряжения.

Резюме: типичный бытовой прибор самого дешевого ценового диапазона.

Автотрансформаторные с тиристорной (симисторной) коммутацией отводов

Это один из самых популярных видов стабилизаторов с отличными потребительскими свойствами. Физический принцип работы – коммутация отводов автотрансформатора с помощью электронных ключей – симисторов или тиристоров под управлением микропроцессора.

Преимущества: очень высокое быстродействие ( 10-20 мс), высокая точность поддержания выходного напряжения – может достигать +- 0.5% !!!!!, что практически не хуже, а, зачастую, даже лучше, чем в плавно регулируемых стабилизаторах. Отсутствие искажения формы сетевой синусоиды. Компактность, относительно невысокая стоимость, хороший КПД (обычно около 98%), возможность эффективной работы в сетях любого типа и с любой нагрузкой. Ресурс работы может достигать 15-20 лет за счет отсутствия движущихся частей и узлов, которые необходимо обслуживать. Управление процессом стабилизации с помощью микроконтроллера повышает эффективность стабилизации и по факту сегодня является стандартом для этого типа стабилизаторов.

Недостатки: основной недостаток – дискретность (ступенчатость) регулирования выходного напряжения. Вызывает заметное мерцание ламп накаливания и галогеновых ламп. С увеличением количества ступеней этот эффект снижается и при 36 ступенях становится малозаметным даже на лампах накаливания. При применении светодиодных светильников и ламп «экономок» этот побочный эффект фактически отсутствует. Еще одна особенность такого типа стабилизаторов — нагрев силовых ключей при работе на полную мощность и необходимость в активном охлаждении с помощью вентиляторов либо развитых охладителей (радиаторов). Высокая сложность изделия и дороговизна изделий большой мощности являются относительными недостатками и нивелируются высококлассными рабочими характеристиками.Производители – в основном на наших рынках присутствуют изделия производства Украины и России, также есть в незначительных количествах изделия производства Италии, Великобритании, КНР.

Резюме: оптимальный выбор на сегодняшний день. Есть возможность выбора от бюджетных 9-и ступенчатых моделей до флагманских высокоточных 36-и ступенчатых моделей различных производителей.

Автотрансформаторные с косвенной тиристорной коммутацией отводов

Данный тип стабилизаторов — идеальный вариант для промышленности. Отличие их состоит в том, что основной поток энергии идет не через силовые ключи, а через вторичную обмотку вольтодобавочного трансформатора, отводы первичной обмотки которого коммутируются с помощью тиристоров.

Достоинства: все достоинства тиристорных автотрансформаторных стабилизаторов + возможность делать изделия большой мощности – до нескольких МВт.

Недостатки: все недостатки опять же тиристорных стабилизаторов

Гибридные стабилизаторы напряжения

Гибридные стабилизаторы – один из самых новых типов стабилизаторов. По сути это автотрансформаторный стабилизатор напряжения с симисторной коммутацией и релейным удержанием комбинации отводов автотрансформатора. Объединяет в себе преимущества релейного стабилизатора – быстроту, дешевизну, компактность и надежность тиристорного стабилизатора при работе с нагрузками любого типа.

Преимущества: низкая цена, быстрота, надежность при работе с любыми нагрузками.

Недостатки: дискретность стабилизации (ступенчатое изменение выходного напряжения), легкий акустический шум при коммутации.

Производители: этот тип стабилизатора был разработан в КБ Силовой Электроники НПО Вольт в 2012-2013 годах, конструкция и принцип защищены патентом, производится в России исключительно НПО Вольт.

Резюме: новое изделие, стремительно набирающее популярность на рынке в силу уникальных характеристик по надежности и великолепному соотношению потребительские характеристики/цена.

Автотрансформаторные тиристорные с плавной регулировкой

Автотрансформаторные тиристорные с плавной регулировкой — один из мало популярных вариантов автотрансформаторного стабилизатора, в котором напряжение грубо регулируется с помощью коммутации небольшого количества отводов и точно подстраивается с помощью метода фазового управления тиристором в течении полупериода (ФИМ стабилизаторы).

Преимущества: дешевизна при неплохой точности (достигает 1 %), плавность регулирования, небольшое количество ключей.

Недостатки: существенное искажение формы сетевой синусоиды, шумная работа трансформатора из-за фазового управления тиристором, невозможность работы с индуктивными нагрузками и с некоторыми видами бытовой техники.

Резюме: по причине большого количества создаваемых проблем при эксплуатации этот вид стабилизаторов развития не получил.

Автотрансформаторные с ШИМ

Автотрансформаторные с ШИМ управлением – один из вариантов плавно регулируемых электронных стабилизаторов. Физический принцип состоит в подаче генерируемого ШИМ инвертором напряжения на первичную обмотку трансформатора. Вторичная обмотка трансформатора включена в сеть последовательно с нагрузкой. Управляя фазой и выходным напряжением инвертора с помощью микропроцессорной системы управления добиваются эффекта стабилизации на выходе вторичной обмотки трансформатора.

Преимущества: плавность, высокая точность регулировки, отличное время реакции – 20 мс.

Недостатки: высокая цена, сложность, не высокая надежность.

Резюме: перспективный вид стабилизаторов, на сегодняшний день редко встречается в силу не отработанности конструкции.

Электронные безтрансформаторные стабилизаторы с ШИМ

Электронные безтрансформаторные стабилизаторы с ШИМ – еще один из вариантов электронных стабилизаторов сетевого напряжения. Работает на принципе накопления и отдачи в сеть энергии, запасенной в последовательно включенном дросселе. В качестве коммутирующих ключей служат IGBT транзисторы большой мощности, схема работает на высокой частоте – 20-30 кГц.

Преимущества: возможность исправления формы сетевой синусоиды, очень маленькое время реакции – мкс (µs), ограничение токов КЗ, возможность компенсации в режиме реального времени быстрых бросков напряжения в сети (при работе сварочных аппаратов на линии).

Недостатки: очень высокая сложность и стоимость, низкая технологичность.

Производители: единичные компании в России.

Резюме: интересный вид стабилизаторов, развитие которых к сожалению, ограничивает высокая сложность и стоимость комплектующих.

Электронные стабилизаторы с двойным преобразованием

Электронные стабилизаторы с двойным преобразованием – один из вариантов электронных стабилизаторов сетевого напряжения. Физический принцип заключается в выпрямлении входного переменного тока в постоянный и формировании синусоиды заново с помощью инвертора.

Преимущества: 100% фильтрация входных помех, исправление формы сетевой синусоиды, отличное качество выходного напряжения.

Недостатки: низкий КПД, высокая стоимость, большие габариты и масса, акустические шумы от вентиляторов и преобразователя, необходимость периодического обслуживания.

Производители: единичные компании в России.

Резюме: довольно редкий и дорогой вид стабилизаторов, популярности на рынке не имеет.

Электродинамический стабилизатор напряжения

Электродинамический стабилизатор – очень редкий вид электромеханического стабилизатора напряжения, ранее применялся исключительно в промышленности. Физически состоит их электромотора, маховика, синхронного генератора и системы управления.

Преимущества: надежность

Недостатки: очень низкий КПД, шум, масса, стоимость, необходимость обслуживания. Стабилизаторы промышленного типа со стержневым автотрансформатором некоторые производители называют электродинамическим стабилизатором, что, очевидно, не совсем верно

Резюме: в наше время фактически не встречается.

npo-volt.ru

Виды и обзор стабилизаторов напряжения

В электротехнике стабилизатором называют устройство, предназначенное для поддержания неизменного значения выходного напряжения переменного или постоянного тока.

Все виды стабилизаторов напряжения используют один из двух способов стабилизации:

Накопление энергии с последующей генерацией электрического тока с нужными параметрами;
Корректировка входящего напряжения с добавлением необходимого потенциала, приводящего выходные характеристики к номинальным значениям.

Кинетический способ

В кинетическом стабилизаторе энергия накапливается в маховике, находящемся на одном валу с электродвигателем и генератором. Электроэнергия, вращая двигатель, превращается в кинетическую, которую запасает маховик, отдающий её генератору во время изменений входного напряжения.

Такие стабилизаторы применяются только в промышленности, для жилого дома они не пригодны из-за большой мощности, габаритов, шума и вибраций, а также потребности в постоянном обслуживании.

Инверторный способ

Способ накопления энергии реализован также в инверторах, там электроэнергия аккумулируется в емкости конденсатора или в аккумуляторе (в блоках бесперебойного питания), и расходуется, потребляемая электронным генератором, который на выходе выдает стабильное напряжение.

Выпускаются мощные инверторы, которые можно подключить к входу электросети квартиры, или частного дома, и вся бытовая техника не будет страдать от некачественной электроэнергии. Из недостатков:

не у всех инверторов на выходе правильная синусоида;
довольно высокая цена, особенно инверторных стабилизаторов дающих синусоидальное выходное напряжение;
для мощных полупроводниковых приборов требуется интенсивная вентиляция.

инверторный стабилизатор напряжения

Феррорезонансный способ

Принцип накопления энергии в феррорезонансных стабилизаторах можно сравнить с маятником в старинных часах – благодаря резонансу и циклическому переходу накопленной кинетической энергии в потенциальную, и наоборот, он качается с одинаковой частотой и амплитудой, независимо от силы натяжения пружины.

Подобные процессы происходят в феррорезонансном колебательном контуре, где энергия магнитных потоков, с постоянной амплитудой циклически перетекает между обмотками трансформатора и дросселя, находящихся в резонансе. Система достаточно надёжная, но она себя исчерпала в плане возможного развития, к тому же имеет существенные недостатки:

узкий диапазон входного напряжения и частоты;
большой уровень шума;
низкий КПД;
плохое соотношение массы к выходной мощности.

Поэтому данный тип стабилизаторов вытесняется с рынка более прогрессивными моделями, которые намного лучше устаревших феррорезонансных по всем показателям.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения

Корректируя напряжение с помощью автотрансформатора

Почти все виды стабилизаторов переменного напряжения, работающие по принципу корректировки, имеют автотрансформатор в качестве основного элемента. От обычного, данный тип трансформатора отличается тем, что у него есть только одна обмотка, имеющая много отводов от витков индуктивной катушки.

Между общим выводом и одним отводом подключается входное напряжение от электросети, по данной цепи протекает ток, который насыщая магнитопровод автотрансформатора, индуцирует потенциалы по всей обмотке.

Относительно общего вывода, напряжение на витках, находящихся до подключенного отвода будет ниже сетевого, а на тех витках, которые находятся после него, будет выше. Переключаясь между отводами в зависимости от входного напряжения, можно добиться приемлемого выходного значения напряжения. В самых первых стабилизаторах такого типа переключение происходило вручную, исходя из показаний вольтметра.

Позже зрительный контроль заменили микропроцессором, а переключение стали делать с помощью ключей – электромеханических, релейных, симисторных. Существует две схемы релейных и симисторных переключений – по входу и по выходу, в которых принцип тот же, но меняются параметры автотрансформатора и выходной мощности. Реже используется классический трансформатор, где переключения происходят на отводах вторичной обмотки.

Шаг стабилизации

Какой бы ни была система ключей для переключений, в данных стабилизаторах присутствует электронный контроллер управления, для которого нужен встроенный блок питания, имеющий отдельный трансформатор (на схеме не показан) и свой стабилизатор постоянного напряжения.

Из схемы ясно, что переключение не может быть плавным – возможный диапазон выходного напряжения будет пропорционален тем пределам, которые указаны возле каждого ключа. Данный диапазон называют шагом, или ступенью стабилизации.

Чем меньше требуется шаг, тем больше необходимо ключей. Поэтому применяют двухкаскадный принцип стабилизации, который состоит в том, что напряжение с первого каскада подаётся на второй, где также имеется обмотка, расчитанная на диапазон напряжений первого каскада.

Вторая обмотка также имеет отводы, коммутируемые ключами, но с меньшим количеством витков между ними, что уменьшает шаг стабилизации.

Таким образом первый каскад совершает грубую регулировку, а второй точную. В данном стабилизаторе количество ступеней переключения равняется умножению количества ключей в обеих каскадах.

Различие симисторных и релейных стабилизаторов

На вышеприведённой схеме использованы симисторные ключи, но на их месте могут быть реле, от этого принцип не меняется. Иногда для первого каскада применяются реле, а для второго – симисторы, такие стабилизаторы называют гибридными.

Гибридный

Релейные системы стабилизации наиболее экономичны, не искажают синусоиду, терпеливы при перегрузке, подойдут для дома, не подверженного резким скачкам напряжения, но они имеют ограниченный цикл включений – выключений, что влияет на их долговечность.

Симисторные стабилизаторы обладают лучшим быстродействием среди всех остальных, переключение ключей происходит абсолютно бесшумно, чего не скажешь о релейных стабилизаторах, которые довольно громко клацают во время работы.

Благодаря переключению в момент перехода моментального значения переменного тока через ноль, симисторные стабилизаторы избавились от своего главного недостатка – искажения синусоиды при коммутации, поэтому они всё больше набирают популярности.

Существенным недостатком симисторных стабилизаторов является потребность в интенсивном охлаждении, поэтому им нужны вентиляторы, которые сильно шумят, особенно при загрязнении крыльчатки.

Сервоприводный стабилизатор

Наиболее точную регулировку обеспечивает электромеханический стабилизатор, у которого имеется только один ключ, в виде графитового стержня, который перемещается по виткам автотрансформатора, контактируя с ними, движимый электродвигателем с электронной системой управления оборотами (сервоприводом).

В данном случае шаг стабилизации будет равен напряжению между двумя соседними витками. Недостатком сервоприводных стабилизаторов является:

износ графитового стержня (щетки) и мест контакта на соприкасающихся с ним проводах обмотки;
невозможность работы при минусовых температурах из-за водного конденсата на открытыхтокопроводящих элементах;
большое время реакции (переключения), из-за иннерциальности механических компонентов;
значительный шум в работе;
уязвимость механизмов к воздействию запылённой атмосферы;
Большое тепловыделение в месте контакта, вследствие чего возможны подгорания щетки при большой нагрузке.

Существуют также перспективные электронные стабилизаторы переменного и постоянного напряжения с применением широтно-импульсной модуляции и трансформатора вольтдобавки, но из-за сложности схем, они применяются пока что лишь в составе электронной аппаратуры.