Стабилизатор напряжения: схема, устройство и принцип действия. Стабилизаторы напряжения принцип работы

Принцип работы стабилизатора напряжения | Электрика в доме

Принцип работы релейного стабилизатора напряжения

Работа всех типов стабилизаторов переменного напряжения заключается в поддержании выходного напряжения на уровне 220 В при сильном изменении входного напряжения. Работа релейного стабилизатора основана на переключении обмоток трансформатора мощными реле. При таком переключении обмоток выходное напряжение меняется ступенями.

При переключении с одной обмотки на другую, выходное напряжение трансформатора изменится приблизительно на 20 В, или больше. Команду на переключение обмоток трансформатора поступает с контроллера на реле. Число переключаемых обмоток может меняться от 5 до 10, которое определяет точность стабилизации выходного напряжения. В большинстве релейные стабилизаторы работают при входном напряжении 150 — 250 В.

К положительным качествам релейных стабилизаторов можно отнести небольшое время срабатывания реле и невысокую стоимость. Недостатком таких стабилизаторов является скачок напряжения при переключении обмоток на 20 Вольт. На бытовых электроприборах это не отражается, однако лампы освещения могут моргать. Еще релейный стабилизатор издает щелчки при переключении реле, которые ночью хорошо слышны.

Скачки напряжения при переключении обмоток трансформатора

В момент переключения контакты реле на время зависают в воздухе. В это время, хотя и короткое, нагрузка отключена, что вызывает ЭДС самоиндукции автотрансформатора. Эта ЭДС выражается в коротком импульсе напряжения, которое может достичь 1000 В. Такие импульсные помехи могут вызвать повреждение техники, особенно при многократном переключении обмоток стабилизатора.

Схема работы релейного стабилизатора

В этой ситуации нужно после релейного стабилизатора ставить ограничители напряжения на варисторах. Обмотка большинства автотрансформаторов намотана алюминиевым проводом, который имеет меньшую нагрузочную способность, чем медный. Контакты реле, особенно при большой нагрузке, искрят и подгорают, что вызывает необходимость их чистки. Релейные стабилизаторы имеют право на существование как недорогой вариант при больших перепадах сетевого напряжения.

Принцип работы симисторных стабилизаторов

Работа симисторных стабилизаторов похожа на работу релейных устройств. Отличие составляет узел переключения обмоток трансформатора. Вместо реле у симисторных устройств переключение обмоток происходит мощными симисторами или тиристорами. Контроллер управляют работой симисторов.

Симисторное управление обмотками не имеет контактов, поэтому отсутствуют щелчки. Автотрансформатор намотан медным проводом. Эти стабилизаторы могут работать с пониженным напряжением от 90 В и высоким напряжением до 300 В. Точность регулировки напряжения может достичь 2%, что не вызывает моргание ламп.

Однако ЭДС самоиндукции во время переключения симисторами также имеет место, как и у релейных устройств. Так как симисторные ключи очень чувствительны к перегрузкам, им необходимо иметь запас по мощности. Такие устройства стабилизаторов напряжения имеют тяжелый температурный режим.

Схема работы симисторного стабилизатора

Поэтому симисторы ставятся на радиаторы с принудительным охлаждением вентиляторами. Работа этого вида устройства осуществляется по заводской программе, которая имеет неприятность ошибаться при эксплуатации.

В этом случае поможет только заводской ремонт. Стоимость таких стабилизаторов, на мой взгляд, завышена. Существуют симисторные стабилизаторы марки Volter с высокой степенью точности. Принцип работы этих стабилизаторов напряжения осуществляется по двухступенчатой системе. Первая ступень регулирует выходное напряжение грубо, а вторая степень имеет точную регулировку выходного напряжения.

Схема работы двухступеньчатого стабилизатора Volter

Один контроллер управляет двумя ступенями. По сути это два стабилизатора в одном корпусе. Обмотки обеих ступеней намотаны на одном трансформаторе. При 12 ключах двух ступеней стабилизатор имеет 36 уровней регулировки выходного напряжения, чем и достигается высокая точность выходного напряжения.

Принцип работы сервопривода стабилизатора

Эти устройства относятся к самым простым стабилизаторам переменного напряжения. В устройстве стабилизатора напряжения главным элементом является тороидальный трансформатор с сервоприводом, который управляется не сложной электронной схемой сравнения выходного и входного напряжений.

При разнице этих напряжений, сигнал с положительной или отрицательной полярностью подается на сервопривод постоянного тока, который включаясь, поворачивает токосъемник с графитовой щеткой до тех пор, пока на выходе напряжение не станет равным 220 В. Токосъемник двигается по контактной площадке трансформатора захватывает одновременно несколько витков обмотки, поэтому напряжение регулируется без скачков.

Вид открытого стабилизатора с сервоприводом

Время отклика на изменение напряжения сервопривода выше, чем у релейного устройства. Положительным качеством сервопривода является хорошая точность установки 2 – 3%. На этом, наверное, заканчиваются все положительные качества сервопривода. У стабилизатора с сервоприводом есть один очень большой недостаток, о котором нигде не говориться. Это его пожароопасность.

Схема работы стабилизатора с сервоприводом

По его вине также выходят из строя все электробытовые приборы и техника. Причина проста. При падении сетевого напряжения ниже низкого порога или подъема напряжения выше высокого порога стабилизатора, сервопривод выводит токосъемную щетку в крайние положения и клинит. Это происходит из-за низкого качества китайских сервоприводов или схема управления сервоприводом не вытягивает токосъемник с крайних точек контактной площадки.

А теперь представьте, упало сетевое напряжение, токосъемник естественно пополз в верхнюю крайнюю точку, поднимая напряжение и заклинил. Вернуться не может. Когда напряжение восстановилось на входе стабилизатора, то выходное напряжение будет равным 300 В или больше. Бытовые приборы такое напряжение не выдерживают. Подобное не раз встречалось на моей практике. Поэтому при выборе стабилизатора переменного напряжения нужно учитывать его надежность и безопасность.

Тоже интересные статьи

electricavdome.ru

схема, устройство и принцип действия

В любой сети напряжение не является стабильным и постоянно меняется. Зависит это в первую очередь от потребления электроэнергии. Таким образом, подключая приборы в розетку, можно значительно уменьшить напряжение в сети. В среднем отклонение составляет 10 %. Многие устройства, которые работают от электричества, рассчитаны на незначительные изменения. Однако большие колебания приводят к перегрузкам трансформаторов.

Как устроен стабилизатор?

Основным элементом стабилизатора принято считать трансформатор. Через переменную цепь он соединяется с диодами. В некоторых системах их имеется более пяти единиц. В результате они образуют мост в стабилизаторе. За диодами располагается транзистор, за которым устанавливается регулятор. Дополнительно в стабилизаторах имеются конденсаторы. Выключение автоматики осуществляется при помощи механизма замыкания.

Устранение помех

Принцип работы стабилизаторов построен на методе обратной связи. На первом этапе напряжение подается на трансформатор. Если его предельное значение превышает норму, то в работу вступает диод. Соединен он напрямую с транзистором по цепи. Если рассматривать систему переменного тока, то напряжение дополнительно фильтруется. В данном случае конденсатор исполняет роль преобразователя.

После того как ток пройдет резистор, он вновь возвращается на трансформатор. В результате номинальная величина нагрузки изменяется. Для устойчивости процесса в сети имеется автоматика. Благодаря ей конденсаторы не перегреваются в коллекторной цепи. На выходе сетевой ток проходит по обмотке через другой фильтр. В конечном счете напряжение становится выпрямленным.

Особенности сетевых стабилизаторов

Принципиальная схема стабилизатора напряжения данного типа представляет собой набор транзисторов, а также диодов. В свою очередь механизм замыкания в ней отсутствует. Регуляторы при этом имеются обычного типа. В некоторых моделях дополнительно устанавливается система индикации.

Она способна показать мощность скачков в сети. По чувствительности модели довольно сильно отличаются. Конденсаторы, как правило, в цепи имеются компенсационного типа. Система защиты у них отсутствует.

Устройства моделей с регулятором

Для холодильного оборудования востребованным является регулируемый стабилизатор напряжения. Схема его подразумевает возможность настройки прибора перед началом использования. В данном случае это помогает в устранении высокочастотных помех. В свою очередь электромагнитное поле проблем для резисторов не представляет.

Конденсаторы также включаются в регулируемый стабилизатор напряжения. Схема его не обходится без транзисторных мостов, которые соединяются между собой по коллекторной цепочке. Непосредственно регуляторы могут устанавливаться различных модификаций. Многое в данном случае зависит от предельного напряжения. Дополнительно учитывается тип трансформатора, который имеется в стабилизаторе.

Стабилизаторы "Ресанта"

Схема стабилизатора напряжения "Ресанта" представляет собой набор транзисторов, которые взаимодействуют между собой по коллектору. Для охлаждения системы имеется вентилятор. С высокочастотными перегрузками в системе справляется конденсатор компенсационного типа.

Также схема стабилизатора напряжения "Ресанта" включает в себя диодные мосты. Регуляторы во многих моделях устанавливаются обычные. Ограничения по нагрузке у стабилизаторов "Ресанта" есть. В целом помехи ими воспринимаются все. К недостаткам следует отнести высокую шумность трансформаторов.

Схема моделей с напряжением 220 В

Схема стабилизатора напряжения 220 В отличается от прочих устройств тем, что в ней имеется блок управления. Данный элемент соединяется напрямую с регулятором. Сразу за системой фильтрации имеется диодный мост. Для стабилизации колебаний дополнительно предусмотрена цепь из транзисторов. На выходе после обмотки располагается конденсатор.

С перегрузками в системе справляется трансформатор. Преобразование тока осуществляется им же. В целом диапазон мощности у данных устройств довольно высокий. Работать эти стабилизаторы способны и при минусовой температуре. По шумности они не отличаются от моделей других типов. Параметр чувствительности сильно зависит от производителя. Также на нее влияет тип установленного регулятора.

Принцип работы импульсных стабилизаторов

Схема электрическая стабилизатора напряжения данного типа схожа с моделью релейного аналога. Однако отличия в системе все же есть. Главным элементом в цепи принято считать модулятор. Занимается данное устройство тем, что считывает показатели напряжения. Далее сигнал переносится на один из трансформаторов. Там проходит полная обработка информации.

Для изменения силы тока имеется два преобразователя. Однако в некоторых моделях он установлен один. Чтобы справиться с электромагнитным полем, задействуется выпрямительный делитель. При повышении напряжения он снижает предельную частоту. Чтобы ток поступил на обмотку, диоды передают сигнал на транзисторы. На выходе стабилизированное напряжение проходит по вторичной обмотке.

Высокочастотные модели стабилизаторов

По сравнению с релейными моделями, высокочастотный стабилизатор напряжения (схема показана ниже) является более сложным, и диодов в нем задействуется больше двух. Отличительной особенность приборов данного типа принято считать высокую мощность.

Трансформаторы в цепи рассчитаны на большие помехи. В результате данные приборы способны защитить любую бытовую технику в доме. Система фильтрации в них настроена на различные скачки. За счет контроля напряжения величина тока может изменяться. Показатель предельной частоты при этом будет увеличиваться на входе, и уменьшаться на выходе. Преобразование тока в этой цепи осуществляется в два этапа.

Первоначально задействуется транзистор с фильтром на входе. На втором этапе включается диодный мост. Для того чтобы процесс преобразования тока завершился, системе требуется усилитель. Устанавливается он, как правило, между резисторами. Таким образом, температура в устройстве поддерживается на должном уровне. Дополнительно в системе учитывается источник питания. Использование блока защиты зависит от его работы.

Стабилизаторы на 15 В

Для устройств с напряжением 15 В используется сетевой стабилизатор напряжения, схема которого по своей структуре является довольно простой. Порог чувствительности у приборов находится на малом уровне. Модели с системой индикации встретить очень сложно. В фильтрах они не нуждаются, поскольку колебания в цепи незначительные.

Резисторы во многих моделях есть только на выходе. За счет этого процесс преобразования происходит довольно быстро. Входные усилители устанавливаются самые простые. Многое в данном случае зависит от производителя. Используются стабилизатор напряжения (схема показана ниже) этого типа чаще всего в лабораторных исследованиях.

Особенности моделей на 5 В

Для устройств с напряжением 5 В используют специальный сетевой стабилизатор напряжения. Схема их состоит из резисторов, как правило, не более двух. Применяют такие стабилизаторы исключительно для нормального функционирования измерительных приборов. В целом они являются довольно компактными, а работают тихо.

Модели серии SVK

Модели данной серии относятся к стабилизаторам латерного типа. Чаще всего их используют на производстве для уменьшения скачков от сети. Схема подключения стабилизатора напряжения этой модели предусматривает наличие четырех транзисторов, которые расположены попарно. За счет этого ток преодолевает меньшее сопротивление в цепи. На выходе у системы имеется обмотка для обратного эффекта. Фильтров в схеме предусмотрено два.

За счет отсутствия конденсатора процесс преобразования также происходит быстрее. К недостаткам следует отнести большую чувствительность. На электромагнитное поле прибор реагирует очень остро. Схема подключения стабилизатора напряжения серии SVK регулятор предусматривает, как и систему индикации. Напряжение максимум устройством воспринимается до 240 В, а отклонение при этом не может превышать 10 %.

Автоматические стабилизаторы "Лигао 220 В"

Для систем сигнализации является востребованным от компании "Лигао" стабилизатор напряжения 220В. Схема его построена на работе тиристоров. Использоваться данные элементы способны исключительно в полупроводниковых цепях. На сегодняшний день типов тиристоров существует довольно много. По степени защищенности они делятся на статические, а также динамические. Первый вид используется с источниками электричества различной мощности. В свою очередь динамические тиристоры имеют свой предел.

Если говорить про компании "Лигао" стабилизатор напряжения (схема показана ниже), то в нем имеется активный элемент. В большей степени он предназначен для нормального функционирования регулятора. Представляет он собой набор контактов, которые способны соединяться. Необходимо это для того чтобы увеличивать или уменьшать предельную частоту в системе. В других моделях тиристоров может иметься несколько. Устанавливаются они между собой при помощи катодов. В результате коэффициент полезного действия устройства можно значительно повысить.

Низкочастотные устройства

Для обслуживания устройств с частотой менее 30 Гц существует такой стабилизатор напряжения 220В. Схема его схожа со схемами релейных моделей за исключением транзисторов. В данном случае они имеются с эмиттером. Иногда дополнительно устанавливается специальный контроллер. Многое зависит от производителя, а также модели. Контроллер в стабилизаторе необходим для передачи сигнала на блок управления.

Для того чтобы связь была качественной, производители используют усилитель. Устанавливается он, как правило, на входе. На выходе в системе имеется обычно обмотка. Если говорить про предел напряжения в 220 В, конденсаторов можно найти два. Коэффициент передачи тока у таких устройств довольно низкий. Причиною этого принято считать малую предельную частоту, которая является следствием работы контроллера. Однако коэффициент насыщения находится на высокой отметке. Во многом это связано именно с транзисторами, которые устанавливаются с эмиттерами.

Зачем нужны феррорезонансные модели?

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения (схема показана ниже) используются на различных промышленных объектах. Порог чувствительности у них довольно высокий за счет мощных блоков питания. Транзисторы в основном устанавливаются попарно. Количество конденсаторов зависит от производителя. В данном случае это будет влиять на конечный порог чувствительности. Для стабилизации напряжения тиристоры не используются.

В данной ситуации с этой задачей способен справиться коллектор. Коэффициент усиления у них очень высокий благодаря прямой передаче сигнала. Если говорить про вольтамперные характеристики, то сопротивление в цепи поддерживается на уровне 5 МПа. В данном случае это оказывает положительное действие на предельную частоту стабилизатора. На выходе дифференциальное сопротивление не превышает 3 МПа. От повышенного напряжения в системе спасают транзисторы. Таким образом, перегрузок по току удается избежать в большинстве случаев.

Стабилизаторы латерного типа

Схема у стабилизаторов латерного типа отличается повышенным коэффициентом полезного действия. Входное напряжение при этом составляет в среднем 4 МПа. В данном случае пульсация выдерживается большой амплитуды. В свою очередь, выходное напряжение стабилизатора равняется 4 МПа. Резисторы во многих моделях устанавливаются серии "МР".

Регулирование тока в цепи происходит постоянно и за счет этого предельную частоту удается понизить до отметки 40 Гц. Делители в усилителях данного типа работают сообща с резисторами. В итоге все функциональные узлы связаны между собой. Усилитель постоянного тока обычно устанавливается после конденсатора перед обмоткой.

fb.ru

Стабилизатор напряжения — типы и принцип работы, характеристики и устройство.

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Были разработаны в середине 60 годов прошлого века, действие их основано на использовании явления магнитного насыщения ферромагнитных сердечников трансформаторов или дросселей. Применялись такие устройства для регулировки напряжения питания бытовой техники (телевизор, радиоприёмник, холодильник и т.п.).

Их преимущество заключается в высокой точности 1-3% и быстрой (для того времени) скорость регулирования. Недостаток — повышенный уровень шума и зависимость качества стабилизации от величины нагрузки. Современные устройства лишены этих недостатков, но стоимость их равна или выше стоимости ИБП (Источника Бесперебойного Питания) на такую же мощность, вследствие чего они широкого распространения в качестве бытовых не получили.

Электромеханические стабилизаторы напряжения. В 60-80-е годы прошлого века для регулирования напряжения применялись автотрансформаторы с ручной корректировкой, вследствие чего приходилось постоянно следить за вольтметром (стрелочный или светящаяся линейка) и, при необходимости, вручную крутить ползунок с токосъёмными щётками. В настоящее время это осуществляется автоматически с помощью электродвигателя с редуктором.

Единственные достоинства электромеханических стабилизаторов напряжения — низкая цена и хорошая точность регулировки 2-3%. Недостатков много — низкая скорость регулирования из-за инерционности двигателя и повышенный уровень шума: шумит электродвигатель и редуктор, и практически постоянно, т.к. отслеживаются изменения с шагом 2-4 вольта. Плюс к этому, добавляется повышенный износ механический частей и недолгий общий ресурс работы устройства в целом, что подтверждается сроком гарантии всего в 1 год. Также при резком увеличении значений сети часто кратковременно отключается нагрузка, т.к. стабилизатор не успевает погасить этот скачок, и напряжение на ней превышает максимально допустимое значение.

Вследствие всего вышесказанного получили распространение как дешёвые стабилизаторы для питания недорогой домашней электротехники.

Электронные стабилизаторы напряжения. Наиболее широкий класс устройств ступенчатого регулирования, обеспечивающих исключительное постоянство электропитания нагрузки с заданной точностью в широких пределах изменения входной сети. Принцип работы основан на автоматическом переключении секций автотрансформатора с помощью силовых ключей (реле, тиристоры, симисторы).

К их достоинствам можно отнести: высокое быстродействие, очень широкий входной диапазон, отсутствие искажения формы напряжения, высокий КПД, низкий уровень шума (только от вентиляторов охлаждения). Точность стабилизации определяется количеством ступеней регулирования и, в зависимости от модели, может составлять от 5 до 0.5%, а некоторые модели даже имеют возможность коррекции в пределах 210-230 вольт для лучшей адаптации к импортному оборудованию. Необходимо особо отметить высокую надёжность 3-х фазных конфигураций, где каждую фазу в отдельности регулирует независимый однофазный блок.

Несмотря на высокую стоимость, электронные стабилизаторы напряжения — это оптимальное соотношение цена/качество, и они заслуженно нашли наибольшее распространение на рынке высококачественных электроприборов.

Инверторные стабилизаторы напряжения. Самый молодой тип регуляторов, начал выпускаться во второй половине 10-х годов нашего столетия. Как и ИБП (источник бесперебойного питания), основаны на двойном преобразовании сетевого напряжения: сначала оно выпрямляется а затем заново преобразуется в переменное. Их достоинства, в общем, такие же, как и у электронных стабилизаторов, но есть два существенных положительных отличия. Во-первых, они не содержат трансформаторов и поэтому имеют небольшой вес и габариты, а во-вторых, они ещё стабилизируют и частоту питающего напряжения! К недостаткам можно отнести то, что в трёхфазных моделях при неполадках в любом контуре регулирования фазы два остальных тоже отключаются.

В общем, у инверторных стабилизаторов напряжения есть определённое будущее и существенный сектор применения

www.td-m.ru

Стабилизатор напряжения - принцип работы

В электрической сети существует множество потребителей электроэнергии. Напряжение питания большинства из них определяется несколькими трансформаторами, расположенными в электросети по ходу передачи электроэнергии от электростанции. Мощность этих трансформаторов, а также сопротивление соединительных электрических цепей в основном определяет величину напряжения на потребителях. Чем больше нагруженных разветвлений в электросети и удаление потребителя электроэнергии от последнего трансформатора, тем значительнее меняется напряжение на клеммах этого потребителя электроэнергии.

Назначение

По мере развития предприятий и увеличения числа жителей населённых пунктов потребление электроэнергии увеличивается. В определённое время мощностей трансформаторов оказывается недостаточно для обеспечения штатной работы некоторых видов электрооборудования. Это можно показать на примере распространённых электробытовых приборов. Например, утюги, масляные радиаторы и все нагревательные приборы, использующие ТЭН или другие конструкции нагревательных резисторов при уменьшении напряжения будут нагреваться до более низкой температуры.

Большинство холодильников, стиральных машин и прочих довольно-таки мощных электроприборов с электродвигателями при существенном уменьшении напряжения не обеспечат своего полноценного предназначения. И такие ситуации весьма распространены в жилых посёлках и дачных кооперативах при массовом поливе или обогреве жилья электричеством. Поэтому во многих ситуациях, как на производстве, так и в быту появляется потребность в таком устройстве, которое позволит нормально работать оборудованию при существующих изменениях питающего напряжения. Этими устройствами являются стабилизаторы напряжения.

Принцип работы

Эти устройства имеют применение ограниченное собственной конструкцией. В зависимости от неё каждый стабилизатор формирует стабильное выходное напряжение, которое зависит от мощности нагрузки и входного питающего напряжения. Существует множество различных схем стабилизаторов напряжения. В общем виде они разделяются по принципу работы на три типа:

параметрические;
компенсационные;
индукционные.

Параметрический стабилизатор может быть заменён эквивалентным переменным сопротивлением, которое соединено параллельно с нагрузкой. Компенсационный вариант представляет собой эквивалентное сопротивление, соединённое с нагрузкой последовательно. Индукционный содержит регулируемый источник ЭДС. Её параметры определяют сердечник и число витков трансформатора или дросселя.

В сети электроснабжения мощность каждого из потребителей электроэнергии существенно меньше мощности трансформатора, который обеспечивает питание всех потребителей. Увеличение силы тока потребляемого нагрузкой всегда приводит к уменьшению напряжения на ней. Если напряжение на первичной обмотке питающего трансформатора достаточно стабильно, а его вторичные фазные обмотки, питающие электрическую сеть, нагружены весьма неравномерно и в двух из них присутствует в основном повышенное напряжение из-за перегрузки третьей обмотки, возможно применение всех трёх типов стабилизаторов напряжения.

Для потребителей постоянно работающих при повышенном напряжении наилучшими решениями будут параметрический и компенсационный стабилизаторы, а для пониженного напряжения – индукционный. Переменное сопротивление в параметрическом и компенсационном вариантах может иметь различные технические решения. Выбор его в основном определяется скоростью изменения импеданса нагрузки. Чем медленнее изменяется его величина, тем более экономичным можно сделать переменное сопротивление за счёт его реактивной составляющей.

Исполнительные регуляторы

В наиболее быстродействующих параметрических и компенсационных стабилизаторах переменным сопротивлением является охлаждаемый транзистор. Его состояние определяется специальной схемой, которая отслеживает напряжение на нагрузке и соответствующим образом подстраивает транзистор так, чтобы компенсировать изменения напряжения изменением его сопротивления. Поскольку транзистор может обеспечить наиболее широкий диапазон величин сопротивления и является самым быстродействующим регулятором, такие стабилизаторы получаются наиболее качественными в отношении выходного напряжения.

Если необходимо сделать стабилизатор напряжения для дома с настолько большим током нагрузки, который транзистор не сможет обеспечить из-за своих физических принципов работы, применяются иные более медленные переменные сопротивления. Наиболее быстродействующим из таких устройств является электромеханический регулятор. Он состоит из множества тонких плоских графитовых колец надетых на общий стержень. Крайние кольца соединены с клеммами, которые служат для подключения к электрической цепи. При сжатии колец их общее сопротивление уменьшается пропорционально силе сжатия. Источником этой силы может быть либо соленоид, либо электродвигатель со схемой управления. Пример такого регулятора показан на изображении слева.

И транзистор, и угольный регулятор рассеивают значительное тепло, которое является компромиссом между быстродействием и экономичностью. Более экономичным и медленным получается регулятор с использованием магнитного усилителя. Он изменяет свой импеданс соответственно току подмагничивания. По причине незначительной величины сопротивления проводов такой регулятор почти не рассеивает тепла и получается наиболее экономичным, хотя и медленным. Пример одной из многих конструкций магнитного усилителя показан на изображениях далее.

Наилучший, хотя и наиболее дорогостоящий стабилизатор получается при использовании магнитного усилителя вместе с транзистором или угольным регулятором. В таком стабилизаторе магнитный усилитель работает в продолжительном режиме и рассеивает мало тепла. Другой регулятор (транзисторный тип более быстродействующий) функционирует кратковременно в течение инерции магнитного усилителя. Необходимость совмещения таких регуляторов вполне обоснованна. Например, включение мощной печки – каменки, которая подключена только к одной фазе может вызвать скачок напряжения на маломощных нагрузках, подключенным к одной или двум другим фазам.

Если этой нагрузкой являются лампы накаливания, а момент включения печки совпал с увеличением амплитуды напряжения питания, их спирали могут перегореть. Транзисторный регулятор, несомненно, успеет подстроиться под нарастающее напряжение и не позволит ему достичь опасной для нагрузки величины. Если повышенное напряжение опасно для электрооборудования как, например, в отношении упомянутых ламп накаливания, пониженное напряжение не позволяет некоторым электроприборам обеспечить нормальную работу.

Индукционные стабилизаторы

Параметрические и компенсационные стабилизаторы не способны сформировать выходное напряжение на нагрузке более высокое, чем входное напряжение. С такой задачей может справиться только индукционный. Название «индукционный» не является широко распространённым. Оно применено, поскольку даёт определение группе технических решений по стабилизации переменного напряжения использующих явление электромагнитной индукции. Наиболее надёжным и давно используемым типом являются феррорезонансные стабилизаторы, показанные на изображениях далее.

Они содержат трансформатор с магнитопроводом специальной конструкции. Часть магнитопровода на которой расположена вторичная обмотка насыщается. По этой причине напряжение на ней и на подключенной к её клеммам нагрузке мало зависит от напряжения электросети, изменяющегося в некотором диапазоне. Но такой принцип формирования выходного напряжения не обеспечивает его синусоидальной формы. По мере приближения к состоянию насыщения магнитопровод утрачивает свои трансформирующие свойства. Это приводит к преждевременному уменьшению напряжения на вторичной обмотке, что и является причиной искажений.

Но кроме достаточно толстого обмоточного провода, магнитопровода и конденсатора который необходим для увеличения эффективности стабилизатора он не содержит иных деталей. Поэтому в нём нечему ломаться. Феррорезонансный стабилизатор может прийти в негодность только из-за некачественной межвитковой изоляции или механического повреждения. Его свойства за исключением магнитострикционного эффекта (жужжащий звук, идущий от магнитопровода, деформирующегося воздействием электромагнитного поля) делают его оптимальным для использования в быту как наиболее долговечный вариант устройства.

Однако главным недостатком феррорезонансных стабилизаторов являются вес и габариты. По этой причине изготавливаются модели в диапазоне выходных мощностей 100 – 8000 Вт. До появления технических решений с использованием полупроводниковых приборов феррорезонансные стабилизаторы были наиболее широко используемыми. Другие индукционные стабилизаторы по сути своей аналогичны лабораторному автотрансформатору (ЛАТР).

Он имеет ручной регулятор, который перемещает одну из выходных клемм по виткам. Как видно из схемы слева, выходное напряжение на клеммах а и б может быть как меньше входного напряжения U1 электросети, так и больше него при сближении клеммы а с точкой с. В существующих стабилизаторах типа ЛАТР перемещение клеммы происходит автоматически под контролем схемы управления. Эта схема выполнена с применением полупроводниковых приборов и микросхем. Для перемещения клеммы применяется несколько решений. В некоторых моделях стабилизаторов применяется электромотор.

Это морально устаревший способ и весьма инертный. К тому же для него необходим скользящий контакт, который может искрить и подгорать при перемещении. С целью устранения перечисленных недостатков применяются более дорогие, но зато более быстродействующие конструкции шагового действия. В них применяется автотрансформатор с несколькими ответвлениями обмотки. Выходные клеммы подключаются к той клемме, которая в данный момент времени обеспечивает ближайшее значение напряжения к заданному напряжению.

Подключение выполняется либо контактами реле, либо полупроводниковыми ключами. Схемы таких стабилизаторов показаны на изображениях далее.

Основным недостатком индукционных стабилизаторов с коммутацией выходного напряжения является их малая перегрузочная способность. Чтобы наглядно продемонстрировать значение этого недостатка для пользователя можно рассмотреть такой пример. Наиболее подвержено изменениям напряжение в электросетях посёлков и дач. Для обогрева домов при поездках на выходные наиболее часто применяются электрические обогреватели. Весной и осенью когда начинается или заканчивается дачный сезон или централизованное отопление в посёлках в частных домах (если оно есть) отключено, периодически на полную мощность включаются электрообогреватели.

Напряжение при этом может упасть до 140 – 150 Вольт. Для холодильника, который постоянно подключен к электросети это весьма неполезно, поскольку существенно сокращается срок службы компрессора и к тому же не обеспечивается его нормальная работа. Поэтому многие домовладельцы подключают свой холодильник через стабилизатор напряжения. Но при пуске компрессора, который время от времени происходит в любом холодильнике, кратковременное значение мощности, потребляемой от сети, в 2-3 раза превышает номинальную мощность движка компрессора.

При уменьшении напряжения его стабилизация под нагрузкой обеспечивается увеличением силы тока. А по мере увеличения силы тока напряжение на входе стабилизатора уменьшается ещё больше. Поэтому при существенном уменьшении напряжения ток, потребляемый от сети индукционным стабилизатором с переключением выходных клемм, может достигать величин срабатывания автоматических выключателей. При каждом пуске холодильника при максимально пониженном напряжении будет либо срабатывать автомат на щитке в доме, либо токовая защита. И получается такая ситуация что и стабилизатор в наличии, и холодильник не работает.

Преодолеть рассмотренную проблему может иная конструкция устройства. Это также индукционный стабилизатор, но с инвертором, формирующим выходное переменное напряжение из постоянного напряжения. В таком варианте используется промежуточное выпрямление электрического тока для питания инвертора. При этом можно использовать конденсаторы большой ёмкости, имеющие небольшие габариты и предназначенные для использования при постоянном напряжении.

Энергия, накопленная в этих конденсаторах, существенно уменьшает нагрузку на электрическую сеть при кратковременных перегрузках. А инвертор, который может работать на частотах в несколько десятков килогерц может обеспечить качественное выходное напряжение при небольших размерах и массе всего устройства. Использование инверторов это самое передовое решение в конструкции стабилизаторов. Несмотря на её сложность и сравнительно высокую цену устройства с инверторами оправдывают их качеством электропитания.

Если в электросети напряжение нестабильно и очевидна необходимость стабилизации напряжения надо оптимально выбрать его. При этом следует правильно определить мощность потребителей электроэнергии. От этого будет зависеть цена стабилизатора. В зимнее время частный дом средних размеров нуждается в электрической мощности в пределах 6-10 кВт. Причём основная часть этой мощности будет потреблена электрообогревателями. Нужно ли стабильное напряжение для них это вопрос спорный. Большинство из обогревательных электроприборов и при 150 Вольтах дают много тепла.

Электрические котлы, имеющие электронное управление снабжены встроенными стабилизаторами напряжения. Поэтому сама схема управления котлом не должна быть подвержена изменениям напряжения в электросети, если это качественная модель котла или бойлера. При пониженном напряжении нагрев будет более длительным. Если это обстоятельство не критично, за общий стабилизатор для всего дома нет смысла переплачивать. Современные электронные бытовые электроприборы снабжены импульсными источниками электропитания. Они обеспечивают бесперебойную работу этих устройств даже при значительных перепадах напряжения. То же самое относится и к энергосберегающим лампам.

Наиболее требовательны к стабильности напряжения бытовые электроприборы с двигателями. Кофемолки, водяные насосы, холодильники, стиральные машины и большинство других устройств с коллекторными и асинхронными двигателями существенно замедляются при уменьшении напряжения и не создают необходимых оборотов для обеспечения того или иного процесса. Для перечисленных устройств стабилизатор является объективной необходимостью.

Поэтому рекомендуется правильно организовать использование этих устройств так, чтобы работал только один электроприбор, подключенный к стабилизатору. Это даст возможность сэкономить деньги и занимаемое место. Чем меньше мощность, тем компактнее устройство.

podvi.ru

Устройство, принцип работы импульсного стабилизатора напряжения

Для нормального функционирования бытовой техники требуется стабильное напряжение. Как правило, в сети могут происходить различные сбои. Напряжение от 220 В может отклоняться, и в устройстве происходят сбои. В первую очередь под удар попадают лампы. Если рассматривать бытовую технику в доме, то могут пострадать телевизоры, аудиоаппаратура и прочие приборы, которые работают от электросети.

В данной ситуации на помощь людям приходит импульсный стабилизатор напряжения. Он в полной мере способен справиться со скачками, которые возникают ежедневно. Многих при этом волнует вопрос о том, как появляются перепады напряжения, и с чем они связаны. Зависят они главным образом от загруженности трансформатора. На сегодняшний день количество электроприборов в жилых домах все время увеличивается. Как результат, потребности в электричестве непременно растут.

Также следует учитывать, что к жилому дому могут быть проложены кабели, которые уже давно устарели. В свою очередь, квартирная проводка в большинстве случаев не рассчитана на большие нагрузки. Чтобы обезопасить свою технику в доме, следует более подробно ознакомиться с устройством стабилизаторов напряжения, а также принципом их работы.

Какие функции выполняет стабилизатор?

Главным образом импульсный стабилизатор напряжения служит контролером сети. Все скачки при этом отслеживаются им и устраняются. В результате техника получает стабильное напряжение. Электромагнитные помехи стабилизатором также учитываются, и на работу устройств не способны повлиять. Таким образом, сеть избавляется от перегрузок, и случаи коротких замыканий практически исключаются.

Устройство простого стабилизатора

Если рассматривать стандартный импульсный стабилизатор тока напряжения, то в нем устанавливается только один транзистор. Как правило, их используют исключительно коммутирующего типа, поскольку на сегодняшний день они считаются более эффективными. В результате коэффициент полезного действия устройства можно сильно поднять.

Вторым важным элементом импульсного стабилизатора напряжения следует назвать диоды. В обычной схеме их можно встретить не больше трех единиц. Соединяются они друг с другом с помощью дросселя. Для нормальной работы транзисторов важными являются фильтры. Устанавливаются они в начале, а также конце цепочки. При этом блок регулирования отвечает за работу конденсатора. Его неотъемлемой частью принято считать резисторный делитель.

Как это работает?

В зависимости от типа устройства, принцип действия импульсного стабилизатора напряжения может отличаться. Рассматривая стандартную модель, можно сказать, что сначала ток подается на транзистор. На данном этапе происходит его преобразование. Далее в работу включаются диоды, в обязанности которых входит передача сигнала на конденсатор. При помощи фильтров, электромагнитные помехи отсеиваются. Конденсатор в этот момент сглаживает колебания напряжения и по дросселю ток через резистивный делитель вновь возвращается к транзисторам для преобразования.

Самодельные устройства

Сделать импульсный стабилизатор напряжения своими руками можно, но они будут иметь малую мощность. При этом резисторы устанавливаются самые обычные. Если использовать в приборе более одного транзистора, можно добиться высокого коэффициента полезного действия. Важным заданием в этом плане является установка фильтров. Именно они влияют на чувствительность прибора. В свою очередь, габариты устройства совсем не важны.

Стабилизаторы с одним транзистором

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения данного типа способен похвастаться коэффициентом полезного действия на уровне 80 %. Как правило, он функционируют только в одном режиме и может справляться только с малыми помехами в сети.

Обратная связь в данном случае полностью отсутствует. Транзистор в стандартной схеме импульсного стабилизатора напряжения функционирует без коллектора. В результате на конденсатор сразу подается большое напряжение. Еще одной отличительной чертой приборов данного типа можно назвать слабый сигнал. Решить эту проблему смогут различные усилители.

В результате можно добиться лучшей работоспособности транзисторов. Резистор устройства в цепи в обязательном порядке должен находиться за делителем напряжения. В данном случае можно будет добиться более качественной работы устройства. В качестве регулировщика в цепи импульсный стабилизатор постоянного напряжения имеет блок контроля. Данный элемент способен ослаблять, а также повышать мощность транзистора. Происходит это явление при помощи дросселей, которые соединены с диодами в системе. Нагрузка на регулятор контролируется через фильтры.

Стабилизаторы напряжения ключевого типа

Такого рода импульсный стабилизатор напряжения 12В коэффициент полезного действия имеет на уровне 60 %. Основной проблемой является то, что он не способен справляться с электромагнитными помехами. В данном случае приборы с мощностью более 10 Вт находятся в зоне риска. Современные модели данных стабилизаторов способны похвастаться предельным напряжением в 12 В. Нагрузка на резисторы при этом значительно ослабевает. Таким образом, на пути к конденсатору напряжение удается полностью преобразовать. Непосредственно генерация частоты тока происходит на выходе. Износ конденсатора в данном случае минимален.

Еще одна проблема связна с использованием простых конденсаторов. На деле они показали себя довольно плохо. Вся проблема заключается именно в высокочастотных выбросах, которые происходят в сети. Чтобы решить эту задачу, производители начали устанавливать на импульсный стабилизатор напряжения (12 вольт) конденсаторы электролитического типа. В результате качество работы удалось улучшить за счет увеличения емкости устройства.

Как работают фильтры?

Принцип работы стандартного фильтра построен на генерации сигнала, который поступает на преобразователь. При этом дополнительно задействуется устройство сравнения. Для того чтобы справиться с большими колебаниями в сети, фильтру необходимы блоки контроля. При этом выходное напряжение можно будет сгладить.

Чтобы решить проблемы с мелкими колебаниями, в фильтре имеется специальный разностный элемент. С его помощью напряжение проходит с предельной частотой не более 5 Гц. В данном случае это положительно влияет на сигнал, который имеется на выходе в системе.

Модифицированные модели устройств

Максимальный ток нагрузки у данного типа воспринимается до 4 А. Входное напряжение конденсатором способно обрабатываться до отметки не более 15 В. Параметр входного тока у них обычно не превышает 5 А. Пульсация в данном случае допускается минимальная с амплитудой в сети не более 50 мВ. Частоту при этом можно поддерживать на уровне 4 Гц. Все это в конечном счете благоприятно отразится на общем коэффициенте полезного действия.

Современные модели стабилизаторов вышеуказанного типа справляются с нагрузкой в районе 3 А. Еще одной отличительной чертой данной модификации можно назвать быстрый процесс преобразования. Во многом это связано с использованием мощных транзисторов, которые работают со сквозным током. В результате открывается возможность стабилизировать выходной сигнал. На выходе дополнительно задействуется диод коммутирующего типа. Устанавливается он в системе вблизи узла напряжения. Потери при нагревании значительно уменьшаются, и это является явным преимуществом стабилизаторов данного типа.

Широтно-импульсные модели

Импульсный регулируемый стабилизатор напряжения данного типа коэффициент полезного действия имеет на уровне 80 %. Номинальный ток он способен выдержать на уровне 2 А. Параметр входного напряжения в среднем составляет 15 В. Таким образом, пульсация выходного тока довольно низкая. Отличительной особенностью данных приборов можно назвать способность работы в режиме замыкания. В результате есть возможность выдерживать нагрузки до 4 А. В данном случае короткие замыкания происходят крайне редко.

Из недостатков следует отметить дроссели, которым приходится справляться с напряжением от конденсаторов. В конечном счете это приводит к быстрому износу резисторов. Чтобы справиться с этой проблемой, ученые предлагают использовать их большое количество. Конденсаторы в сети при этом обязаны контролировать рабочую частоту прибора. В таком случае открывается возможность исключить колебательный процесс, в результате которого эффективность стабилизатора резко снижается.

Сопротивление в цепи также должно быть учтено. С этой целью ученые устанавливают специальные резисторы. В свою очередь, диоды способны помочь с резкими переходами в цепи. Режим стабилизации включается только при предельном токе устройства. Чтобы решить проблему с транзисторами, некоторые используют механизмы теплоотвода. В таком случае размеры прибора значительно увеличатся. Дроссели для системы следует использовать многоканальные. Провода с этой целью обычно берут серии "ПЭВ". Помещаются они первоначально в магнитопривод, который изготовлен чашечного типа. Дополнительно в нем имеется такой элемент, как феррит. Между ними должен в конечном счете образоваться зазор не более 0.5 мм.

Стабилизаторы для бытового использования больше всего подходят серии "ВД4". Ток нагрузки они способны выдерживать значительный за счет пропорционального изменения сопротивления. В это время резистор будет справляться с малым переменным током. Входное напряжение устройства целесообразно пропускать через фильтры серии ЛС.

Как стабилизатор справляется с малыми пульсациями?

В первую очередь импульсный стабилизатор напряжения 5В задействуется узел запуска, который соединен с конденсатором. Источник опорного тока при этом должен посылать сигнал на устройство сравнения. Чтобы решить проблему с преобразованием, в работу включается усилитель постоянного тока. Таким образом, можно сразу вычислить максимальную амплитуду скачков.

Далее через индуктивный накопитель ток проходит до коммутирующего диода. Чтобы входное напряжение было стабильным, имеется фильтр на выходе. Предельная частота при этом может значительно изменяться. Нагрузка транзистором максимум способна выдерживаться до 14 кГц. Катушка индуктивности отвечает за напряжение в обмотке. Благодаря ферриту ток можно стабилизировать на первоначальном этапе.

Отличие стабилизаторов повышающего типа

Импульсный повышающий стабилизатор напряжения отличается мощными конденсаторами. Во время обратной связи они принимают всю нагрузку на себя. В сети при этом должна быть расположена гальваническая развязка. Отвечает она только за повышение предельной частоты в системе.

Дополнительно важным элементом можно назвать затвор, который находится за транзистором. Ток он получает от источника питания. На выходе процесс преобразования происходит от дросселя. На данном этапе в конденсаторе образуется электромагнитное поле. В транзисторе, таким образом, получается опирающее напряжение. Процесс самоиндукции начинается последовательно.

Диоды на этом этапе не задействуются. Первым делом дроссель отдает напряжение на конденсатор, и далее транзистор направляет его на фильтр и также снова на дроссель. В результате образуется обратная связь. Происходит она до тех пор, пока не стабилизируется напряжение на блоке контроля. В этом ему помогут установленные диоды, которые получают сигнал от транзисторов, а также конденсатора стабилизатора.

Принцип действия инвертирующих приборов

Весь процесс инвертирования связан с активацией преобразователя. Импульсный стабилизатор переменного напряжения транзисторы имеет закрытого типа серии "ВТ". Еще одним элементом системы можно назвать резистор, который следит за колебательным процессом. Непосредственно индукция заключается в снижении предельной частоты. На входе она имеется на уровне 3 Гц. После преобразовательных процессов транзистор посылает сигнал на конденсатор. В конечно счете предельная частота способна увеличиться вдвое. Для того чтобы скачки стали менее заметны, необходим мощный преобразователь.

Сопротивление в колебательном процессе также учитывается. Данный параметр максимум допускается на уровне 10 Ом. В противном случае диоды на транзистор сигнал будут не способны передавать. Еще одна проблема кроется в магнитных помехах, которые имеются на выходе. Для того чтобы установить множество фильтров, применяют дроссели серии "НМ". Нагрузка на транзисторы напрямую зависит от загруженности конденсатора. На выходе задействуется магнитопривод, который помогает стабилизатору понизить сопротивление до нужной отметки.

Как устроены понижающие стабилизаторы?

Импульсный понижающий стабилизатор напряжения обычно оснащается конденсаторами серии "КЛ". В этом случае они способны значительно помочь с внутренним сопротивлением устройства. Источники питания при этом воспринимаются самые разнообразные. В среднем параметр сопротивления колеблется в районе 2 Ом. За показателем рабочей частоты следят резисторы, которые соединяются с блоком контроля, посылающим сигнал на преобразователь.

Частично нагрузка при этом уходит за счет процесса самоиндукции. Возникает она первоначально в конденсаторе. Благодаря процессу обратной связи предельная частота в некоторых моделях способна достигнуть 3 Гц. В данном случае электромагнитное поле на электрическую цепь никакого влияния не оказывает.

Источники питания

Как правило, в сети используются источники питания 220 В. В таком случае от импульсного стабилизатора напряжения можно ждать высокого коэффициента полезного действия. Для преобразования постоянного тока учитывается количество транзисторов в системе. Сетевые трансформаторы в источниках питания используются редко. Во многом это связано с большими скачками. Однако вместо них часто устанавливают выпрямители. В источнике питания он имеет свою систему фильтрации, которая стабилизирует предельное напряжение.

Зачем устанавливать компенсаторы?

Компенсаторы в большинстве случаев играют в стабилизаторе второстепенную роль. Связана она с регулировкой импульсов. Главным образом с этим справляются транзисторы. Однако свои преимущества у компенсаторов все же имеются. В данном случае многое зависит от того, какие приборы подключены к источнику питания.

Если говорить о радиооборудовании, то тут необходим особый подход. Связан он с различными колебаниями, которые воспринимаются таким прибором иначе. В этом случае компенсаторы способны помочь транзисторам в стабилизации напряжения. Установка дополнительных фильтров в цепи, как правило, ситуацию не улучшает. При этом они сильно влияют на коэффициент полезного действия.

Недостатки гальванических развязок

Гальванические развязки устанавливаются для передачи сигнала между важными элементами системы. Основной их проблемой можно назвать неверную оценку входного напряжения. Происходит это чаще всего с устаревшими моделями стабилизаторов. Контроллеры в них не способны быстро обрабатывать информацию и подключать в работу конденсаторы. В результаты диоды страдают в первую очередь. Если система фильтрации устанавливается за резисторами в электрической цепи, то они просто сгорают.

fb.ru

Стабилизаторы напряжения. Виды и устройство. Особенности

Многие люди знают, что такое перебои и скачки напряжения в электрической сети. Одно дело, когда от этого просто мигают лампочки, и могут сгореть. А другое дело, когда от перепадов напряжения сгорит стиральная машина или холодильник. Это существенно ударит по семейному бюджету.

Импортная бытовая техника не рассчитана на такие скачки напряжения, которые часто происходят в отечественных сетях. Чтобы защитить себя от риска возникновения неисправностей в домашних бытовых устройствах, необходимо обзавестись стабилизатором напряжения, который выбирается по суммарной мощности устройств, которые будут работать в вашей домашней сети. Чтобы разобраться в том, какие стабилизаторы напряжения подходят конкретно для вашего случая, необходимо разобраться в существующих типах приборов, и их особенностях.

Разновидности

Стабилизаторы напряжения – это приборы, которые выравнивают величину напряжения питания до тех параметров, которые соответствуют стандартным значениям, а также очищают напряжение от высокочастотных помех. Вид стабилизатора определяет тип основного встроенного механизма, который выполняет функции стабилизатора. Рассмотрим основные виды стабилизаторов.

Стабилизаторы напряжения делятся на два основных вида:

Накапливающие.
Корректирующие.

Первый вид стабилизаторов в настоящее время не используется, так как они имеют большие размеры. Ранее они использовались в сфере производства, а не в бытовых условиях. Стабилизаторы накапливающего действия функционируют с помощью накопления электрической энергии в емкости, и далее получают от этой емкости необходимый электрический ток с нужными параметрами. По аналогичному принципу работают источники бесперебойного питания.

Корректирующие стабилизаторы напряжения чаще всего включают в себя блок управления. Он реагирует на перепады напряжения в одну или другую сторону, и при этом подключает соответствующую обмотку трансформатора. Корректирующие стабилизаторы нашли широкое применение в бытовых условиях. Они в свою очередь разделяются на несколько видов:

Релейные.
Электронные (тиристорные).
Феррорезонансные.
Электромеханические.
Инверторные.
Линейные.

Конструктивные особенности и работа

Корректирующий тип стабилизаторов стал наиболее популярным в быту, поэтому все его виды рассмотрим подробнее.

Релейные стабилизаторы напряжения стали наиболее популярными, ввиду их невысокой стоимости и качества работы. Основным достоинством релейных стабилизаторов является их быстродействие. Они очень быстро срабатывают при изменениях напряжения, и возвращают его величину в стандартные пределы, осуществляя этим защиту бытовых устройств.

Из недостатков можно отметить, что при срабатывании реле возникает резкий скачок напряжения величиной 5-15 вольт, в зависимости от фирмы изготовителя. Для бытовой техники такой скачок не окажет негативного влияния, однако освещение при этом будет мигать заметно. Поэтому при работе релейного стабилизатора иногда наблюдается моргание ламп накаливания, в то время, как энергосберегающие и люминесцентные лампы на это не реагируют.

Как и в других видах стабилизатора, основным элементом релейной модели является силовой трансформатор и блок управления на полупроводниковых элементах. Электронный блок стабилизатора выполнен в виде мощного микроконтроллера, который анализирует напряжение на входе и выходе. В результате он вырабатывает сигналы управления для силовых реле или ключей. Микроконтроллер при создании напряжения управления учитывает время срабатывания силовых реле и ключей. Это дает возможность выполнять коммутацию цепей без их разрыва. В итоге форма графика выходного напряжения становится идентичной входной форме напряжения.

Электронные стабилизаторы напряжения

Тиристорные стабилизаторы работают по принципу, который основан на автоматической коммутации разных обмоток трансформатора силовыми ключами в виде тиристоров. Такой принцип похож на действие релейных приборов. Отличие релейных стабилизаторов состоит в том, что у них нет механических контактов, имеется большее количество ступеней выравнивания напряжения и высокая точность работы 2-5%.

Электронные приборы не создают шума в доме, так как отсутствуют механические реле. Их заменяют электронные ключи. Тиристорные стабилизаторы работают с большим КПД.

При практическом применении электронные модели показали себя чувствительными устройствами, на которые отрицательно влияет перегрев. Отечественные производители выпускают чаще всего именно такой вид стабилизаторов.

Самым серьезным недостатком тиристорных моделей является их высокая стоимость. Гарантийный срок работы практически всех видов стабилизаторов находится в пределах 1-3 лет, в зависимости от фирмы изготовителя.

Феррорезонансные

Их действие основывается на изменении величины индуктивности катушек, имеющих металлический сердечник, при изменении тока. Последовательно с первичной обмоткой трансформатора подключают емкость С1. Она совместно с первичной обмоткой образует резонансный контур, который настроен на частоту сети, равную 50 герц.

Величина конденсатора зависит от мощности трансформатора. При мощности трансформатора до 60 ватт, конденсатор применяют величиной до 12 мкФ. Чтобы создать значительную мощность стабилизатора, используют дроссель насыщения.

При небольшом сетевом напряжении по дросселю проходит малый ток, и индуктивность дросселя большая. Основная часть тока протекает по параллельно подключенному конденсатору. При этом суммарное сопротивление этой цепи имеет емкостный тип.

Конденсатор компенсирует некоторую часть индуктивного сопротивления катушки трансформатора. При этом ток катушки повышается. Выходное напряжение трансформатора также увеличивается. Это характерно для эффекта резонанса напряжений.

При увеличении напряжения, ток дросселя также повышается, а его индуктивность падает. Величина емкости рассчитывается так, чтобы в контуре дроссель – конденсатор наступил резонанс, при котором сопротивление этого контура было бы наибольшим, а ток, приходящий из сети питания на трансформатор – наименьшим.

При увеличении напряжения сети увеличивается сопротивление контура до момента резонанса. Это дает возможность стабилизироваться напряжению на трансформаторе при больших перепадах напряжения.

Достоинством феррорезонансных приборов является надежность и простота. Недостатком является значительная зависимость напряжения на выходе прибора от частоты тока и искажение формы напряжения. Также, стабилизаторы с насыщенными сердечниками катушек обладают большим магнитным рассеянием. Это отрицательно влияет на функционирование окружающих устройств и на человека.

Электромеханические

Принцип действия такого прибора довольно простой. Щетки из графита при перепадах напряжения передвигаются по катушке трансформатора, тем самым регулируется и подстраивается выходное напряжение.

В первых образцах электромеханических стабилизаторов для передвижения щеток использовался ручной способ (переключателем). Пользователь должен был постоянно контролировать показания индикатора напряжения.

В новых моделях приборов эта функция выполняется автоматически небольшим моторчиком, который при перепадах напряжения передвигает щетку по обмотке трансформатора.

Преимуществами таких стабилизаторов является простота и надежность устройства, повышенный КПД. Из недостатков можно отметить малое быстродействие при перепадах напряжения, а также быстрый износ механических деталей. Поэтому электромеханический вид стабилизатора требует постоянного обслуживания в виде контроля и замены щеток.

Инверторные стабилизаторы преобразуют постоянный ток в переменный, а также выполняют обратное действие, то есть, преобразуют переменный ток в постоянный с помощью микроконтроллера и кварцевого генератора.

Из достоинств инверторных стабилизаторов можно выделить малый шум при работе прибора, компактные размеры и широкий интервал входных рабочих напряжений, который колеблется в пределах 115-290 вольт.

Недостатком инверторных образцов является высокая стоимость, в отличие от многих других видов стабилизаторов.

Линейные стабилизаторы напряжения выполнены в виде делителя напряжения. Нестабильное напряжение подается на вход такого устройства, а выровненное напряжение выходит с нижнего плеча делителя. Выравнивание выполняется изменением сопротивления плеча делителя напряжения. При этом величина сопротивления поддерживается такой величины, при которой выходное напряжение прибора было в определенных пределах.

При значительном отношении величин выходного и входного напряжений линейный стабилизатор обладает пониженным КПД, так как значительная часть мощности рассеивается в тепло на элементе настройки. Поэтому регулятор напряжения обычно монтируют на теплоотводящем радиаторе для возможности рассеивания тепла.

Достоинством линейного прибора является отсутствие помех, простота конструкции и малое число деталей. Недостатком является малый КПД, большое выделение тепла.

Советы по выбору

Рассмотрим, на что необходимо обратить внимание при покупке стабилизатора:

Способ монтажа. Он бывает настенным, с горизонтальной или вертикальной установкой (для стационарных приборов). Может устанавливаться рядом с устройством, для которого он приобретается.
Точность работы, входное и выходное напряжение. Эта характеристика зависит в основном от параметров входного напряжения. Лучше выбрать наименьший показатель точности прибора от 1 до 3%, при напряжении 220 вольт.
Мощность стабилизатора выбирается не только мощностью подключаемого электрического устройства. К этой величине добавляется определенный резерв мощности. Для всей квартиры этот запас должен быть в пределах 30%.
Число фаз сети питания (однофазная или трехфазная сеть).
Быстродействие (время реакции на перепады напряжения), в миллисекундах.
Защита стабилизатора. Дорогие образцы приборов чаще всего оснащены защитными системами, которые предохраняют стабилизатор от коротких замыканий, резких изменений напряжения и других отрицательных явлений.
Габаритные размеры прибора и его шумность при функционировании.
Стоимость. Профессионалы не рекомендуют покупать дешевые китайские подделки, так как не стоит экономить на качестве стабилизатора. Качественный прибор не должен стоить дешево. Лучше приобрести отечественную модель, или прибор европейского производства.
Гарантийный срок играет большую роль при выборе любого устройства. Если прибор китайский, то вряд ли на него будет какая-то гарантия. Стабилизаторы, приобретенные в специализированных торговых точках можно за время гарантийного периода бесплатно обменять при возникновении неисправности или обнаружения брака.

Наибольшую трудность обычно вызывает при выборе прибора его мощность. Кроме активной составляющей мощности, которую расходуют бытовые устройства, некоторые из них обладают реактивной составляющей мощности. Она появляется при наличии индуктивности (если в устройстве имеется мощный электрический мотор). При его запуске ток повышается в несколько раз. Если выбрать стабилизатор без учета этой реактивной составляющей мощности, то он может не справиться с высокой нагрузкой при запуске устройства, имеющего электродвигатель.

Другим фактором, который значительно влияет на выбор стабилизатора, является коэффициент трансформации, который равен нулю, если стабилизатор функционирует в идеальных условиях. То есть, на вход поступает ровно 220 вольт, и выходит точно такая же величина к потребителю. А если стабилизатору приходится выравнивать напряжение, то мощность снижается.

Похожие темы:

electrosam.ru

Стабилизаторы напряжения – принцип работы и схема

Термин «стабилизация напряжения» в отношении источников питания означает относительную величину изменения выходного напряжения при изменении тока нагрузки, выраженную в процентах. Коэффициент стабилизации представляет собой отношение разности выходных напряжений при минимальном и максимальном токе, потребляемом от источника питания, к напряжению при максимальной нагрузке. Выражение для коэффициента стабилизации в процентах записывается в виде

(10.1)

где eq — выходное напряжение без нагрузки и Еп — выходное напряжение при максимальной нагрузке.

Чтобы сделать минимальными изменения выходного напряжения при различных токах нагрузки, применяют различные методы стабилизации. Сложность схемы стабилизации зависит от степени стабилизации, принципиально достижимой и требуемой в данной системе. В промышленных электронных установках применяются полупроводниковые стабилизаторы, и в некоторых случаях могут использоваться дроссели с переменной индуктивностью на входе фильтра (рис. 10.7,а). Такие дроссели с ферромагнитным сердечником легко переходят в режим насыщения при увеличении протекающего через них тока; при этом индуктивность, а следовательно, и индуктивное сопротивление уменьшается. Для обеспечения нормальной работы при стабильном напряжении выходной ток, протекая через катушку, вызывает на ней определенное падение напряжения, величина которого зависит от реактивного и омического сопротивлений катушки. При увеличении потребляемого тока при изменении сопротивления нагрузки катушка переходит в состояние насыщения и ее реактивное сопротивление уменьшается. В результате падение напряжения на катушке понизится, а выходное напряжение возрастет.

Кроме указанных дросселей, для целей стабилизации напряжения полезно применять резисторы утечки и конденсаторы фильтра повышенной емкости. Существенное улучшение качества стабилизации обеспечивается применением полупроводниковых стабилизирующих диодов — стабилитронов, или диодов Зенера (рис. 10.7).

Рис. 10.7. Схемы стабилизаторов с дросселем переменной индуктивности (а) и со стабилитронами (б и г), а также характеристика зенеровского диода (в).

Как можно видеть на рис. 10.7,6, стабилитрон включают последовательно с ограничивающим резистором ri, а стабилизированное напряжение снимается с зажима Т2. Такой диод может работать в качестве стабилизатора напряжения благодаря своей характеристике (рис. 10.7,в). При подаче на стабилитрон прямого напряжения ток через него увеличивается с ростом напряжения, т. е. его поведение ничем не отличается от поведения обычного диода. Однако при подаче обратного напряжения сопротивление стабилитрона сначала очень велико и через него протекает ток порядка нескольких микроампер. По достижении некоторой критической точки внутреннее сопротивление диода резко снижается почти до нуля. Резкое уменьшение сопротивления диода вызывает резкое увеличение тока до такой величины при которой обычный кремниевый диод таких же размеров безусловно, вышел бы из строя. Однако этот явный пробой не нарушает работоспособности диода. Это происходит потому что при определенной величине обратного напряжения носители преодолевают внутренний потенциальный барьер полупроводникового диода, приводя к появлению проводимости диода в обратном направлении. Если теперь обратное напряжение уменьшится до нуля, то внутренний потенциальный барьер вновь восстановится и диод перейдет в нормальный режим работы.

Точка пробоя, показанная на рис. 10.7,6, находится в пределах некоторой области напряжений (области пробоя), и ее положение в этой области можно регулировать в процессе производства путем изменения удельного сопротивления кремниевого материала.

В области пробоя протекание большого тока не сопровождается изменением падения напряжения на диоде. Следовательно это падение напряжения практически остается постоянным в точке пробоя. Благодаря такой характеристике стабилитрон можно использовать в схеме стабилизации напряжения (рис 10.7,6) Сопротивление резистора Ri подбирают таким образом чтобы удерживать диод в области пробоя. Заметим, что в этой схеме диод включается не так, как это обычно делается в выпрямительных схемах: его присоединяют таким образом чтобы на него подавалось напряжение обратной полярности. Следовательно, когда диод находится в области пробоя, падение напряжения на нем будет оставаться почти постоянным при небольших изменениях тока, благодаря чему на зажимах Т2и Т3обеспечивается стабилизированное выходное напряжение

Кроме того стабилитроны могут применяться также и для стабилизации переменного напряжения (рис. 10.7,г). В этой схеме два стабилитрона включены навстречу друг другу (встречно) и каждый из них работает в качестве стабилитрона в течение полупериода. Обычно для этой цели промышленность выпускает специальные сдвоенные диоды, которые для обеспечения симметрии подбираются с одинаковыми характеристиками.

nauchebe.net