Стабилизация напряжения: как работает, зачем нужен, типы и применение

Содержание

как работает, зачем нужен, типы и применение

В статье расскажем что такое стабилизатор напряжения, применение, как работает и его различные типы с принципиальными схемами, а также мы поможем вам в выборе стабилизатора напряжения.

Применение стабилизаторов напряжения стало необходимостью для каждого дома. Различные типы стабилизаторов напряжения доступны в настоящее время с различными функциями и работами. Последние достижения в технологии, такие как микропроцессорные чипы и силовые электронные устройства, изменили стабилизаторы напряжения. Теперь они полностью автоматические, интеллектуальные и оснащены множеством дополнительных функций. Они также имеют сверхбыструю реакцию на колебания напряжения и позволяют своим пользователям дистанционно регулировать требования к напряжению, включая функцию пуска или выключения. Большой выбор стабилизаторов напряжения вы можете посмотреть и приобрести на Алиэкспресс, выбирайте любой подходящий.

Что такое стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения — это электрическое устройство, которое используется для подачи постоянного напряжения на нагрузку на своих выходных клеммах независимо от каких-либо изменений или колебаний на входе, то есть входящего питания.

Основное назначение стабилизатора напряжения заключается в защите электрических или электронных устройств (например, кондиционера, холодильника, телевизора и так далее) от возможного повреждения в результате скачков напряжения или колебаний, повышенного или пониженного напряжения.


Рис.1 — Различные типы стабилизаторов напряжения

Стабилизатор напряжения также известен как AVR (автоматический регулятор напряжения). Использование стабилизатора напряжения не ограничивается домашним или офисным оборудованием, которое получает электропитание извне. Даже места, которые имеют свои собственные внутренние источники питания в виде дизельных генераторов переменного тока, сильно зависят от этих AVR для безопасности своего оборудования.

Мы можем увидеть различные типы стабилизаторов напряжения, доступных на рынке. Аналоговые и цифровые автоматические стабилизаторы напряжения доступны от многих производителей. Благодаря растущей конкуренции и повышению осведомленности о безопасности устройств. Эти стабилизаторы напряжения могут быть однофазными (выход 220-230 вольт) или трехфазными (выход 380/400 вольт) в зависимости от типа применения. Регулирование желаемой стабилизированной мощности осуществляется методом понижения и повышения напряжения в соответствии с его внутренней схемой. Трехфазные стабилизаторы напряжения доступны в двух разных моделях, то есть моделях с сбалансированной нагрузкой и моделях с несбалансированной нагрузкой.

Они доступны в различных рейтингах и диапазонах
КВА. Стабилизатор напряжения нормального диапазона может обеспечить стабилизированное выходное напряжение 200-240 вольт с усилением 20-35 вольт при питании от входного напряжения в диапазоне от 180 до 270 вольт. Принимая во внимание, что широкий диапазон стабилизатора напряжения может обеспечить стабилизированное напряжение 190-240 вольт с повышающим сопротивлением 50-55 вольт при входном напряжении в диапазоне от 140 до 300 вольт.

Они также доступны для широкого спектра применений, таких как специальный стабилизатор напряжения для небольших устройств, таких как телевизор, холодильник, микроволновые печи, для одного огромного устройства для всей бытовой техники.

В дополнение к своей основной функции стабилизаторы текущего напряжения оснащены многими полезными дополнительными функциями, такими как защита от перегрузки, переключение нулевого напряжения, защита от изменения частоты, отображение отключения напряжения, средство запуска и остановки выхода, ручной или автоматический запуск, отключение напряжения и так далее.

Стабилизаторы напряжения являются очень энергоэффективными устройствами (с эффективностью 95-98%). Они потребляют очень мало энергии, которая обычно составляет от 2 до 5% от максимальной нагрузки.

Зачем нужны стабилизаторы напряжения и его важность

Все электрические устройства спроектированы и изготовлены для работы с максимальной эффективностью с типичным источником питания, который известен как номинальное рабочее напряжение. В зависимости от расчетного безопасного предела эксплуатации рабочий диапазон (с оптимальной эффективностью) электрического устройства может быть ограничен до ± 5%, ± 10% или более.

Из-за многих проблем источник входного напряжения, которое мы получаем, всегда имеет тенденцию колебаться, что приводит к постоянно меняющемуся источнику входного напряжения. Это изменяющееся напряжение является основным фактором, способствующим снижению эффективности устройства, а также увеличению частоты его отказов.

Рис. 2 — Проблемы из-за колебаний напряжения

Помните, нет ничего более важного для электронного устройства, чем отфильтрованный, защищенный и стабильный источник питания. Правильное и стабилизированное напряжение питания очень необходимо, чтобы устройство выполняло свои функции наиболее оптимальным образом. Это стабилизатор напряжения, который обеспечивает то, что устройство получает желаемое и стабилизированное напряжение, независимо от того, насколько сильно колебание. Таким образом, стабилизатор напряжения является очень эффективным решением для тех, кто хочет получить оптимальную производительность и защитить свои устройства от непредсказуемых колебаний напряжения, скачков напряжения и шума, присутствующих в источнике питания.

Как и источник бесперебойного питания, стабилизаторы напряжения также являются активом для защиты электронного оборудования. Колебания напряжения очень распространены независимо от того, где вы живете. Могут быть различные причины колебаний напряжения, такие как электрические неисправности, неисправная проводка, молнии, короткие замыкания и так далее. Эти колебания могут быть в форме перенапряжения или пониженного напряжения.

Эффекты повторяющегося перенапряжения в бытовой технике

  • Необратимые повреждения подключенного устройства
  • Повреждения изоляции обмотки
  • Перебои в нагрузке
  • Перегрев кабеля или устройства
  • Ухудшится срок полезного использования устройства
  • Неисправность оборудования
  • Низкая эффективность устройства
  • Устройство в некоторых случаях может занять дополнительные часы, чтобы выполнить ту же функцию
  • Ухудшить производительность устройства
  • Устройство будет потреблять больше электричества, что может привести к перегреву

Как работает стабилизатор напряжения, принцип работы понижения и повышения напряжения

Основная работа стабилизатора напряжения заключается в выполнении двух необходимых функций: функции понижения и повышения напряжения. Функция понижения и повышения — это не что иное, как регулирование постоянного напряжения от перенапряжения. Эта функция может выполняться вручную с помощью селекторных переключателей или автоматически с помощью дополнительных электронных схем.

В условиях перенапряжения функция «понижения напряжения» обеспечивает необходимое снижение интенсивности напряжения. Аналогично, в условиях пониженного напряжения функция «повышения напряжения» увеличивает интенсивность напряжения. Идея обеих функций в целом заключается в том, чтобы поддерживать одинаковое выходное напряжение.

Стабилизация напряжения включает в себя сложение или вычитание напряжения из первичного источника питания. Для выполнения этой функции стабилизаторы напряжения используют трансформатор, который подключен к переключающим реле в различных требуемых конфигурациях. Немногие из стабилизаторов напряжения используют трансформатор, имеющий различные отводы на своей обмотке, для обеспечения различных коррекций напряжения, в то время как стабилизаторы напряжения (такие как Servo стабилизатор напряжения) содержат автоматический трансформатор для обеспечения желаемого диапазона коррекции.

Как работает функция понижения и повышения в стабилизаторе напряжения

Для лучшего понимания обеих концепций мы разделим его на отдельные функции.

Функция понижения в стабилизаторе напряжения

Рис. 4 — Принципиальная схема функции понижения в стабилизаторе напряжения

На приведенном выше рисунке показано подключение трансформатора в функции «Понижения». В функции понижения полярность вторичной катушки трансформатора подключается таким образом, что приложенное напряжение к нагрузке является результатом вычитания напряжения первичной и вторичной катушек.

В стабилизаторе напряжения есть схема переключения. Всякий раз, когда обнаруживается превышение напряжения в первичном источнике питания, подключение нагрузки вручную или автоматически переключается в конфигурацию режима «Понижения» с помощью переключателей (реле).

Функция повышения в стабилизаторе напряжения


Рис. 6 — Принципиальная схема функции повышения напряжения в стабилизаторе напряжения

На рисунке выше показано подключение трансформатора в функции «Повышения». В функции повышения полярность вторичной обмотки трансформатора подключается таким образом, что приложенное напряжение к нагрузке является результатом сложения напряжения первичной и вторичной обмоток.

Как конфигурация повышения и понижения работает автоматически

Вот пример 02 Stage Voltage Stabilizer. Этот стабилизатор напряжения использует 02 реле (реле 1 и реле 2) для обеспечения стабилизированного источника питания переменного тока для нагрузки в условиях перенапряжения и понижения напряжения.

На принципиальной схеме 02-ступенчатого стабилизатора напряжения (изображенного выше) реле 1 и реле 2 используются для обеспечения конфигурации понижения и повышения во время различных условий колебаний напряжения, то есть перенапряжения и пониженного напряжения. Например — предположим, что вход переменного тока 230 В переменного тока, а требуемый выход также постоянный 230 В переменного тока. Теперь, если у вас есть +/- 25 Вольт понижения & повышения стабилизация, это означает, что ваш стабилизатор напряжения может обеспечить вам постоянное требуемое напряжение (230 В) в диапазоне от 205 В (пониженное напряжение) до 255 В (повышенное напряжение) входного источника переменного тока.

В стабилизаторах напряжения, в которых используются трансформаторы с отводом, точки ответвления выбираются на основе требуемого количества напряжения, которое должно быть подавлено или повышено. В этом случае у нас есть разные диапазоны напряжения для выбора. Принимая во внимание, что в стабилизаторах напряжения, в которых используются автотрансформаторы, серводвигатели вместе со скользящими контактами используются для получения необходимого количества напряжения, которое необходимо стабилизировать или повысить. Скользящий контакт необходим, поскольку автотрансформаторы имеют только одну обмотку.

Различные типы стабилизаторов напряжения

Первоначально на рынке появились ручные / селекторные переключатели напряжения. В этих типах стабилизаторов используются электромеханические реле для подбора желаемого напряжения. С развитием технологий появились дополнительные электронные схемы и стабилизаторы напряжения стали автоматическими. Затем появился Servo стабилизатор напряжения, который способен стабилизировать напряжение непрерывно, без какого-либо ручного вмешательства. Теперь также доступны стабилизаторы напряжения на базе микросхем / микроконтроллеров, которые также могут выполнять дополнительные функции.

Стабилизаторы напряжения можно разделить на три типа:

  • Стабилизаторы напряжения типа реле
  • Servo стабилизаторы напряжения
  • Стабилизаторы статического напряжения

Стабилизаторы напряжения типа реле

В релейных стабилизаторах напряжения напряжение регулируется переключающими реле. Реле используются для подключения вторичного трансформатора в различных конфигурациях для достижения функции понижения и повышения.

Как работает релейный стабилизатор напряжения

Рисунок выше показывает, как стабилизатор напряжения типа реле выглядит изнутри. Он имеет трансформатор с ответвлениями, реле и электронную плату. Печатная плата содержит схему выпрямителя, усилитель, микроконтроллер и другие вспомогательные компоненты.

Электронные платы выполняют сравнение выходного напряжения с источником опорного напряжения. Как только он обнаруживает любое увеличение или уменьшение входного напряжения выше эталонного значения, он переключает соответствующее реле для подключения требуемого постукивания для функции понижения и повышения.

Стабилизаторы напряжения релейного типа обычно стабилизируют входные колебания на уровне ± 15% с точностью на выходе от ± 5% до ± 10%.

Использование и преимущества релейных стабилизаторов напряжения

Этот стабилизатор в основном используется для приборов / оборудования с низким номинальным энергопотреблением в жилых / коммерческих / промышленных целях.

  • Они стоят дешевле
  • Они компактны по размеру

Недостатки релейных стабилизаторов напряжения

  • Их реакция на колебания напряжения немного медленнее по сравнению с другими типами стабилизаторов напряжения
  • Они недолговечны
  • Они менее надежны
  • Они не способны выдерживать скачки напряжения, так как их предел допуска на колебания меньше
  • При стабилизации напряжения переход тракта электропитания может обеспечить незначительное прерывание электропитания

Серво стабилизаторы напряжения

В servo стабилизаторах напряжения регулирование напряжения осуществляется с помощью серводвигателя. Они также известны как сервостабилизаторы. Это замкнутые системы.

Как работает серво стабилизатор напряжения?

В системе замкнутого контура отрицательная обратная связь (также известная как ошибка подачи) гарантируется от выхода, чтобы система могла гарантировать, что был достигнут желаемый результат. Это делается путем сравнения выходных и входных сигналов. Если в случае, если желаемый выход превышает / ниже требуемого значения, то регулятором источника входного сигнала будет получен сигнал ошибки (Выходное значение — Входное значение). Затем этот регулятор снова генерирует сигнал (положительный или отрицательный в зависимости от достигнутого выходного значения) и подает его на исполнительные механизмы, чтобы привести выходное значение к точному значению.

Благодаря свойству замкнутого контура стабилизаторы напряжения на основе сервоприводов используются для приборов / оборудования, которые очень чувствительны и нуждаются в точном входном питании (± 01%) для выполнения намеченных функций.

Рис. 10 — Внутренний вид серво стабилизатора напряжения

Рисунок выше показывает, как серво стабилизатор напряжения выглядит изнутри. Он имеет серводвигатель, автотрансформатор, трансформатор понижения и повышения, двигатель, электронную плату и другие вспомогательные компоненты.

В стабилизаторе напряжения на основе сервопривода один конец первичной обмотки трансформатора понижения и повышения (отвод) подключен к фиксированному ответвлению автотрансформатора, а другой конец первичной обмотки соединен с подвижным рычагом, который контролируется серводвигателем. Один конец вторичной катушки трансформатора
понижения и повышения подключен к входному источнику питания, а другой конец подключен к выходу стабилизатора напряжения.

Электронные платы выполняют сравнение выходного напряжения с источником опорного напряжения. Как только он обнаруживает любое увеличение или уменьшение входного напряжения выше контрольного значения, он начинает работать с двигателем, который еще больше перемещает рычаг на автотрансформаторе.

При перемещении рычага на автотрансформаторе входное напряжение на первичной обмотке трансформатора понижения и повышения изменится на требуемое выходное напряжение. Серводвигатель будет продолжать вращаться, пока разность между значением опорного напряжения и выход стабилизатора становится равным нулю. Этот полный процесс происходит за миллисекунды. Современные серво стабилизаторы напряжения поставляются с микроконтроллерной / микропроцессорной схемой управления для обеспечения интеллектуального управления пользователями.

Различные типы серво стабилизаторов напряжения

Различные типы серво стабилизаторов напряжения:

Однофазные серво стабилизаторы напряжения

В однофазных стабилизаторах напряжения с сервоприводом стабилизация напряжения достигается с помощью серводвигателя, подключенного к переменному трансформатору.

Трехфазные сбалансированные серво стабилизаторы напряжения

В трехфазных стабилизированных стабилизаторах напряжения с сервоуправлением стабилизация напряжения достигается с помощью серводвигателя, подключенного к 03 автотрансформаторам, и общей цепи управления. Выходные данные автотрансформаторов варьируются для достижения стабилизации.

Трехфазные несбалансированные серво стабилизаторы напряжения

В трехфазных несимметричных стабилизаторах напряжения с сервоприводом стабилизация напряжения достигается с помощью серводвигателя, подключенного к 03 автотрансформаторам и 03 независимым цепям управления (по одной на каждый автотрансформатор).

Использование и преимущества серво стабилизатора напряжения

  • Они быстро реагируют на колебания напряжения
  • Они имеют высокую точность стабилизации напряжения
  • Они очень надежные
  • Они могут выдерживать скачки напряжения

Недостатки серво стабилизатора напряжения

  • Они нуждаются в периодическом обслуживании
  • Чтобы обнулить ошибку, серводвигатель должен быть выровнен. Выравнивание сервомотора требует умелых рук.

Стабилизаторы статического напряжения


Рис. 13 — Статические стабилизаторы напряжения

Статический выпрямитель напряжения не имеет движущихся частей, как в случае серво стабилизаторов напряжения. Для стабилизации напряжения используется силовая электронная схема преобразователя. Эти статические стабилизаторы напряжения имеют очень высокую точность, а стабилизация напряжения находится в пределах ± 1%.

Стабилизатор статического напряжения содержит трансформатор понижения и повышения, силовой преобразователь с изолированным затвором (IGBT), микроконтроллер, микропроцессор и другие необходимые компоненты.

Как работает статический стабилизатор напряжения

Микроконтроллер / микропроцессор управляет IGBT-преобразователем питания для генерации требуемого уровня напряжения с использованием метода «широтно-импульсной модуляции». В методе «Импульсная широтно-импульсная модуляция» преобразователи питания в режиме переключения используют силовой полупроводниковый переключатель (например, MOSFET) для управления трансформатором для получения требуемого выходного напряжения. Это сгенерированное напряжение затем подается на первичную обмотку трансформатора понижения & повышения. Преобразователь мощности IGBT также контролирует фазу напряжения. Он может генерировать напряжение, которое может быть в фазе или на 180 градусов не в фазе по отношению к входному источнику питания, что, в свою очередь, позволяет ему контролировать, нужно ли добавлять или вычитать напряжение в зависимости от повышения или понижения уровня входного питания.

Рис. 15 — Принципиальная схема статического стабилизатора напряжения

Как только микропроцессор обнаруживает падение уровня напряжения, он посылает сигнал широтно-импульсной модуляции на преобразователь мощности IGBT. Преобразователь мощности IGBT, соответственно, генерирует напряжение, аналогичное разности напряжений, на которую уменьшился входной источник питания. Это генерируемое напряжение находится в фазе с входным источником питания. Затем это напряжение подается на первичную обмотку трансформатора Понижения & Повышения. Поскольку вторичная катушка трансформатора Понижения & Повышения подключена к входному источнику питания, напряжение, наведенное во вторичной катушке, будет добавлено к входному источнику питания. И поэтому стабилизированное повышенное напряжение будет затем подаваться на нагрузку.

Аналогично, как только микропроцессор обнаруживает повышение уровня напряжения, он посылает сигнал широтно-импульсной модуляции на преобразователь мощности IGBT. Соответственно, IGBT-преобразователь мощности генерирует напряжение, аналогичное разности напряжений, на которую уменьшился входной источник питания. Но на этот раз генерируемое напряжение будет на 180 градусов не в фазе по отношению к входному источнику питания. Затем это напряжение подается на первичную обмотку трансформатора Понижения & Повышения. Поскольку вторичная катушка трансформатора Понижения & Повышения подключена к входному источнику питания, напряжение, которое было наведено во вторичной катушке, теперь будет вычитаться из входного источника питания. И поэтому стабилизированное пониженное напряжение будет подаваться на нагрузку.

Использование / Преимущества статических стабилизаторов напряжения

  • Они очень компактны по размеру.
  • Они очень быстро реагируют на колебания напряжения.
  • Они имеют очень высокую точность стабилизации напряжения.
  • Поскольку нет движущейся части, она почти не требует технического обслуживания.
  • Они очень надежные.
  • Их эффективность очень высока.

Недостатки статического стабилизатора напряжения

Они дорогостоящие по сравнению со своими аналогами.

В чем разница между стабилизатором напряжения и регулятором напряжения?

Оба звучат одинаково. Они оба выполняют одинаковую функцию стабилизации напряжения. Однако то, как они это делают, приносит разницу. Основное функциональное отличие стабилизатора напряжения от регулятора напряжения:

Стабилизатор напряжения — это устройство, которое подает постоянное напряжение на выход без каких-либо изменений входного напряжения. В то время как,

Регулятор напряжения — это устройство, которое подает постоянное напряжение на выход без каких-либо изменений тока нагрузки.

Как выбрать лучший стабилизатор напряжения для вашего дома? Руководство по покупке

При покупке стабилизатора напряжения необходимо учитывать различные факторы. В противном случае вы можете столкнуться со стабилизатором напряжения, который может работать хуже или лучше. Чрезмерное выполнение не повредит, но это будет стоить вам лишних долларов. Так почему бы не выбрать такой стабилизатор напряжения, который может удовлетворить ваши требования и сохранить ваш карман тоже.

Различные факторы, которые играют важную роль в выборе стабилизатора напряжения

Различные факторы, которые играют жизненно важную роль и требуют рассмотрения перед выбором стабилизатора напряжения:

  • Требуемая мощность прибора (или группы приборов)
  • Тип прибора
  • Уровень колебаний напряжения в вашем районе
  • Тип стабилизатора напряжения
  • Рабочий диапазон стабилизатора напряжения, который вам нужен
  • Перегрузка по повышению / пониженному напряжению
  • Тип схемы стабилизации / управления
  • Тип монтажа для вашего стабилизатора напряжения

Пошаговое руководство по выбору и покупке стабилизатора напряжения для вашего дома

Вот основные шаги, которые вы должны выполнить, чтобы выбрать лучший выпрямитель напряжения для вашего дома:

  • Проверьте номинальную мощность устройства, для которой вам нужен стабилизатор напряжения. Номинальная мощность указана на задней панели устройства в виде наклейки или фирменной таблички. Это будет в киловаттах (KW). Обычно номинальная мощность стабилизатора напряжения указывается в кВА. Переведите его в киловатт (кВт).

(КВт = кВА * коэффициент мощности)

  • Подумайте о том, чтобы сохранить дополнительную маржу в 25-30% от номинальной мощности стабилизатора. Это даст вам дополнительную возможность добавить любое устройство в будущем.
  • Проверьте предел допуска колебаний напряжения. Если это соответствует вашим потребностям, вы готовы идти вперед.
  • Проверьте требования к монтажу и размер, который вам нужен.
  • Вы можете спросить и сравнить дополнительные функции в одном и том же ценовом диапазоне разных марок и моделей.

Практический пример для лучшего понимания

Предположим, вам нужен стабилизатор напряжения для вашего телевизора. Давайте предположим, что ваш телевизор имеет номинальную мощность 1 кВА. Допустимая надбавка 30% на 1 кВА составляет 300 Вт. Добавляя оба варианта, вы можете приобрести стабилизатор напряжения мощностью 1,3 кВт (1300 Вт) для вашего телевизора.

Видео совет при выборе стабилизатор напряжения

Самый важный совет при покупке стабилизатора напряжения

Виды стабилизаторов напряжения. Их схемы, принцип работы, плюсы и минусы
Виды стабилизаторов напряжения картинка

13.04.2018

В настоящее время возрастает спрос на стабилизаторы напряжения. Это связано как с активным использованием этих электроприборов во всех сферах жизнедеятельности современного человека, так и с периодически возникающими в сетях проблемами с качеством электроэнергии.

Специализированные магазины и интернет-сайты предлагают большой выбор стабилизаторов отечественного и зарубежного производства, удовлетворяющих практически любые запросы покупателей. Однако следует понимать, что каждый стабилизатор, несмотря на его мощность и стоимость, построен по типовой схеме (топологии), в основе которой – определённый физический принцип стабилизации электрической энергии. Всего таких топологий пять:

  • феррорезонансная;
  • электромеханическая;
  • релейная;
  • полупроводниковая;
  • инверторная.

Практически все виды стабилизаторов напряжения имеют свои преимущества и недостатки, которые в основном обусловлены схемой их построения. Основные параметры устройств каждого типа требуют пристального изучения, так как именно от их значений зависит эффективность работы выбранной модели стабилизатора с различной современной аппаратурой.

Феррорезонансные стабилизаторы

f.jpg Феррорезонансный стабилизатор

Это первые стабилизаторы, получившие широкое распространение в нашей стране. Начало их массового использования в 50-60-х годах ХХ века связано с появлением ламповых телевизоров и прочей бытовой техники, требующей защиты от сетевых колебаний.

Устройство и принцип работы. Стабилизаторы такого типа отличаются от большинства более современных моделей простотой электронной схемы и отсутствием автотрансформатора. Они понижают или повышают значение напряжения за счёт эффекта феррорезонанса – электромагнитного взаимодействия между двумя дросселями один из которых имеет ненасыщенный сердечник (входной), а второй насыщенный (выходной).

Преимущества. Феррорезонансные стабилизаторы не имеют склонных к поломкам подвижных компонентов, что обеспечивает их надёжность и большой ресурс безотказной работы – некоторые изделия советского производства до сих пор находятся в обиходе и исправно выполняют свою работу. Другие преимущества данной топологии:

  • надёжность и большой ресурс безотказной работы благодаря отсутствию склонных к поломкам подвижных компонентов;
  • высокая точность выходного напряжения за счёт плавного, безразрывного регулирования сетевого сигнала;
  • устойчивость к неблагоприятным условиям окружающей среды;
  • быстродействие.

Недостатки. Отвечающее современному уровню комфорта бытовое использование феррорезонансных стабилизаторов осложняется рядом свойственных им недостатков:

  • шумность работы – гул от встроенных трансформаторов ощущается даже через стену;
  • повышенное тепловыделение;
  • большой вес и крупные габариты;
  • малый диапазон регулируемого входного напряжения – более узкий, чем предельные значения отклонений, встречающихся в отечественных сетях;
  • невысокий КПД вследствие значительных потерь энергии на нагрев;
  • неспособность работать при перегрузках и на холостом ходу;
  • искажения синусоиды.

Стоить отметить, что все указанные недостатки характерны в первую очередь для классических феррорезонансных стабилизаторов первых поколений, в устройствах нового образца они максимально снижены или полностью исключены. Существенный минус современных моделей этой топологии - это их высокая цена, превышающая не только стоимость изделий других типов, но и on-line ИБП соответствующей мощности.

Применение. Несмотря на серьезные сдвиги в разработке более производительных, мощных и надежных преобразователей напряжения, устаревшие феррорезонансные стабилизаторы все еще пользуются спросом при работе с неприхотливой техникой такого же старого поколения. Приборы этой группы - не самый удачный вариант для бытового пользования по причине высокого уровня шумов и громоздкости конструкции, однако вполне могут быть использованы в подсобных помещениях или на загородных усадьбах при плюсовых температурах.

Электромеханические стабилизаторы

элмех.jpg Электромеханический стабилизатор

Устройство и принцип работы. Стабилизаторы данного типа появились практически одновременно с феррорезонансными, но имеют отличные от них конструкцию и принцип работы. Главные элементы любого устройства данной топологии – автотрансформатор и подвижный токосъёмный контакт, выполненный в виде ролика, ползунка или щетки. Указанный контакт перемещается по обмотке трансформатора, вследствие чего происходит плавное увеличение или уменьшение коэффициента трансформации и соответствующее изменение (коррекция) поступающего из сети напряжения. Первые электромеханические стабилизаторы имели ручную регулировку – специальный бегунок передвигался по катушке и отключал или подключал витки до количества, необходимого для достижения номинального значения выходного напряжения. В современных устройствах этот процесс автоматизирован: плата управления анализирует входной ток и в случае отклонения его параметров сигнализирует сервоприводу, перекатывающему коммутационный контакт на сегмент тороидальной обмотки автотрансформатора с напряжением, максимально приближенным к номинальному.

Схема электромеханического стабилизатора картинка

Рисунок 1 – Схема электромеханического стабилизатора напряжения

Преимущества. Основное достоинство электромеханического принципа стабилизации напряжения – непрерывное регулирование с высокой точностью и без искажения синусоидальной формы сигнала. Также ключевым преимуществом является самая низкая стоимость электромеханических стабилизаторов на отечественном рынке.

Недостатки. Эти устройства имеют и ряд существенных недостатков, делающих их не самым оптимальным решением для защиты многих видов нагрузки, а именно:

  • низкое (за исключением некоторых моделей) быстродействие – скорость реакции на изменение входного сигнала ограничивается временем, требуемым сервоприводу для срабатывания;
  • возникновение кратковременных скачков выходного напряжения при резких перепадах входного, что пагубно влияет на чувствительные электронные компоненты защищаемого оборудования и осложняет применение в сетях с сильными перепадами напряжения;
  • низкое качество фильтрации входных электромагнитных помех и трансляция возмущающего воздействия на выход устройства;
  • низкая надежность из-за механически движущихся деталей, что значительно сокращает срок эксплуатации устройства, из-за чего именно этот тип стабилизаторов чаще всего выходит из строя.

Дополнительные неудобства при эксплуатации электромеханических стабилизаторов в домашних условиях создают:

  • повышенный уровень шума и возможное искрение при работе – следствие движения сервопривода по виткам катушки;
  • громоздкая конструкция, большое количество механических узлов и деталей, и, соответственно, большой вес;
  • необходимость периодического обслуживания подверженного износу узла механического контакта, надёжность которого снижается пропорционально числу срабатываний.

Кроме того, приборы этой группы могут давать сбои при длительном использовании в условиях отрицательной температуры – такому оборудованию комфортнее в отапливаемых помещениях.

Применение. Перечисленные недостатки обуславливают ограниченную сферу применения электромеханических стабилизаторов - они все еще востребованы в сетях без молниеносных скачков напряжения. Разумеется, такие устройства не подходят для бытового использования в домашних условиях, но вполне удачно используются в качестве временной стабилизации напряжения в подсобном хозяйстве, гаражах, небольших мастерских - там, где снижение температуры незначительно. Хотя рассматриваемый тип преобразователей постепенно уходит в прошлое и уступает место более современным конструкциям на релейной и тиристорной основе.

Релейные стабилизаторы

реле2.jpg Релейный стабилизатор

Устройство и принцип работы. Приборы этой топологии относятся к электронным устройствам, действие которых построено на базе дискретного (ступенчатого) принципа стабилизации электроэнергии. Он заключается в автоматическом переключении обмоток автотрансформатора и выбора той, напряжение на которой максимально близко к номинальному. Коммутация необходимых для повышения или снижения входного напряжения контуров происходит благодаря срабатыванию силовых электронных реле (отсюда и название данной разновидности стабилизаторов). Управление процессом осуществляет специальный блок. Он контролирует характеристики сетевого напряжения и при их отклонении от установленного значения включает в работу ту или иную ступень стабилизации (количество ступеней соответствует числу установленных реле).

Схема релейного стабилизатор картинка

Рисунок 2 – Схема релейного стабилизатора напряжения

Преимущества. Основное преимущество этих устройств перед электромеханическими аппаратами устаревших конструкций – повышенная скорость срабатывания (не более 10-20 мс). Кроме того, релейные стабилизаторы обладают простейшей структурой, в которой исключены сложные узлы и дорогостоящие компоненты, что упрощает их техническое обслуживание и ремонт. Ремонтные работы, как и сами приборы, отличаются низкой стоимостью. Релейные стабилизаторы не боятся перегрузок, чем и обусловлен их длительный срок эксплуатации. Также этот тип устройств выделяется сравнительно небольшими габаритами и малым весом. Они не требуют дополнительного охлаждения и отлично справляются со своими функциями в условиях отрицательных температур.

Недостатки. Главный недостаток релейных стабилизаторов напряжения – дискретное (неплавное) регулирование. Он обусловлен принципом работы и проявляется в виде мигания электрических ламп при переключении ступеней стабилизации. Cтупенчатая корректировка напряжения также:

  • снижает точность стабилизации (может достигать 10%), при этом рост быстродействия релейных устройств неминуемо повышает погрешность в их работе;
  • способствует трансляции искажений сетевой синусоиды на выход устройства.

Релейная топология сохраняет и ряд минусов присущих электромеханическим изделиям:

  • работа стабилизатора не бесшумна – срабатывание сопровождается звуковым эффектом подобным щелчку;
  • реле подвержены механическому износу, в меньшей степени чем элементы сервопривода, но тенденция к ухудшению качества работы с увеличением срока эксплуатации сохраняется.

Применение. Релейные стабилизаторы подходят для защиты маломощных приборов в сетях, характеризующихся небольшими колебаниями напряжения. Вышеперечисленные недостатки говорят о недостаточном соответствии приборов этой группы требованиям по защите современной электроники, чувствительной к малейшим отклонениям питающего напряжения.

Тиристорные стабилизаторы

тиристр.jpg Тиристорный стабилизатор

Устройство и принцип работы. Данные устройства можно рассматривать как результат развития и усовершенствования дискретного принципа стабилизации. Их конструкция и принцип работы схожи с аппаратами релейной топологии. Главное различие состоит в том, что переключение обмоток автотрансформатора выполняют не реле, а полупроводниковые силовые ключи – тиристоры, увеличивающие точность стабилизации и делающие работу устройства практически бесшумной.

Преимущества. Исполнительные блоки на базе полупроводниковых элементов не имеют механических деталей и обеспечивают минимальное время реакции на изменение входного напряжения (однако некоторая задержка всё-таки сохраняется). Кроме бесшумной работы, быстродействия и увеличенной (относительно релейных моделей) точности стабилизации тиристорные стабилизаторы обладают следующими преимуществами:

  • долговечность и надежность – полупроводниковые компоненты не подвержены механическому износу и имеют большой рабочий ресурс;
  • широкий диапазон сетевого напряжения – возможна работа с большинством предельных отклонений;
  • отсутствие генерации электромагнитных помех при работе;
  • устойчивость к низким и высоким температурам окружающей среды;
  • скромные габариты и небольшой вес;
  • высокий КПД - отсутствие обмоток, реле и движимых элементов снижает уровень собственного энергопотребления.

Недостатки. Применение тиристорных ключей не способно полностью исключить основной недостаток дискретного принципа работы – ступенчатые скачки напряжения. Они неминуемо возникают при переключении трансформаторных обмоток и снижают точность стабилизации, повышение которой, как и в релейных моделях, негативно влияет на быстродействие устройства. Даже самые современные стабилизаторы на полупроводниковых элементах не гарантируют безразрывное электропитание и сигнал идеальной синусоидальной формы. Определённые проблемы могут возникнуть, например, при работе с профессиональным аудио-видео оборудованием – помехи создаваемые при ступенчатом переключении отрицательно скажутся на качестве картинки и звука. Ещё один минус тиристорных стабилизаторов – чувствительность к перегрузкам, которые могут привести к выходу из строя электронных ключей и дорогостоящему ремонту.

Схема тиристорного/симисторного стабилизатора картинка

Рисунок 3 – Схема электронного стабилизатора напряжения

Симисторные стабилизаторы

симистр.jpg Симисторный стабилизатор

Поскольку симисторы являются одним из типов тиристоров, то и принцип работы стабилизаторов на их базе существенно не различаются. Разница заключается в том, что в отличие от тиристоров, симисторы способны пропускать ток в обоих направлениях, поэтому нет необходимости в параллельно-встречном подключении двух тиристоров. Также при подключении индуктивной нагрузки симисторы более уязвимы для скачков напряжения, нежели тиристоры, и требуют дополнительной защиты. Хотя этот недостаток компенсируется тем, что в симисторных устройствах применяется более простая электронная схема.

В целом же симисторные стабилизаторы обладают теми же преимуществами, что и тиристорные:

  • низкий уровень шума при работе;
  • быстрое реагирование на сетевые изменения, скорость составляет 10-20 мс;
  • высокий уровень КПД, достигающий 98%, что выделяет их среди конкурентов более старых поколений;
  • устойчивость к перегрузкам - например, тиристорные стабилизаторы способны проработать до 12 часов при перегрузке в 20%;
  • долговечность прибора при работе на износ, но в то же время дорогостоящий ремонт в случае выхода из строя одного из компонентов;
  • способность выдерживать температурные перепады, но уязвимость для повышенных уровней влажности.

Также устройства не лишены некоторых недостатков:

  • низкая точность регулирования, обусловленная ступенчатой стабилизацией;
  • более габаритная конструкция, по сравнению с тиристорными стабилизаторами;
  • высокая стоимость в сравнении с релейными моделями.

Подводя итог по тиристорным и симисторным моделям следует уточнить, что по параметрам они не намного превосходят релейные стабилизаторы, хотя их стоимость выше и в случае возникновения неисправности замена электронных компонентов обойдется дороже. Тем не менее, такие приборы пользуются спросом и в домашних условиях, и на даче, поскольку неприхотливы к окружающей среде и в то же время не создают шума. Однако крайне не рекомендуется подключать высокоточное оборудование к тиристорным/симисторным стабилизаторам.

Инверторные стабилизаторы

6789aa20716d25235945c74491635854.jpg Современные инверторные стабилизаторы Штиль серии "Инстаб"

Это наиболее «молодой» вид стабилизаторов – серийное производство начато в конце 2000-х годов. Инновационная конструкция и характеристики, недоступные для моделей других топологий, делают данные устройства прорывом в стабилизации электрической энергии.

Устройство и принцип работы. Принцип действия данных устройств схож с on-line ИБП и построен на базе прогрессивной технологии двойного преобразования энергии. Сначала выпрямитель превращает входное переменное напряжение в постоянное, которое затем накапливается в промежуточных конденсаторах и подаётся на инвертор, осуществляющий обратное преобразование в переменное стабилизированное выходное напряжение. Инверторные стабилизаторы кардинально отличаются от релейных, тиристорных и электромеханических по внутреннему строению. В частности, в них отсутствует автотрансформатор и любые подвижные элементы, в том числе и реле. Соответственно, стабилизаторы двойного преобразования избавлены от недостатков, присущих трансформаторным моделям.

Преимущества. Алгоритм работы этой группы устройств исключает трансляцию любого внешнего возмущающего воздействия на выход, что обеспечивает полную защиту от большинства проблем электроснабжения и гарантирует питание нагрузки напряжением идеальной синусоидальной формы со значением максимально приближенным к номинальному (точность ±2%). Кроме того, инверторная топология устраняет все недостатки характерные другим принципам стабилизации электрической энергии и обеспечивает моделям, реализованным на её базе, уникальное быстродействие – стабилизатор реагирует на изменение входного сигнала мгновенно, без задержек во времени (0 мс)!

Другие важные преимущества инверторных стабилизаторов:

  • максимально широкие границы рабочего сетевого напряжения – от 90 до 310 В, при этом идеальная синусоидальная форма выходного сигнала сохраняется во всем указанном диапазоне;
  • непрерывное бесступенчатое регулирование напряжения – исключает ряд неприятных эффектов, связанных с переключением порогов стабилизации в электронных (релейных и полупроводниковых) моделях;
  • отсутствие автотрансформатора и подвижных механических контактов – повышает ресурс работы и снижает массу изделия;
  • наличие входного и выходного фильтров высоких частот – эффективно подавляют возникающие помехи (присутствуют не во всех моделях, характерны в частности для продукции ГК «Штиль» – ведущего производителя инверторных стабилизаторов).

Возникает закономерный вопрос - есть ли недостатки у инверторных устройств? Единственным и в то же время спорным недостатком является более высокая цена. Но учитывая технические требования современной бытовой техники и одновременно сохраняющуюся тенденцию перепадов сетевого напряжения, инверторные стабилизаторы сегодня являются самым экономически оправданным вариантом для постоянного пользования как в частных домах и загородных коттеджах, так и на промышленных объектах. Они гарантируют устойчивое, корректное функционирование дорогостоящей бытовой техники и чувствительных электронных устройств при любом качестве питающей электросети.

Схема инверторного стабилизатора картинка

Рисунок 4 – Схема инверторного стабилизатора напряжения

Подробнее по этой теме читайте ниже:

Инверторные стабилизаторы напряжения «Штиль». Модельный ряд.

Технические преимущества инверторных стабилизаторов «Штиль»

Стабилитрон. Параметрические стабилизаторы напряжения | HomeElectronics

Доброго времени суток. Сегодня мой пост о стабилизаторах напряжения. Что же это такое? Прежде всего, любой радиоэлектронной схеме для работы необходим источник питания. Источники питания бывают разные: стабилизированные и нестабилизированные, постоянного тока и переменного тока, импульсные и линейные, резонансные и квазирезонансные. Такое большое разнообразие обусловлено различными схемами, от которых будут работать электронные схемы. Ниже приведена таблица сравнения схем источников питания.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

ПоказательЛинейный источник питанияИмпульсный источник питания
СтоимостьНизкаяВысока
МассаБольшаяНебольшая
ВЧ-шумОтсутствуетВысокий
КПД35 — 50 %70 — 90 %
Несколько выходовНетЕсть

Для питания электронных схем, которые не требуют высокой стабильности питающего напряжения постоянного тока или большой выходной мощности, целесообразно применять простые, надёжные и дешевые линейные источники напряжения. Основой любого линейного источника напряжения является параметрический стабилизатор напряжения. Основой таких устройств является элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой, у которого напряжение на электродах мало зависит от протекающего через элемент тока. Одним из таких элементов является стабилитрон.

Стабилитрон представляет собой особую группу диодов, режим работы которых характеризуется обратной ветвью вольт-амперной характеристики в области пробоя. Рассмотрим поподробнее вольт-амперную характеристику диода.


Вольт-амперная характеристика диодаВольт-амперная характеристика диода
Вольт-амперная характеристика диода

Принцип работы стабилитрона

Когда диод включён в прямом направлении (анод – «+», катод – «–»), то он свободно начинает пропускать ток при напряжении Uпор, а при включении в обратном направлении (анод – «–», катод – «+») через диод может проходить лишь ток Iобр, который имеет значение нескольких мкА. Если увеличивать обратное напряжение Uобр на диоде до определённого значения Uобр.max произойдёт электрический пробой диода и если ток достаточно вели, то происходит тепловой пробой и диод выходит из строя. Диод можно заставить работать в области электрического пробоя, если ограничить ток, который проходит через диод (напряжение пробоя для разных диодов составляет 50 – 200 В).

Стабилитрон же разработан таким образом, что его вольт-амперная характеристика в области пробоя обладает высокой линейностью, а напряжение пробоя достаточно постоянно. Таким образом можно сказать, что стабилизация напряжения стабилитроном осуществляется при его работе на обратной ветви вольт-амперной характеристики, в области же прямой ветви стабилитрон ведёт себя аналогично обыкновенному диоду. Стабилитрон обозначается следующим образом


Обозначение стабилитронаОбозначение стабилитрона
Обозначение стабилитрона

Основные параметры стабилитрона

Рассмотрим основные параметры стабилитрона по его вольт-амперной характеристике.


Вольт-амперная характеристика стабилитронаВольт-амперная характеристика стабилитрона
Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Напряжение стабилизации Uст определяется напряжением на стабилитроне при протекании тока стабилизации Iст. В настоящее время выпускаютя стабилитроны с напряжением стабилизации от 0,7 до 200 В.

Максимально допустимый постоянный ток стабилизации Iст.max ограничен значением максимально допустимой рассеиваемой мощности Pmax, зависящей в свою очередь от температуры окружающей среды.

Минимальный ток стабилизации Iст.min определяется минимальным значением тока через стабилитрон, при котором ещё полностью сохраняется работоспособность прибора. Между значениями Iст.max и Iст.min вольт-амперная характеристика стабилитрона наиболее линейна и напряжение стабилизации изменяется незначительно.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона rСТ – величина, определяемая отношением приращения напряжения стабилизации на приборе ΔUCT к вызвавшему его малому приращению тока стабилизации ΔiCT.

Стабилитрон, включённый в прямом направлении, как обычный диод, характеризуется значениями постоянного прямого напряжения Uпр и максимально допустимого постоянного прямого тока Iпр.max.

Параметрический стабилизатор

Основная схема включения стабилитрона, которая является схемой параметрического стабилизатора, а также источником опорного напряжения в стабилизаторах других типов приведена ниже.


Схема включения стабилитронаСхема включения стабилитрона
Схема включения стабилитрона

Данная схема представляет собой делитель напряжения, состоящий из балластного резистора R1 и стабилитрона VD, параллельно которому включено сопротивление нагрузки RН. Такой стабилизатор напряжения обеспечивает стабилизацию выходного напряжения при изменении напряжения питания UП и тока нагрузки IН.

Рассмотрим принцип работы данной схемы. Увеличении напряжения на входе стабилизатора приводит к увеличению тока который проходит через резистор R1 и стабилитрон VD. За счёт своей вольт-амперной характеристики напряжение на стабилитроне VD практически не изменится, а соответственно напряжение на сопротивлении нагрузки Rн тоже. Таким образом практически всё изменение напряжение будет приложено к резистору R1. Таким образом достаточно легко подсчитать необходимые параметры схемы.

Расчёт параметрического стабилизатора.

Исходными данными для расчёта для расчёта простайшего параметрического стабилизатора напряжения являются:

входное напряжение U0;

выходное напряжение U1 = Ust – напряжение стабилизации;

выходной ток IH = IST;

Для примера возьмём следующие данные: U0 = 12 В, U1 = 5 В, IH = 10 мА = 0,01 А.

1. По напряжению стабилизации выбираем стабилитрон типа BZX85C5V1RL (Ust = 5,1 В, дифференциальное сопротивление rst = 10 Ом).

2. Определяем необходимое балластное сопротивление R1:


Схема включения стабилитронаСхема включения стабилитрона

3. Определяем коэффициент стабилизации:


Схема включения стабилитронаСхема включения стабилитрона

4. Определяем коэффициент полезного действия


Схема включения стабилитронаСхема включения стабилитрона

Увеличение мощности параметрического стабилизатора

Максимальная выходная мощность простейшего параметрического стабилизатора напряжения зависит от значений Iст.max и Pmax стабилитрона. Мощность параметрического стабилизатора может быть увеличена, если в качестве регулирующего компонента использовать транзистор, который будет выступать в качестве усилителя постоянного тока.

Параллельный стабилизатор


Схема стабилизатора напряжения с параллельным включением транзистораСхема стабилизатора напряжения с параллельным включением транзистора
Схема ПСН с параллельным включением транзистора

Схема представляет собой эмиттерный повторитель, параллельно транзистору VT включено сопротивление нагрузки RH. Балластный резистор R1 может быть включён как в коллекторную, так ив эмиттерную цепи транзистора. Напряжение на нагрузке равно


Схема стабилизатора напряжения с параллельным включением транзистораСхема стабилизатора напряжения с параллельным включением транзистора

Схема работает следующим образом. При увеличении тока через резистор RH, а соответственно и напряжения (U1 = UCT) на выходе стабилизатора, происходит увеличение напряжения база-эмиттер (UEB) и коллекторного тока IK, так как транзистор работает в области усиления. Возрастание коллекторного тока приводит к увеличению падения напряжения на балластном резисторе R1, что компенсирует рост напряжения на выходе стабилизатора (U1 = UCT). Поскольку ток IСТ стабилитрона является одновременно базовым током транзистора, очевидно, что ток нагрузки в этой схеме может быть в h21e раз больше, чем в простейшей схеме параметрического стабилизатора. Резистор R2 увеличивает ток через стабилитрон, обеспечивая его устойчивую работу при максимальном значении коэффициента h31e, минимальном напряжении питания U0 и максимальном токе нагрузки IН.

Коэффициент стабилизации будет равен


Схема стабилизатора напряжения с параллельным включением транзистораСхема стабилизатора напряжения с параллельным включением транзистора

где RVT – входное сопротивление эмиттерного повторителя


Схема стабилизатора напряжения с параллельным включением транзистораСхема стабилизатора напряжения с параллельным включением транзистора

где Re и Rb – сопротивления эмиттера и базы транзистора.

Сопротивление Re существенно зависит от эмиттерного тока. С уменьшением тока эмиттера сопротивление Re быстро возрастает и это приводит к увеличению RVT, что ухудшает стабилизирующие свойства. Уменьшить значение Re можно за счёт применения мощных транзисторов или составных транзисторов.

Последовательный стабилизаттор

Параметрический стабилизатор напряжения, схема которого представлена ниже, представляет собой эмиттерный повторитель на транзисторе VT с последовательно включённым сопротивлением нагрузки RH. Источником опорного напряжения в данной схеме является стабилитрон VD.


Схема стабилизатора с последовательным включением транзистораСхема стабилизатора с последовательным включением транзистора
Схема ПСН с последовательным включением транзистора

Выходное напряжение стабилизатора:


Схема стабилизатора с последовательным включением транзистораСхема стабилизатора с последовательным включением транзистора

Схема работает следующим образом. При увеличении тока через резистор RH, а соответственно и напряжения (U1 = UST) на выходе стабилизатора происходит уменьшение отпирающего напряжения UEB транзистора и его базовый ток уменьшается. Это приводит к росту напряжения на переходе коллектор – эмиттер, в результате чего выходное напряжение практически не изменяется. Оптимальное значение тока опорного стабилитрона VD определяется сопротивлением резистора R2, включённого в цепь источника питания U0. При постоянном значении входного напряжения U0 базовый ток транзистора IB и ток стабилизации связаны между собой соотношением IB + IST = const.

Коэффициент стабилизации схемы


Схема стабилизатора с последовательным включением транзистораСхема стабилизатора с последовательным включением транзистора

где Rk – сопротивление коллектора биполярного транзистора.

Обычно kST ≈ 15…20.

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения может быть существенно увеличен при введении в его схему отдельного вспомогательного источника с U’0 > U1 и применении составного транзистора.


Схема стабилизатора напряжения с составным транзисторомСхема стабилизатора напряжения с составным транзистором
Схема ПСН с составным транзистором и питанием стабилитрона от отдельного источника напряжения

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Стабилизатор напряжения - это... Что такое Стабилизатор напряжения?

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило, тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.

Стабилизаторы постоянного тока

Микросхема линейного стабилизатора КР1170ЕН8

Линейный стабилизатор

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности Pрасс = (Uin — Uout) * It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, т. е. должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы делятся на два типа:

  • Последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.
  • Параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

В зависимости от способа стабилизации:

  • Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.
  • Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.
Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне

Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке RL. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов. Для снижения нестабильности выходного напряжения, вызванной изменениями входного напряжения, вместо резистора RV применяется источник тока. Однако эта мера не уменьшает нестабильность выходного напряжения, вызванную изменением сопротивления нагрузки.

Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе
Ser stab u.svg

Uout = Uz — Ube.


По сути, это рассмотренный выше параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключённый ко входу эмиттерного повторителя. В нём нет цепей обратной связи, обеспечивающих компенсацию изменений выходного напряжения.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона на величину Ube, которая практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход, и для приборов на основе кремния приблизительно составляет 0,6В. Зависимость Ube от величины тока и температуры ухудшает стабильность выходного напряжения, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне.

Эмиттерный повторитель (усилитель тока) позволяет увеличить максимальный выходной ток стабилизатора, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне, в β раз (где β - коэффициент усиления по току данного экземпляра транзистора). Если этого недостаточно, применяется составной транзистор.

При отсутствии сопротивления нагрузки (или при токах нагрузки микроамперного диапазона), выходное напряжение такого стабилизатора (напряжение холостого хода) возрастает на 0,6В за счёт того, что Ube в области микротоков становится близким к нулю. Для преодоления этой особенности, к выходу стабилизатора подключают балластный нагрузочный резистор, обеспечивающий ток нагрузки в несколько мА.

Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя

Часть выходного напряжения Uout, снимаемая с потенциометра R2, сравнивается с опорным напряжением Uz на стабилитроне D1. Разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя[1]. Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°+n*360°. Так как часть выходного напряжения Uout подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается.

Опорное напряжение Uz практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон, и равно напряжению стабилизации стабилитрона. Для повышения его стабильности при изменениях Uin, вместо резистора RV применяется источник тока.

В данном стабилизаторе, операционный усилитель фактически включён по схеме неинвертирующего усилителя (с эмиттерным повторителем, для увеличения выходного тока). Соотношение резисторов в цепи обратной связи задают его коэффициент усиления, который определяет, во сколько раз выходное напряжение будет выше входного (т.е. опорного, поданного на неинвертирующий вход ОУ). Поскольку коэффициент усиления неинвертирующего усилителя всегда больше единицы, величина опорного напряжения (напряжение стабилизации стабилитрона) должна быть выбрана меньше требуемого минимального выходного напряжения.

Нестабильность выходного напряжения такого стабилизатора практически полностью определяется нестабильностью опорного напряжения, за счёт большого коэффициента петлевого усиления современных ОУ (Gopenloop = 105 ÷ 106).

Для исключения влияния нестабильности входного напряжения на режим работы самого ОУ, он может запитываться стабилизированным напряжением (от дополнительных параметрических стабилизаторов на стабилитроне).

Импульсный стабилизатор

В импульсном стабилизаторе ток от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель (обычно конденсатор или дроссель) короткими импульсами; при этом запасается энергия, которая затем высвобождается в нагрузку в виде электрической энергии, но, в случае дросселя, уже с другим напряжением. Стабилизация осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними — широтно-импульсной модуляции. Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает значительно более высоким КПД. Недостатком импульсного стабилизатора является наличие импульсных помех в выходном напряжении.

В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом (зависит от схемы стабилизатора):

  • Понижающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного и имеет ту же полярность.
  • Повышающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда выше входного и имеет ту же полярность.
  • Повышающе-понижающий стабилизатор: выходное напряжение стабилизировано, может быть как выше, так и ниже входного и имеет ту же полярность. Такой стабилизатор применяется в случаях, когда входное напряжение незначительно отличается от требуемого и может изменяться, принимая значение как выше, так и ниже необходимого.
  • Инвертирующий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение имеет обратную полярность относительно входного, абсолютное значение выходного напряжения может быть любым.

Стабилизаторы переменного напряжения

Феррорезонансные стабилизаторы

Konstanze.jpg

Во времена СССР получили широкое распространение бытовые феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Обычно через них подключали телевизоры. В телевизорах первых поколений применялись сетевые блоки питания с линейными стабилизаторами напряжения (а в некоторые цепи и вовсе питались нестабилизированным напряжением), которые не всегда справлялись с колебаниями напряжения сети, особенно в сельской местности, что требовало предварительной стабилизации напряжения. С появлением телевизоров 4УПИЦТ и УСЦТ, имевших импульсные блоки питания, необходимость в дополнительной стабилизации напряжения сети отпала.

Феррорезонансный стабилизатор состоит из двух дросселей: с ненасыщаемым сердечником (имеющим магнитный зазор) и насыщенным, а также конденсатора. Особенность ВАХ насыщенного дросселя в том, что напряжение на нём мало изменяется при изменении тока через него. Подбором параметров дросселей и конденсаторов можно обеспечить стабилизацию напряжения при изменении входного напряжения в достаточно широких пределах, но незначительное отклонение частоты питающей сети очень сильно влияло на характеристики стабилизатора.

Современные стабилизаторы

В настоящее время основными типами стабилизаторов являются:

  • электродинамические сервоприводные (механические)
  • статические (электронные переключаемые)
  • релейные
  • компенсационные (электронные плавные)

Модели производятся как в однофазном (220/230 В), так и трёхфазном (380/400 В) исполнении, мощность их от нескольких сотен ватт до нескольких мегаватт. Трёхфазные модели выпускаются двух модификаций: с независимой регулировкой по каждой фазе или с регулировкой по среднефазному напряжению на входе стабилизатора.

Выпускаемые модели также различаются по допустимому диапазону изменения входного напряжения, который может быть, например, таким: ±15%, ±20%, ±25%, ±30%, -25%/+15%, -35%/+15% или -45%/+15%. Чем шире диапазон (особенно в отрицательную сторону), тем больше габариты стабилизатора и выше его стоимость при той же выходной мощности.

Важной характеристикой стабилизатора напряжения является его быстродействие, то есть чем выше быстродействие, тем быстрее стабилизатор отреагирует на изменения входного напряжения. Быстродействие это промежуток времени (миллисекунды) за которое стабилизатор способен изменить напряжение на один вольт. У разного типа стабилизаторов разная скорость быстродействия, например у электродинамических быстродействие 12...18 мс/В, статические стабилизаторы обеспечат 2 мс/В, а вот у электронных, компенсационного типа этот параметр 0,75 мс/В.[источник не указан 943 дня]

Ещё одним важным параметром является точность стабилизации выходного напряжения. Согласно ГОСТ 13109-97 предельно допустимое отклонение напряжения питания ±10% от номинального. Точность современных стабилизаторов напряжения колеблется в диапазоне от 1% до 8%. Точности в 8% вполне хватает для обеспечения исправной работы абсолютного большинства бытовой и промышленной электротехники. Более жесткие требования (1%) обычно предъявляются для питания сложного оборудования (медицинское, высокотехнологичное и подобное). Важным потребительским параметром является способность стабилизатора работать на заявленной мощности во всем диапазоне входного напряжения, но далеко не все стабилизаторы соответствуют этому параметру. Некоторые стабилизаторы выдерживают десятикратные перегрузки, при покупке такого стабилизатора запас по мощности не требуется.

См. также

Литература

  • Вересов Г.П. Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Радио и связь, 1983. — 128 с.
  • В.В. Китаев и др Электропитание устройств связи. — М.: Связь, 1975. — 328 с. — 24 000 экз.
  • Костиков В.Г. Парфенов Е.М. Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для ВУЗов. — 2. — М.: Горячая линия — Телеком, 2001. — 344 с. — 3000 экз. — ISBN 5-93517-052-3
  • Штильман В. И. Микроэлектронные стабилизаторы напряжения. — Киев: Технiка, 1976.

Ссылки

Примечания

Стабилизаторы напряжения: классификация, схемы, параметры, достоинства

рис. 2.82 вПараметры стабилизаторов напряжения

Важнейшими параметрами стабилизатора напряжения являются коэффициент стабилизации Kст, выходное сопротивление Rвых и коэффициент полезного действия η.

Коэффициент стабилизации определяют из выражения Kст= [ ∆uвх/ uвх] / [ ∆uвых/ uвых]

где uвх, uвых — постоянные напряжения соответственно на входе и выходе стабилизатора; ∆uвх — изменение напряжения uвх; ∆uвых — изменение напряжения uвых, соответствующее изменению напряжения ∆uвх.

Таким образом, коэффициент стабилизации — это отношение относительного изменения напряжения на входе к соответствующему относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора.

Чем больше коэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении входного. У простейших стабилизаторов величина Kст составляет единицы, а у более сложных — сотни и тысячи.

Выходное сопротивление стабилизатора определяется выражением Rвых= | ∆uвых/ ∆iвых|

где ∆uвых— изменение постоянного напряжения на выходе стабилизатора; ∆iвых— изменение постоянного выходного тока стабилизатора, которое вызвало изменение выходного напряжения.

Выходное сопротивление стабилизатора является величиной, аналогичной выходному сопротивлению выпрямителя с фильтром. Чем меньше выходное сопротивление, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении тока нагрузки. У простейших стабилизаторов величина Rвых составляет единицы Ом, а у более совершенных — сотые и тысячные доли Ома. Необходимо отметить, что стабилизатор напряжения обычно резко уменьшает пульсации напряжения.

Коэффициент полезного действия стабилизатора ηст — это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку Рн, к мощности, потребляемой от входного источника напряжения Рвх: ηст = Рн / Рвх

Традиционно стабилизаторы разделяют на параметрические и компенсационные.

Интересное видео о стабилизаторах напряжения:

Параметрические стабилизаторы

Являются простейшими устройствами, в которых малые изменения выходного напряжения достигаются за счет применения электронных приборов с двумя выводами, характеризующихся ярко выраженной нелинейностью вольт-амперной характеристики. Рассмотрим схему параметрического стабилизатора на основе стабилитрона (рис. 2.82). рис. 2.82 а и б
Проанализируем данную схему (рис. 2.82, а), для чего вначале ее преобразуем, используя теорему об эквивалентном генераторе (рис. 2.82, б). Проанализируем графически работу схемы, построив на вольт-амперной характеристике стабилитрона линии нагрузки для различных значений эквивалентного напряжения, соответствующих различным значениям входного напряжения (рис. 2.82, в). рис. 2.82 в
Из графических построений очевидно, что при значительном изменении эквивалентного напряжения uэ (на ∆uэ), а значит, и входного напряжения uвх, выходное напряжение изменяется на незначительную величину ∆uвых.

Причем, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона (т. е. чем более горизонтально идет характеристика стабилитрона), тем меньше ∆uвых.

 Определим основные параметры такого стабилизатора, для чего в исходной схеме стабилитрон заменим его эквивалентной схемой и введем во входную цепь (рис. 2.82, г) источник напряжения, соответствующий изменению входного напряжения ∆uвх (на схеме пунктир): Rвых= rд|| R0≈ rд, т.к. R0>> rд ηст = ( uвых· Iн) / ( uвх· Iвх) = ( uвых· Iн) / [ uвх( Iн + Iвх) ].

Kст= ( ∆uвх/ uвх) : ( ∆uвых/ uвых) Так как обычно Rн>> rд Следовательно, Kст≈ uвых / uвх· [ ( rд+ R0) / rд]

Обычно параметрические стабилизаторы используют для нагрузок от нескольких единиц до десятков миллиампер. Наиболее часто они используются как источники опорного напряжения в компенсационных стабилизаторах напряжения. рис. 2.82 г

Компенсационные стабилизаторы

Представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования. Характерными элементами компенсационного стабилизатора являются источник опорного (эталонного) напряжения (ИОН), сравнивающий и усиливающий элемент (СУЭ) и регулирующий элемент (РЭ).

Напряжение на выходе стабилизатора или некоторая часть этого напряжения постоянно сравнивается с эталонным напряжением.

 В зависимости от их соотношения сравнивающим и усиливающим элементом вырабатывается управляющий сигнал для регулирующего элемента, изменяющий его режим работы таким образом, чтобы напряжение на выходе стабилизатора оставалось практически постоянным.

В качестве ИОН обычно используют ту или иную электронную цепь на основе стабилитрона, в качестве СУЭ часто используют операционный усилитель, а в качестве РЭ — биполярный или полевой транзистор.

Чаще всего регулирующий элемент включают последовательно с нагрузкой. В этом случае стабилизатор называют последовательным (рис. 2.83, а).

рис. 2.83
Иногда регулирующий элемент включают параллельно нагрузке, и тогда стабилизатор называют параллельным (рис. 2.83, б. Здесь СУЭ и ИОН с целью упрощения не показаны). В параллельном стабилизаторе используется балластное сопротивление Rб, включаемое последовательно с нагрузкой.

В зависимости от режима работы регулирующего элемента стабилизаторы разделяют на непрерывные и импульсные (ключевые, релейные).

В непрерывных стабилизаторах регулирующий элемент (транзистор) работает в активном режиме, а в импульсных — в импульсном.

Рассмотрим типичную принципиальную схему непрерывного стабилизатора (рис. 2.84, а). рис. 2.84 а
Эта схема соответствует приведенной выше структурной схеме последовательного стабилизатора. Для того чтобы выполнить наиболее просто анализ этой схемы на основе тех допущений, которые были рассмотрены при изучении операционного усилителя,изобразим эту схему по-другому. При этом цепи питания операционного усилителя для упрощения рисунка изображать не будем. рис. 2.84 б
Из схемы (рис. 2.84, б) очевидно, что на элементах R2, R3, DA и VT построен неинвертирующий усилитель на основе ОУ с выходным каскадом в виде эмиттерного повторителя на транзисторе VT, а входным напряжением для него является выходное напряжение параметрического стабилизатора напряжения на элементах R1 и VD. В соответствии с указанными выше допущениями получаем:

uR3= uст, т.е. iR3· R3= uст

uR2 = uR3 – uвых

iR2 = − iR3 = − uст/ R3

Подставляя выражение для iR2 в предыдущее уравнение, получим − uст/ R3· R2= uст – uвых. Следовательно, uвых = uст· ( 1 + R2/ R3)

Последнее выражение в точности повторяет соответствующие выражения для неинвертирующего усилителя (входным напряжением является напряжение uст).

Полезно отметить, что ООС охватывает два каскада — на операционном усилителе и на транзисторе. Рассматриваемая схема является убедительным примером, демонстрирующим преимущество общей отрицательной обратной связи по сравнению с местной.

Основным недостатком стабилизаторов с непрерывным регулированием является невысокий КПД, поскольку значительный расход мощности имеет место в регулирующем элементе, так как через него проходит весь ток нагрузки, а падение напряжения на нем равно разности между входным и выходным напряжениями стабилизатора.

В конце 60-х годов стали выпускать интегральные микросхемы компенсационных стабилизаторов напряжения с непрерывным регулированием (серия К142ЕН). В эту серию входят стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением, с регулируемым выходным напряжением и двухполярным и входным и выходным напряжениями. В тех случаях, когда через нагрузку необходимо пропускать ток, превышающий предельно допустимые значения интегральных стабилизаторов, микросхему дополняют внешними регулирующими транзисторами.

Некоторые параметры интегральных стабилизаторов приведены в табл. 2.1, а вариант подключения к стабилизатору К142ЕН1 внешних элементов — на рис. 2.85. рис. 2.85 Таблица 2.1
Резистор R предназначен для срабатывания защиты по току, а R1 — для регулирования выходного напряжения. Микросхемы К142УН5, ЕН6, ЕН8 являются функционально законченными стабилизаторами с фиксированным выходным напряжением, но не требуют подключения внешних элементов.

Импульсные стабилизаторы напряжения в настоящее время получили распространение не меньшее, чем непрерывные стабилизаторы.

Благодаря применению ключевого режима работы силовых элементов таких стабилизаторов, даже при значительной разнице в уровнях входных и выходных напряжений можно получить КПД, равный 70 − 80 %, в то время как у непрерывных стабилизаторов он составляет 30 − 50%.

В силовом элементе, работающем в ключевом режиме, средняя за период коммутации мощность, рассеиваемая в нем, значительно меньше, чем в непрерывном стабилизаторе, так как хотя в замкнутом состоянии ток, протекающий через силовой элемент, максимален, однако падение напряжения на нем близко к нулю, а в разомкнутом состоянии ток, протекающий через него, равен нулю, хотя напряжение максимально. Таким образом, в обоих случаях рассеиваемая мощность незначительна и близка к нулю.

Малые потери в силовых элементах приводят к уменьшению или даже исключению охлаждающих радиаторов, что значительно уменьшает массогабаритные показатели. Кроме того, использование импульсного стабилизатора позволяет в ряде случаев исключить из схемы силовой трансформатор, работающий на частоте 50 Гц, что также улучшает показатели стабилизаторов.

К недостаткам импульсных источников питания относят наличие пульсаций выходного напряжения.

Рассмотрим импульсный последовательный стабилизатор напряжения (рис. 2.86). рис. 2.86
Ключ S периодически включается и выключается схемой управления (СУ) в зависимости от значения напряжения на нагрузке. Напряжение на выходе регулируют, изменяя отношение tвкл / tвыкл, где tвкл, tвыкл — длительности отрезков времени, на которых ключ находится соответственно во включенном и выключенном состояниях. Чем больше это отношение, тем больше напряжение на выходе.

В качестве ключа S часто используют биполярный или полевой транзистор.

Диод обеспечивает протекание тока катушки индуктивности тогда, когда ключ выключен и, следовательно, исключает появление опасных выбросов напряжения на ключе в момент коммутации. LC-фильтр снижает пульсации напряжения на выходе.

Ещё одно интересное видео о стабилизаторах:

Принцип работы стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения - применение, принцип работы

Стабилизатор напряжения — это электрическое устройство, которое используется для подачи постоянного напряжения на нагрузку на своих выходных клеммах независимо от каких-либо изменений или колебаний на входе, то есть входящего питания.

Основное назначение стабилизатора напряжения заключается в защите электрических или электронных устройств (например, кондиционера, холодильника, телевизора и так далее) от возможного повреждения в результате скачков напряжения или колебаний, повышенного или пониженного напряжения.

Рис.1 — Различные типы стабилизаторов напряжения

Стабилизатор напряжения также известен как AVR (автоматический регулятор напряжения). 

Использование стабилизатора напряжения не ограничивается домашним или офисным оборудованием, которое получает электропитание извне. 

Даже места, которые имеют свои собственные внутренние источники питания в виде дизельных генераторов переменного тока, сильно зависят от этих AVR для безопасности своего оборудования.

Зачем нужны стабилизаторы напряжения и его важность

Все электрические устройства спроектированы и изготовлены для работы с максимальной эффективностью с типичным источником питания, который известен как номинальное рабочее напряжение. В зависимости от расчетного безопасного предела эксплуатации рабочий диапазон (с оптимальной эффективностью) электрического устройства может быть ограничен до ± 5%, ± 10% или более.

Из-за многих проблем источник входного напряжения, которое мы получаем, всегда имеет тенденцию колебаться, что приводит к постоянно меняющемуся источнику входного напряжения. Это изменяющееся напряжение является основным фактором, способствующим снижению эффективности устройства, а также увеличению частоты его отказов.

Рис. 2 — Проблемы из-за колебаний напряжения

Как работает стабилизатор напряжения

Основная работа стабилизатора напряжения заключается в выполнении двух необходимых функций: функции понижения и повышения напряжения. 

Функция понижения и повышения — это не что иное, как регулирование постоянного напряжения от перенапряжения. 

Эта функция может выполняться вручную с помощью селекторных переключателей или автоматически с помощью дополнительных электронных схем.

В условиях перенапряжения функция «понижения напряжения» обеспечивает необходимое снижение интенсивности напряжения. Аналогично, в условиях пониженного напряжения функция «повышения напряжения» увеличивает интенсивность напряжения. Идея обеих функций в целом заключается в том, чтобы поддерживать одинаковое выходное напряжение.

Рис. 4 — Принципиальная схема функции понижения в стабилизаторе напряжения

На приведенном выше рисунке показано подключение трансформатора в функции «Понижения». В функции понижения полярность вторичной катушки трансформатора подключается таким образом, что приложенное напряжение к нагрузке является результатом вычитания напряжения первичной и вторичной катушек.

В стабилизаторе напряжения есть схема переключения. Всякий раз, когда обнаруживается превышение напряжения в первичном источнике питания, подключение нагрузки вручную или автоматически переключается в конфигурацию режима «Понижения» с помощью переключателей (реле).

Рис. 6 — Принципиальная схема функции повышения напряжения в стабилизаторе напряжения

На рисунке выше показано подключение трансформатора в функции «Повышения». В функции повышения полярность вторичной обмотки трансформатора подключается таким образом, что приложенное напряжение к нагрузке является результатом сложения напряжения первичной и вторичной обмоток.

Видео совет при выборе стабилизатор напряжения

//www.youtube.com/embed/RnxfLGxw9zU

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.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Стабилизатор тока и стабилизатор напряжения.

Стабилизатор тока и стабилизатор напряжения.

     Эта статья является продолжением статьи «Генератор тока (источник тока). Различия и сходства стабилизаторов тока и напряжения».

     Как одно превратить в другое.

     ***

     Временами я просматриваю статистику посещаемости моего сайта в Яндекс Метрике. Там же можно увидеть по каким запросам читатели приходят на ту или иную статью. Так вот на статью о генераторах тока зачастую читатели попадают, набирая запросы такого характера:

     — Как из стабилизатора напряжения сделать генератор тока?

     — Как источник тока переделать в стабилизатор напряжения?

     Ну и тому подобное.

     Раньше у меня такие вопросы вызывали только улыбку. Но сейчас я решил, что нужно вполне серьёзно на них ответить. Рассказать, чем же отличается схемотехника стабилизаторов тока и стабилизаторов напряжения. Вместо слова стабилизатор можете подставить генератор или источник.

     Итак, для начала нам нужно твёрдо себе уяснить основное различие источников тока и напряжения:

     Идеальный источник тока создаёт в нагрузке ток стабильной, неизменной величины.

     Идеальный источник напряжения создаёт на нагрузке напряжение стабильной неизменной величины.

     Далее я буду употреблять в тексте слова стабилизатор, генератор, источник. Все они будут являться синонимами словосочетания «Идеальный источник». Не пугайтесь слова «идеальный». Практически любой бытовой источник напряжения является условно идеальным, до того момента пока вы не нарушите условий его эксплуатации. Ну не включите, например слишком большую нагрузку, или не закоротите накоротко.

     Исключение составляют зарядные устройства. Но там разговор особый.

     Таким образом если мы изменяем сопротивление нагрузки у источника напряжения, то напряжение на нагрузке остаётся стабильным, а ток, протекающий через нагрузку, изменяется.

     Uн → const,

     Iн → var.

     Если мы изменяем сопротивление нагрузки у источника тока, то ток, протекающий через нагрузку, остаётся неизменным, а напряжение на нагрузке изменяется.

     Uн → var.

     Iн → const,

     Сразу оговорюсь что никакие химические, фотоэлектрические, электромеханические и т.д. и т.п. источники электроэнергии, не оснащённые специальными схемами стабилизации выходных характеристик, не могут рассматриваться ни как источник напряжения ни как источник тока. Они нечто среднее между тем и другим так как и ток и напряжение на выходе у них изменяются и при изменении сопротивления нагрузки, и с течением времени и по разным другим причинам. Такие источники являются источниками ЭДС.

     Итак, чем же различаются схемы стабилизаторов тока и стабилизаторов напряжения?

     Рассмотрим для начала что такое стабилизатор вообще. Функциональная схема любого стабилизатора выглядит так как показано на Рис. 1.


Рис. 1 Функциональная схема стабилизатора.

     Здесь:

     — УМ — усилитель мощности. Надо понимать, что несмотря на грозное название усилителем мощности может послужить обычный транзистор. Внутри интегральных микросхем таких усилителей мощности пруд пруди.

     — УО — расшифровывается не как умственно отсталый, а как усилитель ошибки.

     Как это работает.

     Вход подключен к какому-либо источнику питания. На выходе начинает протекать ток, который создаёт некоторое падение напряжения на сопротивлении подключенной нагрузки. УО включен в цепь глубокой отрицательной обратной связи (ОС).

     Выходной параметр, ток или напряжение подаётся на один из входов УО. Ко второму входу подключен некий эталон. Если величина параметра на выходе УМ не совпадает с величиной эталона, то образуется некоторая разница между первым и вторым входом. Эта разница называется ошибкой.

     УО усиливает эту ошибку во много раз и выдаёт на УМ в виде управляющего сигнала, этот сигнал заставляет УМ изменить свои характеристики так чтобы выходной параметр (ток или напряжение) пришёл в соответствие с эталоном.

     Думаю, должно быть понятно, что для того, чтобы поддерживать минимальную разность между выходным параметром и эталоном УО должен обладать очень большим коэффициентом усиления (Ку).

     Теперь давайте посмотрим, как это всё можно реализовать на практике.

     Начнём с простейшего стабилизатора напряжения, Рис. 2. Кстати, схемы, построенные по такому принципу в основном и были распространены примерно до 1980 года.

     Для начала немного о терминологии.

     — Эталон теперь будет называться опорным напряжением (Uоп). Независимо от того стабилизатор чего мы строим тока или напряжения, на вход 1 УО будет подаваться напряжение.

     — ИОН — источник опорного напряжения.


Рис. 2 Схема простого стабилизатора напряжения.

     В этой схеме роль УМ выполняет биполярный транзистор структуры n-p-n. В качестве ИОН задействован стабилитрон VD1. Остаётся вопрос — а где же УО? Роль УО выполняет p-n переход база-эмиттер транзистора. Вход 1 это эмиттер, на нём присутствует выходное напряжение. Роль входа 2 выполняет база транзистора, на неё подано опорное напряжение с катода VD1.

     Действительно, переход Б-Э это фактически включенный в прямом направлении полупроводниковый диод. А как известно на p-n переходе диода при прямом включении возникает некоторое довольно стабильное падение напряжение. И это напряжение очень слабо зависит от протекающего через диод тока. Стабильность напряжения Б-Э зависит от крутизны вольтамперной характеристики этого диода. Чем круче характеристика, тем меньше влияние тока протекающего через диод на падение напряжения на нём, что эквивалентно большому Ку усилителя ошибки.

     Напряжение на нагрузке вычисляется по следующей формуле:

     Uн = Uоп — Uбэ

     Так как Uоп и Uбэ стабильны то и Uн также стабильно. Причём, при идеальных Uоп и Uбэ, Uн не будет зависеть ни от изменения питающего напряжения, ни от изменения сопротивления нагрузки. В разумных пределах, конечно.

     Тот, кто читал мою статью «Генератор тока (источник тока). Различия и сходства стабилизаторов тока и напряжения», тот думаю сам сможет оценить эти самые пределы.

     Теперь давайте подумаем, как нам этот стабилизатор напряжения переделать в стабилизатор (генератор) тока.

     На самом деле всё очень просто.

     Так как ток, протекающий через нагрузку, течёт от источника питания к коллектору транзистора, а затем в эмиттер, то следовательно ток в нагрузке практически точно соответствует току, протекающему через коллектор.

     Если вместо Rн запаять постоянный резистор тогда величина тока, протекающего через коллектор, будет постоянна и не будет зависеть от изменения напряжения питания, Рис. 3.


Рис. 3

     Вычисляться этот ток будет по следующей формуле:

     Iк = Uэ / R2 = (Uоп — Uбэ) / R2

     Вот мы, собственно говоря, уже и получили генератор (источник) тока. Правда работать он будет сам на себя, а потому в таком виде никому не нужен.

     Преобразовать его в полноценный генератор тока совсем просто. Нужно оторвать коллектор транзистора от цепи питания и включить в разрыв нагрузку, Рис. 4.


Рис. 4 Схема простого генератора (стабилизатора) тока.

     В этой схеме ток в нагрузке будет стабильным и не будет зависеть от напряжения питания и сопротивления нагрузки, опять же — в разумных пределах. Как эти пределы рассчитать я рассказывал в предыдущей статье.

     Таким образом стабилизатор напряжения (Рис. 2) я преобразовал в генератор тока (Рис. 4). Но в этих схемах есть один недостаток — очень низкий коэффициент стабилизации. Связано это как малой стабильностью ИОН на стабилитроне VD1, так и с низкой стабильностью Uбэ.

     В предыдущей статье я приводил такой пример схемы генератора тока, Рис. 5.

Рис. 5 Схема генератора тока с операционным усилителем в цепи обратной связи.

     В этой схеме ИОН может быть построен на стабилитронах или на более современных компонентах, например трёхвыводная микросхема TL431 или её аналог.

     Операционный усилитель ОУ выполняет роль усилителя ошибки. Такое построение схемы позволяет получить очень высокую стабильность выходных характеристик. Здесь резистор Rэ выполняет роль датчика тока (ДТ). Падение напряжения на этом датчике тока изменяется пропорционально изменению протекающего через него тока.

     Ну и как вы уже, наверное, поняли её также легко превратить в стабилизатор напряжения, Рис. 6.

Рис. 6 Схема стабилизатора напряжения с операционным усилителем в цепи обратной связи.

     ИОН обычно выдаёт Uоп в районе (2 — 5) Вольт. Делителем R1R2 устанавливают требуемое выходное напряжение. Чем больше коэффициент деления делителя, тем больше выходное напряжение.

     Что можно сказать по поводу этих двух схем.

     Генераторы тока по схеме изображённой на Рис. 5 вполне себе строятся так как от генераторов тока обычно не требуется большая мощность. Обычно они питают различные резистивные датчики температуры, давления, освещённости. В этих случаях требуется высокая стабильность генератора тока, а не мощность.

     Стабилизаторы напряжения в наше время в основном представляют из себя импульсные источники питания. Это позволяет получить высокий КПД и хорошие массогабаритные характеристики. Но в некоторых случаях не обойтись и без аналоговых стабилизированных источников питания. Например, там, где предъявляются высокие требования к уровню высокочастотных помех. Все импульсные источники довольно сильно фонят.

     Применение.

     Стабилизаторы напряжения окружают нас со всех сторон. Ни один компьютер или телевизор не может обойтись без них. Даже мобильник нужно время от времени заряжать через зарядное устройство, которое представляет собой ничто иное как стабилизированный источник напряжения.

     Генераторы тока для нас не так заметны. Но могу вас уверить что вы их постоянно неосознанно используете.

     Практически каждая интегральная микросхема содержит внутри себя генератор тока (источник стабильного тока). В больших интегральных микросхемах их сотни если не тысячи.

     Но также находят применение и мощные генераторы тока, вот два примера.

     Специализированные зарядные устройства для мощных аккумуляторов.

     Как известно заряд аккумулятора нужно проводить стабильным током. Для этого используют мощный источник питания, в который встроены две цепи обратной связи, одна по напряжению, она не даёт выходному напряжению превысить некоторый установленный уровень. Другая по току ограничивающая выходной ток устройства, а следовательно, и ток заряда.

     Таким образом когда вы подключаете разряженный аккумулятор к зарядному устройству возникает режим перегрузки. Обратная связь по току реагирует на это и ограничивает ток на выходе. Напряжение на выходных клеммах при этом падет. В дальнейшем по мере заряда аккумулятора напряжение растёт, ток при этом остаётся неизменным.

     Это означает что зарядное устройство работает в режиме генератора тока.

     Вторым примером может служить полупроводниковый сварочный аппарат. Здесь та же ситуация, а вернее даже ещё хуже, так как в начале процесса сварки на выходе аппарата вообще создаётся короткое замыкание. Но обратная связь по току не даёт току вырасти до опасной величины и сбрасывает уровень выходного напряжения. Дальше уже в процессе сварки эта же обратная связь следит за постоянством тока в электрической дуге, выходное напряжение при этом будет колебаться. Таким образом сварочный аппарат работает в режиме генератора тока.

     То есть и сварочный аппарат, и зарядное устройство если правильно организовать обратные связи и ввести соответствующие переключатели, можно использовать по прямому назначению, то есть в режиме генератора (стабилизатора) тока, а также как стабилизированные источники напряжения.

     Всё зависит от того откуда снимается сигнал для ОС. Если непосредственно с выхода, то получаем стабилизатор напряжения. Если с датчика тока, то получим генератор тока.

     Правда если говорить о современных источниках питания, то они представляют собой стабилизированные источники напряжения со схемой ограничения по току.

     То есть в них присутствуют обе обратные связи: и по напряжению, и по току. Но обратная связь по току включается в работу только в случае перегрузки. Именно поэтому большинство современных источников питания способны выдерживать даже длительные короткие замыкания на выходе.

 Рис. 6 Схема стабилизатора напряжения с операционным усилителем
Что такое стабилизатор напряжения и как он работает? Типы стабилизаторов

Что такое стабилизатор напряжения и зачем он нам нужен? Работа, типы и применение стабилизатора

Введение в стабилизатор:

Внедрение микропроцессорной технологии и силовых электронных устройств в конструкцию интеллектуальных стабилизаторов напряжения переменного тока (или автоматических регуляторов напряжения (AVR)) привело к высокой производительности. -качественное, стабильное электроснабжение в случае значительного и продолжительного отклонения сетевого напряжения.

В дополнение к обычным релейным стабилизаторам напряжения современные инновационные стабилизаторы используют высокопроизводительные цифровые схемы управления и полупроводниковые схемы управления, что исключает регулировку потенциометра и позволяет пользователю устанавливать требования к напряжению с помощью клавиатуры с возможностью запуска и остановки выхода. What is Voltage Stabilizer. Difference between Stabilizer & Regulator What is Voltage Stabilizer. Difference between Stabilizer & Regulator

Это также привело к тому, что время отключения или чувствительность стабилизаторов к очень низкой скорости, обычно меньше, чем несколько миллисекунд, кроме того, это может быть отрегулировано с помощью переменной настройки.В настоящее время стабилизаторы стали оптимизированным энергетическим решением для многих электронных приборов, чувствительных к колебаниям напряжения, и они нашли работу со многими устройствами, такими как станки с ЧПУ, кондиционеры, телевизоры, медицинское оборудование, компьютеры, телекоммуникационное оборудование и так далее.

Что такое стабилизатор напряжения?

Это электрическое устройство, которое разработано для для подачи постоянного напряжения на нагрузку на его выходных клеммах независимо от изменений входного или входного напряжения питания.Он защищает оборудование или машину от перенапряжения, понижения напряжения и других скачков напряжения.

Также называется автоматический регулятор напряжения (AVR) . Стабилизаторы напряжения предпочтительны для дорогостоящего и драгоценного электрического оборудования, чтобы защитить его от вредных колебаний низкого / высокого напряжения. Некоторым из этих оборудований являются кондиционеры, офсетные печатные машины, лабораторное оборудование, промышленные машины и медицинские приборы. What is a voltage stabilizer What is a voltage stabilizer

Стабилизаторы напряжения регулируют колебания входного напряжения до того, как оно может быть подано на нагрузку (или оборудование, чувствительное к колебаниям напряжения).Выходное напряжение стабилизатора будет оставаться в диапазоне 220 В или 230 В в случае однофазного питания и 380 В или 400 В в случае трехфазного питания в заданном диапазоне колебаний входного напряжения. Это регулирование выполняется операциями с понижением и повышением, выполняемыми внутренней схемой.

На сегодняшнем рынке доступно огромное разнообразие автоматических регуляторов напряжения. Это могут быть одно- или трехфазные устройства в зависимости от типа приложения и требуемой мощности (кВА).Трехфазные стабилизаторы выпускаются в двух вариантах: модели с сбалансированной нагрузкой и модели с несбалансированной нагрузкой.

Они доступны как в качестве отдельных блоков для приборов, так и в качестве большого стабилизатора для целых приборов в определенном месте, скажем, всего дома. Кроме того, это могут быть аналоговые или цифровые блоки стабилизатора. Types of Voltage Stabilizers Types of Voltage Stabilizers

Распространенные типы стабилизаторов напряжения включают стабилизаторы с ручным или переключаемым управлением, автоматические релейные стабилизаторы, твердотельные или статические стабилизаторы и стабилизаторы с сервоуправлением.В дополнение к функции стабилизации большинство стабилизаторов поставляются с дополнительными функциями, такими как отключение при низком напряжении на входе / выходе, отключение при высоком напряжении на входе / выходе, отключение при перегрузке, запуск и остановка выхода, ручной / автоматический запуск, отображение отключения по напряжению, переключение при нулевом напряжении и т. д.

Зачем нужны стабилизаторы напряжения?

Как правило, каждое электрическое оборудование или устройство рассчитано на широкий диапазон входного напряжения. В зависимости от чувствительности рабочий диапазон оборудования ограничен определенными значениями, например, некоторые устройства могут выдерживать ± 10 процентов от номинального напряжения, а другие ± 5 процентов или менее.

Колебания напряжения (повышение или падение величины номинального напряжения) довольно распространены во многих областях, особенно на оконечных линиях. Наиболее распространенными причинами колебаний напряжения являются освещение, электрические неисправности, неисправная проводка и периодическое выключение устройства. Эти колебания приводят к повреждению электрического оборудования или приборов. Why Voltage Stabilizers Are Needed? Why Voltage Stabilizers Are Needed?

В результате длительного перегрузки по напряжению

  • Необратимое повреждение оборудования
  • Повреждение изоляции обмоток
  • Нежелательное прерывание в нагрузке
  • Увеличение потерь в кабелях и соответствующем оборудовании
  • Понижение срока службы прибора

Длительное нахождение под напряжением

  • Неисправность оборудования
  • Более длительные периоды работы (как в случае резистивных нагревателей)
  • Снижение производительности оборудования
  • Отвод больших токов, что приводит к перегреву
  • Ошибки вычислений
  • Пониженная скорость двигателей

Таким образом, стабильность и точность напряжения определяют правильную работу оборудования.Таким образом, стабилизаторы напряжения гарантируют, что колебания напряжения на входящем источнике питания не влияют на нагрузку или электроприбор.

Как работает стабилизатор напряжения?

Базовый принцип стабилизатора напряжения для выполнения операций повышения и повышения напряжения

В стабилизаторе напряжения коррекция напряжения в условиях превышения и понижения напряжения выполняется посредством двух основных операций, а именно операций 900 oost и buck . Эти операции могут выполняться вручную с помощью переключателей или автоматически с помощью электронных схем.В условиях пониженного напряжения при повышении напряжения напряжение возрастает до номинального, в то время как при пониженном напряжении уровень напряжения снижается при превышении напряжения.

Концепция стабилизации включает в себя добавление или вычитание напряжения к сети и от нее. Для выполнения такой задачи стабилизатор использует трансформатор, который в разных конфигурациях соединен с переключающими реле. Некоторые стабилизаторы используют трансформатор с отводами на обмотке, чтобы обеспечить различные поправки напряжения, в то время как сервостабилизаторы используют автоматический трансформатор, чтобы иметь широкий диапазон коррекции.

Чтобы понять эту концепцию, давайте рассмотрим простой понижающий трансформатор с номиналом 230/12 В, и его связь с этими операциями приведена ниже. boost-operation-of-stabilizer boost-operation-of-stabilizer

На рисунке выше показана повышающая конфигурация, в которой полярность вторичной обмотки ориентирована таким образом, что ее напряжение непосредственно добавляется к первичному напряжению. Следовательно, в случае пониженного напряжения трансформатор (будь то переключение отводов или автотрансформатор) переключается с помощью реле или полупроводниковых переключателей, так что к входному напряжению добавляются дополнительные напряжения.Buck Operation of Voltage Stabilizer Buck Operation of Voltage Stabilizer

На приведенном выше рисунке трансформатор подключен в конфигурации с шинами, в которой полярность вторичной катушки ориентирована таким образом, что ее напряжение вычитается из первичного напряжения. Коммутационная цепь переключает соединение с нагрузкой на эту конфигурацию во время состояния перенапряжения. Basic Principle to Perform Buck and Boost Operations Basic Principle to Perform Buck and Boost Operations

На рисунке выше показан двухступенчатый стабилизатор напряжения, в котором используются два реле для обеспечения постоянного переменного напряжения нагрузки при перенапряжении и условиях напряжения.Путем переключения реле могут выполняться операции понижающего напряжения и повышения напряжения для двух конкретных колебаний напряжения (одно находится под напряжением, например, 195 В, а другое для перенапряжения, например, 245 В).

В случае стабилизаторов с ответвлением трансформаторного типа различные ответвления переключаются в зависимости от необходимого количества повышающих или понижающих напряжений. Но, в случае стабилизаторов типа автоматического трансформатора, двигатели (серводвигатель) используются вместе со скользящим контактом для получения повышающих или понижающих напряжений от автотрансформатора, поскольку он содержит только одну обмотку.

Типы стабилизаторов напряжения

Стабилизаторы напряжения стали неотъемлемой частью многих бытовых электроприборов, промышленных и коммерческих систем. Ранее для повышения или понижения входного напряжения использовались управляемые вручную или переключаемые стабилизаторы напряжения, чтобы обеспечить выходное напряжение в требуемом диапазоне. Такие стабилизаторы построены с электромеханическими реле как переключающие устройства.

Позже, дополнительные электронные схемы автоматизировали процесс стабилизации и породили автоматические регуляторы напряжения устройства РПН.Другим популярным типом стабилизатора напряжения является сервостабилизатор, в котором коррекция напряжения осуществляется непрерывно без какого-либо переключателя. Давайте обсудим три основных типа стабилизаторов напряжения.

Релейные стабилизаторы напряжения

В этом типе стабилизаторов напряжения регулирование напряжения осуществляется путем переключения реле таким образом, чтобы подключить один из нескольких выводов трансформатора к нагрузке (как описано выше) это для повышения или раскряжевки.На рисунке ниже показана внутренняя схема стабилизатора релейного типа.

Он имеет электронную схему и набор реле помимо трансформатора (который может быть трансформатором с тороидальным или железным сердечником с ответвлениями, предусмотренными на его вторичной обмотке). Электронная схема содержит схему выпрямителя, операционный усилитель, микроконтроллер и другие крошечные компоненты. Relay Type Voltage Stabilizers. Types of Voltage Stabilizers Relay Type Voltage Stabilizers. Types of Voltage Stabilizers

Электронная схема сравнивает выходное напряжение с опорным значением, представленного встроенным источником опорного напряжения.Всякий раз, когда напряжение поднимается или опускается ниже контрольного значения, схема управления переключает соответствующее реле, чтобы подключить требуемое подключение к выходу.

Эти стабилизаторы обычно изменяют напряжение при колебаниях входного напряжения от ± 15% до ± 6% с точностью выходного напряжения от ± 5 до ± 10%. Этот тип стабилизаторов наиболее часто используется для бытовых, коммерческих и промышленных приборов с низким рейтингом, поскольку они имеют малый вес и низкую стоимость. Однако они страдают от нескольких ограничений, таких как медленная скорость коррекции напряжения, меньшая долговечность, меньшая надежность, прерывание пути питания во время регулирования и неспособность противостоять скачкам высокого напряжения.

Стабилизаторы напряжения с сервоуправлением

Они просто называются сервостабилизаторами (работают на сервомеханизме, также называемом отрицательной обратной связью), и название предполагает, что для коррекции напряжения используется серводвигатель. Они в основном используются для высокой точности выходного напряжения, обычно ± 1% при изменении входного напряжения до ± 50%. На рисунке ниже показана внутренняя схема сервостабилизатора, в состав которой входят серводвигатель, автотрансформатор, понижающий повышающий трансформатор, привод двигателя и схема управления.Servo Controlled Voltage Stabilizers Servo Controlled Voltage Stabilizers

В этом стабилизаторе один конец первичной обмотки повышающего трансформатора соединен с фиксированным отводом автотрансформатора, а другой конец - с подвижным рычагом, который управляется серводвигателем. Вторичный понижающий повышающий трансформатор соединен последовательно с входным источником питания, который является ничем иным, как выходом стабилизатора. Servo Controlled Voltage Stabilizers Working and Circuit Diagram Servo Controlled Voltage Stabilizers Working and Circuit Diagram

Электронная схема управления определяет падение напряжения и повышение напряжения путем сравнения входа со встроенным источником опорного напряжения.Когда цепь обнаруживает ошибку, она запускает двигатель, который, в свою очередь, перемещает рычаг на автотрансформаторе. Это может питать первичку понижающего повышающего трансформатора, так что напряжение на вторичной обмотке должно быть желаемым выходным напряжением. Большинство сервостабилизаторов используют встроенный микроконтроллер или процессор для схемы управления для достижения интеллектуального управления.

Эти стабилизаторы могут быть однофазными, трехфазными симметричными или трехфазными несбалансированными. В однофазном типе серводвигатель, соединенный с переменным трансформатором, достигает коррекции напряжения.В случае трехфазного симметричного типа серводвигатель соединен с тремя автотрансформаторами, так что стабилизированный выходной сигнал обеспечивается во время колебаний путем регулировки выходной мощности трансформаторов. В несбалансированном типе сервостабилизаторов три независимых серводвигателя соединены с тремя автотрансформаторами и имеют три отдельные цепи управления. Three phase servo stabilizer Three phase servo stabilizer

Существуют различные преимущества использования сервостабилизаторов по сравнению с релейными стабилизаторами. Некоторыми из них являются более высокая скорость коррекции, высокая точность стабилизированного выходного сигнала, способность выдерживать пусковые токи и высокая надежность.Однако они требуют периодического технического обслуживания из-за наличия двигателей.

Статические стабилизаторы напряжения

Как следует из названия, статический стабилизатор напряжения не имеет движущихся частей в качестве механизма серводвигателя в случае сервостабилизаторов. Он использует схему силового электронного преобразователя для регулирования напряжения, а не вариак в случае обычных стабилизаторов. Этими стабилизаторами можно добиться большей точности и превосходного регулирования напряжения по сравнению с сервостабилизаторами, и обычно регулирование составляет ± 1%.Static Voltage Stabilizers Static Voltage Stabilizers

Он состоит в основном из понижающего повышающего трансформатора, IGBT-преобразователя питания (или преобразователя переменного тока в переменный) и микроконтроллера, микропроцессора или контроллера на основе DSP. Управляемый микропроцессором IGBT-преобразователь генерирует соответствующее количество напряжения методом широтно-импульсной модуляции, и это напряжение подается на первичку понижающего повышающего трансформатора. IGBT-преобразователь вырабатывает напряжение таким образом, чтобы оно могло быть в фазе или на 180 градусов не в фазе входного напряжения линии, чтобы выполнять сложение и вычитание напряжений во время колебаний.Static voltage stabilizer circuit and Working Static voltage stabilizer circuit and Working

Всякий раз, когда микропроцессор обнаруживает падение напряжения, он отправляет импульсы ШИМ в IGBT-преобразователь так, что он генерирует напряжение, равное напряжению отклоненной величины от номинального значения. Этот выход находится в фазе с входящим питанием и подается на первичку понижающего повышающего трансформатора. Поскольку вторичное устройство подключено к входной линии, индуцированное напряжение будет добавлено к входному источнику питания, и это скорректированное напряжение подается на нагрузку.

Аналогичным образом, повышение напряжения заставляет микропроцессорную схему посылать импульсы ШИМ таким образом, что преобразователь будет выдавать отклоненное значение напряжения, которое на 180 градусов не в фазе с входящим напряжением.Это напряжение на вторичной обмотке понижающего повышающего трансформатора вычитается из входного напряжения, так что выполняется операция понижающей нагрузки.

Эти стабилизаторы очень популярны по сравнению со стабилизаторами с переключением отводов и сервоуправлением из-за большого разнообразия преимуществ, таких как компактный размер, очень быстрая скорость коррекции, отличное регулирование напряжения, отсутствие технического обслуживания из-за отсутствия движущихся частей, высокой эффективности и высокой надежность.

Разница между стабилизатором напряжения и регулятором напряжения

Здесь возникает серьезный, но сбивающий с толку вопрос о том, что в точности составляет различий между стабилизатором и регулятором ? Хорошо., Оба выполняют одно и то же действие, которое заключается в стабилизации напряжения, но основная разница между стабилизатором напряжения и стабилизатором напряжения составляет :

Стабилизатор напряжения : Это устройство или схема, которая предназначена для подачи постоянного напряжения на выход без изменений. во входном напряжении.

Регулятор напряжения: Это устройство или схема, которая предназначена для подачи постоянного напряжения на выход без изменения тока нагрузки.

Как правильно выбрать стабилизатор напряжения правильного размера?

Прежде чем покупать стабилизатор напряжения для прибора, необходимо учитывать несколько факторов.К этим факторам относятся мощность, требуемая для устройства, уровень колебаний напряжения, которые возникают в месте установки, тип устройства, тип стабилизатора, рабочий диапазон стабилизатора (к которому стабилизатор подходит правильное напряжение), перенапряжение / отключение при пониженном напряжении, тип схема управления, тип монтажа и другие факторы. Здесь мы привели основные шаги, которые необходимо учитывать перед покупкой стабилизатора для вашего применения.  How to Choose a Correct Sized Voltage Stabilizer?  How to Choose a Correct Sized Voltage Stabilizer?

  • Проверьте номинальную мощность устройства, которое вы собираетесь использовать со стабилизатором, наблюдая данные на паспортной табличке (Вот примеры: паспортная табличка трансформатора, паспортная табличка MCB, паспортная табличка конденсатора и т. Д.) Или из руководства пользователя изделия ,
  • Поскольку стабилизаторы рассчитаны в кВА (то же, что и в случае трансформатора, рассчитанного в кВА вместо кВт), также можно рассчитать мощность, просто умножив напряжение устройства на максимальный номинальный ток.
  • Рекомендуется добавить запас прочности к рейтингу стабилизатора, обычно 20-25 процентов. Это может быть полезно для будущих планов добавления большего количества устройств к выходу стабилизатора.
  • Если прибор рассчитан на мощность в ваттах, при расчете номинальной мощности стабилизатора учитывайте коэффициент мощности.Напротив, если стабилизаторы рассчитаны в кВт вместо кВА, умножьте коэффициент мощности на произведение напряжения и тока.

ниже - это действующее и решенное примеры Пример , как выбрать стабилизатор напряжения подходящего размера для вашего электрического прибора (-ов)

Предположим, что прибор (кондиционер или холодильник) имеет номинальную мощность 1 кВА. Таким образом, безопасный запас в 20 процентов составляет 200 Вт. Прибавляя эти ватты к фактическому рейтингу, мы получаем мощность 1200 ВА. Поэтому для устройства предпочтительнее стабилизатор 1,2 кВА или 1200 ВА.Для бытовых нужд предпочтительны стабилизаторы от 200 до 10 кВА. А для коммерческого и промышленного применения используются однофазные и трехфазные стабилизаторы большой мощности.

Надеемся, что предоставленная информация является информативной и полезной для читателя. Мы хотим, чтобы читатели высказали свое мнение по этой теме и ответили на этот простой вопрос - какова цель функции связи RS232 / RS485 в современных стабилизаторах напряжения в разделе комментариев ниже.

PPT - Методы стабилизации напряжения в энергетических системах PowerPoint Presentation
  • Методы стабилизации напряжения в энергетических системах Инструктор: Dr.AMSharaf Имя: Яо Чжоу ID: 3206261

  • Методы стабилизации напряжения в энергетических системах • Что такое Стабилизация напряжения в энергосистеме? • Стабильность энергосистемы может широко определяться в соответствии с различными условиями эксплуатации, важной проблемой, которая часто рассматривается, является проблема стабилизации напряжения.• Эта важная проблема управления энергосистемой заключается в поддержании постоянного приемлемого напряжения в нормальных условиях эксплуатации и при нарушенных условиях, что называется проблемой стабилизации напряжения.

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Стабилизация напряжения относится к способности энергосистемы поддерживать постоянное напряжение на всех шинах в системе после воздействия помех от заданного начального режима работы. Это зависит от способности поддерживать / восстанавливать равновесие между потребностью нагрузки и подачей нагрузки от энергосистемы.[1]

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Зачем нам нужна стабилизация напряжения? • Нестабильность, которая может возникнуть в результате постепенного падения или повышения напряжения на некоторых шинах. • Возможным результатом нестабильности напряжения является потеря нагрузки в зоне или отключение линий электропередачи и других элементов их защитными системами, что приводит к каскадным сбоям. Нарушение синхронизации некоторых генераторов может быть результатом этих отключений или условий эксплуатации, которые нарушают ограничение тока поля.[1]

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Что вызывает нестабильность напряжения? • Движущей силой нестабильности напряжения обычно являются нагрузки. В ответ на помехи потребляемая нагрузкой мощность должна быть восстановлена. • Ситуация, вызывающая нестабильность напряжения, возникает, когда динамика нагрузки пытается восстановить энергопотребление сверх возможностей сети передачи и подключенного поколения. [1]

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Основным фактором, способствующим нестабильности напряжения, является падение напряжения, возникающее при прохождении активной и реактивной мощности через сеть передачи; это • ограничивает возможности сети передачи для передачи мощности и поддержки напряжения.• Стабильность напряжения находится под угрозой, когда возмущение увеличивает потребность в реактивной мощности, превышающую устойчивую мощность имеющихся ресурсов реактивной мощности.

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Тип динамической / нелинейной нагрузки также может вызывать нестабильность напряжения. • В то время как наиболее распространенной формой нестабильности напряжения является изменение частоты питания, постепенное падение напряжения на шине и нестабильность перенапряжения. • Перенапряжение может быть вызвано емкостным поведением сети, а также недостаточными ограничителями возбуждения, не позволяющими генераторам и синхронным компенсаторам поглощать избыточную реактивную мощность.[1]

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Классификация стабилизации напряжения: стабильность напряжения можно классифицировать по следующим подкатегориям: [2] • Стабилизация напряжения при больших помехах: • Стабилизация напряжения при больших помехах относится к системе способность поддерживать постоянное напряжение после значительных помех, таких как неисправности системы, потеря генерации или непредвиденные обстоятельства в цепи.

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Эта способность определяется характеристиками системы и нагрузки, а также взаимодействием как непрерывного, так и дискретного управления и защит.• Определение стабилизации напряжения при сильных помехах требует изучения нелинейного отклика энергосистемы в течение периода времени, достаточного для определения характеристик и взаимодействия таких устройств, как двигатели, устройства РПН и ограничители тока возбуждения генератора.

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Стабилизация напряжения при малых помехах: [2] • Стабильность напряжения при малых помехах относится к способности системы поддерживать постоянные напряжения при малых возмущениях, таких как постепенные изменения нагрузки системы.• На эту форму устойчивости влияют характеристики нагрузок, непрерывного контроля и дискретного контроля в данный момент времени. • Эта концепция полезна для определения в любой момент, как напряжение системы будет реагировать на небольшие системные изменения.

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Сроки, представляющие интерес для проблем стабилизации напряжения, могут варьироваться от нескольких секунд до десятков минут. Поэтому стабилизация напряжения может быть кратковременным или долгосрочным явлением.[2] • Кратковременная стабилизация напряжения включает динамику быстродействующих компонентов нагрузки, таких как асинхронные двигатели, электронно-управляемые нагрузки. (несколько секунд) • Долгосрочная стабилизация напряжения включает в себя оборудование более медленного действия, такое как трансформаторы с переключением отводов, ограничители тока генератора. (несколько минут)

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Некоторые методы, используемые для стабилизации напряжения: • Используя технологию компенсации реактивной мощности, емкость системы передачи и распределения может быть значительно увеличена.• Компенсация с фиксированной конденсаторной батареей. • Двухфазное управление фазой реактора с тиристорным управлением (TCR) или тиристорного коммутируемого конденсатора (TSC). Синхронный компенсатор (STACOM), статический синхронный последовательный компенсатор (SSCC) и унифицированный контроллер потока мощности (UPFC)

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Оптимизация планирования системы и прогнозирование расхода электроэнергии также очень важны для напряжения системы состояние стабилизации.• Алгоритм оптимизации • Искусственный интеллект на основе нелинейного программирования • Динамическое программирование

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Аннотация: • Я представлю метод терминальной стабилизации напряжения для индуктивного генератора с автоматическим возбуждением (SEIG) в автономном режиме. • Метод основан на поиске минимальной целевой функции, которая является взвешенной суммой параметров некоторой системы. • Общий метод основан на хорошо зарекомендовавшей себя теории моделирования во временной области асинхронных машин, позволяющей учитывать нелинейности асинхронной машины и блока цифрового управления, и представляется надежным и точным.[3]

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Введение: • SEIG все чаще используется в изолированных системах электропитания. Основным недостатком асинхронных генераторов является известное свойство достаточно снижать напряжение на клеммах при увеличении нагрузки. • Линеаризованные модели генератора и эквивалентные непрерывные (аналоговые) передаточные функции дискретного блока управления часто используются для решения проблемы стабилизации напряжения.• Этот способ требует расширенного анализа в частотной области для получения фактической настройки, которая обеспечивает требуемую производительность и стабильность для определенной структуры алгоритма управления. [3]

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Тем не менее, во многих случаях нельзя пренебрегать нелинейным поведением индукционной машины, работающей в режиме генератора. • В нелинейных моделях анализ во временной области вместе с техникой оптимизации также можно использовать для определения некоторых неизвестных параметров системы, таких как факторы схемы управления.Этот подход был успешно применен для настройки системы стабилизатора мощности, и представляется перспективным использовать тот же способ для получения настройки алгоритма дискретного управления. [3]

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Математическая модель для SEIG с терминальной системой стабилизации напряжения: • Рассматривается математическая модель индукционной машины • Насыщение как набор нелинейных дифференциальных уравнений • Основано на сложившаяся теория и обеспечивает точное представление как стационарных, так и переходных режимов.• Взвешенная сумма некоторых параметров переходного процесса может быть определена как целевая функция.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Числовое решение для машинного уравнения наряду с уравнениями, описывающими систему возбуждения и алгоритм управления, дает необходимые параметры для вычисления целевой функции как качественной характеристики стабильности системы и стабилизации напряжения во время переходных процессов. • на основе моделирования переходной оптимизации, • необходимо обеспечить расчеты, чтобы получить значения • факторов, дающих предельное значение функции и, следовательно, обеспечивающих наилучшее качество стабилизации напряжения.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • В изолированной системе электропитания с SEIG блок стабилизации включает силовую часть, которая представляет собой тиристорные переключатели и конденсаторную батарею. Банк делится на две части: регулируемая и нерегулируемая. • Нерегулируемая часть используется для возбуждения и представляет три однофазных конденсатора, соединенных треугольником. Регулируемая часть представляет собой набор трехфазных конденсаторов, эти емкости двоично-взвешенные.• Эти конденсаторы могут включаться и выключаться тиристорными переключателями силовой части.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Микропроцессорный цифровой блок управления используется для измерения входных значений, алгоритма реализации и генерации импульсов пожара для тиристоров. • Общая схема SEIG с блоком стабилизации представлена ​​на рис. 1. Рис.1. Структурная схема SEIG с системой стабилизации напряжения и нагрузкой [3]

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Использованные уравнения в математической модели: • Уравнения в векторной форме для машины показаны ниже: [3] Где:: пространственный вектор напряжения статора; и: векторы токовых и магнитных связей и сопротивления статора и ротора соответственно; : угловая скорость ротора.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Стандартная форма уравнения качания использовалась для описания механического движения ротора: Где:: постоянная инерции; : механический крутящий момент; : электрический крутящий момент.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Уравнения для нагрузки и батареи конденсаторов записаны ниже: [3] Где:: индуктивность нагрузки; : сопротивление нагрузки; : общая кажущаяся емкость как регулируемых, так и нерегулируемых банков; : общий ток через батарею конденсаторов.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Дискретные функции во временной области для дискретного блока управления показаны ниже: [3] Где: u (k): управляющее действие; e (k): ошибка выходного значения; постоянные факторы; k: номер выборки.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Функция критерия используется для получения вектора, который выдает минимальное значение во время переходного процесса: [3] Где:: ошибка напряжения на клеммах во время переходного процесса; : текущая емкость батареи включенных конденсаторов: емкость батареи включенных конденсаторов после окончания переходного процесса; r: весовой коэффициент для управляющего воздействия

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Оптимизация была выполнена с использованием алгоритма, который использует поиск координат для минимума целевой функции.[3] • В общем, процедура расчета может быть описана следующим образом: • - определение предельных (минимальных и максимальных) значений для каждого фактора;

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • - расчет переходного процесса для ранее определенной рабочей точки и значений факторов с сохранением очевидных значений для ошибки напряжения и включенных конденсаторов на каждом шаге численного интегрирования; • - расчет целевой функции на основе собранных значений ошибок и контрольных действий; • - изменение значений факторов в соответствии с алгоритмом оптимизации, анализ их значений и окончание расчетов или расчета другого переходного процесса.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Численное моделирование системы: • Специальное программное обеспечение для моделирования системы было подготовлено на основе методов и подходов, описанных выше. • Было выполнено численное моделирование системы для SEIG со стабилизацией напряжения на клеммах, чтобы получить значения факторов для управления разностными уравнениями и проверить поведение системы в различных режимах работы. [3] • Оптимизационные расчеты были предоставлены для переходного процесса • как с резистивной нагрузкой, так и с резистивно-индуктивной нагрузкой, чтобы получить значения факторов.В качестве возмущения были приняты значения тока полной нагрузки и реактивной части тока нагрузки.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Расчеты переходных процессов для различных режимов работы • были выполнены с полученными значениями факторов. Результаты моделирования показывают, что алгоритм по разностному уравнению и коэффициентам, оптимизированным для подключения резистивно-индуктивной нагрузки с использованием тока полной нагрузки, обеспечивает надежную и быструю стабилизацию напряжения во время переходных процессов.[3] • Затем мы можем использовать уравнения и программные средства, упомянутые выше, для достижения оптимизации стабилизации напряжения путем настройки цифрового блока управления в соответствии с параметрами системы.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Вывод: • Метод настройки системы стабилизации напряжения терминала SEIG основан на прямом моделировании переходных процессов в системе с использованием хорошо известной теории пространственных векторов. • Метод является альтернативой методам, использующим анализ частотной области для оценки устойчивости системы и настройки системы управления, в которых используется линеаризованная модель индукционной машины.• Этот алгоритм позволяет учитывать нелинейности характеристик машины и блока цифрового управления, которые игнорируются анализом частотной области.

  • Ссылка: 1. Joon-Ho Choi и Jae-Chul Kim, член IEEE, «Расширенный метод регулирования напряжения в системах распределения электроэнергии, связанных с рассредоточенными системами хранения и генерации», IEEE СДЕЛКИ ПО ПОСТАВКЕ ПИТАНИЯ, VOL , 15, № 2, АПРЕЛЬ 2000 2. Йо Го, член IEEE, Дэвид Дж.Hill, Fellow, IEEE, и Youyi Wang, старший член IEEE, «Глобальное регулирование переходной стабильности и напряжения для энергетических систем», IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, VOL. 16, № 4, НОЯБРЬ 2001 г. 3. Олег Ччетинин, Электротехнический факультет, Нижегородский технический университет, Нижний Новгород, Россия, «Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме», IEEE Transactions on Conversion Energy, Vol. 14, № 3, сентябрь 1999 г.

  • Большое спасибо за прослушивание моей презентации!

  • .
    PPT - Методы стабилизации напряжения в энергетических системах PowerPoint Presentation
  • Методы стабилизации напряжения в энергетических системах Инструктор: Dr.AMSharaf Имя: Яо Чжоу ID: 3206261

  • Методы стабилизации напряжения в энергетических системах • Что такое Стабилизация напряжения в энергосистеме? • Стабильность энергосистемы может широко определяться в соответствии с различными условиями эксплуатации, важной проблемой, которая часто рассматривается, является проблема стабилизации напряжения.• Эта важная проблема управления энергосистемой заключается в поддержании постоянного приемлемого напряжения в нормальных условиях эксплуатации и при нарушенных условиях, что называется проблемой стабилизации напряжения.

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Стабилизация напряжения относится к способности энергосистемы поддерживать постоянное напряжение на всех шинах в системе после воздействия помех от заданного начального режима работы. Это зависит от способности поддерживать / восстанавливать равновесие между потребностью нагрузки и подачей нагрузки от энергосистемы.[1]

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Зачем нам нужна стабилизация напряжения? • Нестабильность, которая может возникнуть в результате постепенного падения или повышения напряжения на некоторых шинах. • Возможным результатом нестабильности напряжения является потеря нагрузки в зоне или отключение линий электропередачи и других элементов их защитными системами, что приводит к каскадным сбоям. Нарушение синхронизации некоторых генераторов может быть результатом этих отключений или условий эксплуатации, которые нарушают ограничение тока поля.[1]

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Что вызывает нестабильность напряжения? • Движущей силой нестабильности напряжения обычно являются нагрузки. В ответ на помехи потребляемая нагрузкой мощность должна быть восстановлена. • Ситуация, вызывающая нестабильность напряжения, возникает, когда динамика нагрузки пытается восстановить энергопотребление сверх возможностей сети передачи и подключенного поколения. [1]

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Основным фактором, способствующим нестабильности напряжения, является падение напряжения, возникающее при прохождении активной и реактивной мощности через сеть передачи; это • ограничивает возможности сети передачи для передачи мощности и поддержки напряжения.• Стабильность напряжения находится под угрозой, когда возмущение увеличивает потребность в реактивной мощности, превышающую устойчивую мощность имеющихся ресурсов реактивной мощности.

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Тип динамической / нелинейной нагрузки также может вызывать нестабильность напряжения. • В то время как наиболее распространенной формой нестабильности напряжения является изменение частоты питания, постепенное падение напряжения на шине и нестабильность перенапряжения. • Перенапряжение может быть вызвано емкостным поведением сети, а также недостаточными ограничителями возбуждения, не позволяющими генераторам и синхронным компенсаторам поглощать избыточную реактивную мощность.[1]

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Классификация стабилизации напряжения: стабильность напряжения можно классифицировать по следующим подкатегориям: [2] • Стабилизация напряжения при больших помехах: • Стабилизация напряжения при больших помехах относится к системе способность поддерживать постоянное напряжение после значительных помех, таких как неисправности системы, потеря генерации или непредвиденные обстоятельства в цепи.

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Эта способность определяется характеристиками системы и нагрузки, а также взаимодействием как непрерывного, так и дискретного управления и защит.• Определение стабилизации напряжения при сильных помехах требует изучения нелинейного отклика энергосистемы в течение периода времени, достаточного для определения характеристик и взаимодействия таких устройств, как двигатели, устройства РПН и ограничители тока возбуждения генератора.

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Стабилизация напряжения при малых помехах: [2] • Стабильность напряжения при малых помехах относится к способности системы поддерживать постоянные напряжения при малых возмущениях, таких как постепенные изменения нагрузки системы.• На эту форму устойчивости влияют характеристики нагрузок, непрерывного контроля и дискретного контроля в данный момент времени. • Эта концепция полезна для определения в любой момент, как напряжение системы будет реагировать на небольшие системные изменения.

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Сроки, представляющие интерес для проблем стабилизации напряжения, могут варьироваться от нескольких секунд до десятков минут. Поэтому стабилизация напряжения может быть кратковременным или долгосрочным явлением.[2] • Кратковременная стабилизация напряжения включает динамику быстродействующих компонентов нагрузки, таких как асинхронные двигатели, электронно-управляемые нагрузки. (несколько секунд) • Долгосрочная стабилизация напряжения включает в себя оборудование более медленного действия, такое как трансформаторы с переключением отводов, ограничители тока генератора. (несколько минут)

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Некоторые методы, используемые для стабилизации напряжения: • Используя технологию компенсации реактивной мощности, емкость системы передачи и распределения может быть значительно увеличена.• Компенсация с фиксированной конденсаторной батареей. • Двухфазное управление фазой реактора с тиристорным управлением (TCR) или тиристорного коммутируемого конденсатора (TSC). Синхронный компенсатор (STACOM), статический синхронный последовательный компенсатор (SSCC) и унифицированный контроллер потока мощности (UPFC)

  • Методы стабилизации напряжения в энергосистемах • Оптимизация планирования системы и прогнозирование расхода электроэнергии также очень важны для напряжения системы состояние стабилизации.• Алгоритм оптимизации • Искусственный интеллект на основе нелинейного программирования • Динамическое программирование

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Аннотация: • Я представлю метод терминальной стабилизации напряжения для индуктивного генератора с автоматическим возбуждением (SEIG) в автономном режиме. • Метод основан на поиске минимальной целевой функции, которая является взвешенной суммой параметров некоторой системы. • Общий метод основан на хорошо зарекомендовавшей себя теории моделирования во временной области асинхронных машин, позволяющей учитывать нелинейности асинхронной машины и блока цифрового управления, и представляется надежным и точным.[3]

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Введение: • SEIG все чаще используется в изолированных системах электропитания. Основным недостатком асинхронных генераторов является известное свойство достаточно снижать напряжение на клеммах при увеличении нагрузки. • Линеаризованные модели генератора и эквивалентные непрерывные (аналоговые) передаточные функции дискретного блока управления часто используются для решения проблемы стабилизации напряжения.• Этот способ требует расширенного анализа в частотной области для получения фактической настройки, которая обеспечивает требуемую производительность и стабильность для определенной структуры алгоритма управления. [3]

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Тем не менее, во многих случаях нельзя пренебрегать нелинейным поведением индукционной машины, работающей в режиме генератора. • В нелинейных моделях анализ во временной области вместе с техникой оптимизации также можно использовать для определения некоторых неизвестных параметров системы, таких как факторы схемы управления.Этот подход был успешно применен для настройки системы стабилизатора мощности, и представляется перспективным использовать тот же способ для получения настройки алгоритма дискретного управления. [3]

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Математическая модель для SEIG с терминальной системой стабилизации напряжения: • Рассматривается математическая модель индукционной машины • Насыщение как набор нелинейных дифференциальных уравнений • Основано на сложившаяся теория и обеспечивает точное представление как стационарных, так и переходных режимов.• Взвешенная сумма некоторых параметров переходного процесса может быть определена как целевая функция.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Числовое решение для машинного уравнения наряду с уравнениями, описывающими систему возбуждения и алгоритм управления, дает необходимые параметры для вычисления целевой функции как качественной характеристики стабильности системы и стабилизации напряжения во время переходных процессов. • на основе моделирования переходной оптимизации, • необходимо обеспечить расчеты, чтобы получить значения • факторов, дающих предельное значение функции и, следовательно, обеспечивающих наилучшее качество стабилизации напряжения.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • В изолированной системе электропитания с SEIG блок стабилизации включает силовую часть, которая представляет собой тиристорные переключатели и конденсаторную батарею. Банк делится на две части: регулируемая и нерегулируемая. • Нерегулируемая часть используется для возбуждения и представляет три однофазных конденсатора, соединенных треугольником. Регулируемая часть представляет собой набор трехфазных конденсаторов, эти емкости двоично-взвешенные.• Эти конденсаторы могут включаться и выключаться тиристорными переключателями силовой части.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Микропроцессорный цифровой блок управления используется для измерения входных значений, алгоритма реализации и генерации импульсов пожара для тиристоров. • Общая схема SEIG с блоком стабилизации представлена ​​на рис. 1. Рис.1. Структурная схема SEIG с системой стабилизации напряжения и нагрузкой [3]

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Использованные уравнения в математической модели: • Уравнения в векторной форме для машины показаны ниже: [3] Где:: пространственный вектор напряжения статора; и: векторы токовых и магнитных связей и сопротивления статора и ротора соответственно; : угловая скорость ротора.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Стандартная форма уравнения качания использовалась для описания механического движения ротора: Где:: постоянная инерции; : механический крутящий момент; : электрический крутящий момент.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Уравнения для нагрузки и батареи конденсаторов записаны ниже: [3] Где:: индуктивность нагрузки; : сопротивление нагрузки; : общая кажущаяся емкость как регулируемых, так и нерегулируемых банков; : общий ток через батарею конденсаторов.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Дискретные функции во временной области для дискретного блока управления показаны ниже: [3] Где: u (k): управляющее действие; e (k): ошибка выходного значения; постоянные факторы; k: номер выборки.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Функция критерия используется для получения вектора, который выдает минимальное значение во время переходного процесса: [3] Где:: ошибка напряжения на клеммах во время переходного процесса; : текущая емкость батареи включенных конденсаторов: емкость батареи включенных конденсаторов после окончания переходного процесса; r: весовой коэффициент для управляющего воздействия

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Оптимизация была выполнена с использованием алгоритма, который использует поиск координат для минимума целевой функции.[3] • В общем, процедура расчета может быть описана следующим образом: • - определение предельных (минимальных и максимальных) значений для каждого фактора;

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • - расчет переходного процесса для ранее определенной рабочей точки и значений факторов с сохранением очевидных значений для ошибки напряжения и включенных конденсаторов на каждом шаге численного интегрирования; • - расчет целевой функции на основе собранных значений ошибок и контрольных действий; • - изменение значений факторов в соответствии с алгоритмом оптимизации, анализ их значений и окончание расчетов или расчета другого переходного процесса.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Численное моделирование системы: • Специальное программное обеспечение для моделирования системы было подготовлено на основе методов и подходов, описанных выше. • Было выполнено численное моделирование системы для SEIG со стабилизацией напряжения на клеммах, чтобы получить значения факторов для управления разностными уравнениями и проверить поведение системы в различных режимах работы. [3] • Оптимизационные расчеты были предоставлены для переходного процесса • как с резистивной нагрузкой, так и с резистивно-индуктивной нагрузкой, чтобы получить значения факторов.В качестве возмущения были приняты значения тока полной нагрузки и реактивной части тока нагрузки.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Расчеты переходных процессов для различных режимов работы • были выполнены с полученными значениями факторов. Результаты моделирования показывают, что алгоритм по разностному уравнению и коэффициентам, оптимизированным для подключения резистивно-индуктивной нагрузки с использованием тока полной нагрузки, обеспечивает надежную и быструю стабилизацию напряжения во время переходных процессов.[3] • Затем мы можем использовать уравнения и программные средства, упомянутые выше, для достижения оптимизации стабилизации напряжения путем настройки цифрового блока управления в соответствии с параметрами системы.

  • Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме • Вывод: • Метод настройки системы стабилизации напряжения терминала SEIG основан на прямом моделировании переходных процессов в системе с использованием хорошо известной теории пространственных векторов. • Метод является альтернативой методам, использующим анализ частотной области для оценки устойчивости системы и настройки системы управления, в которых используется линеаризованная модель индукционной машины.• Этот алгоритм позволяет учитывать нелинейности характеристик машины и блока цифрового управления, которые игнорируются анализом частотной области.

  • Ссылка: 1. Joon-Ho Choi и Jae-Chul Kim, член IEEE, «Расширенный метод регулирования напряжения в системах распределения электроэнергии, связанных с рассредоточенными системами хранения и генерации», IEEE СДЕЛКИ ПО ПОСТАВКЕ ПИТАНИЯ, VOL , 15, № 2, АПРЕЛЬ 2000 2. Йо Го, член IEEE, Дэвид Дж.Hill, Fellow, IEEE, и Youyi Wang, старший член IEEE, «Глобальное регулирование переходной стабильности и напряжения для энергетических систем», IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, VOL. 16, № 4, НОЯБРЬ 2001 г. 3. Олег Ччетинин, Электротехнический факультет, Нижегородский технический университет, Нижний Новгород, Россия, «Система стабилизации напряжения для индукционного генератора в автономном режиме», IEEE Transactions on Conversion Energy, Vol. 14, № 3, сентябрь 1999 г.

  • Большое спасибо за прослушивание моей презентации!

  • .
    Стабилизация напряжения 150 кВА - Купить Стабилизация напряжения 150 кВА, Спецификация регулятора напряжения 150 кВА, Оптимизатор напряжения 150 кВА продукт на Alibaba.com

    90,00 долларов США - 240,00 долларов США / Устанавливать | 1 компл. (Мин.Порядок)

    Перевозка:
    Служба поддержки Морские перевозки
    ,

    Отправить ответ

    avatar
      Подписаться  
    Уведомление о