Що таке стабілізатор напруги та як це працює?

Що таке стабілізатор напруги і навіщо він нам потрібен? Робота стабілізатора, типи та застосування

Зміст

Вступ до стабілізатора:

Вбудована мікропроцесорна мікросхема та силові електронні пристрої в інтелектуальний дизайн Стабілізатори змінної напруги (або автоматичні регулятори напруги (AVR)) призвели до отримання високоякісного, стабільного електропостачання у разі значного і постійного відхилення напруги мережі.

Як просування до звичайних стабілізаторів напруги релейного типу, сучасні інноваційні стабілізатори використовують високоефективні цифрові схеми управління та твердотільну схему управління, що виключає регулювання потенціометрів і дозволяє користувачеві встановлювати вимоги до напруги за допомогою клавіатури, з виходом на пуск і зупинку.

Це також призвело до того, що синхронізація поїздки або швидкість реагування стабілізаторів стали на дуже меншій швидкості, як правило, менше кількох мілісекунд, крім того це можна регулювати за допомогою змінної настройки. У наш час стабілізатори стали оптимізованим енергетичним рішенням для багатьох електронних приладів, чутливих до коливань напруги, і вони знайшли роботу з багатьма пристроями, такими як верстати з ЧПУ, кондиціонери, телевізори, медичне обладнання, комп’ютери, телекомунікаційне обладнання тощо.

Що таке стабілізатор напруги?

Це електричний прилад, який призначений для подають постійну напругу до навантаження на його вихідних клемах незалежно від змін вхідної або вхідної напруги живлення. Він захищає обладнання або машину від перенапруги, низької напруги та інших стрибків напруги.

Його ще називають як автоматичний регулятор напруги (AVR). Стабілізатори напруги є кращими для дорогого і дорогоцінного електрообладнання, щоб захистити його від шкідливих коливань низької/високої напруги. Деякі з цього обладнання - це кондиціонери, машини для офсетного друку, лабораторне обладнання, промислові машини та медичні апарати.

Стабілізатори напруги регулюють коливальну вхідну напругу до того, як її можна буде подавати на навантаження (або обладнання, чутливе до змін напруги). Вихідна напруга стабілізатора залишатиметься в діапазоні 220 В або 230 В у випадку однофазного живлення та 380 В або 400 В у випадку трифазного живлення, в межах заданого коливального діапазону вхідної напруги. Це регулювання здійснюється операціями зниження та підсилення, що виконуються внутрішньою схемою.

На сучасному ринку є величезні різновиди автоматичних регуляторів напруги. Це можуть бути одно- або трифазні блоки відповідно до типу застосування та потужності (KVA). Трифазні стабілізатори випускаються у двох версіях як моделі зі збалансованим навантаженням та моделі із несиметричним навантаженням.

Вони доступні або як спеціальні блоки для побутових приладів, або як великий блок стабілізаторів для цілих приладів у певному місці, скажімо, у цілому будинку. Крім того, це можуть бути як аналогові, так і цифрові типи стабілізаторів.

Поширені типи стабілізаторів напруги включають стабілізатори ручного або перемикання, автоматичні стабілізатори релейного типу, твердотільні або статичні стабілізатори та сервокеровані стабілізатори. На додаток до функції стабілізації, більшість стабілізаторів мають додаткові функції, такі як відключення низької напруги на вході/виході, відключення високої напруги на вході/виході, відключення від перевантаження, вихід і зупинка на виході, ручний/автоматичний запуск, відображення відключення напруги, перемикання нульової напруги тощо.

Чому потрібні стабілізатори напруги?

Як правило, кожне електричне обладнання або пристрій розроблено для широкого діапазону вхідної напруги. Залежно від чутливості робочий діапазон обладнання обмежується певними значеннями, наприклад, деякі обладнання можуть переносити ± 10 відсотків від номінальної напруги, тоді як інші ± 5 відсотків або менше.

Коливання напруги (підвищення або падіння величини номінальної напруги) є досить поширеними у багатьох областях, особливо на лініях, що закінчуються. Найпоширенішими причинами коливань напруги є освітлення, електричні несправності, несправна проводка та періодичне відключення пристрою. Ці коливання породжують деформацію в електрообладнанні або приладах.

Це призведе до тривалого часу над напругою

Постійне пошкодження обладнання
Пошкодження ізоляції обмоток
Небажане переривання навантаження
Збільшені втрати в кабелях та супутньому обладнанні
Зниження терміну служби приладу

Це призведе до тривалого перебування під напругою

Несправність обладнання
Триваліші робочі періоди (як у випадку резистивних нагрівачів)
Зниження продуктивності обладнання
Втягування великих струмів, що в подальшому призводить до перегріву
Обчислювальні помилки
Знижена швидкість двигунів

Тож стабільність та точність напруги визначають правильну роботу обладнання. Тому стабілізатори напруги гарантують, що коливання напруги на вхідному джерелі живлення не впливають на навантаження або електричний прилад.

Як працює стабілізатор напруги?

Основний принцип роботи стабілізатора напруги для виконання операцій зниження та підвищення напруги

У стабілізаторі напруги корекція напруги від перенапруги та під напругою виконується за допомогою двох основних операцій, а саме операцій підвищення та зниження напруги. Ці операції можна виконувати вручну за допомогою перемикачів або автоматично через електронні схеми. Під час напруги під напругою операція підсилення підвищує напругу до номінального рівня, тоді як операція зниження напруги знижує рівень напруги під час перенапруги.

Концепція стабілізації передбачає додавання або віднімання напруги до та від мережі. Для виконання такого завдання стабілізатор використовує трансформатор, який з'єднаний в різних конфігураціях з комутаційними реле. Деякі стабілізатори використовують трансформатор з кранами на обмотці, щоб забезпечити різні корекції напруги, тоді як сервостабілізатори використовують автоматичний трансформатор, щоб мати широкий діапазон корекції.

Щоб зрозуміти цю концепцію, давайте розглянемо простий знижувальний трансформатор напругою 230/12В та його зв’язок з цими операціями наведено нижче.

Наведений вище малюнок ілюструє підсилювальну конфігурацію, при якій полярність вторинної обмотки орієнтована таким чином, що її напруга безпосередньо додається до первинної напруги. Отже, у випадку недостатньої напруги трансформатор (будь то перемикання крана або автотрансформатор) перемикається реле або твердотільними перемикачами так, що додаткові вольти додаються до вхідної напруги.

На малюнку вище трансформатор підключений в конфігурації з викривленням, де полярність вторинної котушки орієнтована таким чином, що його напруга віднімається від первинної напруги. Схема перемикання зміщує підключення до навантаження до цієї конфігурації під час перенапруги.

На малюнку вище показано двоступеневий стабілізатор напруги, який використовує два реле для забезпечення постійної подачі змінного струму на навантаження під час перенапруги та в умовах напруги. Перемикаючи реле, можна виконати операції зниження та підсилення для двох конкретних коливань напруги (одна знаходиться під напругою, наприклад, скажімо, 195 В, а інша для перенапруги, скажімо, 245 В).

У разі відбивання стабілізаторів трансформаторного типу різні крани перемикаються залежно від необхідної величини напруги наддуву або напруги. Але у випадку стабілізаторів типу автоматичного трансформатора, двигуни (сервомотор) використовуються разом із ковзним контактом для отримання наддувних або знижувальних напруг від автотрансформатора, оскільки він містить лише одну обмотку.

Типи стабілізаторів напруги

Стабілізатори напруги стали невід’ємною частиною багатьох електроприладів побутових, промислових та комерційних систем. Раніше ручні або перемикаються стабілізатори напруги використовувались для посилення або зниження вхідної напруги з метою надання вихідної напруги в межах бажаного діапазону. Такі стабілізатори побудовані з електромеханічними реле як комутаційні пристрої.

Пізніше додаткові електронні схеми автоматизують процес стабілізації та породили автоматичні регулятори напруги. Іншим популярним типом стабілізатора напруги є сервостабілізатор, в якому корекція напруги здійснюється безперервно без будь-якого перемикача. Обговоримо три основні типи стабілізаторів напруги.

Стабілізатори напруги релейного типу

У цьому типі стабілізаторів напруги регулювання напруги здійснюється шляхом перемикання реле таким чином, щоб підключити одне з ряду відводів трансформатора до навантаження (як описано вище), незалежно від того, чи це для підсилення або підсилення. Малюнок нижче ілюструє внутрішню схему стабілізатора типу реле.

Він має електронну схему та набір реле, крім трансформатора (який може бути тороїдальним або залізним сердечником з трансформаторами, передбаченими на його вторинній). Електронна схема містить випрямний контур, операційний підсилювач, блок мікроконтролера та інші крихітні компоненти.

Електронна схема порівнює вихідну напругу з еталонним значенням, яке забезпечується вбудованим джерелом опорної напруги. Всякий раз, коли напруга піднімається або падає за контрольне значення, схема управління перемикає відповідне реле, щоб підключити бажаний відведення до виходу.

Ці стабілізатори зазвичай змінюють напругу для змін вхідної напруги від ± 15 відсотків до ± 6 відсотків з точністю вихідної напруги від ± 5 до ± 10 відсотків. Цей тип стабілізаторів найпопулярніший для побутових приладів у житлових, комерційних та промислових цілях, оскільки вони мають малу вагу та низьку вартість. Однак вони страждають з декількома обмеженнями, такими як повільна швидкість корекції напруги, менша довговічність, менша надійність, переривання шляху живлення під час регулювання та не здатні протистояти стрибкам високої напруги.

Сервокеровані стабілізатори напруги

Їх просто називають сервостабілізаторами (робота над сервомеханізмом, який також називають негативним зворотним зв'язком), і з назви випливає, що він використовує серводвигун для корекції напруги. Вони в основному використовуються для високої точності вихідної напруги, як правило, ± 1 відсоток при зміні вхідної напруги до ± 50 відсотків. На малюнку нижче показано внутрішній ланцюг сервостабілізатора, який включає сервомотор, автотрансформатор, трансформатор підвищення напруги, драйвер двигуна та схему управління як основні компоненти.

У цьому стабілізаторі один кінець первинного підсилювального трансформатора підключений до нерухомого крана автотрансформатора, тоді як інший кінець підключений до рухомого важеля, який управляється сервомотором. Вторинний трансформатор підвищення напруги з'єднаний послідовно з вхідною подачею, яка є нічим іншим, як виходом стабілізатора.

Електронна схема управління виявляє падіння напруги та зростання напруги, порівнюючи вхід із вбудованим опорним джерелом напруги. Коли схема виявляє помилку, вона керує двигуном, який, у свою чергу, рухає важелем на автотрансформаторі. Це може подавати первинний трансформатор підвищення напруги таким чином, що напруга на вторинному пристрої повинна бути бажаною вихідною напругою. Більшість сервостабілізаторів використовують вбудований мікроконтролер або процесор для схеми управління для досягнення інтелектуального управління.

Ці стабілізатори можуть бути однофазними, трифазними збалансованими типами або трифазними незбалансованими агрегатами. В однофазному типі сервомотор, з'єднаний із змінним трансформатором, забезпечує корекцію напруги. У разі трифазного збалансованого типу серводвигун поєднується з трьома автотрансформаторами, що забезпечують стабілізовану вихідну силу під час коливань шляхом регулювання потужності трансформаторів. У незбалансованому типі сервостабілізаторів три незалежних сервомотора у поєднанні з трьома автотрансформаторами мають три окремі схеми управління.

Існують різні переваги використання сервостабілізаторів порівняно зі стабілізаторами релейного типу. Деякі з них - це вища швидкість корекції, висока точність стабілізованого виходу, здатна протистояти пусковим струмам, і висока надійність. Однак вони потребують періодичного обслуговування через наявність двигунів.

Стабілізатори статичної напруги

Як випливає з назви, статичний стабілізатор напруги не має рухомих частин як механізм сервомотора у випадку сервостабілізаторів. Він використовує схему силового електронного перетворювача для досягнення регулювання напруги, а не змінної у випадку звичайних стабілізаторів. Цими стабілізаторами можна досягти більшої точності та чудового регулювання напруги порівняно з сервостабілізаторами, і зазвичай регулювання становить ± 1 відсоток.

По суті, він складається з трансформатора підвищення напруги, перетворювача потужності IGBT (або перетворювача змінного та змінного струму) та мікроконтролера, мікропроцесора або контролера на основі DSP. Контрольований мікропроцесором IGBT-перетворювач генерує відповідну величину напруги методом широтно-імпульсної модуляції, і ця напруга подається на первинний трансформатор підвищення напруги. Перетворювач IGBT виробляє напругу таким чином, що вона може знаходитись у фазі або на 180 градусів поза фазовою напругою вхідної лінії, щоб виконувати додавання і віднімання напруги під коливаннями.

Всякий раз, коли мікропроцесор виявляє падіння напруги, він посилає ШІМ-імпульси до перетворювача IGBT таким чином, що він генерує напругу, рівну напрузі відхиленої величини від номінального значення. Цей вихід знаходиться у фазі з вхідною подачею і подається на первинний трансформатор підвищення напруги. Оскільки вторинний приєднаний до вхідної лінії, індукована напруга буде додаватися до вхідного джерела живлення, і ця скоригована напруга подаватиметься до навантаження.

Подібним чином, підвищення напруги змушує мікропроцесорну ланцюг надсилати ШІМ-імпульси таким чином, що перетворювач видаватиме відхилену величину напруги, яка становить 180 градусів поза фазою з вхідною напругою. Ця напруга на вторинній частині трансформатора підвищення напруги віднімається від вхідної напруги, щоб виконати операцію зниження напруги.

Ці стабілізатори користуються великою популярністю у порівнянні зі зміною крана та сервокерованими стабілізаторами через широкий спектр переваг, таких як компактний розмір, дуже швидка швидкість корекції, відмінне регулювання напруги, відсутність технічного обслуговування через відсутність рухомих частин, високу ефективність та високу надійність.

Різниця між стабілізатором напруги та регулятором напруги

Тут піднімається головне, але заплутане питання, що саме різниця (и) між стабілізатором та регулятором? Ну . Обидва виконують однакову дію, яка полягає у стабілізації напруги, але Основна різниця між стабілізатором напруги та регулятором напруги полягає в:

Стабілізатор напруги: Це пристрій або схема, яка призначена для подачі постійної напруги на вихід без зміни вхідної напруги.

Регулятор напруги: Це пристрій або схема, призначена для подачі постійної напруги на вихід без змін струму навантаження.

Як вибрати правильний розмірний стабілізатор напруги?

Перш за все слід врахувати кілька факторів, перш ніж купувати стабілізатор напруги для приладу. Ці фактори включають потужність, необхідну приладу, рівень коливань напруги, що спостерігаються в зоні монтажу, тип приладу, тип стабілізатора, робочий діапазон стабілізатора (до якого стабілізатор прямує напругою), перенапругу/відключення напруги, тип схема управління, тип кріплення та інші фактори. Тут ми дали основні кроки, які слід розглянути, перш ніж купувати стабілізатор для вашого застосування.

Перевірте номінальну потужність приладу, який ви збираєтесь використовувати зі стабілізатором, дотримуючись деталей таблички із типовими табличками (Ось зразки: Типова табличка трансформатора, Типова табличка MCB, Табличка конденсатора тощо) або з посібника користувача.
Оскільки стабілізатори розраховані в кВА (так само, як у випадку трансформатора, розрахованого в кВА замість кВт), можна також розрахувати потужність, просто помноживши напругу приладу на максимальний номінальний струм.
Рекомендується додати запас міцності до рейтингу стабілізатора, як правило, 20-25 відсотків. Це може бути корисним для майбутніх планів додати більше пристроїв до виходу стабілізатора.
Якщо прилад розрахований у ватах, враховуйте коефіцієнт потужності під час обчислення номіналу кВА стабілізатора. Навпаки, якщо стабілізатори оцінюються в кВт замість кВА, помножте коефіцієнт потужності на напругу і струм.

Нижче наведено приклад розв’язаної напруги Приклад того, як вибрати стабілізатор напруги належного розміру для вашого електричного приладу

Припустимо, якщо прилад (кондиціонер або холодильник) оцінений як 1 кВА. Тому безпечний запас у 20 відсотків становить 200 Вт. Додавши ці вати до фактичної потужності, ми отримуємо 1200 Вт потужності. Тож стабілізатор 1,2 кВА або 1200 ВА є кращим для приладу. Для домашніх потреб переважні стабілізатори від 200 ВА до 10 кВА. А для комерційного та промислового застосування використовуються однофазні та трифазні стабілізатори великого рейтингу.

Сподіваємось, що подана інформація є інформативною та корисною для читача. Ми хочемо, щоб читачі висловили свою думку щодо цієї теми та відповіли на це просте запитання - для чого призначена функція зв'язку RS232/RS485 у сучасних стабілізаторах напруги, у розділі коментарів нижче.