Что такое стабилизатор напряжения и для чего он нужен

Определение

Регулятор напряжения (СН) — это устройство, предназначенное для преобразования нестабильного входного напряжения от сети: пониженного, повышенного или с периодическими скачками, в стабильное напряжение на выходе устройства и подключенных к нему электрических устройств.

Перефразируем манекены: AVR следит за тем, чтобы напряжение на подключенных к нему устройствах всегда было одинаковым и близко к 220 В, независимо от того, как достигается его вход: 180, 190, 240, 250 Вольт и даже поплавок.

Обратите внимание, что 220 В или 240 В — это стандартное значение для Российской Федерации, Беларуси, Украины и т. Д. Но в некоторых странах ближнего или дальнего зарубежья оно может быть другим, например 110 В. Соответственно «наши» стабилизаторы там работать не будут.

Стабилизаторы бывают различных типов: для работы в цепях постоянного тока (линейные и импульсные, параллельные и последовательные) и для работы в цепях переменного тока. Последние часто называют «стабилизаторами сетевого напряжения» или просто «стабилизаторами 220В». Проще говоря, такие стабилизаторы подключаются к электросети, и они уже подключают к ней потребителей.

В бытовой ЦО для защиты как отдельных устройств, например, холодильника или компьютера, так и для защиты всего дома в этом случае устанавливается мощный стабилизатор на входе.

Классификация

Конструкция стабилизаторов зависит от физических принципов, на которых они работают. В связи с этим они делятся на части:

  • электромеханический;
  • Феррорезонанс;
  • инвертор;
  • полупроводник;
  • Реле.

В зависимости от количества фаз они могут быть однофазными и трехфазными. Широкий диапазон мощности позволяет производить стабилизаторы как для домашнего использования, так и для мелкой бытовой техники:

  • для телевидения;
  • для газового котла;
  • в холодильник.

Итак, для больших предметов:

Стабилизаторы достаточно энергоэффективны. Потребляемая мощность от 2 до 5%. Некоторые стабилизирующие устройства могут иметь дополнительные гарантии:

  • от скачков напряжения;
  • перегрузки;
  • Защита от короткого замыкания;
  • перенапряжения; перегрузки; короткие замыкания; повышенная частота; перенапряжение и перенапряжение.

Принцип действия

Стабилизаторы напряжения бывают разных типов, каждый из которых отличается принципом регулирования. Эти различия будут рассмотрены ниже. Если обобщить принцип действия и устройство всех типов, то стабилизатор сетевого напряжения состоит из 2 основных частей:

  1. Система управления — контролирует уровень входного напряжения и дает команду силовым частям увеличивать или уменьшать их, чтобы на выходе было стабильное напряжение 220 В в пределах заданной погрешности (точность регулирования). Эта погрешность находится в пределах 5-10% и различна для каждого устройства.
  2. Силовая часть — в сервоприводе (или серводвигателе), реле и электронике (симистор) — представляет собой автотрансформатор, с помощью которого входное напряжение повышается или падает до нормального уровня, а в стабилизаторах инвертора, или, как их еще называют, «двойное преобразование», используется инвертор. Это устройство состоит из генератора (драйвера ШИМ), трансформатора и силовых переключателей (транзисторов), которые пропускают или отключают ток через первичный трансформатор, создавая выходное напряжение желаемой формы, частоты и, что наиболее важно, значений.

Если входное напряжение в норме, некоторые модели стабилизаторов имеют функцию «байпаса» или «перехода», при которой входное напряжение просто выводится, пока не выйдет за пределы определенного диапазона. Например, от 215 до 225 В он будет включать «байпас», а при больших колебаниях, например задержка до 205-210 В — система управления переключит цепь на силовую часть и начнет регулирование, увеличивая напряжение, и на выходе уже будет стабильно 220В с точность.

Плавное и максимально точное регулирование выходного напряжения в преобразователе среднего напряжения, во-вторых — сервоприводе, а регулирование реле и электроники происходит постепенно, а точность зависит от количества шагов. Как упоминалось выше, он находится в диапазоне 10%, чаще около 5%.

В дополнение к двум упомянутым выше частям регуляторНапряжение 220В, имеет защитный блок и вторичный источник питания для цепей системы управления, такие же защиты и другие функциональные элементы. Общий вид наглядно показан на рисунке ниже:

При этом простейшая форма действий выглядит так:

Кратко рассмотрим, как работают основные типы регуляторов напряжения.

Релейные

В релейном стабилизаторе регулирование осуществляется переключающими реле. Эти реле замыкают некоторые контакты трансформатора, повышая или понижая выходное напряжение.

Управляющим органом является электронная микросхема. Компоненты на ней сравнивают опорное напряжение и напряжение сети. В случае несоответствия сигнал передается через переключающие реле для подключения обмоток автотрансформатора вверх или вниз.

Реле ST обычно регулирует электрическую мощность в пределах ± 15% с точностью от ± 5% до ± 10%.

Преимущества релейных регуляторов следующие:

  • Дешевизна;
  • компактность.
  • Медленная реакция на колебания напряжения;
  • небольшой срок службы;
  • низкая надежность;
  • кратковременное отключение питания устройств при переключении;
  • Не выдерживает перенапряжения;
  • шумы, щелчки при переключении.

Сервоприводные

Основными элементами сервостабилизаторов являются автотрансформатор и серводвигатель. В случае отклонения напряжения от нормального, регулятор подает сигнал на сервопривод, который переключает соответствующие обмотки автотрансформатора. Результатом этой системы является плавная настройка и точность до 1% от общего диапазона.

В сервоприводе CH один конец первичной обмотки трансформатора соединен с жесткой ветвью автотрансформатора, а другой конец первичной обмотки соединен с подвижным контактом (графитовой щеткой), который перемещается сервоприводом. Один из проводов вторичной обмотки трансформатора подключен к входу питания, а другой — к выходу регулятора напряжения.

Контрольная диаграмма сравнивает входное напряжение и опорное напряжение. Любое отклонение от заданных значений приведет к запуску сервопривода. Он перемещает щетку по кранам автотрансформатора. Серводвигатель будет работать до тех пор, пока разница между опорным напряжением и выходным напряжением не станет нулевой. Весь этот процесс, от плохой входной мощности до стабилизированного выходного тока, занимает десятки миллисекунд и ограничен скоростью, с которой серводвигатель перемещает щетку.

Серворегуляторы напряжения выпускаются в разных исполнениях.

  1. Отдельная фаза. Он состоит из одного автотрансформатора и одного сервопривода.
  2. Три фазы. Они делятся на два типа. Сбалансированный — имеет три трансформатора, один сервопривод и одну цепь управления. Регулирование происходит одновременно на всех трех этапах. Используется для защиты трехфазных электрических аппаратов, машин, устройств. Несимметричные — в них есть три автотрансформатора, три серводвигателя и три цепи управления. Это означает, что стабилизация происходит независимо друг от друга на каждой фазе. Область применения: защита электрических устройств в зданиях, мастерских и промышленных предприятиях.

Преимущества сервоэлектрических устройств стабилизации:

  • быстрое время отклика;
  • высокая точность стабилизации;
  • высокая надежность;
  • стойкость к перенапряжению;
  • требуют периодического обслуживания;
  • требуют минимальных навыков в настройке устройства.

Инверторные

Основное отличие этого типа ЦЗ — отсутствие подвижных частей и трансформатора. Регулировка напряжения осуществляется двойным преобразованием. На первом этапе входной переменный ток выпрямляется и пропускается через фильтр пульсаций, состоящий из конденсатора. Восстановленный ток затем подается на инвертор, где он снова преобразуется в переменный ток и подается на нагрузку. Выходное напряжение стабильно как по величине, так и по частоте.

В следующем видео вы узнаете принцип одного из вариантов реализации преобразователя напряжения с 12 В постоянного тока на 220 В переменного тока. Какой из них отличается от инверторного регулятора напряжения первымвсе входное напряжение, в остальном принцип работы во многом схож, а видеоизображение позволит понять, как устроен этот тип устройства:

  • быстрое время отклика (высшее упоминание);
  • большой регулируемый диапазон напряжения (от 115 В до 300 В);
  • высокий КПД (более 90%);
  • бесшумная работа;
  • небольшие размеры;
  • плавное регулирование.
  • Уменьшение диапазона регулировки при повышенной нагрузке;
  • высокая цена.

Здесь мы поинтересовались, как работает регулятор напряжения, для чего он нужен и где применяется.Надеемся, информация была для вас полезной и интересной!