Для выравнивания напряжения предназначены стабилизаторы. Однако существует много видов этих устройств с разной конструкцией, поэтому принцип работы стабилизатора напряжения различен. Рассмотрим подробнее общую схему и то, как функционируют разные стабилизаторы напряжения Volter.
Устройство однофазного стабилизатора напряжения
Конструкция прибора весьма проста: главным элементом является автотрансформатор (с несколькими секциями обмоток у релейных и электронных стабилизаторов). Кроме него в состав входят также:
контролирующий элемент — определяет входное напряжение и отправляет сигнал на устройство управления;
устройство управления — регулирует ток с помощью подачи напряжения на бегунок (или силовое реле);
защитные элементы основные и дополнительные (расщепители, нейтрализующие воздействие перегрузки и короткого замыкания, а также от кратковременных высоковольтных импульсов);
By-pass – элемент, который обеспечивает непрерывное питание.
Блок управления дает команды на включение или отключение какой-либо конкретной обмотки в зависимости значения напряжения на входе в однофазный стабилизатор.
Далее рассмотрим подробнее о том, как работает каждый тип стабилизатора.
Принцип работы и устройство стабилизатора напряжения
Электромеханические стабилизаторы — по другому их еще называют сервоприводные. Они включают в себя автотрансформатор, серводвигатель и блок управления этим двигателем. Стабилизация напряжения происходит следующим образом: в зависимости от значения напряжения, которое находится на входе в устройство, блок управления дает сигнал перещелкнуть обмотку трансформатора. Серводвигатель приводит в движение специальный ползунок, который и осуществляет переключение. В среднем, точность работы данного вида составляет примерно 3-5%, а интервал реагирования — 1 секунда на каждые 10% стабилизируемого параметра.
Релейные стабилизаторы также входят в группу автотрансформаторных устройств. Принцип их функционирования схож с сервоприводными, однако вместо ползунка переключение обмоток происходит с помощью электромеханических реле. Точность стабилизации — около 10%, а время реагирования — 30 мс. Благодаря подобному способу не происходит никаких искажений в форме выходного напряжения.
Двойные преобразователи в своей конструкции имеют инвертор. Он преобразует переменный ток в постоянный, а потом задает нужные параметры (форму, частоту и т.д.) Диапазон значений входного напряжения весьма обширен и составляет 100-400В, а точность стабилизации очень высокая — около 0,5%.
Стабилизаторы с широтно-импульсной модуляцией имеют отличный от вышеперечисленных видов принцип работы. Устройство сравнивает поступающее на вход напряжения напряжение с идеальным и выравнивает характеристики при необходимости. Точность стабилизации очень высока и равна примерно 1%, а скорость реагирования практически мгновенная. Однако максимальное значение входного напряжения не очень высокое и составляет 245В.
Симисторные стабилизаторы тоже выравнивают контролируемый параметр с помощью перещелкивания обмотки трансформатора. Однако это происходит с помощью специальных силовых ключей — тиристоров или симисторов. Перещелкивание осуществляется фактически без шума и очень быстро: скорость реагирования примерно равна 20 мс, а точность очень высока — около 0,3%-0,5%.
Одним из наиболее частых вопросов, который интересует потребителей — это сколько потребляет стабилизатор напряжения. Рассчитать это просто — в среднем оно составляет 10-20% от максимальной мощности стабилизатора.
Если у вас возникли какие-либо вопросы по устройству стабилизаторов напряжения или по их выбору, то обратитесь к нашим специалистам — просто позвоните по телефону +7(495) 784-00-14.
Принцип работы стабилизаторов напряжения
Принцип работы стабилизатора заключается в отслеживании изменений входного напряжения и корректировке в соответствии с ситуацией.
При изменении входного напряжения, первую фазу (20 миллисекунд) стабилизатор использует для замера напряжения.
После замера происходит реагирование на ситуацию.
При изменении напряжения в пределах диапазона, происходит выравнивание до 220В.
При падении напряжения ниже диапазона, стабилизатор переходит в режим «вытягивания» — поднимает напряжение, на сколько хватает ресурса трансформатора.
При скачке напряжения выше диапазона, происходит аварийное отключение.
Импульсные скачки и скачки при отключениях и включениях электроэнергии не пропускаются.
Регулировка напряжения в стабилизаторе организовано методом переключения добавочных обмоток специального трансформатора.
Переключение осуществляется электронными ключами в момент прохождения синусоиды напряжения через нулевую отметку.
Электронные ключи управляются процессором по специальной программе.
Процессор собирает данные с датчиков и коммутирует ключи по заданному алгоритму. Также, процессор не допускает включения более одного ключа и следит за исправностью ключей.
Процессор также собирает данные с сопутствующих датчиков, не обозначенных на схеме (силы тока, нагрева трансформатора, питания процессора, и др.).
В алгоритм программы процессора заложены следующие режимы:
1. Транзит — режим, когда напряжение на входе нормальное и стабилизатор обеспечивает защиту только от внезапных скачков.
2. Повышение — режим, когда напряжение на входе ниже нормы, но в пределах диапазона регулирования, стабилизатор выравнивает напряжение до номинального.
3. Вытягивание — аварийный режим, когда напряжение на входе ниже нормы и ниже диапазона. Обратите внимание! Стабилизатор напряжения не отключается, а поднимает напряжение, на сколько хватает ресурса трансформатора.
(Этот режим — правило, оставшееся у разработчиков с застойных времен, когда завод еще принадлежал министерству обороны. Военная техника, созданная ими всегда имела дополнительный ресурс на непредвиденные обстоятельства. «Не отключаться, а продолжать «тянуть» на сколько хватит сил!» — девиз военного оборудования)
4.Понижение — режим, когда напряжение на входе выше нормы, но в пределах диапазона регулирования, стабилизатор выравнивает напряжение до номинального.
5. Авария — режим, когда напряжение на входе выше диапазона регулирования, стабилизатор отключается, переходя в дежурный режим и «ждет» падения напряжения.
6. Задержка включения — режим обеспечивает сглаживание скачка при включении электроэнергии.
Стабилизаторы повышенной точности
При небольшом количестве ключей точность стабилизации небольшая: 7 ключей — 7 ступеней, величина ступени получается 15 — 20 Вольт.
Переключение на 20 Вольт бытовое оборудование не чувствует, однако это заметно по небольшому изменению яркости ламп накаливания или, например, изменению скорости беговой дорожки.
Для оборудования, требующего более точной стабилизации, производитель Volter выпускает стабилизаторы с двухкаскадной системой регулирования (модификации «ПТ» и «ПТТ»).
Первый каскад стабилизации регулирует напряжение грубо. Далее, пройдя «первичную обработку» напряжение доводится до требуемой точности ключами второго каскада.
Это как два стабилизатора в одном, только ключи управляются одним процессором, что синхронизирует работу каскадов. Обмотка второго каскада исполнена на том же трансформаторе. Действительно, зачем встраивать второй трансформатор, если один уже есть.
Несмотря на использование всего 12 ключей, стабилизатор, изображенный на схеме имеет 36 ступеней регулирования (6х6=36).
Физические величины
В основу стабилизации напряжения заложено преобразование энергии через трансформатор. Если пренебречь КПД трансформации, то по закону преобразования, стабилизатор должен принимать и отдавать потребителям одинаковое количество энергии. За счет каких параметров возможно повышение напряжения? Энергия это произведения мощности на время:
где P — мощность потребителей, а t — время работы потребителей. Мощность в свою очередь пропорциональна произведению тока на напряжение:
где U — напряжение, I — ток, k — постоянный коэффициент для сети переменного тока. Именно неизменность произведения UI и является принципом стабилизации:
где U1, I1 — напряжение и ток на входе стабилизатора, а U2, I2 — напряжение и ток на выходе стабилизатора.
Пример. Допустим, Вы установили на дом стабилизатор напряжения, который держит напряжение 220В.
Ваш электрический чайник мощностью 2200Вт при напряжении 220В потребляет ток 10А (для простоты опустим коэффициент k). Что же происходит до стабилизатора?
Исходя из формул, произведение 220В х 10А должно остаться неизменным.
Но если на входе не 220В, а меньше, например, 200В? В этом случае стабилизатор увеличивает входной ток до 11А:
220В х 10А=200В х 11А.
Если же входное напряжение станет наоборот больше, например 240В, стабилизатор уменьшит входной ток до 9А:
220В х 10А=240В х 9А (ток округлен до целого).
Стабилизатор выравнивает выходное напряжение за счет изменения входного тока.
Конструктивные особенности стабилизаторов напряжения
Данный материал будет полезен для всех, кто решил приобрести стабилизатор напряжения для дома, квартиры, дачи или офиса, но в силу отсутствия специальных знаний испытывает затруднения в выборе. Статья ориентирована на неискушенного в вопросах электротехники читателя: доступным для понимания языком дана классификация стабилизаторов напряжения, предназначенных для использования в 1-фазных и 3-фазных сетях переменного тока; описан принцип действия наиболее распространенных типов стабилизирующего оборудования, проанализированы их функциональные особенности и рабочие характеристики.
Сервоприводные стабилизаторы напряжения
Основными компонентами устройств данного типа являются: автотрансформатор, сервоприводной механизм, контроллер. В процессе работы контроллер отслеживает изменения напряжения и подает команды сервоприводу, вследствие чего происходит перемещение подвижных щеток сервоприводного механизма – обмотки автотрансформатора замыкаются в нужном положении.
Достоинствами сервоприводных стабилизаторов является плавность регулировки, отсутствие «провалов» напряжения в процессе рабочих переключений, устойчивость к «забросам» входного напряжения.
Релейные стабилизаторы напряжения
Как и принцип вышеописанных приборов, работа релейных стабилизаторов также основана на использовании автотрансформаторов; с той разницей, что переключение их выводов осуществляется не за счет подвижных щеток сервоприводного механизма, а путем переключения реле.
В качестве положительных примеров релейных стабилизаторов напряжения могут рассматриваться приборы TM Volter ряда СНПТО c буквенным индексом «Р» в конце маркировки. За счет использования в данных стабилизаторах высококачественных комплектующих производителю удалось устранить главную проблему релейных приборов стабилизации напряжения – недолговечность. Число рабочих циклов реле, примененных в СНПТО (Р), измеряется в десятках миллионов, что позволяет гарантировать стабильную работу релейного стабилизатора на протяжении десяти лет. К числу достоинств релейных стабилизаторов СНПТО (Р) можно также отнести их относительно невысокую стоимость, отсутствие искажений в параметрах выходного питания, устойчивость к перегрузкам (2-кратное на протяжении 4 сек.), что позволяет применять данный тип устройств в цепях с индуктивными нагрузками, например, для стабилизации питания бытовой техники, комплектуемой электродвигателями (стиральные машины, холодильники и т.д.). В момент пуска электромоторами подобной техники создается дополнительная нагрузка, справиться с которой может далеко не каждый стабилизатор.
Тиристорные (симисторные) стабилизаторы напряжения можно назвать универсальными приборами стабилизации, поскольку данный тип стабилизаторов успешно применяется как в бытовых, так и в промышленных условиях. Переключение обмоток автотрансформатора в тиристорных стабилизаторах производится за счет так называемых «ключей» – полупроводниковых приборов, в качестве которых применяются тиристоры (симисторы – разновидность тиристоров). В процессе работы контроллер отслеживает изменения напряжения на входе, после чего подает команду на ключи, переключающие обмотки трансформатора в нужное положение.
В тиристорных стабилизаторах регулировка выходного напряжения осуществляется ступенчато (шаговое регулирование) – число применяемых ключей определяет ступенчатость трансформатора. Чем выше число тиристоров – тем ближе выходное напряжение к эталонному. К примеру, под маркой Volter производятся переносные и стационарные стабилизаторы напряжения с числом ступеней 7, 16, 36 с шагом выходного напряжения в пределах 2-7 В.
Бестрансформаторные стабилизаторы
Несмотря на миниатюрность и хорошие рабочие характеристики, данный тип трансформаторов напряжения пока не получил широкого распространения ввиду высокой стоимости. Принцип действия бестрансформаторных стабилизаторов основан на использовании широтно-импульсной модуляции выходного напряжения, но при этом автотрансформатор в схеме заменяют полупроводниковые приборы. Аналогичный принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ) применяется и в обычных стабилизаторах напряжения с автотрансформаторами, но стоимость подобных стабилизаторов существенно ниже, а их надежность сомнений не вызывает.
Примером стабилизатора напряжения с ШИМ является «Эталон» ТМ Volter, построенный на базе автотрансформатора. Данный стабилизатор может применяться для подключения электроники, особо чувствительной к параметрам электропитания.
Стабилизаторы напряжения продолжают совершенствоваться. Усилия производителей направлены на снижение веса и габаритов данных изделий, минимизацию потерь мощности в цепях стабилизаторов, увеличение коэффициента полезного действия. Несмотря на изобилие подобного оборудования на рынке электротехнических изделий, по-настоящему качественных стабилизаторов не так уж и много. К продукции, безусловно заслуживающей внимания, относятся стабилизаторы 220В торговой марки Volter.
Принцип работы стабилизатора напряжения
В основе принципа работы стабилизаторов напряжения лежит использование трансформаторов, параметры которых поддаются корректировке. Трансформаторы представляют собой электромагнитные приборы, чье предназначение – трансформировать, т.е. изменять, в требуемых пределах характеристики переменного тока и напряжения. Простейшая разновидность этого аппарата представляет собой сердечник, на который намотаны две катушки (их называют также обмотками). Они автономны по отношению друг к другу. Источник переменного тока подсоединяется к первичной катушке. К вторичной подводят нагрузку, и здесь тоже возникает ток, однако его характеристики отличаются. Происходит это благодаря явлению электромагнитной индукции. Стабилизаторы напряжения изготавливают обычно с трансформаторами посложнее – автоматическими аппаратами с соединенными гальванически катушками.
Стабилизаторы напряжения нового поколения – это далеко не одни лишь автотрансформаторы. Ниже описано как работает стабилизатор напряжения и составные части его конструкции:
Элемент, обеспечивающий контроль. Это устройство отслеживает значение входного напряжения и отсылает на систему управления сигнал;
Управление. На сервопривод «бегунка» поступает напряжение, и он приходит в движение. В результате этого происходит переключение имеющегося между трансформаторными отводами соединения, и ток тоже меняет параметры. Электронные системы снабжены управляющими устройствами, которые переключают обмотки не опосредованно, а напрямую;
Элемент, ответственный за беспрерывную подачу электрического питания (By-Pass);
Защита основная, оберегающая от короткого замыкания и чрезмерно высокой нагрузки. В стабилизаторах она представлена магнитными и тепловыми расцепителями;
Защита дополнительная, предотвращающая, к примеру, последствия попадания молнии и других высоковольтных импульсов кратковременного воздействия.
Стабилизаторы напряжения относят (условно) к нескольким группам
Классификация по принципу действия:
Электронные. Эти же устройства называют ступенчатыми. В таких приборах изменение напряжения осуществляется дискретно, переключением обмоток трансформатора при помощи тиристоров или релейного блока. Для стабилизаторов данного типа характерно быстрое реагирование на перемену значений входного напряжения.
Электромеханические. К этой разновидности относят электродинамические приборы. Напряжение в них меняется плавно, для стабилизации характера высокая степень точности. Роднит их с представителями предыдущей группы та же стремительность реакции.
Феррорезонансные. Быстрота реагирования и точность этих аппаратов на высоте, напряжение меняется плавно. Основана работа таких стабилизаторов на принципе магнитного усилителя.
Классификация по способу подключения:
Однофазные. Их задача и возможности ограничиваются удержанием стабильного сетевого напряжения на значении 220В + 3%, если оно колеблется в диапазоне 150-250В. Объекты защиты подобных агрегатов – домашняя бытовая техника, разнообразная радио- и электроаппаратура, офисная оргтехника;
Трехфазные. Их миссия – стабилизировать напряжение в электросетях с напряжением 380 вольт. Такие аппараты востребованы в жилых домах и строениях промышленного назначения, где электропитание трехфазное.
Преимущества и слабые стороны
Для тиристорного или релейного (ступенчатого) стабилизатора напряжения характерны следующие показатели:
Корректировка осуществляется с высокой точностью;
КПД высок;
Входное напряжение может иметь достаточно большой диапазон;
Хорошая скорость срабатывания;
На холостом ходу прибор может работать;
Диапазон нагрузки велик, колеблется от 0% до 100%;
форма выходного напряжения остается неизменной, не искажается;
Стабилизатор дает возможность сделать пользование электроэнергией более дешевым;
Стабилизаторам, имеющим невысокую точность регулирования, свойственен такой изъян, как ступенчатость, а не равномерность трансформации напряжения на выходе. Такого недостатка лишены высокоточные агрегаты.
Работа электромеханического стабилизатора напряжения характеризуется следующими параметрами:
Перегрузочная способность на высоком уровне;
Регулировка производится с большой точностью;
Можно корректировать параметры в широком диапазоне;
Быстродействие оставляет желать лучшего (электрическим стабилизаторам уступает в 20 раз);
Чтобы рабочий ресурс оставался на высоте, аппарат нуждается в периодическом (раз в полгода) техобслуживании;
Не безопасен с точки зрения возникновения пожара;
Конструкцией предусмотрен незакрытый электрический контакт. Он скользящий (угольная щетка движется по поверхности медной обмотки), из-за чего изнашивание оказывается быстрым.
Загрузка...
