Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Стабилизатор напряжения питания переменного тока

Стабилизаторы напряжения, выпрямители

Elec.ru в любимой социальной сети ВКонтакте
Актуальные новости, мероприятия, публикации и обзоры в удобном формате.

  • Пользовательское соглашение
  • Политика конфиденциальности
  • Обработка персональных данных
  • Наши партнеры
  • Калькуляторы
  • Контакты редакции
  • О компании
  • Служба поддержки
  • Благодарности
  • Карта сайта
  • Баннерная (медийная) реклама
  • Размещение в каталоге компаний
  • Публикации
  • Готовые медиапланы
  • О журнале
  • Сотрудничество
  • Рекламодателю
  • Аудитория

12+. Сетевое издание «Elec.ru». Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (РОСКОМНАДЗОР). Свидетельство о регистрации серия Эл №ФС77-74766.
Учредитель ООО «Элек.ру». Главный редактор Лобода Дмитрий Игоревич. Контакты редакции: info@elec.ru, +7 (495) 587-40-90. © «ELEC», © «ELEC.RU» — Зарегистрированные товарные знаки.

Вся представленная на сайте информация, касающаяся технических характеристик, наличия на складе, стоимости товаров, носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437(2) Гражданского кодекса РФ. © ООО «Элек.ру» 2001—2021 гг.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения переменного тока: схема работы

Феррорезонансный стабилизатор напряжения – это прибор, разработанный с целью автоматического поддержания стабильных цифр электрического напряжения на входах приемников электричества, в независимости от величины нагрузки и сетевых колебаний.

Принцип действия феррорезонансного прибора

Действие стабилизаторов такого типа основывается на использовании достижения ферримагнитными сердечниками трансформаторов или дросселей своего предельного значения. Они используются для стабилизации напряжения питания бытовой техники, а также на различных промышленных объектах. Конструктивно они имеют сходство с обычными трансформаторами.

Этот вид стабилизирующего устройства сегодня очень популярен, так как дает возможность стабилизировать переменное напряжение. У него высокий порог чувствительности за счет того, что используются мощные блоки питания. Транзисторы в таких системах устанавливаются попарно.

Конденсаторы – важный элемент трансформации формы напряжения и его величины. В зависимости от производителя число конденсаторов в устройстве может варьироваться. От этого зависит конечный порог чувствительности. Конденсаторы нуждаются в особом уходе. Во избежание поломок, их не следует размещать под прямыми солнечными лучами.

Сами феррорезонансные стабилизаторы сильно не перегреваются за счет небольших радиаторов и корпуса. Их можно использовать для любого оборудования. Для того, чтобы стабилизировать величину электрического заряда, в феррорезонансных системах используется коллектор, а не тиристоры.

Вольтамперные характеристики

Из-за вольтамперной характеристики дросселя (линейного элемента, функционирующего в ненасыщенном режиме), которая отклоняется от прямо пропорциональной зависимости, вольтамперная характеристика всей системы, т.е. зависимость входного тока от входного сетевого напряжения, оказывается нелинейной.

Прямая передача сигнала позволяет добиться высокого коэффициента усиления. При этом уровень сопротивления в сети равен примерно 5 Мпа, а на выходе динамическое сопротивление — 3 (или два) МПа. Перегрузок в большинстве случаев не возникает, так как транзисторы предохраняют систему от высокого напряжения.

Плюсы и минусы

К достоинствам прибора можно отнести:

  • высокую точность стабилизации (не ниже 1%);
  • синусоидную форму тока;
  • высокую скорость регулировки;
  • широкий диапазон рабочих значений;
  • устойчивость к перегрузкам.

Но кроме плюсов такое оборудование может иметь и минусы. К недостаткам этой техники относят:

  • высокий уровень шума;
  • плохие массогабаритные показатели (для их усовершенствования современные устройства оснащаются объединенной магнитной системой;
  • плохую работу без нагрузки или при недостаточной нагрузке;
  • создание внешних электромагнитных помех;
  • зависимость качества стабилизации от объема нагрузки.

Современные приборы не имеют таких недостатков, однако их цена нередко превышает стоимость бесперебойника. Кроме того, эта техника не имеет вольтметра, в связи с чем довольно трудно определить величину напряжение на выходе. Отрегулировать его невозможно. Если для вас это – не проблема, значит такие устройства – это ваш выбор. Иногда феррорезонансные нормализаторы искажают данные. Погрешность может составить около 12%.

В настоящее время действует особый стандарт, регламентирующий нормы выходного напряжения. Согласно нему оно должно варьироваться от 0,9 до 1,05. После того, как был установлен этот стандарт, прошло довольно много времени. Но все устройства, о которых идет речь, обязательно должны ему соответствовать. Перед тем, как приобрести такое устройство, изучите виды аналогичных приборов для однофазового напряжения.

Если вы длительное время пользуетесь подобным стабилизатором, вам должно быть известно, что они способны излучать магнитное поле, оказывающие негативное влияние на бытовые приборы. Эти виды стабилизаторов настраивают там, где производят.

Влияние на бытовую технику

Феррорезонансные стабилизаторы могут негативно повлиять на следующую технику:

  • Телевизионные приемники. При подключении к ним феррорезонансного стабилизатора, растр значительно уменьшается. При этом искажаются некоторые цветовые лучи.
  • Радиоприемники. Выходная мощность устройства снижается. При этом оно может потерять свою чувствительность.

Какие нюансы учесть при выборе?

Техника для дома постоянно совершенствуется и развивается. Поэтому производители феррорезонансных стабилизаторов напряжения также стремятся к тому, что их усовершенствовать. Они улучшают его схему, которая позволяет справляться с высокими нагрузками. Современные устройства феррорезонансного типа отличаются самым высоким быстродействием (около 15 миллисекунд), высокой точностью настройки и продолжительным сроком использования.

Читайте так же:
Стабилизатор постоянного тока для двигателя постоянного тока

Режимы работы прибора могут определяться его видом и мощностью. По типу мощности стабилизатор следует выбирать, исходя из вида оборудования, к которому вы собираетесь его применять. В большой степени режим работы устройства определяется характером его нагрузки, которая может быть активной или реактивной.

Первый вид нагрузки подразумевает, что вся потребляемая электроэнергия трансформируется в тепловую или световую энергию. Некоторое оборудование имеет только такую нагрузку (лампы накаливания, утюги, электроплиты).

К приборам с реактивной нагрузкой относятся устройства с электродвигателями. Реактивные нагрузки. К таким устройствам можно отнести приборы и изделия имеющие электродвигатель (вентиляторы, электронагреватели, кондиционеры).

Если вы собираетесь приобрести феррорезонансный стабилизатор, вам также следует исходить из того, где вы его собираетесь устанавливать. Это можно сделать при входе в дом или возле бытового прибора. Если вы планируете проводить монтаж для всего оборудования, выбирайте стабилизирующую систему соответствующей мощности и подключайте феррорезонансный стабилизатор напряжения сразу после счетчика.

Стабилизатор напряжения переменного тока

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации напряжения сети переменого тока 380/220 В, 50 Гц для питания переменным током синусоидальной формы сложных электронных устройств, таких как компьютеры и оргтехника, измерительные приборы, медтехника, кассовые аппараты, аудио- и видеотехника, бытовой техники, а также систем электроснабжения коттеджей, дачных домов в сетях с заземленной нейтралью. Обеспечивает качественное электропитание подключенных приборов в пределах рабочих отклонений напряжения сети. Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемой полезной модели является электронный стабилизатор напряжения переменного тока (см. паспорт 3468-252-49034602 ПС, технические условия ТУ 3468-001-49034602-99 000 «НПП ИНТЕПС», Россия, Псков, ул. Декабристов, 17), содержащий автотрансформатор с дополнительными обмотками для питания устройства управления, коммутатор, содержащий тиристорные ключи для бесконтактного переключения отводов автотрансформатора, вентилятор охлаждения, клеммную колодку для подключения к сети и нагрузке, автоматический выключатель, контакт защитного заземления, устройство управления стабилизатором. Этот стабилизатор принят за прототип. Недостатками стабилизатора являются высокая стоимость тиристорных ключей, подверженность тиристорных ключей воздействию высоковольтных импульсов, распространяемых по сети питания, необходимость теплоотводящего радиатора для тиристорных ключей. Эти недостатки снижают надежность стабилизатора. Техническим решением и поставленной задачей является уменьшение теплоотдачи, повышение надежности работы и снижение стоимости стабилизатора напряжения переменного тока. Стабилизатор напряжения переменного тока содержит автотрансформатор, электромеханический коммутатор, выполненный в форме кольца из диэлектрика с выводами для подключения к отводам автотрансформатора, с приводом щеткодержателя со щетками от шагового двигателя и датчиком исходного положения щеток, устройство управления стабилизатором, трансформатор питания устройства управления стабилизатором, контактор, блок демпфирующих резисторов, вентилятор охлаждения шагового двигателя и щеткодержателя, расположенные в корпусе, также клеммную колодку для подключения к

сети и нагрузке, автоматические выключатели и контакт защитного заземления. На внутренней поверхности коммутатора расположены ламели. Использование электромеханического коммутатора позволяет повысить надежность работы и снизить стоимость стабилизатора напряжения переменного тока, который не подвержен влиянию высоковольтных импульсов, распространяемых по сети питания. Стабилизатор напряжения переменного тока позволяет осуществить: — непрерывный контроль напряжения на входе и выходе; — автоматическое отключение при аварии; — непрерывный контроль силовых элементов. Публиковать фиг.1.

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации напряжения сети переменого тока 380/220 В, 50 Гц для питания переменным током синусоидальной формы сложных электронных устройств, таких как компьютеры и оргтехника, измерительные приборы, медтехника, кассовые аппараты, аудио- и видеотехника, бытовой техники, а также систем электроснабжения коттеджей, дачных домов в сетях с заземленной нейтралью. Обеспечивает качественное электропитание подключенных приборов в пределах рабочих отклонений напряжения сети.

Известны феррорезонансные стабилизаторы (см. Богданов Д.И., Евдокимов Г.К. Феррорезонансные стабилизаторы, «Госэнергоатомиздат», 1958; Федосеев П.Г. Выпрямители и стабилизаторы, «Искусство», 1960). Их мощность равна мощности нагрузки, что делает стабилизаторы напряжения такого типа громоздкими и дорогими. В промышленности они применяются для мощности не более 1 кВА. В быту в последнее десятилетие не применяются.

Известны стабилизаторы напряжения на базе автотрансформатора или трансформатора со ступенчатым регулированием напряжения, переключением отпаек вольтодобавочных обмоток механическим или полупроводниковым коммутатором (см. Сомов В.А. Регулятор напряжения с вольтодобавочными подмагничиваемыми трансформаторами, «Электричество», 1960, №9). Эти стабилизаторы напряжения применяются только в промышленных сетях, так как коммутатор с большим числом ступеней представляет собой достаточно дорогое и громоздкое устройство, а при малом числе ступеней регулирование оказывается слишком грубым.

Читайте так же:
Схема стабилизатора тока при зарядке аккумулятора

Возможно фазовое, то есть плавное регулирование внутри ступеней с помощью тиристоров с импульсно-фазовым управлением, однако при этом неизбежны искажения напряжения сети, что не всегда приемлемо (см. Гельман М.В., Лосев С.П. Тиристорные регуляторы переменного напряжения, М., «Энергия», 1975).

Известны транзисторные стабилизаторы с регулированием вольтодобавочных трансформаторов или автотрансформаторов методом широтно-импульсной модуляции (см. Кобзев А.В., Лебедев Ю.М. и др., Стабилизаторы переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным регулированием, М., Энергоатомиздат, 1986), позволяющие осуществлять бесступенчатое регулирование напряжения «вверх» и «вниз»

практически без искажений. Большое количество униполярных транзисторных ключей (восемь ключей), половина из которых устанавливается в цепи нагрузки, необходимость в установке «снабберов» — цепей защиты транзисторов от коммутационных перенапряжений, что усложняет схему стабилизатора и приводит к увеличению потерь, а так же несимметрия диапазона стабилизации ограничивают применение стабилизаторов упомянутого типа в промышленности. Применение их в бытовых сетях неоправдано.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемой полезной модели является электронный стабилизатор напряжения переменного тока (см. паспорт 3468-252-49034602 ПС, технические условия ТУ 3468-001-49034602-99 ООО «НПП ИНТЕПС», Россия, Псков, ул. Декабристов, 17), содержащий автотрансформатор с дополнительными обмотками для питания устройства управления, коммутатор, содержащий тиристорные ключи для бесконтактного переключения отводов автотрансформатора, вентилятор охлаждения, клеммную колодку для подключения к сети и нагрузке, автоматический выключатель, контакт защитного заземления, устройство управления стабилизатором. Этот стабилизатор принят за прототип. Недостатками стабилизатора являются высокая стоимость тиристорных ключей, подверженность тиристорных ключей воздействию высоковольтных импульсов, распространяемых по сети питания, необходимость теплоотводящего радиатора для тиристорных ключей. Эти недостатки снижают надежность стабилизатора.

Техническим результатом и поставленной задачей является уменьшение теплоотдачи, повышение надежности работы и снижение стоимости стабилизатора напряжения переменного тока.

Это достигнуто новыми техническими решениями, находящимися в причинно-следственной связи с техническим результатом. Сущность заявленной полезной модели выражается в совокупности нижеследующих существенных признаков.

В уже известном стабилизаторе напряжения переменного тока, содержащем автотрансформатор, коммутатор, устройство управления стабилизатором, трансформатор питания устройства управления, контактор, вентилятор охлаждения, расположенные в корпусе, а так же клеммную колодку для подключения к сети и нагрузке, автоматические выключатели и контакт защитного заземления, отличительными от прототипа признаками являются следующие:

— указанный коммутатор выполнен в виде электромеханического устройства, содержащего щеткодержатель с приводом от шагового двигателя;

— наличие датчика исходного положения щеток;

— наличие блока демпфирующих резисторов;

— электромеханический коммутатор выполнен в форме кольца из диэлектрика, на внутренней поверхности которого расположены ламели с выводами для подключения к отводам автотрансформатора;

— щеткодержатель с двумя щетками установлен с возможностью контактирования щеток с указанными ламелями.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна тождественная заявляемой совокупность признаков, направленных на достижение поставленной задачи и технического результата, это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критерию «новизна» полезной модели.

На фиг.1 представлена функциональная схема стабилизатора напряжения переменного тока. На фиг.2 показан внешний вид стабилизатора напряжения переменного тока без кожуха и задней панели с видом на шаговый двигатель (вырыв), на фиг.3 — электромеханический коммутатор, соединеный с шаговым двигателем, с местным разрезом корпуса и ламели, на фиг.4 — вид сверху электромеханического коммутатора. Монтажные провода на фиг.2 и фиг.4 условно не показаны.

Стабилизатор напряжения переменного тока содержит автотрансформатор 1, электромеханический коммутатор 2, выполненный в форме кольца из диэлектрика с выводами 3 для подключения к отводам 4 автотрансформатора, с приводом щеткодержателя 5 со щетками 6, 7 от шагового двигателя 8 и датчиком исходного положения щеток 9, устройство управления (УУ) 10 стабилизатором, трансформатор питания 11 устройства управления стабилизатором, контактор 12, блок демпфирующих резисторов (БДР) 13, вентилятор 14 охлаждения шагового двигателя и щеткодержателя, расположенные в корпусе, также клеммную колодку 15 для подключения к сети и нагрузке, автоматические выключатели 16, 17 и контакт защитного заземления 18. На внутренней поверхности коммутатора 2 расположены ламели 19.

Стабилизатор напряжения переменного тока работает следующим образом. В номинальном режиме работы входное напряжение с клеммной колодки 15 после включения автоматического выключателя 16 поступает на трансформатор питания 11 устройства управления стабилизатором, устройство управления 10 стабилизатором. Кроме того входное напряжение через блок депфирующих резисторов 13 поступает на щетки 6 и 7 щеткодержателя 5 коммутатора 2 и на автотрансформатор 1. Выходное напряжение автотрансформатора 1 с выходного отвода 17 подается на устройство управления 10 стабилизатором. Так же на устройство управления 10 стабилизатором подается сигнал с блока демпфирующих резисторов 13 о положении щеток 6 и 7 относительно ламелей 19 коммутатора 2. После измерения входного напряжения, выходного напряжения и оценки положения щеток

Читайте так же:
Как сделать стабилизатор тока для дхо

относительно ламелей устройство управления подает команду шаговому двигателю 8 на перемещение щеток на следующюю ламель коммутатора. Перемещение производится так, чтобы выходное напряжение уменьшалось. Процесс измерения входного напряжения, выходного напряжения, оценки положения щеток относительно ламелей и перемещение щеткодержателя повторяется до тех пор, пока щеткодержатель не придет в положение, определяемое датчиком исходного положения щеток 9. Из исходного положения по командам устройства управления щеткодержатель перемещается на ламель, напряжение на которой соответствует номинальному диапазону выходного напряжения. Перемещение производится так, чтобы выходное напряжение увеличивалось. Каждое перемещение сопровождается измерением входного напряжения, выходного напряжения и оценкой положения щеток относительно ламелей. После завершения перемещения щеткодержателя устройство управления 10 стабилизатором подает команду на включение контактора 12. Замыкается контакт 21 контактора 12, и выходное напряжение с выходного отвода 20 автотрансформатора 1 поступает на клеммную колодку 15.

При изменении входного напряжения в номинальном диапазоне устройство управления стабилизатором подает команды на шаговый двигатель, перемещающий щеткодержатель на ламель, напряжение на которой соответствует номинальному диапазону выходного напряжения. Точность стабилизации определяется величиной напряжения между соседними отводами автотрансформатора. Поэтому минимальное количество отводов автотрансформатора и соответственно количество ламелей определяется необходимой точностью стабилизации, номинальным диапазоном входного напряжения, допустимой величиной петлевых токов и выбранным диаметром кольца коммутатора.

В случае выхода величины входного напряжения за пределы рабочего диапазона, который несколько превышает номинальный диапазон, устройство управления стабилизатором отключает контактор 12, контакт 21 размыкается, подача выходного напряжения на клеммную колодку прекращается. После нормализации входного напряжения, то есть при входе величины входного напряжения в номинальный диапазон, устройство управления возобновляет работу по стабилизированию выходного напряжения. При соответствии выходного напряжения номинальному диапазону выходного напряжения устройство управления включает контактор и выходное напряжение поступает на клеммную колодку.

Кроме того устройство управления стабилизатором отслеживает ряд аврийных ситуаций, при наступлении которых прекращается подача выходного напряжения на клеммную колодку, а щеткодержатель

отводится в исходное положение. При невозможности выполнения этой операции подача команд на шаговый двигатель прекращается, устройство управления стабилизатором включает светодиодную и звуковую сигнализации. В этом случае питание потребителей может быть обеспечено входным нестабилизированным напряжением. Для этого необходимо выключить автоматический выключатель 16 и включить автоматический выключатель 17. Блок демпфирующих резисторов в сочетании с двумя щетками обеспечивает безобрывный переход от одного отвода автотрансформатора к другому и ограничение петлевых токов на заданном уровне.

Таким образом использование электромеханического коммутатора позволяет повысить надежность работы и снизить стоимость стабилизатора напряжения переменного тока, который не подвержен влиянию высоковольтных импульсов, распространяемых по сети питания.

Стабилизатор напряжения переменного тока позволяет осуществить:

— непрерывный контроль напряжения на входе и выходе;

— автоматическое отключение при аварии;

— непрерывный контроль силовых элементов.

Стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий автотрансформатор, коммутатор, устройство управления стабилизатором, трансформатор питания устройства управления стабилизатором, контактор, вентилятор охлаждения, расположенные в корпусе, также клеммную колодку для подключения к сети и нагрузке, автоматические выключатели и контакт защитного заземления, отличающийся тем, что указанный комммутатор выполнен в виде электромеханического устройства с приводом щеткодержателя от шагового двигателя и с датчиком исходного положения щеток, стабилизатор содержит также блок демпфирующих резисторов, при этом электромеханический коммутатор выполнен в форме кольца из диэлектрика, на внутренней поверхности которого расположены ламели с выводами для подключения к отводам автотрансформатора, щеткодержатель с двумя щетками установлен с возможностью контактирования щеток с указанными ламелями.

Прецизионный стабилизатор напряжения с двойным преобразованием энергии

Валерий Климов

Юрий Карпиленко

Светлана Климова

Валерий Смирнов

Однофазный стабилизатор напряжения переменного тока 220 В, 50 Гц предназначен для поддержания стабильного напряжения питания нагрузок бытового и промышленного назначения при отклонениях сетевого напряжения по амплитуде и частоте в определенном диапазоне. Группой «РУСЭЛТ» разработана новая модель однофазного стабилизатора напряжения мощностью 1-3 кВ-А на основе двойного преобразования энергии, обеспечивающего высокую точность стабилизации и низкий коэффициент искажения синусоидальности выходного напряжения.

Отличительные особенности стабилизатора

Стабилизатор отличается от существующих типов стабилизаторов (ступенчатых корректоров напряжения, электромеханических и др.) следующими характеристиками:

  • высокое значение коэффициента стабилизации;
  • непрерывность регулирования с малым временем реакции;
  • широкий диапазон допустимого изменения сетевого напряжения;
  • высокое качество выходного напряжения при значительных искажениях входного напряжения, при линейной и нелинейной нагрузках;
  • эффективная фильтрация высокочастотных сетевых помех и выбросов напряжения;
  • отсутствие эмиссии высокочастотных гармоник тока в сеть при работе на нелинейную нагрузку.
Читайте так же:
Стабилизатор напряжения для генератора переменного тока

Структура
и принцип работы стабилизатора

Принцип действия стабилизатора основан на использовании двойного преобразования энергии аналогично источникам бесперебойного питания в сетевом режиме [1]. Структура стабилизатора содержит следующие блоки: входной фильтр (ВФ), корректор коэффициента мощности — выпрямитель (ККМ-В), ШИМ-инвертор (ИНВ), вторичный источник питания (ВИП) и блок микроконтроллерного управления (БМКУ) (рис. 1).

Назначения блоков СДП:

  • Входной сетевой фильтр (ВФ) обеспечивает подавление выбросов напряжения при переходных процессах в сети и осуществляет фильтрацию высокочастотных помех.
  • Выпрямитель и корректор коэффициента мощности (ККМ-В) обеспечивают преобразование напряжения сети переменного тока в стабилизированное напряжение постоянного тока, обеспечивая при этом практически синусоидальную форму тока, потребляемого из сети, совпадающую по фазе с входным напряжением. Это позволяет обеспечить величину входного коэффициента мощности стабилизатора близкой к единице.
  • ШИМ-инвертор (ИНВ) преобразует напряжение постоянного тока в синусоидальное напряжение с частотой 50 Гц. Силовые транзисторы инвертора коммутируются с частотой 19,2 кГц, обеспечивая высокую надежность и точность формирования выходного напряжения.
  • Вторичный источник питания (ВИП) обеспечивает напряжениями постоянного тока узлы и блоки
    СДП.
  • Блок микроконтроллерного управления (БМКУ) обеспечивает необходимый алгоритм работы силовых блоков СДП, тестирование и мониторинг состояния сети и нагрузки. По функциональному назначению состав БМКУ разбит на следующие узлы:
    • центральный микроконтроллер (МК);
    • узел формирования ШИМ-сигналов для управления силовыми транзисторами инвертора;
    • узел согласования входных, выходных сигналов и сигналов индикации;
    • узел формирования сигналов по интерфейсу RS232;
    • вспомогательный источник питания цепей БМКУ.

В качестве МК использован микроконтроллер типа MC68RG908MR32 (Motorola), на входы которого поступают аналоговые и цифровые сигналы измерения электрических параметров системы и состояния узлов СДП.

  • обработку аналоговой и цифровой информации о состоянии силовых блоков и режимах их работы;
  • формирование сигналов управления силовыми блоками;
  • формирование сигналов информации о состоянии системы на плату дисплея и RS-порт.

На рис. 2 представлена функциональная
схема силовой цепи стабилизатора.

Высокочастотный ККМ выполнен по схеме повышающего преобразователя (бустера) с диодным мостовым ключом и дифференциальным выходом. Силовой дроссель L1 включен во входную цепь переменного тока [3].

Силовой транзистор ККМ VT1 управляется сигналом с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Формирование ШИМ-сигнала с частотой 30 кГц осуществляет
специализированная микросхема ККМ-контроллера типа UC3854. На входы ККМ-контроллера поступают сигналы, пропорциональные входному напряжению (Uвх), входному току (iвх)
напряжению на выходе ККМ (Uвых). Кроме этих сигналов, на микросхему ККМ-контроллера поступает сигнал управления (вкл/выкл) ККМ от центрального микроконтроллера БМКУ. Контроллер ККМ вырабатывает ШИМ-сигналы с различной скважностью на каждом полупериоде сетевого напряжения, что позволяет формировать входной ток необходимой формы и стабилизировать выходное напряжение.

За счет изменения соотношения времени открытого состояния транзистора VT1, когда в дросселе L1 запасается электромагнитная энергия, и времени
закрытого состояния транзистора, когда накопленная энергия через диоды VD5, VD6 (рис. 2) отдается в накопительные конденсаторы C1, ККМ
обеспечивает форму входного тока, близкую к синусоидальной и совпадающую по фазе с входным напряжением (рис. 3). Сигнал ШИМ с контроллера поступает на затвор
IGBT-транзистора VT1 через узел сопряжения (оптопару типа TLP250), обеспечивающий необходимое усиление сигнала и гальваническую развязку цепи управления и
силовой цепи транзистора. На накопительных конденсаторах шины постоянного тока С1 формируется высоковольтное стабилизированное постоянное напряжение для питания
инвертора Un = 760 В (±380 В). Величина емкости накопительных конденсаторов С1 выбирается из расчета 470 мкФ на каждый 1 кВ-А выходной мощности инвертора для обеспечения достаточной энергии питания инвертора при скачках нагрузки и провалах сетевого напряжения.

Блок инвертора выполняется по полумостовой бестрансформаторной схеме на IGBT-транзисторах VT2, VT3 (рис. 2). Силовые транзисторы
управляются высокочастотными (19,2 кГц) ШИМ-сигналами с блока управления через оптопары (TLP250), которые изолируют силовые цепи от цепей управления. Синусоидальное
выходное напряжение формируется из высокочастотных ШИМ-импульсов с помощью выходного фильтра L2, С2 [4].

Конструктивное исполнение стабилизатора

Стабилизаторы СДП выполняются в трех модификациях: мини-тауэр, 19-дюймовые для размещения в телекоммуникационной стойке или шкафу, настенные. На рис. 4 приведен внешний вид стабилизатора телекоммуникационного исполнения, представляющий собой прямоугольный металлический корпус высотой 2U (88 мм) со съемной верхней крышкой и дополнительными уголками для крепления к профилю стойки. Охлаждение силовых блоков стабилизатора принудительное, с помощью вентиляторов, работающих в двухскоростном режиме.

На передней панели блока расположен светодиодный дисплей, отражающий режимы работы и состояние стабилизатора. При сетевом напряжении в пределах допустимого отклонения светятся два светодиода зеленого цвета, указывающие на наличие входного напряжения, работу инвертора и наличие выходного напряжения. Четыре светодиода зеленого цвета индикаторной линейки указывают приблизительное значение нагрузки СДП с шагом в 25%. Светодиод желтого цвета отражает режим перегрузки СДП, а светодиод красного цвета указывает на наличие аварийной ситуации.

Читайте так же:
Лучшая схема стабилизатор тока

Статические характеристики стабилизатора

  • Статическая точность составляет ±1%. Широтно-импульсная модуляция сигналов управления транзисторами инвертора осуществляется по синусоидальному закону и в сочетании с быстродействующей системой управления инвертором обеспечивает высокую точность поддержания выходного напряжения.
  • Диапазон входного напряжения, допустимый для работы стабилизатора, зависит от величины нагрузки и составляет:
    • 160-290 В при нагрузке >75% (до 100%);
    • 130-290 В при нагрузке >50% (до 75%);
    • 110-290 В при нагрузке

Гистерезис по автоматическому включению
стабилизатора при восстановлении входного напряжения составляет 10 В.

  • Допустимое отклонение частоты входного напряжения составляет 45-55 Гц при обеспечении точности поддержания частоты выходного напряжения 50 Гц ±0,5%.
  • Входной коэффициент мощности составляет 0,98, что обеспечивается с помощью ККМ формой входного тока, близкой к синусоидальной и совпадающей по фазе с входным напряжением.
  • Выходной коэффициент мощности составляет 0,7, что соответствует номинальной активной мощности на выходе стабилизатора: 700 Вт — для СДП 1 кВ-А; 1400 Вт — для СДП 2 кВ-А; 2100 Вт — для СДП 3 кВ-А.
  • Коэффициент искажения синусоидальности выходного напряжения: при линейной нагрузке — не более 3%; при нелинейной нагрузке — не более 5%

При существенно несинусоидальной форме входного напряжения, соответствующей коэффициенту искажения синусоидальности 36-41% (прямоугольное напряжение со
значительным коэффициентом третьей гармоники), выходное напряжение СДП имеет синусоидальную форму Ки вых = 1-2%. Это обстоятельство особо важно при питании СДП от дизель-генераторной установки (ДГУ) малой мощности, когда напряжение ДГУ имеет значительные искажения от синусоидальной формы.

  • Допустимый коэффициент амплитуды тока нагрузки (крест-фактор) достигает значения 3/1, что обеспечивает возможность использования СДП при существенно нелинейных нагрузках.
  • Эффективность стабилизатора: КПД при 100% нагрузки составляет не менее 90%; потери на холостом ходу составляют 30 Вт для СДП 1 кВ-А и 45 Вт для СДП 2, 3 кВ-А.

Динамические характеристики стабилизатора

При исследовании поведения стабилизатора при скачках входного напряжения было отмечено, что СДП обеспечивает практически мгновенную реакцию на возмущения, и стабильность выходного напряжения остается в пределах статической точности ±1% [2].

При скачке линейной нагрузки до 100% выходное напряжение снижается на 3,5% от величины установившегося значения и затем восстанавливается до исходного уровня за 60 мс. При скачкообразном сбросе 100% линейной нагрузки зарегистрировано увеличение выход ного напряжения на 4% и возврат к установившемуся значению в течение 100 мс (рис. 5).

Перегрузочная способность и электронная защита

Современные инверторы на IGBT-транзисторах с ШИМ-регулированием обладают достаточно высокими перегрузочными характеристиками и значениями токов короткого
замыкания (Iкз), достигающими 200% номинального выходного тока. При перегрузках, не превышающих 105% номинальной мощности, СДП может продолжительное время
работать в инверторном режиме. Вопрос ограничения тока инвертора в режиме перегрузки является важным обстоятельством для понимания перегрузочных свойств СДП. При росте тока
нагрузки свыше номинального значения инвертор переходит в режим генератора тока, ограничивая максимальное значение тока на определенной величине Iогр. Чтобы
искажение синусоидальности выходного напряжения не превышало 5%, необходимо устанавливать порог ограничения максимального (амплитудного) значения выходного тока в 1,5 раза больше амплитудной величины номинального тока инвертора при линейной нагрузке. На рис. 6 приведена осциллограмма тока короткого замыкания на выходе стабилизатора. Электронная защита по отключению инвертора при коротком замыкании срабатывает через 0,12 с.

Термозащита силовых транзисторов реализуется с помощью сигнала с релейного датчика температуры (+80 °С). Указанный сигнал поступает на центральный микроконтроллер (МК) блока управления. МК подсчитывает время, в течение которого транзисторы не выйдут из строя из-за перегрева, после чего выдает сигнал на отключение инвертора. Затем МК просчитывает время охлаждения транзисторов, чтобы не допустить включения инвертора сразу после окончания первой перегрузки. Если нагрузка продолжает оставаться в пределах 110-120% от номинальной, то по окончании просчета заданного времени охлаждения МК выдает сигнал на повторное включение инвертора и т. д. При больших значениях перегрузки МК через 0,2 с выдаст сигнал отключения нагрузки, повторное включение инвертора будет возможно лишь после снятия перегрузки.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию