Как работает стабилизатор напряжения 220в

Некоторые задаются вопросом – для чего нужен стабилизатор напряжения? Стоит ли вообще тратить на данный прибор деньги? Мы Вам ответим – однозначно стоит. Стабилизатор был создан для защиты самого различного электрооборудования от поломок из-за скачков напряжения в сети. На данный момент это очень актуальная проблема, ведь создается огромное множество высокоточного оборудования, которое требует стабильных показаний при электроснабжении. При этом здесь как бытовая техника, так и медицинские приборы или промышленные машины.

Современные стабилизаторы напряжения отлично справляются со своими задачами. Не думайте, что покупая стабилизатор, Вы выбрасываете деньги на ветер. Проработав более 15 лет, этот прибор полностью окупит себя, так как вам не придется покупать, скажем, новый телевизор или несколько токарных станков из-за того, что произошел скачек напряжения, и они сгорели.

Из каких элементов состоит стабилизатор напряжения Volter?

Петли
Позволяют удобно закрепить стабилизатор на стене.

Переключатель "стабилизация-транзит"
Исключает одновременное замыкание 2-х групп контактов.

Ручки для переноса
Позволяют легко транспортировать стабилизатор.

Несущее шасси
Играет роль основного теплоотвода, имеет оцинкованное покрытие для защиты от коррозии.

Информативный ЖК-дисплей
Удобно контролировать параметры стабилизации.

Датчик температуры
Играет роль тепловой защиты устройства на случай перегрева.

Автотрансформатор

• Имеет стержневую конструкцию и лаковую пропитку;
• Обеспечивает минимальный шум;
• Лучший вариант охлаждения;
• Способ соединения обмоток — сварка.

Кнопки управления
Для регулирования уровня выходного напряжения

Дополнительная розетка
На 10А.

Порошковая покраска корпуса
С предварительным фосфатированием металла.

Клеммник термостойкий
Для удобного подключения и надежного крепления проводов.

Плата управления
Быстродействие 20мс, защита от перенапряжений.

Плата защиты
Независимая дублирующая защита от перенапряжений.

Автоматический выключатель
С независимым расцепителем: защита от короткого замыкания и перегруза.

Датчик тока

Радиатор охлаждения
Алюминиевый для улучшенного теплообмена силовых ключей.

Силовые ключи
Полупроводниковые с большой перегрузочной способностью.

Теплообмен
Охлаждение без помощи вентиляторов.

Как работают стабилизаторы напряжения?

В данной статье мы хотим подробнее осветить вопрос – как работает стабилизатор напряжения? Здесь все несложно. В современных устройствах применяется многим известный автотрансформатор. Но, разумеется, сам процесс стабилизации напряжения был несколько усовершенствован.

Ранее регулировка напряжения, подумать страшно, выполнялась пользователем вручную или при помощи аналоговой платы, ныне стабилизатор напряжения имеет «интелект» — мощный процессор, который управляет работой системы.

Кроме этого изменения коснулись и способа переключения обмоток. Если раньше это делалось релейными ключами или токосъемниками, то сейчас эту функцию выполняют симисторы (электронные ключи). Такое устройство стабилизатора напряжения сделало их более востребованными в квартирах и частных домах, так как техника полностью перестала шуметь.

Основной принцип действия стабилизатора напряжения представляет собой переключение электронными ключами обмоток автотрансформатора, которое выполняется процессором при обнаружении перепада напряжения. Для этого у него есть специальная программа, замеряющая показания сети на входе и на выходе, после чего посылается сигнал на необходимый ключ.

Процессор – самый важный элемент всей системы, от которого зависит эффективная работа стабилизатора напряжения.

Главная задача данного элемента – запустить нужный симистор и сделать это ровно в нулевой точке синусоиды напряжения, иначе она будет искажена. Чтобы это выполнить процессором производится несколько десятков измерений напряжения и, когда улавливается нужное положение – подается сигнал и выполняется мгновенное включения ключа.

Но это ещё не все, перед тем как будет послан сигнал, проверяется — сработал ли предыдущий ключ, чтобы не возникло встречного тока. Поэтому процессор изначально замеряет микро токи и только потом посылает сигнал следующему ключу. Для стабильной работы стабилизатора напряжения все операции повторяются при каждой полуфазе.

Разумеется, процессор отличается высоким быстродействием, все данные собираются очень быстро, процессор может произвести все замеры и анализы пока синусоида находится в нулевой точке, а это — менее чем 1 микросекунда времени.

Благодаря изобретению данной системы стабилизатор напряжения регулирует даже самые большие и частые скачки напряжения менее чем за 10 миллисекунд.

Кроме описанного принципа также встречаются стабилизаторы, которые работают с использованием двухкаскадной системы регулирования. Она присутствует в более точных приборах. В данном случае напряжение обрабатывается в два этапа: сначала при небольшом количестве ступеней, а затем то же самое выполняет второй каскад и напряжение становится «идеальным». Такая система снижает себестоимость устройств, так как для 16 ступенчатой системы регулирования по данному принципу требуется всего 8 симисторов (метод комбинации 4х4=16). При этом в каскадной системе используется один трансформатор.

Скорость реагирования такого стабилизатора несколько меньше, чем у вышеописанного (20 миллисекунд). Поэтому такой принцип работы стабилизаторов напряжения используется только в устройствах для защиты бытовой техники и электроинструмента.

Поделиться:

Источник: www.stabilizator-volter.ru

1. Электронный принцип работы

В данную категорию относятся устройства симистрного и тиристорного типа.

стема регулирования полностью автоматизирована и не требует дополнительных корректирующих настроек со стороны пользователя. На территории Украины данные типы широко распространены благодаря наличию более 10 заводов по производству стабилизаторов, наш ассортимент представлен сериями Breeze, Normic, Shteel, Calmer, Flagman для однофазных и трехфазных сетей. Также электронные нормализаторы поставляет на Украину ряд европейских производителей, таких как ORTEA предлагает однофазные GEMINI и трехфазные AQUARIUS.

Алгоритм работы этих устройств заключается в измерении напряжения на входе стабилизатора, обработке информации микропроцессором, который в свою очередь управляет электронными ключами (симисторами, тиристорами). При изменении входного напряжения одна ступень закрывается, другая открывается, тем самым регулируя количество витков трансформатора влияющих на коррекцию напряжения. Чем больше ступеней у стабилизатора, тем меньше погрешность. Основная масса бюджетных нормализаторов имеет от 8 до 12 ступеней, а их погрешность колеблется от 6 до 4%, устройства более высокого класса содержат от 16 до 36 ступеней, в это случае погрешность снижается с 3 до 1%.

Достоинства:

• высокая скорость регулирования: 20 мс;

• компактные размеры и вес;

• низкий уровень шума;

• оптимальной соотношение цены и качества;

• длительный ресурс эксплуатации – 10-20 лет;

Недостатки:

• дискретное (ступенчатое) регулирование;

• невысокая перегрузочная способность до 150%. 

2. Электродинамический (сервоприводный) принцип работы

К этой категории относятся устройства на основе электродвигателей. Как и электронные собраться, электродинамические устройства имеют полностью автоматизированный процесс коррекции сетевого напряжения. Украинских заводов по выпуску данного оборудования не существует из-за большого количества предложений китайских стабилизаторов низкого качества (характеристики этих устройств не рассматриваются). Однако практически все европейские производители также предлагают большое множество моделей электродинамических нормализаторов высокого качества. Итальянские производители ORTEA и IREM, а также турецкий завод NTT Stabilizer предлагают модели на напряжение 220В (серии Vega, Antares, DVS11 до 135кВА), 380В (серии DVS33, Orion-Y, Orion-Plus, Sirius до 6000кВА) и даже 6 и 11кВ (серии Sirius MV6 и Sirius MV11 до 6000кВА).

Принцип действия данных устройств основан на электродвигателе, которые контролируется микропроцессором. При изменении входного напряжения, контроллер подает сигнал двигателю, который перемещает графитовый ролик по обмоткам трансформатора, тем самым добавляя или снижая выходное напряжение до номинального. В зависимости от мощности стабилизатора, могут применяться разные системы регулирования, к примеру, итальянский производитель ORTEA запатентовал уникальную разработку с применением колоновидных медных стержней по которым перемещается электродвигателей с графитовым роликом высокого качества. Замер изменения напряжения происходит 2000 раз в секунду! Как правило погрешность электродинамических стабилизаторов не превышает 0,5 – 1%.

Достоинства:

• плавная регулировка;

• высокая точность стабилизации – 0,5%;

• высокое быстродействие – 8-16мс/В;

• низкий уровень шума;

• высокая перегрузочная способность – 500-1000%;

• молниезащита, EMI-фильтр, защитное исполнение IP54

• стабильная работа при температуре от –25 … 50 С;

• длительный ресурс эксплуатации – 20-30 лет.

Недостатки:

• относительно высокая стоимость;

• относительно большой вес. 

3. Релейный принцип работы

Стабилизаторы релейного типа относятся к полностью автоматическим и не требуют дополнительного вмешательства в процесс регулирования. На Украине существуют несколько заводов, которые длительное время выпускают устройства относящиеся к этой категории (серии Гибрид-Н, Струм). По принципу действия релейные нормализаторы очень схожи с электронными, отличие заключается лишь в том, что в место симисторов и тиристоров применяются силовые реле, которые коммутируют обмотки трансформатора.

Достоинства:

• высокое быстродействие – 20-40мс;

• компактные размеры и вес;

• низкая стоимость.

Недостатки:

• отсутствие моделей средней и большой мощности;

• погрешность может достигать 220В±7,5%;

• дискретное регулирование напряжения;

• шум при работе (щелчки);

• низкая перегрузочная способность – 120-150%;

• короткий срок эксплуатации – 2-5 лет. 

4. Феррорезонасный принцип работы

Феррорезонансные нормализаторы, как и прочие современные типы имеют автоматический процесс регулирования напряжения. В основе принципа действия лежит явление магнитного насыщения сердечников трансформатора или дросселей.

Современные устройства феррорезонансного типа обладают впечатляющими характеристиками и очень длительным сроком службы, однако стоимость устройств достаточно высокая. В настоящее время есть возможность приобрести стабилизаторы серии SOLA-HD, производства компании EMERSON (США). Данное оборудование оправдано применять с технологическими установками высокой стоимости.

Достоинства:

• высокое быстродействие – 20-40мс;

• высокая точность стабилизации – 1%;

• длительный срок эксплуатации – 40-50 лет;

• встроенные фильтры помех;

• форма выходного напряжения – синусоида;

• высокая перегрузочная способность – 200-300%.

Недостатки:

• высокий уровень шума (гул);

• высокая стоимость;

• относительно большие размеры и вес. 

5. Тип регулирования в зависимости от принципа работы

Тип стабилизатора	Принцип регулирования	Погрешность
Электронные	дискретный (ступенчатый)	230±7– 0,8%
Релейные	дискретный (ступенчатый)	230±7,5 – 2,5%
Электродинамические	плавный	230±1,5 – 0,5%
Феррорезонансные	плавный	230±3 – 1%

Метод регулирования является основным отличием в принципах работы. Как правило, дискретное регулирование может применяться в электронных и релейных устройствах, а плавное соответствует электродинамическим (сервоприводным) и феррорезонансным нормализаторам. Для бытового применения подходит любой тип стабилизаторов, однако погрешностью более 3 – 4% будет проявляется в виде мерцания ламп накаливания. Это единственный недостаток видимый человеческому глазу, для основной массы бытовых приборов погрешность до 8-10% является нормальной.

Плавное регулирование и высокая точность стабилизации напряжения оправданы в медицинских учреждениях, промышленных установках, системах связи и передачи данных, технологических установках, а также в бытовом секторе, где установлены дорогостоящие системы видео- и аудио-аппаратуры и т. д. 

6. Графики плавного и дискретного регулирования

График выходного напряжения стабилизатора ORTEA Vega 15кВА (Рис. 1)

 

На рисунке 1 изображена кривая выходного напряжения в соответствии с точностью 220В±0,5% или 1,5 Вольта, при этом хорошо видно, что выходное напряжение отклоняется незначительно и плавно.

График выходного напряжения стабилизатора НОНС-15000 NORMIC 15кВА (Рис. 2)

 

На рисунке 2 можно заметить явные скачки напряжения в пределах заданной погрешности, в данном случае это 220В±4,5% или 10 Вольт.

7. Заключение

Несомненно, плавное регулирование обязательно для высокотехнологических устройств, где отсутствие скачков и высокая точность напряжения является важным фактором. Электродинамические и феррорезонансные стабилизаторы обеспечивают фильтрацию помех, а также могут комплектоваться дополнительными опциями, которые будут полезны для производства: мониторинг, удаленное управление, корпусы с усиленной защитой IP54, масляное охлаждение, электронный байпас, молниезащита и т. д. Кроме этого, как электродинамические, так и феррорезонансные стабилизаторы могут могут применяться в неотапливаемых помещениях или металлических щитах, где допускается падение температуры до –25 С и влажность до 95%.

Стабилизаторы с дискретным принципом регулирования (электронные и релейные) хорошо зарекомендовали себя в бытовом сегменте, где ключевую роль играет стоимость, компактные размеры и отсутствие шума при работе. Кроме этого у электронных стабилизаторов есть преимущество в виде моментального регулирования, а также система защит от аварий в сети, удобная индикация и дополнительные функции по тонкой настройке стабилизаторов.

За рекомендациями по выбору типа стабилизатора и конкретной модели, обращайтесь по телефонам и email к продакт-менеджерам компании. Вам будет предложено оптимальное решение, которое решит требуемую задачу и будет соответствовать имеющемуся бюджету.

Источник: best-energy.com.ua

Стабилизаторы постоянного напряжения

Стабилизация напряжения постоянного тока требуется, если входящий вольтаж слишком мал или велик для потребителя. При прохождении через поддерживающее устройство оно становится больше или меньше до нужного значения. При необходимости схема стабилизатора может быть составлена так, чтобы выводимое напряжение имело полярность, противоположную поступающему.

Линейные

Линейный стабилизатор – делитель, в который подается неустойчивое напряжение. Выходит оно уже выравненное, со стабильными характеристиками. Принцип работы заключается в постоянном изменении сопротивления для поддержания на выводе постоянного вольтажа.

Преимущества:

• Простая конструкция с небольшим количеством деталей;
• В работе не наблюдаются помехи.

Недостатки:

• При большом различии входящего и выходящего вольтажа линейный преобразователь тока выдает слабый КПД, поскольку большая часть вырабатываемой мощности превращается в тепло и рассеивается на регуляторе сопротивления. Поэтому появляется необходимость в установке контролирующего устройства на радиаторе достаточного размера.

Параметрический со стабилитроном, параллельный

Для схемы стабилизирующего ток устройства, в котором контролирующий работу элемент расположен параллельно нагруженной ветви, подходят газоразрядные и полупроводниковые стабилитроны.

Через стабилитрон должен проходить ток, превышающий от 3 до 10 раз ток в R_L. Поэтому механизм подходит для выравнивания напряжения только в механизмах со слабым током. Обычно его используют как составной элемент преобразователей тока с более сложной начинкой.

Последовательный с биполярным транзистором

Принцип работы стабилизатора напряжения можно рассмотреть с помощью схемы устройства.

Видно, что она объединяет в себе два элемента:

1. Уже известный нам параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне;
2. Биполярный транзистор, который увеличивает ток с постоянным коэффициентом. Его еще называют эмиттерным повторителем.

Выводимое напряжение определяется по формуле: Uout = Uz — Ube. Uz – напряжение, поддерживаемое стабилитроном. Оно почти не зависит от тока, идущего через стабилитрон. Ube – разница вольтажа выходящего и стабилизируемого стабилитроном. Она почти не зависит от тока, который подается на p-n переход. Однако разница зависит от природы вещества (для кремния Ube – 0,6 В, для германия – 0,25 В). Именно из-за сравнительной независимости этих значений выводимое напряжение устойчиво.

При прохождении через трехслойный транзистор напряжение на выводе стабилизатора увеличивается. Если использование одного транзистора не удовлетворяет запросам потребителя энергии, то берется конструкция из нескольких транзисторов для увеличения тока до нужного значения.

Последовательный компенсационный на операционном усилителе

Компенсационный – значит с обратной связью. В этом стабилизаторе выводимое напряжение всегда сопоставляется с тем, что принято за эталон. Отличие между ними необходимо для формирования и передачи сигнала механизму, контролирующему вольтаж.

С резистора R2 снимается часть выходящего напряжения Uout, которая сравнивается с Uz (напряжение опорное) на стабилитроне, обозначенном на схеме как D1. Полученная разность проходит через операционный усилитель (на схеме U1) и передается управляющему транзистору.

Устойчивая работа обеспечивается при петлевом сдвиге фаз, который приближается к 180°+n*360°. Поскольку часть выходящего напряжения подается на усилитель, то последний сдвигает фазу на развернутый угол. Транзистор, включенный по схеме усилителя тока, не вызывает сдвига фаз. При этом петлевой сдвиг остается равным 180^о.

Импульсный

Электрический ток с неустойчивыми параметрами посредством коротких импульсов подается на накопительное устройство стабилизатора (в его роли выступает индуктивная катушка или конденсатор). Запасенная электроэнергия впоследствии выходит в нагрузку уже с другими параметрами. Возможно два варианта стабилизации:

1. Путем управления продолжительностью импульсов и пауз между ними (принцип широтно-импульсной модуляции);
2. Путем сравнивания выходящего напряжения с минимально и максимально допустимыми значениями. Если оно выше максимального, то накопитель перестает накапливать энергию и разряжается. Тогда на выводе напряжение становится меньше минимального. При этом накопитель снова начинает работать (принцип двухпозиционного управления).

В зависимости от схемы импульсный выравниватель тока может преобразовывать напряжение до достижения разных результатов. Поэтому различают его разновидности:

• Понижающий (напряжение на выводе меньше, чем на вводе, но с той же полярностью);
• Повышающий (напряжение на выводе больше, чем на вводе, но с той же полярностью);
• Понижающе-повышающий (напряжение на выводе может быть больше или меньше, чем на вводе, но полярность та же). Устройства применяется, когда U на вводе и выводе сильно отличаются, но на вводе возможны нежелательные отклонения в большую или меньшую сторону;
• Инвертирующий (напряжение на выводе больше или меньше, чем на вводе, полярность противоположная).

Преимущества:

• Низкие потери энергии.

Недостатки:

• Импульсные помехи на выводе.

Стабилизаторы переменного напряжения

Стабилизатор переменного напряжения предназначен для поддержания постоянного тока на выводе, независимо от того, какими параметрами он обладает на вводе. Выводимое напряжение должно описываться идеальной синусоидой даже при резких скачках, падении или даже обрыве на вводе. Различают накопительные и корректирующие стабилизирующие устройства.

Стабилизаторы-накопители

Это устройства, которые сначала накапливают электроэнергию от входящего источника питания тока. Затем энергия генерируется заново, но уже с постоянными характеристиками, ток направляется к выходу.

Система «двигатель – генератор»

Принцип работы заключается в преобразовании электрической энергии в кинетическую с помощью электродвигателя. Затем генератор обратно преобразует ее из кинетической в электрическую, но ток уже обладает конкретными и постоянными характеристиками.

Клюевой элемент системы – маховик, который накапливает в себе кинетическую энергию и стабилизирует выводимое напряжение. Маховик жестко соединен с подвижными частями двигателя и генератора. Он очень массивный и обладает большой инерцией, сохраняющей скорость, которая зависит только от фазной частоты. Поскольку скорость вращения маховика относительно постоянна, напряжение остается постоянным даже при значительных провалах и скачках на вводе.

Система «двигатель-генератор» подходит для напряжения с тремя фазами. Сегодня она используется только на стратегических объектах. Ранее применялась для запитывания быстродействующих электронных вычислительных машин.

Феррорезонансный

Устройство включает в себя:

• Индуктивная катушка с насыщенным сердечником;
• Катушка индуктивности с ненасыщенным сердечником (внутри есть магнитный зазор);
• Конденсатор.

Поскольку катушка с насыщенным сердечником имеет постоянное напряжение, независимо от тока, который по нему идет, путем подбора характеристик второй катушки и конденсатора можно добиться стабилизации напряжения в нужных пределах.

Принцип действия полученного механизма можно сравнить с качелями, которые трудно резко остановить или заставить качаться с большей скоростью. Даже нет необходимости каждый раз подталкивать качели, потому что колебательное движение – инерционный процесс. Поэтому допустимы сильные провалы и обрывы напряжения. Частоту колебаний тоже трудно поменять, поскольку у системы собственная установившаяся частота.

Феррорезонансные стабилизаторы были популярными в советские времена. Их использовали для снабжения электроэнергией телевизоров.

Инверторный

В схему инверторного стабилизатора включаются: