Разбор разных видов стабилизаторов напряжения

В электротехнике стабилизатором называют устройство, предназначенное для поддержания неизменного значения выходного напряжения переменного или постоянного тока.

Все виды стабилизаторов напряжения используют один из двух способов стабилизации:

  • Накопление энергии с последующей генерацией электрического тока с нужными параметрами;
  •  Корректировка входящего напряжения с добавлением необходимого потенциала, приводящего выходные характеристики к номинальным значениям.

Кинетический способ

В кинетическом стабилизаторе энергия накапливается в маховике, находящемся на одном валу с электродвигателем и генератором. Электроэнергия, вращая двигатель, превращается в кинетическую, которую запасает маховик, отдающий её генератору во время изменений входного напряжения.

Такие стабилизаторы применяются только в промышленности, для жилого дома они не пригодны из-за большой мощности, габаритов, шума и вибраций, а также потребности в постоянном обслуживании.

Инверторный способ

Способ накопления энергии реализован также в инверторах, там электроэнергия аккумулируется в емкости конденсатора или в аккумуляторе (в блоках бесперебойного питания), и расходуется, потребляемая электронным генератором, который на выходе выдает стабильное напряжение.

Выпускаются мощные инверторы, которые можно подключить к входу электросети квартиры, или частного дома, и вся бытовая техника не будет страдать от некачественной электроэнергии. Из недостатков:

  •  не у всех инверторов на выходе правильная синусоида;
  • довольно высокая цена, особенно инверторных стабилизаторов дающих синусоидальное выходное напряжение;
  • для мощных полупроводниковых приборов требуется интенсивная вентиляция.

инверторный стабилизатор напряжения

Феррорезонансный способ

Принцип накопления энергии в феррорезонансных стабилизаторах можно сравнить с маятником в старинных часах – благодаря резонансу и циклическому переходу накопленной кинетической энергии в потенциальную, и наоборот, он качается с одинаковой частотой и амплитудой, независимо от силы натяжения пружины.

Подобные процессы происходят в феррорезонансном колебательном контуре, где энергия магнитных потоков, с постоянной амплитудой циклически перетекает между обмотками трансформатора и дросселя, находящихся в резонансе. Система достаточно надёжная, но она себя исчерпала в плане возможного развития, к тому же имеет существенные недостатки:

  •  узкий диапазон входного напряжения и частоты;
  •  большой уровень шума;
  •  низкий КПД;
  •  плохое соотношение массы к выходной мощности.

Поэтому данный тип стабилизаторов вытесняется с рынка более прогрессивными моделями, которые намного лучше устаревших феррорезонансных по всем показателям.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения

Корректируя напряжение с помощью автотрансформатора

Почти все виды стабилизаторов переменного напряжения, работающие по принципу корректировки, имеют автотрансформатор в качестве основного элемента. От обычного, данный тип трансформатора отличается тем, что у него есть только одна обмотка, имеющая много отводов от витков индуктивной катушки.

Между общим выводом и одним отводом подключается входное напряжение от электросети, по данной цепи протекает ток, который насыщая магнитопровод автотрансформатора, индуцирует потенциалы по всей обмотке.

Относительно общего вывода, напряжение на витках, находящихся до подключенного отвода будет ниже сетевого, а на тех витках, которые находятся после него, будет выше. Переключаясь между отводами в зависимости от входного напряжения, можно добиться приемлемого выходного значения напряжения. В самых первых стабилизаторах такого типа переключение происходило вручную, исходя из показаний вольтметра.

stabilizator_napryazheniya_dlya_doma_стабилизатор_напряжения_для_дома_13_4be68bf2baff1950f50e47f3d36c74f3

Позже зрительный контроль заменили микропроцессором, а переключение стали делать с помощью ключей – электромеханических, релейных, симисторных. Существует две схемы релейных и симисторных переключений – по входу и по выходу, в которых принцип тот же, но меняются параметры автотрансформатора и выходной мощности. Реже используется классический трансформатор, где переключения происходят на отводах вторичной обмотки.

Шаг стабилизации

Какой бы ни была система ключей для переключений, в данных стабилизаторах присутствует электронный контроллер управления, для которого нужен встроенный блок питания, имеющий отдельный трансформатор (на схеме не показан) и свой стабилизатор постоянного напряжения.

Из схемы ясно, что переключение не может быть плавным – возможный диапазон выходного напряжения будет пропорционален тем пределам, которые указаны возле каждого ключа. Данный диапазон называют шагом, или ступенью стабилизации.

Чем меньше требуется шаг, тем больше необходимо ключей. Поэтому применяют двухкаскадный принцип стабилизации, который состоит в том, что напряжение с первого каскада подаётся на второй, где также имеется обмотка, расчитанная на диапазон напряжений первого каскада.

Вторая обмотка также имеет отводы, коммутируемые ключами, но с меньшим количеством витков между ними, что уменьшает шаг стабилизации.

Таким образом первый каскад совершает грубую регулировку, а второй точную. В данном стабилизаторе количество ступеней переключения равняется умножению количества ключей в обеих каскадах.

Различие симисторных и релейных стабилизаторов

На вышеприведённой схеме использованы симисторные ключи, но на их месте могут быть реле, от этого принцип не меняется. Иногда для первого каскада применяются реле, а для второго – симисторы, такие стабилизаторы называют гибридными.

Гибридный

Релейные системы стабилизации наиболее экономичны, не искажают синусоиду, терпеливы при перегрузке, подойдут для дома, не подверженного резким скачкам напряжения, но они имеют ограниченный цикл включений – выключений, что влияет на их долговечность.

Симисторные стабилизаторы обладают лучшим быстродействием среди всех остальных, переключение ключей происходит абсолютно бесшумно, чего не скажешь о релейных стабилизаторах, которые довольно громко клацают во время работы.

Благодаря переключению в момент перехода моментального значения переменного тока через ноль, симисторные стабилизаторы избавились от своего главного недостатка – искажения синусоиды при коммутации, поэтому они всё больше набирают популярности.

Существенным недостатком симисторных стабилизаторов является потребность в интенсивном охлаждении, поэтому им нужны вентиляторы, которые сильно шумят, особенно при загрязнении крыльчатки.

Сервоприводный стабилизатор

Наиболее точную регулировку обеспечивает электромеханический стабилизатор, у которого имеется только один ключ, в виде графитового стержня, который перемещается по виткам автотрансформатора, контактируя с ними, движимый электродвигателем с электронной системой управления оборотами (сервоприводом).

В данном случае шаг стабилизации будет равен напряжению между двумя соседними витками. Недостатком сервоприводных стабилизаторов является:

  •  износ графитового стержня (щетки) и мест контакта на соприкасающихся с ним проводах обмотки;
  •  невозможность работы при минусовых температурах из-за водного конденсата на открытыхтокопроводящих элементах;
  •  большое время реакции (переключения), из-за иннерциальности механических компонентов;
  •  значительный шум в работе;
  •  уязвимость механизмов к воздействию запылённой атмосферы;
  •  Большое тепловыделение в месте контакта, вследствие чего возможны подгорания щетки при большой нагрузке.

Существуют также перспективные электронные стабилизаторы переменного и постоянного напряжения с применением широтно-импульсной модуляции и трансформатора вольтдобавки, но из-за сложности схем, они применяются пока что лишь в составе электронной аппаратуры.

Похожие статьи

Поделитесь статьей с друзьями:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *