Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как работает стабилизатор переменного тока

Стабилизатор напряжения: схема, устройство и принцип действия

В любой сети напряжение не является стабильным и постоянно меняется. Зависит это в первую очередь от потребления электроэнергии. Таким образом, подключая приборы в розетку, можно значительно уменьшить напряжение в сети. В среднем отклонение составляет 10 %. Многие устройства, которые работают от электричества, рассчитаны на незначительные изменения. Однако большие колебания приводят к перегрузкам трансформаторов.

Как устроен стабилизатор?

Основным элементом стабилизатора принято считать трансформатор. Через переменную цепь он соединяется с диодами. В некоторых системах их имеется более пяти единиц. В результате они образуют мост в стабилизаторе. За диодами располагается транзистор, за которым устанавливается регулятор. Дополнительно в стабилизаторах имеются конденсаторы. Выключение автоматики осуществляется при помощи механизма замыкания.

Устранение помех

Принцип работы стабилизаторов построен на методе обратной связи. На первом этапе напряжение подается на трансформатор. Если его предельное значение превышает норму, то в работу вступает диод. Соединен он напрямую с транзистором по цепи. Если рассматривать систему переменного тока, то напряжение дополнительно фильтруется. В данном случае конденсатор исполняет роль преобразователя.

После того как ток пройдет резистор, он вновь возвращается на трансформатор. В результате номинальная величина нагрузки изменяется. Для устойчивости процесса в сети имеется автоматика. Благодаря ей конденсаторы не перегреваются в коллекторной цепи. На выходе сетевой ток проходит по обмотке через другой фильтр. В конечном счете напряжение становится выпрямленным.

Особенности сетевых стабилизаторов

Принципиальная схема стабилизатора напряжения данного типа представляет собой набор транзисторов, а также диодов. В свою очередь механизм замыкания в ней отсутствует. Регуляторы при этом имеются обычного типа. В некоторых моделях дополнительно устанавливается система индикации.

Она способна показать мощность скачков в сети. По чувствительности модели довольно сильно отличаются. Конденсаторы, как правило, в цепи имеются компенсационного типа. Система защиты у них отсутствует.

Устройства моделей с регулятором

Для холодильного оборудования востребованным является регулируемый стабилизатор напряжения. Схема его подразумевает возможность настройки прибора перед началом использования. В данном случае это помогает в устранении высокочастотных помех. В свою очередь электромагнитное поле проблем для резисторов не представляет.

Конденсаторы также включаются в регулируемый стабилизатор напряжения. Схема его не обходится без транзисторных мостов, которые соединяются между собой по коллекторной цепочке. Непосредственно регуляторы могут устанавливаться различных модификаций. Многое в данном случае зависит от предельного напряжения. Дополнительно учитывается тип трансформатора, который имеется в стабилизаторе.

Стабилизаторы «Ресанта»

Схема стабилизатора напряжения «Ресанта» представляет собой набор транзисторов, которые взаимодействуют между собой по коллектору. Для охлаждения системы имеется вентилятор. С высокочастотными перегрузками в системе справляется конденсатор компенсационного типа.

Также схема стабилизатора напряжения «Ресанта» включает в себя диодные мосты. Регуляторы во многих моделях устанавливаются обычные. Ограничения по нагрузке у стабилизаторов «Ресанта» есть. В целом помехи ими воспринимаются все. К недостаткам следует отнести высокую шумность трансформаторов.

Схема моделей с напряжением 220 В

Схема стабилизатора напряжения 220 В отличается от прочих устройств тем, что в ней имеется блок управления. Данный элемент соединяется напрямую с регулятором. Сразу за системой фильтрации имеется диодный мост. Для стабилизации колебаний дополнительно предусмотрена цепь из транзисторов. На выходе после обмотки располагается конденсатор.

С перегрузками в системе справляется трансформатор. Преобразование тока осуществляется им же. В целом диапазон мощности у данных устройств довольно высокий. Работать эти стабилизаторы способны и при минусовой температуре. По шумности они не отличаются от моделей других типов. Параметр чувствительности сильно зависит от производителя. Также на нее влияет тип установленного регулятора.

Принцип работы импульсных стабилизаторов

Схема электрическая стабилизатора напряжения данного типа схожа с моделью релейного аналога. Однако отличия в системе все же есть. Главным элементом в цепи принято считать модулятор. Занимается данное устройство тем, что считывает показатели напряжения. Далее сигнал переносится на один из трансформаторов. Там проходит полная обработка информации.

Для изменения силы тока имеется два преобразователя. Однако в некоторых моделях он установлен один. Чтобы справиться с электромагнитным полем, задействуется выпрямительный делитель. При повышении напряжения он снижает предельную частоту. Чтобы ток поступил на обмотку, диоды передают сигнал на транзисторы. На выходе стабилизированное напряжение проходит по вторичной обмотке.

Высокочастотные модели стабилизаторов

По сравнению с релейными моделями, высокочастотный стабилизатор напряжения (схема показана ниже) является более сложным, и диодов в нем задействуется больше двух. Отличительной особенность приборов данного типа принято считать высокую мощность.

Трансформаторы в цепи рассчитаны на большие помехи. В результате данные приборы способны защитить любую бытовую технику в доме. Система фильтрации в них настроена на различные скачки. За счет контроля напряжения величина тока может изменяться. Показатель предельной частоты при этом будет увеличиваться на входе, и уменьшаться на выходе. Преобразование тока в этой цепи осуществляется в два этапа.

Первоначально задействуется транзистор с фильтром на входе. На втором этапе включается диодный мост. Для того чтобы процесс преобразования тока завершился, системе требуется усилитель. Устанавливается он, как правило, между резисторами. Таким образом, температура в устройстве поддерживается на должном уровне. Дополнительно в системе учитывается источник питания. Использование блока защиты зависит от его работы.

Читайте так же:
Чем отличаются стабилизаторы тока от стабилизаторов напряжения

Стабилизаторы на 15 В

Для устройств с напряжением 15 В используется сетевой стабилизатор напряжения, схема которого по своей структуре является довольно простой. Порог чувствительности у приборов находится на малом уровне. Модели с системой индикации встретить очень сложно. В фильтрах они не нуждаются, поскольку колебания в цепи незначительные.

Резисторы во многих моделях есть только на выходе. За счет этого процесс преобразования происходит довольно быстро. Входные усилители устанавливаются самые простые. Многое в данном случае зависит от производителя. Используются стабилизатор напряжения (схема показана ниже) этого типа чаще всего в лабораторных исследованиях.

Особенности моделей на 5 В

Для устройств с напряжением 5 В используют специальный сетевой стабилизатор напряжения. Схема их состоит из резисторов, как правило, не более двух. Применяют такие стабилизаторы исключительно для нормального функционирования измерительных приборов. В целом они являются довольно компактными, а работают тихо.

Модели серии SVK

Модели данной серии относятся к стабилизаторам латерного типа. Чаще всего их используют на производстве для уменьшения скачков от сети. Схема подключения стабилизатора напряжения этой модели предусматривает наличие четырех транзисторов, которые расположены попарно. За счет этого ток преодолевает меньшее сопротивление в цепи. На выходе у системы имеется обмотка для обратного эффекта. Фильтров в схеме предусмотрено два.

За счет отсутствия конденсатора процесс преобразования также происходит быстрее. К недостаткам следует отнести большую чувствительность. На электромагнитное поле прибор реагирует очень остро. Схема подключения стабилизатора напряжения серии SVK регулятор предусматривает, как и систему индикации. Напряжение максимум устройством воспринимается до 240 В, а отклонение при этом не может превышать 10 %.

Автоматические стабилизаторы «Лигао 220 В»

Для систем сигнализации является востребованным от компании «Лигао» стабилизатор напряжения 220В. Схема его построена на работе тиристоров. Использоваться данные элементы способны исключительно в полупроводниковых цепях. На сегодняшний день типов тиристоров существует довольно много. По степени защищенности они делятся на статические, а также динамические. Первый вид используется с источниками электричества различной мощности. В свою очередь динамические тиристоры имеют свой предел.

Если говорить про компании «Лигао» стабилизатор напряжения (схема показана ниже), то в нем имеется активный элемент. В большей степени он предназначен для нормального функционирования регулятора. Представляет он собой набор контактов, которые способны соединяться. Необходимо это для того чтобы увеличивать или уменьшать предельную частоту в системе. В других моделях тиристоров может иметься несколько. Устанавливаются они между собой при помощи катодов. В результате коэффициент полезного действия устройства можно значительно повысить.

Низкочастотные устройства

Для обслуживания устройств с частотой менее 30 Гц существует такой стабилизатор напряжения 220В. Схема его схожа со схемами релейных моделей за исключением транзисторов. В данном случае они имеются с эмиттером. Иногда дополнительно устанавливается специальный контроллер. Многое зависит от производителя, а также модели. Контроллер в стабилизаторе необходим для передачи сигнала на блок управления.

Для того чтобы связь была качественной, производители используют усилитель. Устанавливается он, как правило, на входе. На выходе в системе имеется обычно обмотка. Если говорить про предел напряжения в 220 В, конденсаторов можно найти два. Коэффициент передачи тока у таких устройств довольно низкий. Причиною этого принято считать малую предельную частоту, которая является следствием работы контроллера. Однако коэффициент насыщения находится на высокой отметке. Во многом это связано именно с транзисторами, которые устанавливаются с эмиттерами.

Зачем нужны феррорезонансные модели?

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения (схема показана ниже) используются на различных промышленных объектах. Порог чувствительности у них довольно высокий за счет мощных блоков питания. Транзисторы в основном устанавливаются попарно. Количество конденсаторов зависит от производителя. В данном случае это будет влиять на конечный порог чувствительности. Для стабилизации напряжения тиристоры не используются.

В данной ситуации с этой задачей способен справиться коллектор. Коэффициент усиления у них очень высокий благодаря прямой передаче сигнала. Если говорить про вольтамперные характеристики, то сопротивление в цепи поддерживается на уровне 5 МПа. В данном случае это оказывает положительное действие на предельную частоту стабилизатора. На выходе дифференциальное сопротивление не превышает 3 МПа. От повышенного напряжения в системе спасают транзисторы. Таким образом, перегрузок по току удается избежать в большинстве случаев.

Стабилизаторы латерного типа

Схема у стабилизаторов латерного типа отличается повышенным коэффициентом полезного действия. Входное напряжение при этом составляет в среднем 4 МПа. В данном случае пульсация выдерживается большой амплитуды. В свою очередь, выходное напряжение стабилизатора равняется 4 МПа. Резисторы во многих моделях устанавливаются серии «МР».

Регулирование тока в цепи происходит постоянно и за счет этого предельную частоту удается понизить до отметки 40 Гц. Делители в усилителях данного типа работают сообща с резисторами. В итоге все функциональные узлы связаны между собой. Усилитель постоянного тока обычно устанавливается после конденсатора перед обмоткой.

Стабилизатор напряжения

Стабилиза́тор напряже́ния — электромеханическое или электрическое (электронное) устройство, имеющее вход и выход по напряжению, предназначенное для поддержания выходного напряжения в узких пределах, при существенном изменении входного напряжения и выходного тока нагрузки.

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного напряжения и переменного напряжения. Как правило, вид напряжения на входе стабилизатора и на его выходе совпадают (постоянное либо переменное), но в некоторых типах стабилизаторов их виды разные.

Читайте так же:
Схема стабилизатора ток 3 а при напряжении

Содержание

  • 1 Стабилизаторы постоянного тока
    • 1.1 Линейный стабилизатор
      • 1.1.1 Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне
      • 1.1.2 Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе
      • 1.1.3 Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя
    • 1.2 Импульсный стабилизатор
  • 2 Стабилизаторы переменного напряжения
    • 2.1 Феррорезонансные стабилизаторы
    • 2.2 Современные стабилизаторы
  • 3 См. также
  • 4 Литература
  • 5 Ссылки
  • 6 Примечания

Стабилизаторы постоянного тока [ править ]

Линейный стабилизатор [ править ]

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности Pрасс = (Uin — Uout) * It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, то есть должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы делятся на два типа:

  • Последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.
  • Параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

В зависимости от способа стабилизации:

  • Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.
  • Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.
Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне [ править ]

Эта схема может быть построена как на полупроводниковом, так и на газоразрядном стабилитроне.

Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке RL. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов. Для снижения нестабильности выходного напряжения, вызванной изменениями входного напряжения, вместо резистора RV применяется двухполюсник, реализующий функцию источника тока. Однако эта мера не уменьшает нестабильность выходного напряжения, вызванную изменением сопротивления нагрузки.

Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе [ править ]

По сути, это рассмотренный выше параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключённый ко входу эмиттерного повторителя. В нём нет цепей обратной связи, обеспечивающих компенсацию изменений выходного напряжения.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона на величину Ube, которая практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход, и для приборов на основе кремния приблизительно составляет 0,6В. Зависимость Ube от величины тока и температуры ухудшает стабильность выходного напряжения, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне.

Эмиттерный повторитель (усилитель тока) позволяет увеличить максимальный выходной ток стабилизатора, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне, в β раз (где β — коэффициент усиления по току данного экземпляра транзистора). Если этого недостаточно, применяется составной транзистор.

При отсутствии сопротивления нагрузки (или при токах нагрузки микроамперного диапазона), выходное напряжение такого стабилизатора (напряжение холостого хода) возрастает на 0,6В за счёт того, что Ube в области микротоков становится близким к нулю. Для преодоления этой особенности, к выходу стабилизатора подключают балластный нагрузочный резистор, обеспечивающий ток нагрузки в несколько мА.

Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя [ править ]

Часть выходного напряжения Uout, снимаемая с потенциометра R2, сравнивается с опорным напряжением Uz на стабилитроне D1. Разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя [1] . Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°+n*360°. Так как часть выходного напряжения Uout подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается.

Опорное напряжение Uz практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон, и равно напряжению стабилизации стабилитрона. Для повышения его стабильности при изменениях Uin, вместо резистора RV применяется источник тока.

В данном стабилизаторе, операционный усилитель фактически включён по схеме неинвертирующего усилителя (с эмиттерным повторителем, для увеличения выходного тока). Соотношение резисторов в цепи обратной связи задают его коэффициент усиления, который определяет, во сколько раз выходное напряжение будет выше входного (то есть опорного, поданного на неинвертирующий вход ОУ). Поскольку коэффициент усиления неинвертирующего усилителя всегда больше единицы, величина опорного напряжения Uz (напряжение стабилизации стабилитрона) должна быть выбрана меньше, чем Uout.

Нестабильность выходного напряжения такого стабилизатора практически полностью определяется нестабильностью опорного напряжения, за счёт большого коэффициента петлевого усиления современных ОУ (Gopenloop = 10 5 ÷ 10 6 ).

Для исключения влияния нестабильности входного напряжения на режим работы самого ОУ, он может запитываться стабилизированным напряжением (от дополнительных параметрических стабилизаторов на стабилитроне).

Импульсный стабилизатор [ править ]

В импульсном стабилизаторе ток от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель (обычно конденсатор или дроссель) короткими импульсами; при этом запасается энергия, которая затем высвобождается в нагрузку в виде электрической энергии, но, в случае дросселя, уже с другим напряжением. Стабилизация осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними — широтно-импульсной модуляции. Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает значительно более высоким КПД. Недостатком импульсного стабилизатора является наличие импульсных помех в выходном напряжении.

Читайте так же:
Стабилизатор с регулируемым напряжением током

В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом (зависит от схемы стабилизатора):

  • Понижающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного и имеет ту же полярность.
  • Повышающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда выше входного и имеет ту же полярность.
  • Повышающе-понижающий стабилизатор: выходное напряжение стабилизировано, может быть как выше, так и ниже входного и имеет ту же полярность. Такой стабилизатор применяется в случаях, когда входное напряжение незначительно отличается от требуемого и может изменяться, принимая значение как выше, так и ниже необходимого.
  • Инвертирующий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение имеет обратную полярность относительно входного, абсолютное значение выходного напряжения может быть любым.

Стабилизаторы переменного напряжения [ править ]

Феррорезонансные стабилизаторы [ править ]

Во времена СССР получили широкое распространение бытовые феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Обычно через них подключали телевизоры. В телевизорах первых поколений применялись сетевые блоки питания с линейными стабилизаторами напряжения (а некоторые цепи и вовсе питались нестабилизированным напряжением), которые не всегда справлялись с колебаниями напряжения сети, особенно в сельской местности, что требовало предварительной стабилизации напряжения. С появлением телевизоров 4УПИЦТ и УСЦТ, имевших импульсные блоки питания, необходимость в дополнительной стабилизации напряжения сети отпала.

Феррорезонансный стабилизатор состоит из двух дросселей: с ненасыщаемым сердечником (имеющим магнитный зазор) и насыщенным, а также конденсатора. Особенность ВАХ насыщенного дросселя в том, что напряжение на нём мало изменяется при изменении тока через него. Подбором параметров дросселей и конденсаторов можно обеспечить стабилизацию напряжения при изменении входного напряжения в достаточно широких пределах, но незначительное отклонение частоты питающей сети очень сильно влияло на характеристики стабилизатора.

Современные стабилизаторы [ править ]

В настоящее время основными типами стабилизаторов являются:

  • электродинамические
  • сервоприводные (механические)
  • электронные (ступенчатого типа)
  • статические (электронные переключаемые)
  • релейные
  • компенсационные (электронные плавные)
  • комбинированные (гибридные)

Модели производятся как в однофазном (220/230 В), так и трёхфазном (380/400 В) исполнении, мощность их от нескольких сотен ватт до нескольких мегаватт. Трёхфазные модели выпускаются двух модификаций: с независимой регулировкой по каждой фазе или с регулировкой по среднефазному напряжению на входе стабилизатора.

Выпускаемые модели также различаются по допустимому диапазону изменения входного напряжения, который может быть, например, таким: ±15 %, ±20 %, ±25 %, ±30 %, ±50 %,−25 %/+15 %, −35 %/+15 % или −45 %/+15 %. Чем шире диапазон (особенно в отрицательную сторону), тем больше габариты стабилизатора и выше его стоимость при той же выходной мощности. В настоящее время существуют модели стабилизаторов напряжения с нижним порогом входного напряжения 90 вольт.

Важной характеристикой стабилизатора напряжения является его быстродействие, то есть чем выше быстродействие, тем быстрее стабилизатор отреагирует на изменения входного напряжения. Быстродействие это промежуток времени (миллисекунды) за которое стабилизатор способен изменить напряжение на один вольт. У разного типа стабилизаторов разная скорость быстродействия, например у электродинамических быстродействие 8…10 мс/В, статические стабилизаторы обеспечат 2 мс/В, а вот у электронных, компенсационного типа этот параметр 0,75 мс/В. [источник не указан 4079 дней]

Ещё одним важным параметром является точность стабилизации выходного напряжения. Согласно ГОСТ 13109-97 предельно допустимое отклонение напряжения питания ±10 % от номинального. Точность современных стабилизаторов напряжения колеблется в диапазоне от 0,5 % до 8 %. Точности в 8 % вполне хватает для обеспечения исправной работы подавляющего большинства современной бытовой и промышленной электротехники оборудованных инверторными и импульсными блоками питания. Так как мощность оборудования напрямую зависит от напряжения, то для обеспечения корректной (заявленной производителем) работы с прогнозируемым результатом и расходом электроэнергии необходимо точное напряжения (0,5-1 %). [источник не указан 2028 дней] Так же более жесткие требования (1 %) предъявляются для питания сложного оборудования (медицинское, высокотехнологичное и подобное). Важным потребительским параметром является способность стабилизатора работать на заявленной мощности во всем диапазоне входного напряжения, но далеко не все стабилизаторы соответствуют этому параметру. КПД электродинамических и сервоприводных стабилизаторов более 98 %, а электронных (ступенчатых) 96 %. Электродинамические стабилизаторы выдерживают десятикратные перегрузки, при покупке такого стабилизатора запас по мощности не требуется.

Блоки питания

Cтабилизатор переменного тока

Стабилизаторы тока значительно реже применяются радиолюбителями, чем стабилизаторы напряжения и регуляторы мощности. Во многом это связано с более сложной схемотехникой традиционных источников тока. Однако объективный анализ показывает, что в ряде случаев предпочтительнее применение именно источников тока. Главное достоинство источника тока — нечувствительность к короткому замыканию нагрузки.

Достаточно часто встречаются случаи, когда надо поддерживать постоянное значение переменного тока, например, при включении мощных ламп накаливания. Такая мера в несколько раз продлевает срок их службы. Регулируемый стабилизатор может оказать неоценимую помощь при проверке и налаживании устройств токовой защиты.

Вниманию читателей предлагается несложная схема стабилизатора переменного тока с плавной регулировкой его величины. Ток регулируется от нескольких миллиампер до 8 А. При соответствующем выборе элементов схемы максимальный стабилизируемый ток можно увеличить до 70. ..80 А.

Читайте так же:
Драйвер стабилизатор тока led

Схема стабилизатора показана на рис.1. В ее основу положен токостабилизирующий двухполюсник, подробно описанный в [1]. Данное схемотехническое решение известно довольно давно [2], однако долгое время было чисто теоретическим (вспомните, что представляли собой МОП-транзисторы 10. 15 лет назад). Ситуация изменилась с появлением в продаже мощных МОП-транзисторов (MOSFET; фирм Intersil [3] и International Rectifiei [4]. Их применение позволяет создавать источники тока с хорошими характеристиками и предельно простыми схемами (а совпадение расчетов с практикой приятно удивило автора).

Собственно стабилизатор тока собран на ОУ DA1, транзисторе VT1 и резисторах R1, R2, R4. Делитель R1-R2 представляет собой задатчик тока. В данном случае ток в ампеpax численно равен напряжению на движке R2, умноженному на 10. Это позволяет выбрать напряжение датчика тока R4 весьма малым. Для работы с переменным током в схему введен диодный мост, в одну из диагоналей которого включен токостабилизирующий двухполюсник. Такое включение эквивалентно последовательному соединению нагрузки и двухполюсника, и, следовательно, обеспечивает одинаковый ток через них.

Рис.1 Схема стабилизатора переменного тока

Рассмотрим процесс стабилизации тока более подробно. Так как выпрямленное напряжение не фильтруется, напряжение на стоке VT1 —однополярное, пульсирующее. Когда напряжение на стоке (рис.2а) равно нулю, ток через VT1 не протекает, и падение напряжения на резисторе датчика R4 также равно 0. Транзистор VT1 при этом полностью открыт. По мере роста напряжения в сети, напряжение, снимаемое с датчика, также увеличивается (пропорционально протекающему току), приближаясь к напряжению задатчика. Транзистор VT1 начинает закрываться.
При совпадении напряжений на датчике R4 и на задатчике R1-R2 происходит ограничение дальнейшего роста тока. ОУ DA1 поддерживает одинаковое напряжение на своих входах, изменяя сопротивление канала VT1. Тем самым обеспечивается стабилизация тока. Форма тока через VT1 совпадает с напряжением на задатчике и имеет трапецеидальную форму (рис.2б). Такой же по форме, только переменный, ток протекает через нагрузку (рис.2в). Элементы VD1, R3, С1, С2 образуют параметрический стабилизатор для питания ОУ.

Если надо изменить диапазон стабилизируемых токов, следует соответствующим образом выбрать тип транзистора VT1 и диодов VD2. VD5, а также скорректировать напряжение задатчика тока (Uзад) или сопротивление датчика R4.

Ток стабилизации определяется по формуле:

Данная схема может быть также преобразована в активную нагрузку переменного тока, как это сделать — подробно описано в [1].

Рис. 2 Диаграмма сигналов

Налаживание схемы сводится к контролю напряжения задатчика (чтобы ток не вышел за пределы 7. 8 А) и градуировке органа управления (резистора R2). Для визуального контроля в цепь тока можно включить амперметр.

ОУ DA1 подойдет любой широкого применения (К140УД6, К140УД7, mА741 и т.п.). От применения быстродействующих ОУ с полевыми транзисторами лучше воздержаться, поскольку с ними стабилизатор может самовозбудиться, что неминуемо выведет из строя ОУ, транзистор VT1 и диоды моста (именно так отреагировала схема у автора на установку К544УД2). Транзистор VT1 следует выбирать из ассортимента вышеуказанных фирм, ориентируясь на максимально допустимые ток стока и напряжение сток-исток. Стабилитрон VD1 — любой прецизионный, с напряжением стабилизации 9. 15 В. От его стабильности зависит стабильность напряжения задатчика и, как следствие — стабилизируемого тока.

Транзистор VT1 следует укрепить на массивном радиаторе. К остальным деталям особых требований не предъявляется. Резистор R4 удобно изготовить из промышленного шунта для измерительных приборов. Это обеспечит требуемую точность и термостабильность. При его монтаже следует уделить особое внимание надежности соединения инверсного выхода ОУ и R4. Обрыв этого соединения вызывает выход стабилизатора из строя.

1. Уваров А.С. Активная нагрузка — источник тока. — Радиолюбитель, 2001, N1, С.14.

2. Иванов П., Семушкин С. Источники стабильного тока и их применение в радиоаппаратуре. — В помощь радиолюбителю. Вып. 104. — М.: ДОСААФ, 1989.

4. Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier. — Радио, 2001, N5, С.45.

Какие типы и виды стабилизаторов напряжения для дома существуют?

Сейчас проблема с низким напряжением в сети набирает обороты. Её возможно решить с помощью стабилизатора напряжения, который защитит всю технику от поломок. Для того, чтобы определиться с выбором оборудования, нужно ознакомиться с их разновидностями, принципами работы каждого, а также с их преимуществами и недостатками.

Основные типы и виды стабилизаторов напряжения

Релейные

Второе наименование приборов — ступенчатые. Данный вид является самым покупаемым для использования дома и на даче. Объясняется это невысокой ценой стабилизатора и его высокой точностью регулирования. Релейные стабилизаторы работают по следующему принципу: на трансформаторе переключаются обмотки с помощью силового реле, который срабатывает автоматически. Датчик следит за состоянием сети. Если напряжение выходит за допустимые нормы, реле регулируют его. Регулировка происходит при переключении обмоток с одной на другую, напряжение которой максимально приближено к первой.

Релейные стабилизаторы предназначены для защиты следующих устройств:

  • бытовые электроприборы;
  • осветительные приборы (за исключением светодиоидных);
  • лабораторного и медицинского оборудования;
  • системы навигаций;
  • системы зарядки;
  • компьютерные и коммуникационные сети.
Читайте так же:
Lm358 как стабилизатор тока

Преимущества релейных трансформаторов:

  • компактность;
  • широкий диапазон параметров тока на входе и рабочей температуры (может работать в пределах от -40 до +40 градусов);
  • небольшая цена;
  • длительный срок службы (способен работать до 10 лет).

Отметим и недостатки релейных трансформаторов:

  • характер переключения ступенчатый;
  • в сравннии с другими типами стабилизаторов слабая способность к нагрузке рабочих контактов реле;
  • высокий аккустический шум;
  • форма синусоиды тока нагрузки при высоком входном напряжении сильно искажается — это происходит по причине магнитного насыщения сердечника.

Электронные — симисторные и тиристорные

По структуре данные устройства схожи с электромагнитными реле. Но в этом случае для ступенчатых переключений обмоток автотрансформатора используются полупроводниковые изделия. Существует несколько видов подобных электронных схем, каждая из которых отвечает за автоматическое переключение коэффициента трансформации. Сейчас производятся устройства, в которых за ступенчатое регулирование отвечают симисторы и тиристоры.

Тиристор — это полупроводниковая система, в которой существует глубокая положительная обратная связь. Она обеспечивает быстрое переключение во время работы в ключевом режиме.

Симистор представляет собой два объединенных тиристора, в которых присутствуют управляющие электроды. Они включаются в общую систему встречно-параллельно. Трансформаторы симисторного типа отличаются высоким КПД, это объясняется возможностью пропускания тока в двух направлениях.

Однако чаще приобретают устройства тиристорного типа, поскольку они выполнены по упрощенной схеме. Значит, и обслуживать такой стабилизатор будет проще.

Электронные трансформаторы используются для защиты следующих устройств:

  • видео- и аудиотехника;
  • системы кондиционирования и холодильные устройства;
  • компьюетры и их комплектующие;
  • кухонные электроприборы;
  • стиральные машины;
  • система «теплый пол».

  • высокий коэффициент стабилизации;
  • быстрая регулировка перепадов;
  • удобные параметры;
  • высокие показатели надежности;
  • низкое потребление энергии;
  • защита от внешних помех;
  • работа при температуре в помещении до -40 градусов.

Недостатки электронных стабилизаторов:

  • высокая цена;
  • высокая стоимость ремонта;
  • не подходит для работы с реактивной нагрузкой.

Сервоприводные (электромеханические)

Электромеханические трансформаторы решают одну из главных проблем устройств с механическми реле, которые могут обеспечить только ступенчатый вид регулировки выходного напряжения. Механизм работы сервоприводных стабилизаторов заключается в изменении коэффициента трансформации. Это происходит за счет щетки, которая соединена с электродом выходных клемм. Дополнительный электродвигатель помогает щетке перемещаться по вторичной обмотке.

  • невысокая стоимость;
  • небольшие размеры;
  • широкий диапазон регулировки напряжения;
  • плавный процесс регулировки;
  • устойчивость к краткосрочным перегрузкам;
  • высокий уровень КПД.
  • устройство работает шумно, особенно это заметно в ночное время суток;
  • срабатывает не моментально;
  • присутствуют движущиеся детали, которые ломаются чаще статичных;
  • необходимость в регулярном обслуживании;
  • возможность работы при температуре не ниже 5 градусов;
  • чувствительность к попаданию пыли вовнутрь устройства.

Феррорезонансные

Главная особенность подобных трансформаторов — в устройстве применяются обмотки, которые надеваются на магнитопроводы различного поперечного сечения. Феррорезонансные стабилизаторы характеризуются точностью регулировки напряжения.

Назовем плюсы подобных видов:

  • высокая надежность, которая объясняется отсутствием схем переключения;
  • долгосрочная служба;
  • способность работать в условиях повышенной влажности и перепадов температуры;
  • высокая точность выравнивания;
  • устойчивость к перегрузкам.

Перечислим минусы феррорезонансных устройств:

  • высокий уровень шума при работе;
  • крупные размеры и большая масса;
  • невозможность функционировать при значительных перегрузках;
  • зависимость качества работы от величины нагрузки;
  • образование помех электромагнитного характера.

Инверторные (бесступенчатые, бестрансформаторные, IGBT, ШИМ)

Этот вид стабилизатора считается одним из самых дорогих, но в то же время надежных. Поэтому его используют не только дома, но и на крупном производстве. Механизм воздействия инверторного стабилизатора следующий: переменный ток преобразовывается в постоянный и наоборот. Это происходит за счет наличия в устройстве микроконтролера и кварцевого генератора. На рынке представлены несколько видов устройств с разными вариантами преобразования тока. Самыми распространенными являются ШИМ-устройства и трансформаторы с IGBT-транзисторах.

  • быстрая реакция на скачки напряжения, а также точность регулировки;
  • удобные параметры устройства за счет отсутствия автоматического трансформатора;
  • КПД доходит до 90%;
  • возможность работать на холостом ходе;
  • эффективное подавление скачков и импульсных помех;
  • функционирование техники при минусовых температурах;
  • бесшумная работа;
  • высокая точность регулировки напряжения.
  • качество работы ухудшается при перегрузках;
  • высокая стоимость оборудования;
  • сложность составления схемы, из-за чего осложняются ремонтные работы;
  • при увеличении нагрузки диапазон вольт на входе уменьшается.

Однофазные и трехфазные

Стабилизаторы напряжения встречаются однофазные и трехфазыне. Если вам необходимо выбрать устройство для квартир и домов, в которых чаще всего прокладывают однофазную сеть, то приобретайте трансформатор с напряжением в 220В.

Если же у вас трехфазная сеть, то здесь можно устанавливать как однофазное, так и трехфазное оборудование. Все зависит от финансовых возможностей и условий монтажа. Специалисты утверждают, что рациональнее ставить три однофазных стабилизатора.

Это объясняется тем, что в той ситуации, когда отключится хотя бы одна фаза, все устройство отключится до тех пор, пока не будет восстановлено питание по всем фазам. Подобные проблемы не возникнут при установке трех однофазных устройств. Единственный недостаток такого выбора — занимаемая площадь.

Также аргументом в пользу установки трех однофазных стабилизаторов является тот факт, что нагрузка на линии распределяется неравномерно.

При выборе любого стабилизатора важно изучить его характеристики, одна из которых величина потребляемой мощности. Величина зависит от количества и мощности электрических приборов, который постоянно включаются в сеть.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector