Sfera-perm.ru

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

Простейший стабилизатор переменного тока

Простейший стабилизатор переменного тока

Кравцова Виталия Николаевича.

Представленные конструкции уникальны

и разработаны только автором

СТАБИЛИЗАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Стабилизаторы переменного напряжения обычно применяются при отклонении напряжения электрической сети более , чем на +10% от нормы. Современная электронная техника , как правило, имеет импульсные блоки питания и стабилизаторы не нужны , а холодильники , микроволновые печи , кондиционеры , насосы и т.д. нуждаются в стабильном напряжении. В настоящее время чаще всего применяются стабилизаторы трёх типов : электромеханические , на основе регулируемого автотрансформатора с управляемым электроприводом , релейно- трансформаторные , на основе мощного трансформатора с несколькими отводами первичной обмотки и коммутаторами вольтодобавки на электромагнитных реле , симисторах, тиристорах или мощных ключевых транзисторах а также электронные. Феррорезонансные стабилизаторы из-за многочисленных недостатков в настоящее время практически не применяются.

Электронные стабилизаторы небольшой мощности ( до 100 Вт) и высокой стабильности обычно строят по схеме упрощённого УНЧ с достаточно большим запасом по уровню питающих напряжений и мощности, на вход которого через электронный регулятор напряжения подаётся синусоидальный сигнал от вспомогательного генератора 50 Гц или от понижающей обмотки силового трансформатора. Выход усилителя нагружен на повышающий до 220 В трансформатор. Система охватывается инерционной отрицательной обратной связью по выходному напряжению, что обеспечивает стабильное , неискажённое выходное напряжение . Для получения мощности в несколько сотен Ватт применяют иные методы, чаще всего чаще используют мощные преобразователи постоянного тока в переменный с использованием нового класса полупроводников — IGBT транзисторов. Эти транзисторы в ключевом режиме способны пропускать ток в сотни Ампер , а максимально допустимое напряжение превышает 1000 В. Для управления транзисторами применяют специальные микроконтроллеры векторного управления. На затворы транзисторов с частотой несколько килогерц подаются импульсы переменной ширины, которые изменяются по программе, заложенной в микроконтроллер. Выход такого преобразователя нагружен на трансформатор. Ток в цепи обмотки трансформатора изменяется по синусоидальному закону, в то время , как напряжение имеет форму прямоугольных импульсов разной ширины. Такая схема применяется в мощных источниках бесперебойного питания, используемых для питания компьютеров. Схемы этих устройств очень сложны и практически недоступны для самостоятельного повторения. В данном разделе будут рассмотрены только наиболее простые для повторения конструкции

1. Электромеханические стабилизаторы .

Основу стабилизатора составляет бытовой регулируемый автотрансформатор или лабораторный ЛАТР. Рукоятку управления автотрансформатора удаляют , а на корпусе соосно закрепляют небольшой реверсивный двигатель с редуктором , усилие вращения которого должно быть достаточным для механического поворота бегунка автотрансформатора. Вал редуктора должен вращаться со скоростью примерно 1 оборот за 8 — 30 сек . Для большинства бытовых автотрансформаторов подходит двигатель РД-09 , который часто применялся в старых самопишущих приборах. Управление двигателем осуществляется с помощью электронной схемы, располагаемой рядом. При отклонении величины сетевого напряжения на +- 10 В подаётся команда на электродвигатель , который поворачивает бегунок регулируемого автотрансформатора до момента достижения напряжения 220 В. Схемы таких устройств приведены ниже :

Электромеханический стабилизатор с использованием логических КМОП микросхем и релейным управлением электроприводом

Электромеханический стабилизатор с бесконтактным управлением сервоприводом переменного тока

Электромеханический стабилизатор с операционным усилителем.

Электромеханический стабилизатор с симисторным управлением сервоприводом и точной настройкой порогов

Электромеханический стабилизатор с точной настройкой порогов и релейным управление серводвигателем

Достоинство описанного способа — простота схем и высокая точность поддержания выходного напряжения. Недостатки : невысокая надёжность из — за наличия вращающихся и трущихся элементов, невысокая максимально допустимая мощность нагрузки ( обычно не более 250 . 500 Вт) , дефицитность в настоящее время регулируемых автотрансформаторов и подходящих электродвигателей.

2. Релейно — трансформаторные стабилизаторы

Релейно — трансформаторные стабилизаторы являются наиболее распространёнными ввиду простоты изготовления, отсутствия дефицитных элементов и простоты достижения большой выходной мощности ( в несколько киловатт ) . Максимальная выходная мощность стабилизатора значительно превышает мощность силового трансформатора . При выборе мощности трансформатора учитывают минимально возможное напряжение в электрической сети. Если , например, минимальное напряжение сети не менее 180 В, то от трансформатора требуется вольтодобавка 40 В , т.е в 5,5 раз меньше напряжения сети . Во столько же раз выходная мощность стабилизатора будет больше мощности силового трансформатора ( без учёта КПД трансформатора и максимально допустимого тока через коммутационные элементы ). Количество ступеней регулирования напряжения обычно не превышает 3 . 6, что обеспечивает достаточную точность поддержания выходного напряжения . При расчёте числа витков обмоток трансформатора для каждой ступени напряжение электрической сети принимается равным напряжению срабатывания коммутационного элемента . Обычно в качестве коммутаторов применяют электромагнитные реле — схема получается достаточно простой и доступной для повторения. Недостаток — переключение реле сопровождается появлением дуги , которая разрушает контакты . В более сложных схемах с применением цифровых элементов переключение реле производится в момент перехода сетевой полуволны через ноль , что исключает появление искры, правда реле должны быть очень быстродействующими , или включение должно производиться на спаде предыдущей полуволны. При использовании в качестве коммутаторов симисторов , тиристоров или высоковольтных ключевых транзисторов схема получается более надёжной , но гораздо сложнее из-за необходимости гальванической развязки между управляющими электродами и схемой управления. Требуется применение оптронных элементов или разделительных импульсных трансформаторов . Ниже приведены принципиальные схемы нескольких релейно — трансформаторных стабилизаторов , разработанных автором странички в разное время :

Читайте так же:
Микросхема импульсного стабилизатор напряжения тока

Релейно — трансформаторный стабилизатор с использованием счетверённого компаратора и коммутацией обмоток трансформатора с помощью электромагнитных реле

Мощный релейно — трансформаторный стабилизатор и использованием реле с большим током срабатывания

Цифровой релейно — трансформаторный стабилизатор с коммутацией на электромагнитных реле

Цифровой релейно — трансформаторный стабилизатор с коммутацией на электромагнитных реле и улучшенными характеристиками

Цифровой релейно — трансформаторный стабилизатор с коммутацией на электромагнитных реле для питания холодильников . Обеспечивает задержку включения нагрузки при кратковременном пропадании сетевого напряжения , а также отключение нагрузки при увеличении сетевого напряжения свыше 260 В

Вам нужно разработать сложное электронное устройство?

Регуляторы-стабилизаторы переменного тока

На рис.14.1.а представлена упрощенная схема стабилизатора, отпайки автотранс-форматора которого переключаются тиристорами VS1, VS3 и VS2, VS4. Стабилизация выходного напряжения в данной схеме осуществляется изменением моментов переключения отпаек автотрансформатора. Положительный полупериод входного напряжения в проводящем состоянии могут находится тиристоры VS1 или VS2, в отрицательной – VS3 или VS4. Коммутации тиристоров в такой схеме происходят под воздействием напряжения автотрансформатора. Для обеспечения естественной коммутации тиристоров необходимо чтобы переключение происходило на отводы с более высоким потенциалом. Например, в положительную полуволну выходного напряжения включается VS2, а затем VS1. В этом случае при включении VS1 образуется короткозамкнутый контур, в котором развивается ток направленный встречно току нагрузки, протекающему через VS2. В результате тиристор VS2 выключается и ток начинает проводить тиристор VS1. Регулирование действующего значения выходного напряжения может в данной схеме производится плавно за чет изменений моментов переключения тиристоров. На рис.14.1.б) представлена диаграмма выходного напряжения стабилизатора при чисто активной нагрузке.

Рис.14.1. Стабилизатор напряжения с тиристорами переключающими отпайки авто-трансформатора: а) схема; б) диаграмма выходного напряжения при активной нагрузке.

При активно-индуктивной нагрузке возникает необходимость в усложнении схемы управления тиристорами. Это объясняется тем, что ток в нагрузке будет отставать от на-пряжения на обмотке автотрансформатора, а включение тиристоров происходит в моменты прохождения тока нагрузки через нуль. Встречно-параллельно включенные тиристоры могут непосредственно использоваться в качестве регуляторов-стабилизаторов напряжения (рис.14.2.а). Когда Uвх положительно подается управляющий импульс на тиристор VS1. Момент подачи управляющего импульса определяется углом управления α. В отрицательный полупериод ток нагрузки проводит тиристор VS2, который также включается в момент определенный углом α. Включение VS1 и VS2 происходит при снижении протекающего через них тока нагрузки до нуля. Если нагрузка чисто активная, то форма кривой тока нагрузки совпадает с кривой входного напряжения. При активно-индуктивной нагрузке в связи с отставанием тока от напряжения тиристоры VS1 и VS2 будут включаться позже.

Рис.14.2. Стабилизатор напряжения на встречно-параллельно включенных тиристорах: а) схема; б) диаграмма выходного напряжения при активной нагрузке.

Регуляторы-стабилизаторы, выполненные на основе схем со встречно-параллельно включёнными тиристорами, являются сравнительно простыми и экономичными, имеют малые габариты, небольшую массу и позволяют регулировать выходное напряжение в широких пределах. Наиболее существенным недостатком является значительное искажение формы кривой выходного напряжения. Кроме того, при необходимости регулирования выходного напряжения до значений превышающих входное напряжение, в схеме обязательно должен присутствовать трансформатор или автотрансформатор.

Используя реактивные элементы (конденсаторы и реакторы) в сочетании с тиристо-рами, можно получить бестрансформаторную схему стабилизатора, имеющую выходное напряжение больше входного (рис.14.3 а). Принцип действия схемы поясняется векторной диаграммой (рис.14.3 б).

Рис.14.3. Стабилизатор напряжения с регулируемой индуктивностью: а) принципиальная схема; б) векторная диаграмма напряжений и токов.

Входное напряжение Uвх равно геометрической сумме выходного напряжения Uвых и напряжения на реакторе ∆UL. Если изменять входной ток Iвх, то будут изменяться напряжение ∆UL и напряжение Uвых. При этом выходное напряжение Uвых можно регулировать так, что его значение станет либо меньше, либо больше Uвх.

Основным достоинством рассматриваемой схемы является малое искажение формы выходного напряжения благодаря наличию конденсатора С, однако установленные мощ-ности конденсатора и реактора L2 относительно велики (в 2-3 раза выше номинальной мощности нагрузки).

Импульсные регуляторы

В основе работы импульсных или ключевых регуляторов напряжения лежит следующий принцип. Предположим, что нагрузка подключена к источнику напряжения через ключевой элемент К, (рис. 15.4.) который периодически замыкается и размыкается.

Время замкнутого tз и разомкнутого tр состояния ключа можно изменять, воздействуя на него сигналами, поступающими из системы управления (СУ). В результате к нагрузке будет приложено импульсное напряжение, форма которого соответствует диаграмме представленной на рис.15.4.б. Очевидно, что среднее значение напряжения на нагрузке будет зависеть от соотношения времени замкнутого и разомкнутого состояния ключа К.

Отношение q =T/tз называют скважностью работы ключа. Изменяя скважность q, можно регулировать выходное напряжение на нагрузке. Регулирование напряжения в ассматри-ваемой схеме за счет изменения скважности, можно рассматривать как модуляцию вход-ного напряжения ключом К. Возможны три способа модуляции входного напряжения:

1. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ), когда время tз — переменная, а частота f -постоянная. 2. Частотно — импульсная модуляция (ЧИМ), когда время tз — постоянная, а частота f -переменная. 3. Широтно-частотная модуляция (ШЧМ), когда время tз и частота f -переменные.

Читайте так же:
Импульсный стабилизатор тока схема 10а

Система автоматического управления ключом может быть выполнена, как с цепью обратной связи (регулирование по отклонению), так и без цепи обратной связи, с контро-лем входного напряжения (регулирование по возмущению). В этих случиях ключевой ре-гулятор можно считать регулятором компенсационного типа. Кроме того, существует класс ключевых регуляторов с регулированием релейного типа. В таких преобразователях сигнал в цепи обратной связи, подаваемый на исполнительный орган (в данном случае ключ К) изменяется скачком , когда сигнал рассогласования эталонного и контролируемого напряжений становятся равным нулю. При расчете ключевых регуляторов чаще всего используются следующие параметры:

1. Среднее значение выходного напряжения

2. Действующее значение выходного напряжения

3. Коэффициент формы

4. Коэффициент пульсации

В некоторых схемах ключевой элемент может быть включен параллельно нагрузке рис.15.5.

Сущность регулирования напряжения в таких схемах аналогична, но сами схемы и электромагнитные процессы в регуляторах с параллельным ключом значительно отличаются от схем и процессов, протекающих в регуляторах с последовательным ключевым элементом. Поскольку напряжение после ключевого элемента носит явно выраженный импульсный характер, в ключевых регуляторах устанавливают фильтры состоящие из реактивных элементов — индуктивности и емкости. Назначение выходных фильтров- отфильтровывать переменную составляющую напряжения, уменьшив тем самым коэффициент пульсации напряжения на нагрузке. Помимо выходных фильтров, некоторые регуляторы содержат входные фильтры, предназначенные для уменьшения пульсации тока, потребляемого от источника постоянного тока. В большинстве схем ключевых регуляторов параметры фильтра опре-деляют характер электромагнитных процессов, протекающих в схеме, и расчет их имеет свои особенности.

Основным достоинством импульсных регуляторов является высокий КПД, обуслов-ленный малыми потерями в регулируемом ключевом элементе. Следствием высокого значения КПД импульсных регуляторов является их хорошие массогабаритные показатели. В то же время наличие высокого уровня пульсации при регулировании вызывает необходимость в увеличении коэффициента сглаживания фильтров регулятора, однако последнее может быть реализовано при сравнительно небольшой установленной мощности элементов фильтра, если повысить рабочую частоту регулятора до рациональных значений для каждого конкретного случая.

Стабилизатор напряжения 220В для дома: гарантия бесперебойной работы бытовой техники

Нестабильное напряжение в электросети может необратимо вывести из строя бытовую технику и электронную аппаратуру в доме. Даже если срок гарантийного обслуживания техники еще не прошел, в сервисе вам откажут, так как гарантия действует при условии эксплуатации с напряжением 220В (±10%). Стабилизатор напряжения 220В для дома — защитное устройство, специально предназначенное для выравнивания перепадов и скачков напряжения в электросети. Современные регуляторы напряжения для дома имеют малый вес и габариты, могут быть легко перенесены в любое, удобное для работы, место.

Стабилизатор напряжения 220В для дома: виды и характеристики приборов

Колебания напряжения в электросети могут наблюдаться по разным причинам: в зимний период — это повсеместное включение электрокалориферов для дополнительного обогрева, что ведет к уменьшению напряжения, в летний сезон — повышение напряжения могут спровоцировать молнии, возможно, попадающие в подстанции. Стабилизаторы напряжения 220В для дома созданы специально для сглаживания колебаний и перепадов напряжения в сети.

Полезный совет! Чтобы существенно продлить срок эксплуатации бытовой и электронной техники, следует использовать ее в сберегающем режиме электропитания, подключая через стабилизатор напряжения.

Чтобы узнать, как выбрать стабилизаторы напряжения 220В для дома, стоит ознакомиться с видами и преимуществами этих приборов. Производители этих устройств предлагают несколько видов стабилизаторов.

Стационарные стабилизаторы подключаются к распределительному щитку, а локальные — непосредственно с электроприборам

Электронные (релейные) выпрямители

Такие преобразователи обладают высокой эффективностью и быстрой реакцией на колебания в сети. Содержат в себе обмотки трансформатора с многочисленными ответвлениями. Стойки к перепадам напряжения ввиду отсутствия в приборе механических элементов.

Преимущества электронного стабилизатора напряжения 220В для дома:

  • компактный размер;
  • бесшумная работа;
  • широкий диапазон преобразования;
  • работа с перегрузкой (до 110% от номинальной);
  • приемлемая цена, длительный срок эксплуатации.

Из недостатков — невысокая точность выходного напряжения (погрешность до 8%). Если в доме потребляется много электроэнергии, такой стабилизатор нецелесообразен.

Электронный (релейный) стабилизатор напряжения IEK CHP1-1-1 кВА

Электромеханические стабилизаторы

Устройство этого выпрямителя предполагает электродвигатель внутри катушки. Он приводит в движение по обмотке щеток с графитовым наконечником. Достаточно мощные устройства отличаются плавностью регулирования и высокоточным выходным напряжением.

  • высокая производительность;
  • переносимость перегрузок (до 200%);
  • бесшумная работа;
  • доступная цена;
  • долговечность.

Из отрицательных моментов:

  • низкая скорость выравнивания;
  • необходимость в техобслуживании;
  • периодический выход из строя механических элементов;
  • неспособность работать при отрицательно температуре ниже 5°С.

Внутреннее устройство электромеханического стабилизатора напряжения

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения

В своем устройстве имеют две и более катушки проволоки, нанизанные на металлические стержни конденсатора. Преимущества:

  • высокая скорость реакции на колебания в сети;
  • работа при диапазоне температур от -40°С до +50°С;
  • долговечность эксплуатации.

Недостатки феррорезонансных стабилизаторов напряжения 220В для дома:

  • цена;
  • большие габариты;
  • искажение выходных показателей;
  • шумная работа;
  • уязвимость к изменению частоты;
  • невозможность функционирования при нагрузке ниже номинальной на 10-20%.
Читайте так же:
Lm317 стабилизатор тока даташит

Принцип работы феррорезонансного стабилизатора напряжения

Какие стабилизаторы напряжения выбрать для частного дома: однофазные или трехфазные

По способу соединения стабилизаторы могут быть стационарные, когда устройство подключают к щитку, и локальные, соединенные непосредственно с электроприбором. Различают однофазные и трехфазные модели стабилизаторов:

  • однофазные — рассчитаны на электросеть с напряжением в 220В, используются для бытовой техники;
  • трехфазные — работают при напряжении 380В, рассчитаны на большие нагрузки, применяемые в основном на производстве.

Определяясь с типом преобразователя для частного дома, нужно уточнить, какой кабель подведен к строению. Если кабель содержит не более трех проводов — система электроснабжения однофазная. Если имеется четыре жилы — электропитание трехфазное. Довольно часто в домах частной собственности используется трехфазная сеть. Многие владельцы в подсобных помещениях устанавливают деревообрабатывающие станки или какие-либо электродвигатели, являющиеся трехфазными потребителями.

Схема подключения трехфазного стабилизатора (380В) к электросети

Выбирая стабилизаторы, можно пойти двумя путями: приобрести трехфазный стабилизатор, выбор которых невелик и представляет собой в основном электромеханические модели; или перераспределить трехфазную нагрузку на однофазные приборы-потребители. Таким образом, из трехфазной электросети получается три отдельных однофазных сети. Нагрузка на каждую из отдельных сетей будет различна по мощности, в зависимости от используемой техники.

Статья по теме:

Правильное подключение стиральной машины к водопроводу и канализации. Выбор места для установки. Правила подсоединения к различным видам коммуникаций.

Приобретая стабилизаторы напряжения, следует учитывать их мощность. Если указано, что при работе стабилизатора отмечаются потери мощности на половину, следует выбирать прибор с большей мощностью.

Полезный совет! Приобретая стабилизатор напряжения для дома, обращайте внимание на маркировку, обозначенную на устройстве: У — узкий диапазон перепадов; ПТ — устройство с повышенной точностью; Ш- широкий диапазон перепадов и переносимость повышенных нагрузок.

Выбирайте относительно бесшумные модели с приемлемыми размерами. Если место для установки прибора в доме ограничено, можно использовать настенные стабилизаторы напряжения 220В для дома. Учитывая отсутствие шума, компактные размеры, современный дизайн и удобный монтаж настенных стабилизаторов, популярность этих приборов неизменно растет.

Схема подключения однофазного стабилизатора (220В) к электросети

Как рассчитать мощность стабилизатора

Чтобы безошибочно определить мощность преобразователя, необходимо суммировать мощности всей техники, приходящейся на выпрямитель и добавить к полученной сумме 30%, чтобы был небольшой запас мощности. Так, если суммарная мощность всей техники в доме составляет 4 кВт, понадобится подключение однофазного стабилизатора напряжения 5 кВт.

Каждый бытовой прибор на задней панели имеет информацию о потребляемой мощности. При расчете следует пользоваться пусковым значением мощности. Это значение определяется как произведение мощности прибора с электродвигателем и коэффициента кратности.

Коэффициент кратности для разных бытовых электроприборов:

  • холодильник, автоматическая стиральная машина — 3-5;
  • микроволновка, болгарка — 2;
  • кондиционеры — 2-35;
  • перфоратор — 3.

Стабилизатор выравнивает колебания и перепады в электросети, подавая потребителям стабильное напряжение в 220В

К примеру, мощность при пуске микроволновой печи на 0,6 кВт будет равна 0,6х2 = 1,2 (кВт).

Полезный совет! При расчете мощности стабилизатора, необходимо учитывать не суммарные пусковые мощности всей имеющейся у вас бытовой техники, а выбрать самое мощное электрооборудование для подключения через выпрямитель. По мощности этого прибора и определяется мощность стабилизатора.

Мощность стабилизатора быстрее и проще рассчитать, опираясь на показатель мощности автоматов, установленных в щитке. Если мощность автомата 25А, а сетевое напряжение 220В, необходимая активная мощность стабилизатора будет равна 5500 Вт (25х220) или 5,5 кВт. Также стоит учитывать и сечение провода в разводке: если квартира расположена в доме старой постройки, то проводка в таких домах имеет сечение 4 мм² с максимальным током в 32А и устанавливать мощный выпрямитель не имеет смысла. Для новых домов будет актуален стабилизатор мощностью 20 кВА. Такое оборудование способно уберечь бытовые приборы от короткого замыкания.

Нужную мощность стабилизатора можно рассчитать, ориентируясь на показатель мощности автоматов, установленных в щитке

Выбор стабилизатора напряжения для дома

Рынок электрооборудования предлагает большой ассортимент стабилизаторов напряжения разных производителей. Среди них Вольт, Ресанта, Volter, Luxeon и другие.

Наиболее актуальной областью использования стабилизаторов напряжения является защита видеоаппаратуры, холодильников, насосов и другой бытовой техники. Преобразователи справятся с проблемой скачков напряжения, перегрузок, перегревов и короткого замыкания.

Заслуженной популярностью пользуются преобразователи фирмы Ресанта. Если перепады напряжения в сети наблюдаются часто, можно отдать предпочтение релейному стабилизатору напряжения 220В для дома Ресанта на 10 кВт. Такие стабилизаторы подходят для многих видов бытового оборудования: холодильников, электроплит, насосов и газовых котлов.

Если в доме есть много электротехники, предполагающей одновременную работу нескольких приборов, а напряжение время от времени скачет от 190В до 250В, то защитить оборудование можно через подключение мощного однофазного стабилизатора напряжения 15 кВт. Этот выпрямитель обеспечит бесперебойное функционирование нескольких потребителей с различной нагрузкой.

Если к дому подведен трехфазный кабель, а использовать потребители на 380В не предполагается, есть смысл приобрести несколько однофазных стабилизаторов, причем они могут быть разными по типу и цене. Все зависит от вашего выбора. К примеру, если основное и самое мощное оборудование у вас находится на кухне, можно использовать однофазный стабилизатор напряжения 10 кВт. Для помещений гостиной и спальни, где из техники находится только телевизор и компьютер, можно обойтись подключением однофазного стабилизатора напряжения 3 кВт. Кроме того, на разных фазах можно использовать более или менее точные выпрямители, которые соответственно различны и по стоимости.

Читайте так же:
Регулируемый стабилизатор тока для зарядных устройств

Сборка стабилизатора напряжения 220В своими руками

Многие умельцы считают стоимость заводских выпрямителей слишком высокой, поэтому предпочитают изготовить его самостоятельно. Все комплектующие для прибора приобретаются в соответствующих магазинах. Собирается преобразователь своими руками по схеме стабилизатора напряжения 220В. Схему размещения всех элементов печатают на принтере и переносят на плату, используя обычный утюг.

Из положительных качеств таких стабилизаторов можно отметить только низкую стоимость и возможность заменить вышедший из строя элемент самостоятельно. Что касается качества и надежности таких моделей, то здесь явное преимущество у заводских приборов. Ведь для того, чтобы собрать модель с высокой эффективностью и мощностью необходимо специальные измерительные приборы.

Чтобы собрать стабилизатор самостоятельно, потребуется разобраться во всех тонкостях функционирования выпрямителей, приобрести все соответствующие детали и выполнить их корректный монтаж. Если такой уверенности нет, лучше отдать предпочтение качественной заводской модели, пусть и более дорогой по стоимости, но превосходящей по всем остальным критериям самодельный аналог.

Если цена всего бытового оборудования и электроприборов, находящихся в вашем доме значительно выше, чем стоимость даже дорогого преобразователя напряжения, будет естественным решение о его приобретении.

Управление скоростью вращения однофазных двигателей

Однофазные асинхронные двигатели питаются от обычной сети переменного напряжения 220 В.

Наиболее распространённая конструкция таких двигателей содержит две (или более) обмотки — рабочую и фазосдвигающую. Рабочая питается напрямую, а дополнительная через конденсатор, который сдвигает фазу на 90 градусов, что создаёт вращающееся магнитное поле. Поэтому такие двигатели ещё называют двухфазные или конденсаторные.

Регулировать скорость вращения таких двигателей необходимо, например, для:

  • изменения расхода воздуха в системе вентиляции
  • регулирования производительности насосов
  • изменения скорости движущихся деталей, например в станках, конвеерах

В системах вентиляции это позволяет экономить электроэнергию, снизить уровень акустического шума установки, установить необходимую производительность.

Способы регулирования

Рассматривать механические способы изменения скорости вращения, например редукторы, муфты, шестерёнчатые трансмиссии мы не будем. Также не затронем способ изменения количества полюсов обмоток.

Рассмотрим способы с изменением электрических параметров:

  • изменение напряжения питания двигателя
  • изменение частоты питающего напряжения

Регулирование напряжением

Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя — разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:

n1 скорость вращения магнитного поля

n2 — скорость вращения ротора

При этом обязательно выделяется энергия скольжения — из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.

Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз — то есть, снижением питающего напряжения.

При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.

Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.

Автотрансформаторное регулирование напряжения

Автотрансформатор — это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.

На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.

Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.

Преимущества данной схемы:

      • неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
      • хорошая перегрузочная способность трансформатора

Недостатки:

      • большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
      • все недостатки присущие регулировке напряжением

Тиристорный регулятор оборотов двигателя

В данной схеме используются ключи — два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.

Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно «отрезается» кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.

Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.

Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки — ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).

Ещё один способ регулирования — пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно — шумы и рывки при работе.

Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:

  • устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
  • добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
  • ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения — для гарантированного старта двигателя
  • используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора
Читайте так же:
Для чего нужны стабилизаторы тока

Достоинства тиристорных регуляторов:

      • низкая стоимость
      • малая масса и размеры

Недостатки:

      • можно использовать для двигателей небольшой мощности
      • при работе возможен шум, треск, рывки двигателя
      • при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
      • все недостатки регулирования напряжением

Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом.

Транзисторный регулятор напряжения

Как называет его сам производитель — электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.

Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы — полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).

Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.

Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.

Выходной каскад такой же как и у частотного преобразователя, только для одной фазы — диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.

Плюсы электронного автотрансформатора:

        • Небольшие габариты и масса прибора
        • Невысокая стоимость
        • Чистая, неискажённая форма выходного тока
        • Отсутствует гул на низких оборотах
        • Управление сигналом 0-10 Вольт

Слабые стороны:

        • Расстояние от прибора до двигателя не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора)
        • Все недостатки регулировки напряжением

Частотное регулирование

Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина — не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.

Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие — массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.

На данный момент частотное преобразование — основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.

Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.

Однофазные двигатели могут управляться:

  • специализированными однофазными ПЧ
  • трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора

Преобразователи для однофазных двигателей

В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей — INVERTEK DRIVES.

Это модель Optidrive E2

Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.

При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока:

f — частота тока

С — ёмкость конденсатора

В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:

Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя — в некоторых моделях это сделать довольно сложно.

Преимущества специализированного частотного преобразователя:

        • интеллектуальное управление двигателем
        • стабильно устойчивая работа двигателя
        • огромные возможности современных ПЧ:
          • возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
          • многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
          • входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
          • различные выходы
          • коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
          • предустановленные скорости
          • ПИД-регулятор

Минусы использования однофазного ПЧ:

        • ограниченное управление частотой
        • высокая стоимость

Использование ЧП для трёхфазных двигателей

Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:

Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:

Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого — магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.

В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.

При работе без конденсатора это приведёт к:

  • более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
  • разному току в обмотках

Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна

Преимущества:

          • более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
          • огромный выбор по мощности и производителям
          • более широкий диапазон регулирования частоты
          • все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)

Недостатки метода:

          • необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
          • пульсирующий и пониженный момент
          • повышенный нагрев
          • отсутствие гарантии при выходе из строя, т.к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector