Sfera-perm.ru

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

Схема импульсного стабилизатора напряжения тока

Импульсные стабилизаторы напряжения на микросхемах LM2576 и LM2596
(1,5-50 В) для блоков питания с регулируемым выходным напряжением и высоким КПД.

Регуляторы серии LM2576 это монолитные интегральные схемы, которые обеспечивают все активные функции понижающего импульсного стабилизатора, поддерживающие максимальный ток 3А в линии нагрузки. Эти устройства доступны в версиях как с фиксированными, так и с изменяемыми выходными напряжениями, требуют минимальное количество внешних компонентов, просты в использовании, работают на частоте встроенного генератора 52 кГц.
Полезным бонусом является введённая в LM2576 схема защиты, срабатывающая при превышении тока нагрузки сверх положенных 3А.

Для наших регулируемых целей подойдут микросхемы с маркировкой LM2576ADJ (с максимальным входным напряжением 40 Вольт), либо LM2576HV-ADJ (с максимальным входным напряжением 55 Вольт).

Принципиальная схема регулируемого блока питания взята прямиком из datasheet-а на микросхему.

Рис. 1

В сети эта же схема повсеместно гуляет и для устройств, построенных на микросхеме LM2596, работающей с большей частотой встроенного генератора, и, соответственно, с уменьшенными значениями индуктивностей.
Это не совсем правильно! У LM2596 схема включения согласно технической документации построена несколько иначе, чем у LM2576. Поэтому будьте бдительны — есть нюансы.

На схеме я умышленно не стал рисовать трансформатор и диодный мост, чтобы не ограничивать выбор радиолюбителя только силовыми низкочастотными трансформаторами. Данный регулируемый стабилизатор с не меньшим успехом можно совокупить и с импульсным источником напряжения, к примеру, таким, как приведён на странице по ссылке ссылка на страницу.

В качестве L1 производитель рекомендует промышленный дроссель на жёлтом кольце PE-92108 (Рис.2 слева), но не кто не мешает вооружиться и дроссельком отечественного производителя (КИГ), намотанном на цилиндрическом магнитопроводе (Рис.2 справа).


Рис. 2

На мой непредвзятый взгляд купить готовый дроссель проще, чем искать подходящий сердечник для самостоятельной намотки. Однако для желающих самолично вырастить дубраву из жёлудя, вполне подойдут кольца, выдернутые из блока питания ПК, либо AMIDON-овские из карбонильного железа жёлто-белого цвета (материал 26), либо сине-зелёные (материал 52).
Главное, чтобы полученное моточное изделие обладало индуктивностью 150мкГн и пропускало токи — не менее 3А. Намоточный провод должен иметь диаметр 1мм.

В качестве иллюстрации к нашей повести приведу пример радиолюбительской реализации регулируемого блока питания на LM2576, позаимствованный с сайта www.komitart.ru (Рис. 3).


Рис. 3

И для кучи пример преобразователя напряжения с сайта http://320volt.com (Рис. 4).


Рис. 4

Что тут скажешь?
Отечественный радиолюбитель явно сэкономил на размере кольца, да и количество витков — немного из другой оперы.
В буржуйском варианте всё отлично! Особенно порадовала обширная «земля», которая является хорошим подспорьем, как для овощеводов Якутии, так и для всех тех, кто ведёт суровую борьбу против высокочастотных наводок и помех в устройствах со значительными величинами протекающих импульсных токов.

К сожалению, оба ваятеля проигнорировали выходной фильтр L2-C1 (Рис.1), который производитель микросхемы обозначил как необязательный (опционный) причиндал. А зря!

Если стабилизированный источник планируется использовать для запитывания не только моторов, лампочек и светодиодов, то значение уровня пульсаций выходного напряжения является не менее важным, чем параметр стабильности выходного напряжения. Тут-то и должна вступить в действие опционная LC-цепочка, позволяя снизить величину этих пульсаций в десяток-другой раз.

Теперь, что касается импульсных регулируемых стабилизаторов напряжения на микрсхеме LM2596.

Максимальное входное напряжение для этих микросхем ограничено значением 40В, соответственно максимальное стабилизированное напряжение на выходе составляет величину 37В, максимальный ток нагрузки — 3А.
Казалось бы — всё хуже, чем у LM2576HV. И на кой оно нам надо?
А тут всё дело в в том, что микросхемы серии LM2596 работают на частоте встроенного генератора не 52, а 150кГц, позволяя использовать компоненты фильтра меньших номиналов, а соответственно, и меньших размеров.
Приведём схему включения LM2596 согласно datasheet-а.


Рис. 5

Cin — 470 μF, 50-V, Aluminum Electrolytic Nichicon PL Series
Cout — 330 μF, 35-V Aluminum Electrolytic, Nichicon PL Series
D1 — 5A, 40V Schottky Rectifier, 1N5825
L1 — 47 μH,
R1 — 1 kΩ, 1%

Всё достаточно близко к схеме включения M2576, представленной на Рис.1. И разница в значении R1 1 кОм, против 1,2 кОм, скорее всего ни на что не повлияет. По большому счёту — всё различие только в компенсационном конденсаторе Cff, обеспечивающем, по убеждению производителя, дополнительную стабильность работы устройства.
Значение номинала этого конденсатора находится в диапазоне 390pF-33nF в зависимости от выходного напряжения. Если стабилизатор предполагается делать регулируемым, его значение следует выбрать в диапазоне 1-1,5 nF.

При разработке конструктива и печатных плат стабилизаторов на микросхемах LM2576 и LM2596 переменный резистор R2, регулирующий выходное напряжение, следует располагать в непосредственной близости к печатной плате (длина соединительных проводов не должна превышать 3-5 см).

2.4.4 Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения

Выходное напряжение линейных стабилизаторов обычно меньше Uвх на величину падения напряжения на регулирующем элементе. КПД непрерывных стабилизаторов мал (2575 %), так как на регулируемом элементе рассеивается значительная мощность. В импульсных стабилизаторах регулируемое сопротивление заменяется ключом. В качестве ключа обычно применяют транзистор, который периодически переходит из закрытого состояния в открытое и наоборот, подсоединяя или отсоединяя нагрузку, и тем самым регулируя среднюю мощность, забираемую ею от источника. Величина Uвых зависит от соотношения длительности открытого и закрытого состояний ключа. Частота переключений регулируемого элемента от единиц до сотен кГц, поэтому сглаживание пульсаций достигается малогабаритным фильтром, включенным после регулируемого элемента. Так как потери мощности в ключе малы, КПД достигает 0,850,95 при относительной нестабильности 0,1%.

Функциональная схема понижающего импульсного стабилизатора приведена на рис 2.4.18

.

В схеме управления СУ  сравнивающее устройство, ИОН  источник опорного напряжения, ИУ  импульсное устройство.

Регулируемый транзистор VT работает в режиме переключений и соединен последовательно с сопротивлением нагрузки Rн. Дроссель и конденсатор образуют сглаживающий фильтр для сглаживания пульсаций Uвых. Диод VD включен в обратном направлении.

Сигнал ошибки, возникший из-за дестабилизирующих факторов, подается со схемы сравнения, которая содержит ИОН, на вход ИУ. В ИУ происходит преобразование медленно меняющегося постоянного напряжения в последовательность импульсов. Если ИУ создает на своем выходе импульсную последовательность с постоянным периодом повторения и с меняющейся в зависимости от сигнала ошибки длительностью импульса tи, то схему называют стабилизатором с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), если tи = const, а меняется частота, то это стабилизатор с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ). Если же ИУ замыкает ключ при Uвых Uпор, то такую схему называют релейным или двухпозиционным стабилизатором. VT, VD, L, C образуют силовую цепь, а СУ, ИУ и ИОН  цепь управления.

Рассмотрим работу релейного стабилизатора (рис.2.4.19). При подаче Uвх VT открыт и ток через дроссель поступает в Rн. Конденсатор заряжается в течение tи. Относительная длительность импульса и/T.UL= UвхUвых. Когда UнUнmax, в цепи ООС вырабатывается такой управляющий сигнал, который запирает VT и ik=0 . В дросселе возникает противо-ЭДС, препятствующая снижению тока, что способствует отпиранию диода. Энергия, запасенная в фильтре, поступает в Rн. iд протекает через дроссель, С, Rн, VD. При уменьшении iд уменьшается Uн и когда UнUн.мин, схема управления вырабатывает отпирающий сигнал, VT открывается, пропуская ток в нагрузку. iL=i н=ik+iд. Uвых сохраняет заданный средний уровень Uн. Из равенства нулю постоянной составляющей напряжения на дросселе следует:

T( UвхUвых)=(T  T) Uвых,

Принцип действия стабилизатора с ШИМ иллюстрирует рис.2.4.20. Частота переключения регулируемого транзистора постоянна. Изменяется соотношение между длительностями открытого и закрытого состояний регулирующего транзистора. На вход сравнивающего устройства (компаратора) подаются два сигнала, один из которых UГПН поступает с генератора пилообразного напряжения, а второй  с выходного делителя. Переключение транзистора будет происходить в момент равенства этих сигналов. При увеличении Uвх возрастает KUвых, (K – коэффициент деления выходного делителя) что вызывает уменьшение длительности открытого состояния транзистора и соответствующее уменьшение Uн. По сравнению с релейным стабилизаторы с ШИМ более сложны и содержат большее число элементов.

В стабилизаторе с ЧИМ tи =const , а частота изменяется. Недостатки такого стабилизатора: сложность схемы управления, обеспечивающей изменение частоты в широких пределах; уменьшение коэффициента сглаживания при уменьшении частоты. В стабилизаторах с ШИМ можно подобрать оптимальную частоту, при которой КПД наибольший.

В стабилизаторах с ЧИМ и ШИМ пульсации выходного напряжения меньше. В релейном стабилизаторе Uвых

принципиально не может быть равна нулю, так как периодическое переключение триггера в схеме управления возможно при изменении Uн в пределах от U н.макс до Uн.мин.

В импульсном стабилизаторе с параллельным включением транзистора (рис.2.4.21) VT открыт в течение tи =T, ULUвх, в дросселе накапливается энергия, а конденсатор разряжается на нагрузку. При запирании транзистора в дросселе наводится ЭДС самоиндукции.

Uвых = Uвх +UL. Под действием этого напряжения открывается диод и конденсатор заряжается. Напряжение на дросселе UL=UвыхUвх. Постоянная составляющая напряжение на дросселе равна нулю, поэтому

UвхT = (Uвых хUвх)(T  T),

Uвых = Uвх /(1  ). (2.4.16)

Это стабилизатор повышающего типа.

В инвертирующем стабилизаторе (рис. 2.4.22) при открытом VT в течение T в дросселе запасается энергия, UL= Uвх, конденсатор разряжается на нагрузку. При закрытом VT в дросселе индуцируется ЭДС с обратным знаком. UL= Uвых в течение T-T. Конденсатор заряжается от дросселя через открытый диод. Так как постоянная составляющая напряжения на дросселе равна нулю,

Величина выходного напряжения может быть больше входного, если >0,5 и меньше входного, если 

Импульсные стабилизаторы напряжения

Основным элементом импульсных стабилизаторов напряжения является регулирующий элемент-транзистор, периодически пере­ключающийся из режима насыщения в режим отсечки. Если тран­зистор работает в таком режиме, то значительно снижается мощность, рассеиваемая на регулирующем элементе, что позволяет значительно повысить к. п. д. стабилизатора. В импульсных ста­билизаторах напряжения стабилизация осуществляется за счет изменения соотношения времени открытого и закрытого состояния регулирующего транзистора. При этом среднее значение выходного напряжения поддерживается неизменным с заданной степенью точности при воздействии дестабилизирующих факторов.

Мощность, выделяемая в нагрузке, определяется входным напряжением, сопротивлением нагрузке и соотношением времени открытого и закрытого состояния регулирующего транзистора. Изменяя это соотношение, можно регулировать мощность, вы­деляемую на нагрузке без значительных потерь на регулирующем элементе. Пульсации выходного напряжения, вызванные замыка­нием и размыканием транзисторного ключа, снижаются сглажи­вающим фильтром, включаемым на выходе.

При этом коэффициент сглаживания пульсаций будет тем больше, чем выще частота пульсаций по отношению к собственной частоте контура.

В функциональной схеме силовой цепи компенсационного ста­билизатора с импульсным регулированием (рисунок 5.16, а) регулирующий элемент условно показан в виде ключа S. Индуктивность L, и конденсатор С являются элементами сглаживающего фильтра.

Рис.5.16. Функциональные схемы силовой цепи понижающего (а), повышающего (в) и полярно-инвертирующего (г) импульсных стабилизаторов напряжения; кривые изменения напряжений (б)

При замыкании ключа S на вход фильтра будет подаваться входное напряжение Uвхв течение времени tп (рисунок 5.16, б) в виде импульса прямоугольной формы. Через катушку индуктивности потечет линейно возрастающий ток, так как э. д. с. самоиндукции ее будет противодействовать основному потоку, создаваемому вход­ным напряжением. Через нагрузку также потечет ток и будет заряжаться конденсатор С. В момент размыкания ключа S ток через индуктивность L достигнет максимального значения. Напряжение на катушке в этот момент, противодействуя пропаданию основного напряжения, поменяет полярность. Откроется диод VD и через нагрузку во время паузы tп потечет ток, замыкающийся по цепи LRH VD. При снижении потенциала катушки ниже потенциала заряженного конденсатора С диод закроется, и ток в нагрузке в этом интервале времени будет сохраняться за счет разряда конденсатора.

Время разомкнутого состояния ключа tПможно подобрать таким, чтобы ток через катушку индуктивности не достигал нулевого значения. При следующем замыкании ключа процесс будет повторяться. Период следования равен сумме длительности импульсов tИ и пауз tG: .

Среднее значение напряжения на выходе фильтра (на нагрузке)

. Из этого выражения следует, что при постоянных значениях напряжения Uвх и периода следования Т напряжение на выходе стабилизатора Uвых будет пропорциональ­но длительности импульса tи. Обозначим отношение tи/Iчерез коэффициент заполнения Кзпричем К3

Для получения на выходе напряжения, превышающего входное, применяют так называемые повышающиеимпульсные стабилиза­торы. В схеме (рисунок 5.16, в) использованы те же элементы, что и в схеме (см. рисунок 5.16, а), но изменена схема включения ключа и диода VD.

При подаче входного напряжения (ключ S разомкнут) ток потечет через катушку индуктивности L, диод VD и резистор RH.. Конденсатор С в это время будет заряжаться. При замыкании ключа S увеличится ток через индуктивность L. Диод VDзакрыт, так как к нему будет приложено обратное напряжение заряженного конденсатора С, которое приложено и к нагрузке RH. Конденсатор разряжается на резистор Rн, обеспечивая протекание тока через него в течение времени tи. При размыкании ключа S входное напряжение через индуктивность L, прикладываемое к диоду VD, открывает его и суммируется с остаточным напряжением разряжаемого конден­сатора. Это суммарное напряжение будет приложено к нагрузке RHв течение времени tп. В установившемся режиме конденсатор никогда полностью не разряжается. Следовательно, напряжение на нагрузке (на выходе стабилизатора) всегда будет выше входного напряжения

и будет тем больше, чем больше К3. Индуктивность в этом стабилизаторе не участвует в сглажи­вании пульсации на нагрузке.

С помощью схемы (рисунок 5.16, г) полярно-инвертирующего импульсного стабилизатора на его выходе обеспечивается напря­жение обратной полярности по отношению к входному напря­жению. При включении входного напряжения (ключ S замкнут), что соответствует интервалу времени tи, через катушку индуктивности L будет протекать ток. Диод VD закрыт, так как к нему приложено входное напряжение обратной полярности.

При размыкании ключа S, когда входной источник отключается, напряжение на катушке индуктивности за счет э. д. с. самоиндукции меняет полярность на обратную и открывается диод VD. За счет энергии, запасенной катушкой индуктивности, питается нагрузка RH. Одновременно с этим заряжается конденсатор С. Следовательно, постоянное напряжение, приложенное к нагрузке, имеет полярность, обратную приложенному входному напряжению Uвх. Во время следующего замыкания ключа закрывается диод VD Под воз­действием напряжения Uвх катушка индуктивности вновь получает энергию от входного источника. В этот интервал времени нагрузка питается от медленно разряжающегося конденсатора С. В даль­нейшем при размыкании ключа конденсатор С будет дозаряжаться, и процессы вновь повторяются. Выходное напряжение полярно-инвертирующего импульсного стабилизатора

.

Из выражения следует, что напряжение на выходе такого ста­билизатора может быть как меньше, так и больше входного напряжения. Оно зависит от коэффициента заполнения.

Из рассмотренных схем импульсных стабилизаторов следует, что на их выходе можно получить регулируемое стабилизированное напряжение больше или меньше входного как прямой, так и обратной полярности. Напряжение в них стабилизируется без применения крупногабаритных элементов, в частности трансфор­маторов. В импульсных стабилизаторах напряжения ключом (тран­зистором) управляют с помощью цепи обратной связи, которая изменяет длительность импульсов или пауз в соответствии с отклонением выходного напряжения от заданного, т.е. цепь об­ратной связи преобразует непрерывный сигнал (отклонение вы­ходного напряжения) в импульсный (дискретный). Это преобразование непрерывного сигнала в дискретный называется кван­тованием.

Таким образом, сигнал, подаваемый на базу регулирующего транзистора, изменяется дискретно в фиксированные моменты времени, определяемые периодом повторения импульсного сигнала. Если на базу транзистора подается импульсный сигнал с постоян­ной частотой повторения, а длительность импульса изменяется в зависимости от изменения выходного напряжения, такое уп­равление называется широтно-импулъсным. Преобразователь не­прерывного сигнала в дискретный называется широтно-импулъсным модулятором(ШИМ). Преобразование, в котором длительность импульса постоянна, а изменяется частота и, следовательно, дли­тельность паузы, называется частотно-импульсным. Сам преоб­разователь при этом называется частотно-импульсным модуля­тором (ЧИМ).

На практике имеется большое разнообразие схем, реализующих тот или иной принцип. Выбор схем управления регулирующим элементом зависит от значений напряжений и токов, а также от ряда других факторов, определяемых в каждом конкретном случае.

В схеме импульсного стабилизатора напряжения (рисунок 5.17, а) ключевым транзистором (ключом S) управляет регулирующий элемент непрерывного действия РИД. Часть выходного напряжения с делителя ДН поступает на вход усилителя постоянного тока УПТ, где сравнивается с опорным напряжением источника ИОН. Сигнал с выхода УПТ подается на регулятор непрерывного действия РНД, который управляет работой импульсного регулирующего элемента S. При воздействии выходного напряжения сигнал на выходе УПТ достигает верхнего порогового значения, срабатывает РИД и выключает регулирующий транзистор S. Напряжение на выходе стабилизатора начинает уменьшаться, так как снижается ток, протекающий через катушку индуктивности iL. Сигнал на выходе УПТ снижается до нижнего порога срабатывания РИД. На выходе РНД появляется импульс, включающий ключ S. Ток через индуктивность возрастает, увеличивается и напряжение на выходе стабилизатора.

Рис. 5.17. Структурная (а), принципиальная (б) схемы импульсного стабилизатора напряжения

Кроме формирования импульсов управления ключом, РНД осуществляет непрерывную регулировку выходного напряжения. Ток в катушке индуктивности совершает периодические колебания относительно среднего значения с частотой, равной частоте переключения. При замкнутом ключе ток iLнарастает, а при разомкнутом уменьшается. Так как РНД управляется по цепи обратной связи, то при увеличении тока iLснижается ток iр. Вследствие этого колебания выходного напряжения, вызванные прерывистым характером регулирования, оказываются в значи­тельной мере скомпенсированными регулятором непрерывного действия.

В схеме импульсного стабилизатора напряжения с дополни­тельным регулятором непрерывного действия (рисунок 5.17, 6) тран­зистор VT1(ключ) является импульсным регулирующим элементом. Усилитель УПТ выполнен на транзисторе VTЗ. Выходной делитель R4R5и источник опорного напряжения VD2 выполняют те же функции, что и в стабилизаторах с непрерывным регулированием.

Блокинг-генератор, формирующий импульсы управления клю­чом, выполнен на транзисторе VT2. Цепь перезаряда конденсатора С через транзистор VТ2 подключена к выходу стабилизатора. Скорость перезаряда конденсатора С определяет скважность им­пульсов блокинг-генератора. При замкнутом (открытом) положе­нии транзистора VT1часть его базового тока ответвляется в коллек­торную цепь транзистора VT1. Значение тока, протекающего через транзистор VТ2, зависит от сигнала, поступающего с выхода УПТ (транзистор VT3). Наряду с формированием импульсов управления для VT1транзистор VT2 играет роль элемента непрерывного дейст­вия.

Введение регулятора непрерывного действия в импульсный стабилизатор несколько снижает его к. п. д., так как на транзисторе VГ2 будет дополнительно рассеиваться мощность, равная

где IP-среднее значение тока через регулирующий элемент (транзистор VT1). Для уменьшения этой составляющей 2) ток Iр целесообразно уменьшить так, чтобы регулятор выполнял свою функцию непрерывного регулирования и в то же время он должен превышать амплитуду переменной составляющей тока дросселя iL: ,

; .

; .

Тогда минимальная мощность, выделяемая на непрерывном регулирующем элементе,

.

Для уменьше­ния этой мощности необходимо стремиться к возможно меньшей разности напряжений Uвх — Uвыхи к тому чтобы индуктивность дросселя была как можно большей.

Импульсные стабилизаторы имеют значительные преимущества перед стабилизаторами непрерывного регулирования. В них умень­шается мощность рассеивания на регулирующем транзисторе, снижаются масса и габаритные размеры, значительно повышается к. п. д. Эти стабилизаторы являются наиболее перспективными вторичными источниками питания и находят все более широкое применение.

Дата добавления: 2015-11-18 ; просмотров: 1141 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Мощный импульсный стабилизатор напряжения: схема

Среди всех импульсных стабилизаторов напряжения особое место занимают устройства, принцип работы которых основан на широтно – импульсной стабилизации выходного напряжения. К их преимуществу стоит отнести постоянный уровень пульсации, причём на всём интервале тока нагрузки. При помощи микросхем импульсного стабилизатора напряжения стала возможна работа в сетях как переменного, так и постоянного напряжения.

Предназначение

При помощи данного стабилизатора осуществляется питание различного радиоэлектронного оборудования, в которых присутствуют цифровые микросхемы. Обладает импульсный регулятор плавным запуском, без выбросов выходного напряжения. Он может продолжительное время находиться в режиме замыкания выходной цепи, а также имеет двухступенчатую защиту от нагрузочных токов. После снятия нагрузки автоматически возвращается в обычный (рабочий) режим своей работы.

Режимы работы

  • Большая нагрузка, во время которой стабилизатор отсекает токи.
  • Режим зарядки, когда прибор работает с минимальной нагрузкой и пропускает ток.

Импульсный стабилизатор напряжения, схема которого очень проста, способен увеличивать величину напряжения, напрямую зависящую от объёма накапливаемой энергии. Если запасы такой энергии начинают падать, то снижается и само напряжение.

При помощи специального интегрирующего элемента, расположенного в стабилизаторе, стало возможно существенное снижение энергетических потерь, веса и размера самого устройства регулирования.

Стоит помнить, что для стабильной работы оборудования необходимо производить периодический контроль их состояния и замеры (сроки измерения сопротивления заземляющего устройства оговорены в ПУЭ и определяются, исходя из графика ППР).

Устройство стабилизатора

Данные устройства бывают двух типов: понижающие и повышающие. С их помощью возможно регулировать входное напряжение, а также инвертировать его. Базовой основой устройства является широтно – импульсная модуляция.

В этих приборах предусмотрена защита от высокой частоты включения либо выключения оборудования, к которому они непосредственно подключены.

В микросхеме регулятора напряжения имеется конденсатор, аккумулятор и изменяющийся элемент, который исполняет роль дросселя. А в её основе находятся биполярные транзисторы и тиристоры.

Область применения

Мощный стабилизатор напряжения, схема которого может применяться для установки в оборудовании с определённым выходным напряжением, применяется не только в быту, но и на производстве. Его используют там, где параметры электрических сетей нестабильны, что существенно влияет на работу оборудования. С данными импульсными приборами регулировки напряжения достигается высокий коэффициент стабилизации и КПД.

Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения измерения сопротивления заземляющих устройств, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Если хотите заказать измерение сопротивления заземляющих устройств или задать вопрос, звоните по телефону: +7 (495) 181-50-34 .

Разновидности и схемы стабилизаторов напряжения

Любое электрооборудование проектируется с расчётом на стабильные параметры сетевого напряжения. Это необходимо по двум причинам:

  1. Подключённое к сети устройство должно обеспечивать стабильные параметры тока на выходе в соответствии со своим целевым предназначением;
  2. Электрическая схема оборудования нуждается в защите от аномалий входного тока, которые являются основной причиной сбоев в работе и выходе из строя потребителей электроэнергии вследствие перегорания их токопроводящих контактов и элементов.

Чтобы питающее сетевое напряжение оставалось неизменным, используется специальное устройство – стабилизатор напряжения. Он осуществляет выравнивание характеристик входного тока и обеспечивает отключение потребителей в случае возникновения короткого замыкания или других критических сетевых аномалий.

Виды стабилизаторов напряжения

Принципиальная схема стабилизатора напряжения включает 2 основных элемента, функции которых заключаются в сравнении входных параметров тока с требуемыми и регулировкой выходных характеристик. При выборе стабилизатора необходимо учитывать его основные параметры, которые должны соответствовать свойствам электросети и особенностям питающихся от неё потребителей.

В список главных характеристик любого стабилизирующего устройства входят:

  • Точность стабилизации;
  • Скорость реакции на изменения параметров входного тока;
  • Эксплуатационная надёжность;
  • Защищённость от помех;
  • Срок эксплуатации;
  • Стоимость.

Существует несколько технических решений, позволяющих обеспечить стабильные параметры тока в сетях электропитания различного назначения. Наиболее широкое применение получили следующие виды стабилизаторов напряжения:

Сервоприводные. Обеспечивают высокую точность стабилизации и обладают неплохой устойчивостью к сетевым перегрузкам, включая короткое замыкание. Схема стабилизатора напряжения сервоприводного типа имеет существенный недостаток – низкую скорость реакции на изменения характеристик входного тока, вследствие их целесообразно использовать для защиты потребителей, питающихся от сетей, исключающих резкие скачки напряжения на входе.

Релейные. Характеризуются завидным быстродействием, однако не способны обеспечить высокую точность и качество выравнивания выходного напряжения, вследствие чего применяются для защиты электрооборудования малой мощности.

Электронные. Работают по тому же принципу, что и релейные, но вместо коммутационных реле функцию регулировки выходного напряжения выполняют электронные ключи – симисторы или тиристоры. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью стабилизации и надёжной защитой от резких скачков входного напряжения. К недостаткам можно отнести сравнительно большую погрешность при выравнивании выходного тока и высокую стоимость.

Электромеханические. Представляют собой разновидность сервоприводных стабилизаторов. В отличии от последних, в оборудовании этого класса вместо графитовых щёток используются ролики, обеспечивающие защиту от перегрева, высокую перегрузочную способность и продолжительный срок службы системы. Главным минусом электромеханического стабилизатора является сравнительно высокая стоимость.

В продаже встречаются гибридные (с двойной релейной схемой), а также инверторные и широтно-импульсные (ШИМ) стабилизаторы. Они обеспечивают высокую скорость выравнивания выходного тока с небольшой погрешностью и могут работать с широким диапазоном входных параметров напряжения. Стабилизаторы с подмагничиванием и дискретным высокочастотным регулированием являются узкоспециализированными, вследствие чего широкого применения на практике не получили.

Сервоприводные стабилизаторы

Схема стабилизатора напряжения сервоприводного типа включает:

  • Блок защиты от перегрузки;
  • Автотрансформатор;
  • Серводвигатель с редуктором;
  • Блок управления

Сервоприводные стабилизаторы напряжения осуществляют выравнивание выходного тока посредством сервопривода, который приводит в движение коммутационные контакты – графитовые щётки. Перемещение последних в нужную позицию обмотки трансформатора осуществляется плавно без прерывания фазы и искажений синусоиды выходного напряжения. При скачках или проседаниях входного тока в пределах 10 В блок управления выдаёт команду серводвигателю, который двигает коммутационные контакты до достижения требуемых на выходе 220 В.

Схема регулируемого стабилизатора напряжения сервоприводного типа включает подвижные элементы, что снижает его надёжность и долговечность. Кроме того, устройства этого класса поддерживают достаточно узкий диапазон входного напряжения (150-260 В) и допустимой нагрузки (в пределах 250-500 Вт). В то же время, работают они практически бесшумно и обеспечивают погрешность выравнивания параметров тока не более 2-3%.

Стабилизаторы релейного типа

Принцип работы устройств стабилизации релейного типа основан на ступенчатом регулировании напряжения. Осуществляется оно посредством силовых реле, которые выполняют коммутацию секций на вторичной обмотке автотрансформатора после вычисления необходимого числа трансформации контролирующим входные и выходные параметры тока процессором.

К основным достоинствам релейных стабилизаторов относят:

  1. Компактные габариты и небольшой вес;
  2. Широкий диапазон выравнивания;
  3. Возможность применения при температурном режиме -20…+40°C;
  4. Низкую стоимость.

Главные минусы этого оборудования – малая перегрузочная способность и снижение скорости стабилизации при увеличении точности последней.

Электронные стабилизаторы напряжения

Электронные устройства стабилизации работают по принципу ступенчатого регулирования напряжения посредством автоматической коммутации участков вторичной обмотки трансформатора, которая осуществляется силовыми электронными ключами, управляемыми процессорным блоком.

Отсутствие открытой коммутации исключает возникновение искр и окисление токопроводящих контактов схемы стабилизатора при избыточном токе на входе. Кроме того, оборудование этого класса обеспечивает малую инерционность срабатывания, отличается высокой конструктивной надёжностью и полностью бесшумной работой.

Можно собрать электронный стабилизатор напряжения 220В своими руками. Стоимость такое устройство будет иметь гораздо меньшую, чем произведённое на заводе, обеспечивая простоту в обслуживании. Основным недостатком самодельных решений является их низкая надёжность.

Инверторные стабилизирующие устройства

Всё более популярными становятся устройства стабилизации, работающие по принципу двойного преобразования напряжения. Они не имеют подвижных элементов и обеспечивают куда более высокое качество выравнивания тока, чем классические сервоприводные, релейные и электронные.

Схема инверторного стабилизатора напряжения 220В включает:

  • Входной частотный фильтр;
  • Выпрямитель напряжения;
  • Корректор коэффициента мощности;
  • Накопительный конденсатор;
  • Преобразователь постоянного напряжения в переменное (инвертор) с требуемыми на выходе устройства характеристиками.
  • Микроконтроллер.

Входной ток проходит частотную фильтрацию, после чего выпрямитель превращает его в постоянный с правильной синусоидой. В результате значительно возрастает коэффициент мощности. Постоянное напряжение заряжает конденсаторы, с которых ток поступает на инвертор, где выравниваются его частота и напряжение до требуемых 50 Гц и 220 В соответственно.

Инверторные устройства стабилизации обеспечивают КПД выше 90% и практически нулевую инерционность, поддерживая широкий спектр входных параметров тока.

Схема подключения стабилизатора напряжения не представляет особой сложности. Очень важно при этом грамотно выбрать сечение кабеля:

  • Чем выше мощность устройства, тем большей должна быть площадь сечения;
  • При низком уровне входного напряжения сила тока будет большой, поэтому для сетей с преобладающими проседаниями напряжения следует выбирать сечение кабеля с запасом.

И главное: при подключении стабилизатора любого типа требуется неукоснительно соблюдать правила электробезопасности и рекомендации производителя, указанные в паспорте устройства.

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Простой стабилизатор тока 220в
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector