Как работает стабилизатор напряжения переменного тока. Какие бывают схемы стабилизаторов. Где применяются стабилизаторы напряжения переменного тока. Каковы преимущества использования стабилизаторов напряжения.
Что такое стабилизатор напряжения переменного тока
Стабилизатор напряжения переменного тока — это устройство, предназначенное для поддержания постоянного уровня выходного напряжения при колебаниях входного напряжения в электрической сети. Основная задача стабилизатора — защитить подключенное оборудование от перепадов напряжения и обеспечить его стабильную работу.
Основные функции стабилизатора напряжения:
- Поддержание выходного напряжения на заданном уровне (обычно 220В ±5%)
- Защита оборудования от повышенного и пониженного напряжения
- Фильтрация помех и искажений в сети
- Автоматическое отключение при критических отклонениях напряжения
Принцип работы стабилизатора напряжения переменного тока
Принцип работы стабилизатора напряжения основан на компенсации отклонений входного напряжения путем добавления или вычитания определенной величины напряжения. Это достигается с помощью специальных схем, которые постоянно измеряют уровень входного напряжения и корректируют его.
Основные этапы работы стабилизатора:
- Измерение входного напряжения
- Сравнение измеренного напряжения с эталонным значением
- Формирование управляющего сигнала
- Коррекция напряжения с помощью регулирующего элемента
- Подача стабилизированного напряжения на выход
Основные типы стабилизаторов напряжения переменного тока
Существует несколько типов стабилизаторов напряжения, которые различаются по принципу действия и конструкции:
1. Электромеханические стабилизаторы
Принцип действия основан на механическом перемещении щетки по обмотке автотрансформатора. Отличаются высокой точностью стабилизации, но имеют низкое быстродействие и ограниченный ресурс механических частей.
2. Электронные стабилизаторы
Используют полупроводниковые элементы для регулирования напряжения. Обладают высоким быстродействием и отсутствием движущихся частей. Делятся на релейные и симисторные.
3. Феррорезонансные стабилизаторы
Работают на принципе феррорезонанса в электрических цепях. Отличаются высокой надежностью и способностью работать в широком диапазоне входных напряжений, но имеют большие габариты и вес.
Схемы стабилизаторов напряжения переменного тока
Рассмотрим две популярные схемы стабилизаторов напряжения:
Схема релейного стабилизатора напряжения
Релейный стабилизатор использует набор реле для переключения отводов автотрансформатора. Это позволяет ступенчато регулировать выходное напряжение.
Основные элементы схемы:
- Автотрансформатор с отводами
- Блок реле для переключения отводов
- Микроконтроллер для управления реле
- Датчик входного и выходного напряжения
Схема симисторного стабилизатора напряжения
Симисторный стабилизатор использует симисторы для плавного регулирования напряжения. Это обеспечивает более точную стабилизацию по сравнению с релейными схемами.
Ключевые компоненты:
- Силовые симисторы
- Микроконтроллер для управления симисторами
- Датчики тока и напряжения
- Фильтры для подавления помех
Применение стабилизаторов напряжения переменного тока
Стабилизаторы напряжения находят широкое применение в различных сферах:
Бытовое применение:
- Защита бытовой техники (холодильники, телевизоры, компьютеры)
- Стабилизация напряжения в частных домах и квартирах
- Обеспечение работы систем охраны и видеонаблюдения
Промышленное применение:
- Защита промышленного оборудования и станков
- Стабилизация напряжения в производственных цехах
- Обеспечение работы медицинского оборудования
Специальное применение:
- Стабилизация напряжения в системах телекоммуникаций
- Обеспечение работы серверных и дата-центров
- Защита оборудования на транспорте (поезда, корабли)
Преимущества использования стабилизаторов напряжения
Использование стабилизаторов напряжения дает ряд важных преимуществ:
1. Защита оборудования
Стабилизаторы предотвращают выход из строя дорогостоящей техники из-за перепадов напряжения, что значительно продлевает срок ее службы.
2. Экономия электроэнергии
Стабильное напряжение обеспечивает оптимальный режим работы электроприборов, что снижает потребление электроэнергии.
3. Повышение качества работы оборудования
Многие устройства, особенно чувствительная электроника, работают лучше при стабильном напряжении питания.
4. Снижение затрат на ремонт
Защита от скачков напряжения уменьшает вероятность поломок, что сокращает расходы на ремонт и обслуживание техники.
Выбор стабилизатора напряжения
При выборе стабилизатора напряжения следует учитывать несколько ключевых факторов:
1. Мощность
Мощность стабилизатора должна соответствовать суммарной мощности подключаемых устройств с запасом 20-30%.
2. Диапазон входных напряжений
Чем шире диапазон входных напряжений, тем лучше стабилизатор справится с перепадами в сети.
3. Точность стабилизации
Для большинства бытовых приборов достаточно точности ±5-7%, для чувствительного оборудования может потребоваться ±2-3%.
4. Быстродействие
Важный параметр, особенно для защиты чувствительной электроники. Электронные стабилизаторы обычно имеют лучшее быстродействие, чем электромеханические.
Заключение
Стабилизаторы напряжения переменного тока играют важную роль в обеспечении надежной работы электрооборудования. Они защищают технику от перепадов напряжения, продлевают срок ее службы и повышают эффективность работы. При выборе стабилизатора важно учитывать конкретные условия эксплуатации и характеристики защищаемого оборудования.
Использование стабилизаторов напряжения становится все более актуальным в условиях нестабильных электросетей и растущего количества чувствительной электроники. Инвестиции в качественный стабилизатор напряжения могут значительно сократить расходы на ремонт и замену оборудования в долгосрочной перспективе.
Схема простого сетевого стабилизатора напряжения
Как сделать 220–вольтный стабилизатор напряжения своими руками и бережно
сохранить синусоидальную форму сетевого напряжения
Основное назначение стабилизатора напряжения сети – защита электрического оборудования от возможного повреждения в результате колебаний уровня сетевого напряжения, выходящего за пределы допусков для данного типа устройств. Причём, если для некоторых гаджетов, питающихся от встроенных импульсных преобразователей, форма сетевого напряжения не имеет существенного значения, то для таких устройств как: холодильник, стиральная машина, кондиционер и прочих, имеющих на борту классический сетевой трансформатор, компрессор или двигатель переменного тока, синусоидальная форма сетевого напряжения является жизненно необходимой.
А потому на повестке нашего сегодняшнего заседания – схема простого стабилизатора напряжения сети, выдающего на выходе стабильное
переменное напряжение чистой синусоидальной формы.
Данное устройство было опубликовано в журнале Радиоконструктор, 2006 г, №6 под
авторством Н. Кривошеина. Вот что пишет автор:
Стабилизатор представляет собой сетевой автотрансформатор, отводы обмотки которого переключаются автоматически в зависимости от величины
напряжения в электросети.
Стабилизатор позволяет поддерживать выходное напряжение на уровне 220V при изменении входного от 180 до 270 V. Точность стабилизации 10V.
Принципиальную схему можно разделить на слаботоковую схему (или схему управления) и сильнотоковую (или схему автотрансформатора).
Схема управления показана на рисунке 1.
|
В качестве измерителя напряжения выступает компараторная ИМС с линейной индикацией напряжения – А1 (LM3914). |
У данного трансформатора есть две вторичные обмотки
по 12V, или одна обмотка на 24V с отводом от середины.Измеряемое напряжение берётся с другой вторичной обмотки трансформатора Т1. Оно выпрямляется диодом VD2 и поступает на резистор R5. Именно по уровню постоянного напряжения на резисторе R5 производится оценка степени отклонения сетевого напряжения от номинального значения.
В процессе налаживания резистор R5 предварительно устанавливают в среднее положение, а резистор RЗ в нижнее по схеме.
Затем на первичную обмотку Т1 от автотрансформатора типа ЛАТР подают повышенное напряжение (около 270V) и резистором R2 выводят шкалу
микросхемы на значение, при котором горит светодиод, подключённый к выводу 11 (временно вместо светодиодов оптопар можно подключить
обычные светодиоды). Затем входное переменное напряжение уменьшают до 190V и резистором RЗ выводят шкалу на значение, при котором горит
светодиод, подключённый к выводу 18 А1.
Всего должно получиться девять пороговых значений: 270V, 260V, 250V, 240V, 230V, 220V, 210V, 200V, 190V.
|
Принципиальная схема автотрансформатора показана на рисунке 2. Подбором сопротивления резистора R4 (рис. 1) устанавливают ток через светодиоды оптопар, при котором симисторные ключи переключаются уверенно. Схема на транзисторах VТ1 и VT2 (рисунок 1) служит для задержки включения нагрузки автотрансформатора на время, необходимое на завершение
переходных процессов в схеме после включения. Вместо микросхемы LM3914 нельзя использовать аналогичные микросхемы LM3915 или LM3916, из-за того, что они работают по логарифмическому закону, а здесь нужен линейный, как у LM3914. Трансформатор Т1 – любой малогабаритный сетевой трансформатор на первичное напряжение 220V, два вторичных по 12V (12-0-12V) и ток 300mА. Трансформатор Т2 можно сделать из ЛАТРа, как описано выше, или намотать его самостоятельно. Симисторы можно использовать другие – всё зависит от мощности нагрузки. |
В его основе лежит переделанный трансформатор типа ЛАТР. Корпус
трансформатора разбирают и удаляют ползунковый контакт, который служит для переключения отводов. Затем по результатам предварительных
измерений напряжений от отводов делают выводы (от 180 до 260V с шагом в 10V), которые в дальнейшем переключают при помощи симисторных
ключей VS1-VS9, управляемых системой управления посредством оптопар Н1-Н9. Оптопары подключены так, что при снижении показания
микросхемы А1 на одно деление (на 10V) происходит переключение на повышающий (на 10V) отвод трансформатора. И наоборот,
увеличение показаний микросхемы А1 приводит к переключению на понижающий отвод автотрансформатора.
Эта схема задерживает подключение светодиодов оптопар к питанию.
Радиосхемы. — Стабилизатор переменного напряжения
категория
материалы в категории
Стабилизатор переменного напряжения предназначен для питания от сети электронной бытовой аппаратуры, потребляемая мощность которой не превышает 500 Вт при сетевом напряжении 220 В и 270 Вт при 127 В.
Стабилизатор не только автоматически поддерживает выходное напряжение в пределах установленных допусков (+5… -10 %) от номинального при изменении напряжения сети от 175 до 255 В, но и автоматически включается при включении и выключается при выключении нагрузки. Стабилизатор не искажает формы кривой выходного напряжения, почти не создает помех и шума и не нагревается при работе на номинальную нагрузку. КПД стабилизатора 96 %, т. е. почти такой же, как у обычного трансформатора.
Схема стабилизатора переменного напряжения
Основой стабилизатора является трансформатор вольтдобавки Т1, одна из обмоток которого постоянно включена последовательно с нагрузкой, а две другие автоматически переклкнаются в зависимости от напряжения сети.
Автомат включения и выключения собран на трансформаторе Т1 и герконовом реле К1. Реле питается от вторичной обмотки трансформатора через выпрямитель на диодах VI и V2. При включении нагрузки мощностью более 50 Вт появляется ток через трансформатор Т1, реле К1 включается и своими контактами K1.
1 подключает к сети трансформатор Т2, который питает через выпрямители V3-V6 и V7-V10 два реле-регулятора, собранных на электромагнитных реле К2, К4 и КЗ, К5. Подстроечные резисторы R2-R5 необходимы для настройки реле-регуляторов на срабатывание в определенных допусках изменяющегося напряжения сети. Контакты К2.1 и К4.2 переключают обмотки трансформатора вольтдобавки Т1, контакты реле КЗ и К5 служат для переключения питания на реле К2 и К4.
Стабилизатор помещен в металлический кожух с отверстиями для доступа к шлицам подстроечных резисторов. Отверстий для вентиляции не требуется. На кожухе устанавливают розетку для включения нагрузки, колодки предохранителей и переключатель напряжения сети.
Данные трансформаторов приведены в таблице.
Трансформатор Т1 — выходной от приемника «Спидола»; первичная обмотка с отводом использована как вторичная.
Межобмоточная изоляция — четыре слоя лакоткани. У трансформатора Т1 обмотку I наматывают последней. Реле КЗ, К5 — типа РЭС-49 ( паспорт РС4 569.423), К2, К4 — РЭН-32 (паспорт РФ4.519.024), К1 — РЭС-55А (паспорт РС4.559 610).
Перед включением стабилизатора в сеть следует проверить его следующим образом: при разомкнутых выводах нагрузки сопротивление со стороны включения в сеть должно быть 2 Мом. При коротком замьгкании на выходе стабилизатора сопротивление между штырьками сетевой вилки стабилизатора должно быть 1…2 Ом.
Налаживание стабилизатора сводится к установке построечных резисторов R2- R5 на требуемый диапазон стабилизации. Настройку следует производить при включенной нагрузке не менее 300 Вт.
Схема вторая
Данный стабилизатор переменного напряжения предназначен в основном для питания телевизоров с потребляемой мощностью 150… 180 Вт
При нажатии на кнопку S1 на выходе появится переменное напряжение, зарядится конденсатор С1, и сработает реле К1, контакты которого блокируют кнопку S1.
При положительной полуволне сетевого напряжения ток потечет через диод VI, стабилитрон V5, резистор R1 и диод V4. Параллельно с этим ток пойдет по верхней (по схеме) секции первичной обмотки трансформатора Т1, диод V6, регулирующий составной транзистор V10, V11, диод V9, нижней секции первичной обмотки трансформатора Т1.
Напряжение на верхней секции и обмотки не может быть больше значения, определяемого напряжением стабилизации стабилитрона V5, так как он под ключен параллельно переходу эмиттер — база регулирующего транзистора и этой секции обмотки. Таким образом повышение сетевого напряжения вызовет только увеличение падения напряжения на регулирующем транзисторе, напряжение же на секциях первичной обмотки трансформатора не изменится.
При смене полярности сетевого напряжения изменится направление токов в обмотках и будут включены другие диоды. Сумма же напряжений от двух секций останется постоянной, во вторичной обмотке напряжение не изменится, и на выходе устройства останется стабильным.
При изменении сетевого напряжения от 185 до 235 В на нагрузке останется напряжение 220 В.
Выходная мощность стабилизатора в основном определяется I возможностями трансформатора Т1. При I увеличении напряжения сети до недопустимых значений, напряжение на конденсаторе С1 тоже увеличивается, стабилитрон V17 входит в режим насыщения и открывается тринистор V18, реле шунтируется и отпускает якорь, отключая стабилизатор от сети
В схеме использован стандартный трансформатор ТС-180-2, стабилитрон V5 — на напряжение 130 В (может быть собран из нескольких диодов, включенных последовательно). Сердечник трансформатора стержневой ленточный, магнитопровод СП 21 X 45. Намоточные данные приведены в табл VIII 3.
Обмотки, обозначенные штрихами, аналогичны основным (без штрихов).
Тринистор V18 можно заменить на КУ201 с любым буквенным индексом. Транзисторы следует установить на общий радиатор площадью 200 см2.
Налаживание сводится к установке напряжения срабатывания защитного устройства подбором резистора R3*.
Что такое контроллер напряжения переменного тока? – Определение, работа и применение
от администратора
Определение:Регулятор напряжения переменного тока представляет собой устройство на основе тиристора, которое напрямую преобразует фиксированное переменное напряжение в переменное без изменения частоты.
Регулятор напряжения переменного тока представляет собой устройство с фазовым управлением, поэтому не требуется силовая коммутационная схема. Используется естественная или линейная коммутация.
Управление фазой означает, что соотношение фаз между началом тока нагрузки и напряжением питания регулируется путем изменения угла открытия тиристора, используемого в цепи регулятора напряжения переменного тока.
Принцип работы контроллера напряжения переменного тока основан на одном из двух методов: Управление фазой или управление интегральным циклом.
В методе фазового управления фазовое соотношение между начальным током нагрузки и входным напряжением питания контролируется путем управления углом открытия тиристора.
При интегральном управлении циклом входное питание переменного тока включается на некоторое количество интегральных циклов и выключается на дополнительное количество интегральных циклов. Интегральное управление циклом в основном используется для приложений, где механическая постоянная времени или тепловая постоянная времени достаточно велика, порядка нескольких секунд.
Например, механическая постоянная времени для многих приводов с регулированием скорости или тепловая постоянная времени нагревательных нагрузок обычно довольно высока. Для таких приложений почти не будет замечено изменение скорости или температуры, если управление достигается подключением нагрузки к источнику на несколько циклов включения и последующим отключением нагрузки на несколько циклов выключения. Эта форма управления мощностью представляет собой управление интегральным циклом.
На рисунке ниже показана принципиальная схема однофазного двухполупериодного регулятора напряжения переменного тока:
Схема состоит из двух тиристоров, включенных встречно-параллельно. Встречно-параллельное соединение выполнено таким образом, что тиристор (T1) смещен в прямом направлении для положительной половины входного напряжения питания, тогда как тиристор (T2) смещен в прямом направлении для отрицательного полупериода входного источника переменного тока. Метод управления фазой используется для достижения контроля выходного напряжения.
Когда T1 смещен в прямом направлении, его можно активировать, чтобы включить его. Угол открывания тиристора можно выбрать исходя из требуемого выходного напряжения. Если требуемое выходное напряжение больше, угол открытия (α) должен быть меньше.
См. рисунок ниже. На этом рисунке показан способ управления напряжением в этом контроллере.
Предположим, T1 стреляет под углом α. Как только T1 срабатывает, он подключает нагрузку к источнику для положительного полупериода входа. Если нагрузка имеет резистивный характер, выходное напряжение нагрузки соответствует огибающей входного напряжения переменного тока. Ток нагрузки сразу становится (V m sinα / R) и находится в фазе с напряжением нагрузки.
При ωt = π напряжение нагрузки становится равным нулю, и ток также становится равным нулю. Поскольку тиристор T1 смещен в обратном направлении после ωt = π и ток через него равен нулю, он естественным образом коммутируется.
При ωt = (π+α) тиристор T2 с прямым смещением закрыт.
Следовательно, он проводит и подключенную нагрузку к источнику. Напряжение нагрузки теперь соответствует отрицательной огибающей входного источника переменного тока, и ток нагрузки делает то же самое.
Таким образом, среднеквадратичное напряжение можно контролировать, контролируя угол включения. Таким образом, управление напряжением достигается в контроллере напряжения переменного тока.
Применение регулятора напряжения переменного тока:Некоторые из основных применений регулятора напряжения переменного тока:
- Бытовое и промышленное отопление
- Устройство РПН трансформатора
- Управление освещением
- Управление скоростью однофазных и трехфазных приводов переменного тока
- Пуск асинхронных двигателей
Ранее для вышеуказанных приложений использовались автотрансформаторы, РПН, магнитные усилители, реакторы насыщения и т.д. контроль, компактный размер и меньше требований к обслуживанию.
Регуляторы напряжения переменного тока также могут быть адаптированы для системы управления с обратной связью.
Основным недостатком регулятора напряжения переменного тока является введение нежелательных гармоник в форму сигнала тока питания и напряжения нагрузки, особенно при пониженном уровне выходного напряжения.
Регуляторы напряжения генератора переменного тока — Inst Tools
by Editorial Staff
Поскольку напряжение от генератора переменного тока изменяется при изменении выходной нагрузки и коэффициента мощности, для обеспечения непрерывности желаемого выходного напряжения необходима схема регулятора напряжения.
Назначение
Регулятор напряжения предназначен для поддержания выходного напряжения генератора на желаемом уровне. При изменении нагрузки на генератор переменного тока напряжение также будет изменяться. Основной причиной такого изменения напряжения является изменение падения напряжения на обмотке якоря, вызванное изменением тока нагрузки.
В генераторе переменного тока имеется падение IR и падение IX L , вызванное протеканием переменного тока через сопротивление и индуктивность обмоток.
Падение IR зависит только от величины изменения нагрузки. IX L Падение зависит не только от изменения нагрузки, но и от коэффициента мощности цепи. Следовательно, выходное напряжение генератора переменного тока зависит как от изменения нагрузки (то есть тока), так и от изменения коэффициента мощности. Из-за изменений напряжения, изменения нагрузки и изменения коэффициента мощности генераторы переменного тока требуют некоторых вспомогательных средств регулирования выходного напряжения.
Описание блок-схемы
На приведенном ниже рисунке показана типичная блок-схема регулятора напряжения генератора переменного тока. Этот регулятор состоит из шести основных цепей, которые вместе регулируют выходное напряжение генератора переменного тока от холостого хода до полной нагрузки.
Рис.
: Блок-схема регулятора напряжения
Цепь датчиков
Цепь датчиков измеряет выходное напряжение генератора переменного тока. Когда генератор загружается или разгружается, выходное напряжение изменяется, и схема датчика выдает сигнал об этих изменениях напряжения. Этот сигнал пропорционален выходному напряжению и подается на схему сравнения.
Цепь задания
Цепь задания поддерживает постоянный выходной сигнал для задания. Это задание является желаемым выходным напряжением генератора переменного тока.
Схема сравнения
Схема сравнения электрически сравнивает опорное напряжение с измеренным напряжением и выдает сигнал ошибки. Этот сигнал ошибки представляет собой увеличение или уменьшение выходного напряжения. Сигнал поступает в схему усиления.
Цепь усиления
Цепь усиления, которая может быть магнитным усилителем или транзисторным усилителем, принимает сигнал от схемы сравнения и усиливает входной миллиампер до амперного выхода, который затем направляется на сигнальный выход или полевую схему .
Цепь выходного сигнала
Цепь выходного сигнала, которая управляет возбуждением поля генератора переменного тока, увеличивает или уменьшает возбуждение поля для повышения или понижения выходного напряжения переменного тока.
Цепь обратной связи
Цепь обратной связи принимает часть выходного сигнала схемы вывода сигнала и возвращает его в схему усиления. Это делается для предотвращения превышения или занижения желаемого напряжения за счет замедления отклика схемы.
Изменение выходного напряжения
Рассмотрим увеличение нагрузки генератора и, соответственно, падение выходного напряжения. Во-первых, измерительная схема определяет снижение выходного напряжения по сравнению с опорным и снижает его вход в схему сравнения. Поскольку эталонная схема всегда постоянна, в схеме сравнения будет формироваться сигнал ошибки из-за разницы между измеренным напряжением и опорным напряжением.
Разработанный сигнал ошибки будет иметь положительное значение, при этом величина сигнала будет зависеть от разницы между измеренным напряжением и опорным напряжением.
