Схема стабилизации напряжения. Стабилизаторы напряжения: принцип работы, виды и применение

alexxlabСхем
Как работают стабилизаторы напряжения. Какие бывают типы стабилизаторов. Для чего нужны стабилизаторы напряжения в быту и промышленности. Как выбрать подходящий стабилизатор напряжения.

Содержание

Принцип работы стабилизаторов напряжения

Стабилизатор напряжения — это устройство, предназначенное для поддержания постоянного напряжения на выходе при колебаниях входного напряжения. Основной принцип работы стабилизатора заключается в следующем:

  • На вход подается нестабильное напряжение
  • Схема стабилизатора анализирует уровень входного напряжения
  • При отклонении входного напряжения от номинального значения срабатывает система регулирования
  • На выходе поддерживается стабильное напряжение в заданных пределах

Как происходит стабилизация напряжения? Существует несколько основных способов:

Параметрический способ

Использует нелинейные элементы (например, стабилитроны), у которых при изменении тока напряжение меняется незначительно. Простой, но малоэффективный способ.


Компенсационный способ

Основан на сравнении выходного напряжения с опорным и автоматической компенсации отклонений. Обеспечивает высокую точность стабилизации.

Комбинированный способ

Сочетает преимущества параметрического и компенсационного способов. Позволяет добиться оптимального баланса между точностью, быстродействием и экономичностью.

Основные виды стабилизаторов напряжения

В зависимости от принципа действия и конструкции выделяют следующие основные типы стабилизаторов напряжения:

Релейные стабилизаторы

Используют электромеханические реле для переключения отводов автотрансформатора. Преимущества: простота, надежность, низкая цена. Недостатки: невысокая точность, ступенчатая регулировка.

Электронные стабилизаторы

Работают на основе тиристорных или транзисторных ключей. Обеспечивают плавную регулировку и высокую точность стабилизации. Минусы: более высокая стоимость, чувствительность к помехам.

Феррорезонансные стабилизаторы

Принцип действия основан на явлении феррорезонанса. Отличаются высокой надежностью и способностью подавлять помехи. Недостатки: большие габариты и вес, низкий КПД.


Сервоприводные стабилизаторы

Используют сервопривод для плавного перемещения щетки по автотрансформатору. Обеспечивают высокую точность и скорость стабилизации. Минусы: наличие подвижных частей, шум при работе.

Применение стабилизаторов напряжения

Стабилизаторы напряжения широко применяются как в быту, так и в промышленности. Основные области применения:

Бытовое применение

  • Защита бытовой техники и электроники от перепадов напряжения
  • Обеспечение стабильной работы компьютеров и серверов
  • Питание чувствительного медицинского оборудования
  • Стабилизация напряжения в загородных домах

Промышленное применение

  • Питание промышленного оборудования с высокими требованиями к качеству электроэнергии
  • Стабилизация напряжения на производственных линиях
  • Защита дорогостоящего оборудования от скачков напряжения
  • Обеспечение бесперебойной работы систем автоматики и телекоммуникаций

Как выбрать стабилизатор напряжения

При выборе стабилизатора напряжения следует учитывать несколько ключевых параметров:


Мощность

Мощность стабилизатора должна соответствовать суммарной мощности подключаемых устройств с запасом 20-30%. Как рассчитать необходимую мощность? Сложите мощности всех приборов и умножьте на 1,2-1,3.

Диапазон входных напряжений

Чем шире диапазон входных напряжений, тем лучше стабилизатор справится с перепадами в сети. Для российских условий рекомендуется выбирать модели с диапазоном 140-260 В.

Точность стабилизации

Показывает, насколько точно стабилизатор поддерживает выходное напряжение. Для бытового применения достаточно точности ±5-7%. Для чувствительной техники может потребоваться ±2-3%.

Быстродействие

Определяет, как быстро стабилизатор реагирует на изменение входного напряжения. Важно для защиты от кратковременных скачков напряжения.

Преимущества использования стабилизаторов напряжения

Установка стабилизатора напряжения дает ряд существенных преимуществ:

  • Защита оборудования от перепадов напряжения и скачков в сети
  • Продление срока службы бытовой техники и электроники
  • Обеспечение стабильной и бесперебойной работы приборов
  • Экономия на ремонте и замене вышедшего из строя оборудования
  • Повышение качества электропитания и энергоэффективности

Особенности эксплуатации стабилизаторов напряжения

При использовании стабилизаторов напряжения важно соблюдать ряд правил:


  • Устанавливать стабилизатор в сухом, проветриваемом помещении
  • Не превышать максимальную допустимую мощность нагрузки
  • Регулярно проводить профилактическое обслуживание
  • Использовать качественные силовые кабели для подключения
  • Обеспечить надежное заземление

Соблюдение этих простых правил позволит максимально продлить срок службы стабилизатора и обеспечить его эффективную работу.

Перспективы развития технологий стабилизации напряжения

Технологии стабилизации напряжения постоянно совершенствуются. Основные тенденции развития:

  • Повышение точности и скорости стабилизации
  • Уменьшение габаритов и веса устройств
  • Снижение энергопотребления стабилизаторов
  • Интеграция функций мониторинга и удаленного управления
  • Разработка «умных» стабилизаторов с адаптивными алгоритмами работы

Развитие технологий позволит создавать более эффективные и удобные в использовании стабилизаторы напряжения, способные обеспечить высокое качество электропитания в любых условиях.


§73. Стабилизаторы напряжения | Электротехника

В схемах стабилизации напряжения используют резисторы, полупроводниковые приборы или реакторы с линейной и нелинейной вольт-амперными характеристиками. Если включить линейный элемент, например реактор L1, последовательно с нагрузкой Rн, а нелинейный насыщающийся реактор L2 — параллельно ей (рис. 243), то при изменении входного напряжения Uвх в некоторых пределах выходное напряжение Uвых будет оставаться постоянным. Объясняется это тем что нелинейный реактор L2 работает в режиме насыщения и напряжение на его зажимах практически не изменяется при изменении проходящего по нему тока. Поэтому при изменении напряжения Uвх происходит перераспределение напряжений между последовательно включенными реакторами L1 и L2 и весь прирост напряжения Uвх приходится на линейный реактор L1.

Напряжение же на нелинейном реакторе, параллельно которому включена нагрузка Rн, будет стабилизированным в некоторых пределах, зависящих от вольт-амперной характеристики нелинейного реактора и пределов изменения напряжения U

вх. Такой стабилизатор напряжения называют ферромагнитным. Недостатками его являются низкий коэффициент мощности и значительные габаритные размеры стабилизатора.

Для уменьшения габаритных размеров стабилизатор выполняют с объединенной магнитной системой, а для повышения коэффициента мощности параллельно нелинейному реактору включают конденсатор С (рис. 244, а). Такой стабилизатор называют феррорезонансным. Первичная обмотка 3 стабилизатора, на которую подается напряжение Uвх, расположена на участке 2 магнитопровода, по которому проходит магнитный поток Ф2. Этот участок имеет большое поперечное сечение, вследствие чего он находится в ненасыщенном состоянии. Вторичная обмотка 4, к которой подключается нагрузка Rн, расположена на участке 5 магнитопровода с малым поперечным сечением и, следовательно, находится в насыщенном состоянии. Поэтому при изменении напряжения U

вх и магнитного потока Ф2 магнитный поток Ф3 и индуцируемая в обмотке 4 э. д. с. изменяются незначительно. Так же незначительно изменяется и выходное напряжение Uвых. При увеличении

Рис. 243. Принципиальная схема стабилизатора напряжения на реакторах

Рис. 244. Схемы феррорезонансного стабилизатора напряжения

потока Ф2 та его часть, которая не может проходить по участку 5, замыкается в виде потока Ф1 через магнитный шунт 1.

При подаче на обмотку 2 синусоидального напряжения Uвх напряжение Uвых будет несинусоидальным. Поток Ф1 проходит через магнитный шунт только в те моменты времени, когда поток Ф2 приближается к амплитудному значению и участок 5 переходит в режим насыщения. Чтобы повысить точность стабилизации напряжения, на части 2 магнитопровода стабилизатора размещают компенсационную обмотку 6 (рис. 244,б), включенную в цепь нагрузки последовательно с вторичной обмоткой 4, но так, чтобы индуцируемые в них э. д. с. были противоположны по фазе.

В результате этого напряжение Uвыx определяется разностью э. д. с. во вторичной и компенсационной обмотках. При увеличении напряжения Uвх и потока Ф2 напряжение Uвыx поддерживается постоянным не только из-за малого изменения потока Ф2 как в стабилизаторе (см. рис. 244, а), а также благодаря возрастанию э. д. с. в компенсационной обмотке 6.

Промышленность выпускает феррорезонансные стабилизаторы напряжения мощностью от 100 Вт до 8 кВт. Эффективность стабилизации характеризуется

коэффициентом стабилизации, показывающим, во сколько раз уменьшается относительное изменение выходного напряжения ?Uвых/Uвых по сравнению с относительным изменением входного напряжения ?Uвх/Uвх.

Классическая схема последовательного стабилизатора

Классическая схема последовательного стабилизатора

Самый кардинальный способ улучшить характеристики источника питания, это использовать стабилизатор напряжения. Стабилизатор напряжения представляет peaлизованное на практике приближение к идеальной схеме источника напряжения Тевенина, то есть стабилизатор характеризуется фиксированным значением выходного напряжения, а также значением выходного сопротивления, которое в идеале должно как можно ближе приближаться к нулевому значению. Идеальный источник Тевенина имеет способность отдавать в нагрузку ток бесконечно большой величины, тогда как источник питания, нагрузкой которого является стабилизатор, имеет в реальности ограничения по величине своего тока. Следовательно, всегда необходимо помнить, что реальный стабилизатор может только имитировать характеристики идеального источника Тевенина в ограниченном рабочем диапазоне, поэтому всегда необходимо быть уверенным, что работа стабилизатора не выходит за эти пределы границ этого диапазона.

Принцип работы всех стабилизаторов напряжения базируется на свойствах схемы делителя напряжения. Если какое-нибудь из плеч делителя, неважно, будет ли это верхнее, либо нижнее плечо, сделано регулируемым тем или иным образом, то выходное напряжение может изменяться путем воздействия на регулируемое плечо (рис. 6.26).

Рис. 6.26 Взаимосвязь между делителем напряжения и стабилизаторами напряжения

Если верхний элемент делителя напряжения изготовлен таким образом, что можно изменять его характеристики, то такой стабилизатор получил название последовательного стабилизатора (схемы последовательной стабилизации), так как регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой. Если же регулируются параметры нижнего плеча делителя напряжения, то такой стабилизатор известен под названием параллельного стабилизатора (схемой параллельной стабилизации), так как регулирующий элемент оказывается включенным параллельно нагрузке. Схемы параллельной стабилизации менее эффективны по сравнению со схемами последовательной стабилизации и их параметры должны быть более точно согласованы с нагрузкой, однако они обладают тем преимуществом, что они могут выполнять роль как источника тока, так и роль его потребителя.

Классическая принципиальная схема последовательного стабилизатора напряжения приведена на рис. 6.27.

Рис. 6.27 Схема последовательного стабилизатора напряжения

В приведенной схеме использованы полупроводниковые элементы, однако, возможен и ламповый вариант реализации этой схемы, обладающей аналогичными свойствами. Усилитель рассогласования (погрешностей) усиливает разностный сигнал между опорным напряжением и частью выходного напряжения и управляет работой последовательно включенного проходного транзистора таким образом, что выходное напряжение не изменяет своего значения.

Работы схемы зависит от действия цепи отрицательной обратной связи. В заключительных разделах уже рассматривалась ситуация, что в условиях, когда действует обратная связь, входное и выходное сопротивления изменяются в соответствии с величиной коэффициента связи (1 + βA0). Работа стабилизатора напряжения строится на уменьшении выходного напряжения системы на величину, равную коэффициенту обратной связи.

Первоначально следует предположить, что схема стабилизатора включена и на его выходе есть напряжение, для простоты анализа его можно принять равным 10 В. В результате воздействия делителя напряжения, на инвертирующем входе операционного усилителя должно быть напряжение, равное 5 В. Источник опорного напряжения поддерживает на неинвертирующем входе неизменное (за счет свойств стабилитрона) напряжение 5 В. Последовательно включенный проходной транзистор представляет собой эмитерный повторитель, отпираемый током от усилителя рассогласования. Напряжение на его эмиттере транзистора составляет 10 В, следовательно, на базе отпертого кремниевого транзистора напряжение составит 10,7 В.

Далее следует предположить, что по какой-нибудь причине выходное напряжение снизилось. Напряжение в средней точке делителя напряжения также уменьшается, однако, величина опорного напряжения остается без изменения и по-прежнему равняется 5 В. Напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя рассогласования будет больше по сравнению с величиной напряжения на инвертирующем входе, поэтому его выходное напряжение должно увеличиться. Однако, если напряжение на базе транзистора увеличивается, падение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора уменьшится (в силу уменьшения сопротивления этого участка с ростом отпирающего базового напряжения), а следовательно, его эмитерное напряжение также должно возрасти. В результате, такая схема стабилизации препятствует уменьшению выходного напряжения.

Так как совершенно аналогичные аргументы могут быть использованы для описания работы схемы при увеличении выходного напряжения, то можно заключить, что работы схемы будет устойчивой, а величина выходного напряжения определяется параметрами схемы делителя напряжения и источника опорного напряжения (стабилитрона). Если перерисовать схему стабилизатора в несколько ином виде, то легко можно видеть, что она представляет собой обычный усилитель, коэффициент усиления которого задается делителем напряжения, и что данный усилитель усиливает опорное напряжение (рис. 6.28).

Рис. 6.28 Видоизмененная схема последовательного стабилизатора, призванная продемонстрировать его сходство с неинвертирующим усилителем

После рассмотрения преобразованной схемы величину выходного напряжения можно представить в виде:

Так как усилитель рассогласования в этой схеме просто усиливает опорное напряжение, то любая составляющая сигнала шума в опорном напряжении также будет усиливаться, поэтому необходимым становится условие питания от настолько малошумящего источника, насколько это возможным. Хотя приводимый аргумент и может быть уподоблен лисе, преследующей свой собственный хвост, но если допустить, что напряжение питания на источник опорного напряжения подается с выхода этого же источника питания (который не имеет шумов), то и опорное напряжение не будет иметь шумов. Однако в этом случае следует, что выходное напряжение данного источника питания также не должно иметь шумов.

На первый взгляд могло бы показаться, что если опорное напряжение является частью выходного напряжения, то режим работы такой системы окажется, вероятнее всего, неустойчивым, однако на практике это все не так.

Прежде всего, следует отметить, что во всех схемах стабилизаторов их входное напряжение превышает выходное. Минимально допустимая разность между этими напряжениями, после ухода за которую стабилизатор перестает устойчиво работать, известна под названием «напряжением выпадания» (так как стабилизатор как бы выпадает из режима стабилизации). Для приведенной конкретной схемы эта величина составляет всего несколько вольт (минимальное остаточное падение напряжения между коллектором и эмиттером управляющего транзистора), однако, напряжения выпадания для ламповой реализации стабилизатора может составлять порядка 40 В, либо принимать в некоторых случаях и еще большее значение.

 

 

Как стабилизатор напряжения Aulten может уберечь ваш дом от неприятностей? — Олтен

Стабилизаторы напряжения предназначены для снижения переходных колебаний напряжения в системе распределения электроэнергии. Чем ниже содержание гармоник, тем стабильнее выходное напряжение.

В целом схемы стабилизатора напряжения можно разделить на два составных блока: подсистема переменного-постоянного тока и подсистема постоянного-переменного тока. Подсистема переменного тока выпрямляет входное напряжение, одновременно преобразовывая его в желаемое устойчивое регулируемое выходное напряжение, которое обычно питается какой-либо схемой повышающего преобразователя перед ней, которая уменьшает или устраняет любые пульсации или шумы, присутствующие на его входных клеммах. С другой стороны, подсистема постоянного тока получает регулируемое переменное напряжение на входе и формирует на своем выходе уровень постоянного тока той же величины. Именно этот выход постоянного тока преобразуется в желаемое устойчивое регулируемое напряжение с помощью какой-либо схемы повышающего преобразователя перед ним, которая дополнительно уменьшает или устраняет любые пульсации или шумы, присутствующие на его входных клеммах.

 

Как стабилизаторы напряжения помогают в вашем доме?

Стабилизатор напряжения используется для стабилизации источников питания оборудования.

Стабилизаторы напряжения бывают двух типов: Стабилизатор напряжения и Фильтрация. Оба они используются для уменьшения колебаний выходного напряжения. Версии с фильтрацией обеспечивают лучшую электрическую стабильность, чем версии с регулировкой мощности. Оба типа работают, поддерживая выход близко к заданному значению, но различаются тем, как они обрабатывают любые более высокие гармоники, присутствующие во входном напряжении.

Чем отличаются хорошие и плохие стабилизаторы напряжения? Некоторые хорошие стабилизаторы напряжения могут фактически улучшить качество вашей энергии, в то время как некоторые плохие могут снизить его, уменьшая или устраняя шум, или, что еще хуже, замедляя ваше оборудование.

 

Вот некоторые из их типов и применений:

  1. ШИМ (широтно-импульсная модуляция) Вместо быстрого переключения выходного напряжения на ноль и обратно ШИМ-контроллер поддерживает выходное напряжение на достаточно постоянном уровне. состояния, а также может включать в себя схемы затемнения светодиодов.

 

  1. Усиленный выходной стабилизатор Повышающий стабилизатор — это источник питания со встроенным преобразователем постоянного тока в постоянный, который согласовывает выходной переменный ток нагрузки с требуемым уровнем постоянного тока. Он принимает высокое входное напряжение и преобразует его в регулируемое более низкое выходное напряжение. Целью этой схемы является питание вашего оборудования без необходимости использования батарей или других внешних источников питания.

 

  1. Батареи Батареи — очень простые, но надежные источники энергии. Они подают электрический ток, чтобы поддерживать работу освещения и других электронных устройств. Они обычно используются, когда поблизости нет доступной розетки переменного тока.

Батареи бывают двух типов: сухие и перезаряжаемые (перезаряжаемые). Выходное напряжение влажных элементов остается постоянным до тех пор, пока оно не разрядится. Аккумуляторы не теряют накопленную мощность, даже если они не используются в течение длительного времени, поэтому их можно перезаряжать снова и снова. При покупке аккумуляторов всегда следуйте инструкциям производителя относительно зарядки, разрядки и безопасности аккумуляторов.

 

Чем хороши стабилизаторы Aulten для вашего дома?

Стабилизаторы Aulten хороши для вашего дома по следующим причинам:

 

  1. Чтобы улучшить качество электроэнергии, они перенапряжения, а затем ограничивают напряжение, как только оно превышает определенное значение. Это не только предотвращает перегорание приборов из-за более высоких токов, но и обеспечивает стабильное напряжение.

 

  1. Они стабилизируют выходное напряжение оборудования, такого как ИБП, которые используются в течение длительного времени без перерыва, что поддерживает функциональность вашей системы внутреннего или наружного освещения или любого другого оборудования, использующего для своей работы питание переменного тока.

 

  1. Они также используются для предотвращения перегорания устройств, особенно если вы не хотите заменять их подключаемыми устройствами другого типа и, следовательно, должны поддерживать уровень их производительности при регулярном использовании.

 

Если вы ищете модный вариант с гибким выбором, то Aulten предлагает вам свои стабилизаторы прямо здесь.

 

    Опубликовано в
  • стабилизатор напряжения переменного тока, Стабилизаторы Aulten для дома, стабилизатор напряжения Олтен, универсальный стабилизатор напряжения