Что такое стабилизатор напряжения. Как работают различные типы стабилизаторов. Какие бывают схемы стабилизаторов напряжения. Как выбрать подходящий стабилизатор для защиты электроприборов.
Что такое стабилизатор напряжения и зачем он нужен
Стабилизатор напряжения — это устройство, предназначенное для поддержания постоянного напряжения на выходе при колебаниях входного напряжения. Основная задача стабилизатора — защитить подключенные электроприборы от скачков напряжения в сети.
Зачем нужен стабилизатор напряжения? Основные причины использования стабилизаторов:
- Защита чувствительной электроники от перепадов напряжения
- Обеспечение стабильной работы оборудования
- Продление срока службы электроприборов
- Экономия электроэнергии
- Повышение качества электропитания
Без стабилизатора колебания напряжения могут привести к сбоям в работе техники или даже ее поломке. Поэтому стабилизаторы активно используются как в быту, так и на производстве.
Основные типы стабилизаторов напряжения
Существует несколько основных типов стабилизаторов напряжения, которые различаются по принципу действия и характеристикам:
Релейные стабилизаторы
Принцип работы релейного стабилизатора основан на переключении обмоток трансформатора с помощью электромагнитных реле. Такие стабилизаторы отличаются:
- Простотой конструкции
- Высокой надежностью
- Низкой стоимостью
- Ступенчатой стабилизацией
Электронные стабилизаторы
Электронные стабилизаторы используют силовые полупроводниковые элементы для регулировки напряжения. Их особенности:
- Плавная стабилизация
- Высокая точность
- Быстродействие
- Отсутствие механических частей
Электромеханические стабилизаторы
Работа электромеханических стабилизаторов основана на автоматическом перемещении щетки по обмотке автотрансформатора. Их характеристики:
- Плавная регулировка
- Высокая мощность
- Широкий диапазон стабилизации
- Наличие подвижных частей
Схемы стабилизаторов напряжения
Рассмотрим основные схемы, используемые в стабилизаторах напряжения:
Схема релейного стабилизатора
Типовая схема релейного стабилизатора включает:
- Автотрансформатор с отводами
- Блок реле для переключения отводов
- Схему управления на микроконтроллере
- Датчик входного и выходного напряжения
При отклонении напряжения схема управления переключает нужный отвод автотрансформатора с помощью реле.
Схема электронного стабилизатора
В электронном стабилизаторе основными элементами являются:
- Силовые тиристоры или симисторы
- Вольтодобавочный трансформатор
- Электронный блок управления
- Датчики напряжения
Схема электромеханического стабилизатора
Основные компоненты электромеханического стабилизатора:
- Автотрансформатор с подвижным контактом
- Сервопривод для перемещения контакта
- Схема управления сервоприводом
- Датчики входного и выходного напряжения
Стабилизация происходит за счет плавного перемещения контакта по обмотке автотрансформатора.
Как выбрать стабилизатор напряжения
При выборе стабилизатора напряжения следует учитывать следующие факторы:
- Мощность подключаемой нагрузки
- Диапазон входных напряжений
- Точность стабилизации
- Быстродействие
- Тип нагрузки (бытовая техника, электроника и т.д.)
- Условия эксплуатации
Преимущества и недостатки разных типов стабилизаторов
Каждый тип стабилизаторов имеет свои плюсы и минусы:
Релейные стабилизаторы
Преимущества:
- Простота и надежность
- Низкая стоимость
- Высокий КПД
Недостатки:
- Ступенчатая стабилизация
- Шум при переключении
- Ограниченный ресурс реле
Электронные стабилизаторы
Преимущества:
- Высокая точность
- Плавная стабилизация
- Отсутствие шума
Недостатки:
- Высокая стоимость
- Чувствительность к перегрузкам
- Более низкий КПД
Электромеханические стабилизаторы
Преимущества:
- Большая мощность
- Широкий диапазон стабилизации
- Высокая надежность
Недостатки:
- Высокая стоимость
- Низкое быстродействие
Применение стабилизаторов напряжения
Стабилизаторы напряжения широко применяются в различных сферах:
- Бытовая техника и электроника
- Компьютерное и офисное оборудование
- Медицинская техника
- Промышленное оборудование
- Системы безопасности и видеонаблюдения
- Телекоммуникационные системы
В быту стабилизаторы чаще всего используются для защиты холодильников, телевизоров, компьютеров и другой чувствительной техники. На производстве они обеспечивают стабильную работу станков, производственных линий и другого оборудования.
Советы по эксплуатации стабилизаторов напряжения
Для эффективной и долговечной работы стабилизатора напряжения рекомендуется соблюдать следующие правила:
- Правильно подбирать мощность стабилизатора
- Устанавливать стабилизатор в хорошо вентилируемом месте
- Не допускать перегрузок и коротких замыканий
- Регулярно проводить профилактический осмотр
- Соблюдать температурный режим эксплуатации
- Защищать от влаги и механических воздействий
При соблюдении этих рекомендаций стабилизатор напряжения прослужит долго и надежно, обеспечивая защиту подключенных электроприборов.
22.06.15 В настоящее время большее распространение получили следующие типы стабилизаторов напряжения: релейные стабилизаторы, электронные стабилизаторы, электромеханические стабилизаторы. Выбор типа стабилизатора напряжения определяется спецификой задачи, которую нужно решить. Различные схемы построения стабилизатора напряжения определяют основные параметры приборов. Среди важных параметров стабилизаторов следует выделить следующие: точность стабилизации, скорость стабилизации, надежность работы, защита от электрических помех, срок эксплуатации, стоимость стабилизатора. Рассмотрим принципы работы основных типов стабилизаторов напряжения и их принципиальные электрические схемы. Схема работы релейного стабилизатора Схема работы релейного стабилизатора напряжения основана на ступенчатом регулировании напряжения путем автоматической коммутации секций вторичной обмотки трансформатора. Коммутация секций обмоток происходит с помощью силовых реле, работой которых управляет электронная плата. Специальный процессор ведет контроль входного и выходного напряжения, вычисляет необходимое число трансформации и осуществляет коммутацию нужного числа силовых реле. Такая схема стабилизатора позволяет быстро и эффективно стабилизировать напряжение в нужном диапазоне. Принципиальная электрическая схема релейного стабилизатора напряжения. Схема работы электронного стабилизатора Схема работы электронного стабилизатора напряжения основана на ступенчатом регулировании напряжения путем автоматической коммутации секций вторичной обмотки трансформатора. Коммутация секций обмоток происходит с помощью силовых тиристоров, работой которых управляет электронный блок управления. Напряжение на выходе стабилизатора в случае применения схемы вольтодобавочного типа определяется суммированием основного и добавочного напряжения. Такая схема стабилизатора позволяет быстро и эффективно стабилизировать напряжение в нужном диапазоне, обеспечивая высокую надежность и бесшумность работы. Принципиальная электрическая схема релейного стабилизатора напряженияaa Схема работы электромеханического стабилизатора Схема работы электромеханического стабилизатора напряжения основана на плавном регулировании напряжения путем автоматической коммутации дополнительного числа витков вторичной обмотки трансформатора. Коммутация дополнительных витков трансформатора происходит с помощью подвижного контакта, приводимого в движение сервоприводом. Положением подвижного контакта управляет электронный или аналоговый блок управления. Как только напряжение на входе становиться большим или меньшим установленного, блок управления дает команду на перемещение подвижного контакта до момента установления правильного напряжения на выходе. Эта схема работы стабилизатора позволяет вести плавное и точное изменение напряжения. Однако время стабилизации напряжения в такой схеме стабилизатора достаточно велико. Большим минусом стабилизаторов, построенных по этой схеме, является физический износ подвижного контакта Принципиальная электрическая схема электромеханического стабилизатора напряжения Анонс товаров Разделы / ИБП и стабилизаторы напряжения |
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. |
|
Простейшая схема стабилизатора сетевого напряжения
Вы здесь: Главная / Регуляторы напряжения / Простейшая схема стабилизатора сетевого напряжения
обнаруживать неподходящие уровни напряжения и устранять их, чтобы обеспечить достаточно стабильный выходной сигнал на выходе, к которому подключена нагрузка.
Здесь мы рассмотрим конструкцию простого автоматического стабилизатора сетевого напряжения переменного тока, который можно использовать для вышеуказанной функции.
Как работает схема
Говоря о рисунке, мы сталкиваемся с тем, что вся схема состоит из одного операционного усилителя IC 741. Он становится частью управления всей конструкции.
Микросхема распаяна как компаратор, все знают, насколько хорошо этот режим подходит для микросхемы 741 и других ОУ. Его два входа соответствующим образом настроены для указанных процедур.
Вывод № 2 ИС фиксируется на опорном уровне, создаваемом резистором R1 и стабилитроном, а вывод № 3 используется для измерения напряжения от трансформатора или источника питания. Это напряжение превращается в напряжение считывания для ИС и мгновенно пропорционально изменению входного переменного тока нашего источника питания.
Предустановка используется для установки точки активации или пороговой точки, при которой напряжение может считаться опасным или недопустимым. Мы собираемся поговорить об этом в разделе о процессе создания.
На контакте № 6, который является выходом микросхемы, устанавливается высокий уровень в тот момент, когда контакт № 3 достигает заданного значения и запускает фазу транзистора/реле.
В случае, если напряжение сети превышает определенное пороговое значение, неинвертирующая микросхема определяет это и ее выход мгновенно становится высоким, активируя транзистор и реле для необходимых действий.
Реле типа DPDT имеет контакты, подключенные к трансформатору, который может быть обычным трансформатором, улучшенным для выполнения функции стабилизирующего трансформатора.
Его первичная и вторичная обмотки соотнесены таким образом, что посредством соответствующего переключения ответвлений трансформатор имеет возможность добавлять или вычитать определенную величину сетевого напряжения переменного тока и генерировать дополнительную нагрузку, связанную с выходом.
Контакты реле правильно соединены с ответвлениями трансформатора для выполнения вышеуказанных действий в соответствии с командами, подаваемыми с выхода операционного усилителя.
Таким образом, если входное напряжение переменного тока имеет тенденцию повышать установленное пороговое значение, трансформатор вычитает некоторое напряжение и пытается не допустить достижения опасного уровня напряжения, и наоборот в условиях низкого напряжения.
Электрическая схема стабилизатора напряжения 220 В
Перечень деталей для СХЕМЫ ПРОСТОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
- Для изготовления самодельной схемы автоматического стабилизатора сетевого напряжения вам потребуются следующие компоненты:
- R1, R2 = 10K,
- R3 = 470K,
- P1 = 10K предустановка
- C1 = 1000 мкФ / 25 В
- D1, D2 = 1N4007, 900 38 T1 = BC547,
- TR1 = 0–12 В , 500 мА,
- TR2 = 9–0–9 В, 5 А,
- IC1 = 741,
- Z1, Z2 = 4,7 В/400 мВт
- Реле = DPDT, 12 В, 200 или более Ом,
Приблизительное выходное напряжение для данных входов
ВХОД —— ВЫХОД
200 В ——— 212 В
210 В ——— 222 В
220В ——— 232В
225В ——— 237В
230В ——— 218В
240В ——— 228В
250В —— — 238 В
Как настроить схему
Предлагаемая простая схема автоматического стабилизатора напряжения может быть настроена с помощью следующих процедур:
В начале не подключайте трансформаторы к цепи.
Используя регулируемый источник питания, запитайте цепь через C1, плюс идет на клемму R1, а минус идет на линию катода D2.
Установите напряжение примерно на 12,5 В и отрегулируйте предустановку так, чтобы выходной сигнал ИС сразу стал высоким и вызывал реле.
Теперь уменьшение напряжения примерно до 12 вольт должно привести к тому, что операционный усилитель приведет реле в исходное состояние или обесточит его.
Повторите и проверьте действие реле, изменив напряжение с 12 до 13 вольт, что может привести к срабатыванию триггера реле соответственно.
Процесс запуска завершен.
Теперь вы можете подключить оба трансформатора к соответствующим позициям со схемой.
Схема простого самодельного стабилизатора сетевого напряжения готова.
При настройке реле срабатывает в любой момент, когда входное напряжение превышает 230 вольт, доводя выходное напряжение до 218 вольт, и сохраняет это расстояние постоянно, когда напряжение увеличивается до более высоких уровней.
Когда напряжение снова падает до 225 В, реле обесточивается, подтягивая напряжение до 238 В, и сохраняет воздействие при дальнейшем падении напряжения.
Вышеупомянутое действие поддерживает выходное напряжение устройства в диапазоне от 200 до 250 вольт с колебаниями от 180 до 265 вольт.
Об администраторе
Как сделать автоматический стабилизатор напряжения? Схема, описание конструкции
Введение
На рынке представлено огромное количество стабилизаторов напряжения, и, конечно же, приобрести их в зависимости от потребностей не составляет большого труда. Но, конечно, может быть очень забавно построить один дома и увидеть, как он действительно работает. Схема автоматического стабилизатора напряжения (АВС), описанная в этой статье, на самом деле очень проста по конструкции, достаточно точна и обеспечит хорошую защиту электронного устройства, которое к нему подключено. Это особенно защитит их от опасного высокого напряжения, а также от возможных отключений (низких напряжений). Выходное напряжение останется в диапазоне 200–255 В переменного тока при входном напряжении 175–280 В переменного тока.
Как работает стабилизатор напряжения?
В одной из моих предыдущих статей вы наверняка узнали о функционировании автотрансформатора. Там мы изучили, как можно использовать автотрансформатор для получения более высокого и более низкого напряжения, чем входное напряжение сети переменного тока. Автотрансформатор фактически играет наиболее важную роль в схеме стабилизатора напряжения.
Схема стабилизатора напряжения в основном состоит из датчика напряжения. Он настроен на обнаружение подъема или падения сетевого напряжения переменного тока до опасного уровня. Как только он обнаруживает опасное входное напряжение, он немедленно активирует подключенные к нему реле. Эти реле, в свою очередь, меняют местами и переключают соответствующие клеммы обмотки автотрансформатора для корректировки и стабилизации выходного напряжения. Таким образом, прибор, подключенный к выходу схемы стабилизатора напряжения, всегда получает безопасное, допустимое напряжение и способен надежно функционировать независимо от колебаний входного напряжения.
Давайте перейдем к изучению деталей, необходимых для его сборки, а также деталей его конструкции.
Необходимые детали
Для схемы потребуются следующие детали:
Резистор ¼ Вт, CFR R1 = 2 K 7,
Предустановка P1 = 10 K Линейная, 90 003
Транзистор T1 = BC 547,
Стабилитрон Z1 = 3 В/400 мВт,
Диод D1, D2 = 1N4007,
Конденсатор = 220 мкФ/ 25 В
Реле RL1 = 12 В / DPDT mini (двухполюсное, на два направления),
Трансформатор T1 = 12 – 0 – 12 В / 5 А. T2 = 0–12 вольт / 500 мА (вход согласно спецификациям страны)
Плата общего назначения = 3” на 3”
Подсказки по строительству
С помощью данной принципиальной схемы (на следующей странице) ) построение этой простой схемы AVS можно выполнить, выполнив следующие простые шаги:
В данный кусок платы общего назначения вставьте транзистор, припаяйте и отрежьте его выводы.
Как сделать автоматический стабилизатор напряжения…
Пожалуйста, включите JavaScript
Как сделать автоматический стабилизатор напряжения? Схема, описание конструкцииПриступайте к фиксации и пайке остальных связанных деталей вместе с реле вокруг транзистора.
Соедините их все в соответствии со схемой.
Наконец, подключите первичный и вторичный провода трансформатора к контактам реле, как показано на схеме.
На следующей странице описаны схема и детали конструкции этой схемы автоматического стабилизатора напряжения.
Описание схемы
Функционирование этой простой схемы стабилизатора напряжения можно понять из следующих пунктов:
Обращаясь к рисунку ( Нажмите, чтобы увеличить ) мы видим, что Транзистор Т1 составляет основную активную часть всей схемы.
Напряжение от меньшего трансформатора выпрямляется D1 и фильтруется C1 для получения необходимой рабочей мощности для схемы управления, состоящей из транзистора T1, предустановки P1, стабилитрона Z1 и реле DPDT.
Вышеупомянутое напряжение также используется в качестве базового опорного или измерительного напряжения. Потому что это напряжение будет изменяться пропорционально изменениям приложенного входного напряжения.
Например, если обычно рабочее напряжение постоянного тока составляет около 12 вольт, увеличение или уменьшение входного напряжения сети переменного тока, скажем, на 25 вольт пропорционально увеличит или уменьшит напряжение постоянного тока до 14 или 10 вольт соответственно.
Предварительная установка P1 установлена таким образом, что транзистор проводит и управляет реле всякий раз, когда входное напряжение сети переменного тока имеет тенденцию отклоняться от точного нормального напряжения (110 или 225 вольт) и наоборот.
Если входное напряжение превышает вышеуказанный предел, T1 проводит и активирует реле. Контакты реле соединяют соответствующие соединения трансформатора стабилизатора мощности, чтобы отнять 25 вольт от входа, т.е. довести выходное напряжение примерно до 205 вольт. С этого момента, если напряжение в сети будет продолжать расти, выходное напряжение для приборов будет на 25 вольт ниже его. Это означает, что даже если напряжение достигнет 260 В, на выходе будет только до 260 — 25 = 235 вольт.
Произойдет прямо противоположное, если входной переменный ток упадет ниже нормального уровня, т.е. в этом случае к выходу добавится 25 вольт, и даже если вход продолжит падать и достигнет 180 вольт, выход будет достигать только до 180 + 25 = 205 вольт.
Данная конструкция очень проста и базовая, поэтому стабилизация не может быть очень точной. Но, конечно, он будет держать выходное напряжение в пределах 200 и 250 вольт при экстремальных входных напряжениях от 180 до 275 вольт (или в пределах 100 и 125 против 9).0 и 130 вольт).
Как это проверить?
Готовая печатная плата простого стабилизатора напряжения может быть проверена следующим методом:
Для процедуры тестирования вам потребуется универсальный регулируемый источник постоянного тока 0 – 12 вольт.