Види і огляд стабілізаторів напруги
В електротехніці стабілізатором називають пристрій, призначений для підтримки постійного значення вихідної напруги змінного або постійного струму.
Всі види стабілізаторів напруги використовують один з двох способів стабілізації:
- Накопичення енергії з наступною генерацією електричного струму з потрібними параметрами;
- Коригування вхідного напруги з додаванням необхідного потенціалу, що приводить вихідні характеристики до номінальних значень.
кінетичний спосіб
У кінетичному стабілізаторі енергія накопичується в маховику, що знаходиться на одному валу з електродвигуном і генератором. Електроенергія, обертаючи двигун, перетворюється в кінетичну, яку запасає маховик, який чи її генератору під час змін вхідної напруги.
Такі стабілізатори застосовуються тільки в промисловості, для житлового будинку вони не придатні через великої потужності, габаритів, шуму і вібрацій, а також потреби в постійному обслуговуванні.
інверторний спосіб
Спосіб накопичення енергії реалізований також в інверторах, там електроенергія акумулюється в ємності конденсатора або в акумуляторі (в блоках безперебійного живлення), і витрачається, споживана електронним генератором, який на виході видає стабільну напругу.
Випускаються потужні інвертори, які можна підключити до входу електромережі квартири, або приватного будинку, і вся побутова техніка не буде страждати від неякісної електроенергії. З недоліків:
- не у всіх інверторів на виході правильна синусоїда;
- досить висока ціна, особливо інверторних стабілізаторів дають синусоїдальна вихідна напруга;
- для потужних напівпровідникових приладів потрібна інтенсивна вентиляція.
інверторний стабілізатор напруги
ферорезонансний спосіб
Принцип накопичення енергії в ферорезонансним стабілізаторах можна порівняти з маятником в старовинних годинах - завдяки резонансу і циклічного переходу накопиченої кінетичної енергії в потенційну, і навпаки, він коливається від однаковою частотою та амплітудою, незалежно від сили натягу пружини.
Подібні процеси відбуваються в Ферорезонансні коливальному контурі, де енергія магнітних потоків, з постійною амплітудою циклічно перетікає між обмотками трансформатора і дроселя, що знаходяться в резонансі. Система досить надійна, але вона себе вичерпала в плані можливого розвитку, до того ж має суттєві недоліки:
- вузький діапазон вхідної напруги і частоти;
- великий рівень шуму;
- низький ККД;
- погане співвідношення маси до вихідної потужності.
Тому даний тип стабілізаторів витісняється з ринку більш прогресивними моделями, які набагато краще застарілих ферорезонансним за всіма показниками.
Ферорезонансний стабілізатор напруги
Коригуючи напруга за допомогою автотрансформатора
Майже всі види стабілізаторів змінної напруги. що працюють за принципом коригування, мають автотрансформатор в якості основного елемента. Від звичайного, даний тип трансформатора відрізняється тим, що у нього є тільки одна обмотка, що має багато відводів від витоків індуктивної котушки.
Між загальним висновком і одним відведенням підключається вхідна напруга від електромережі, по даному колі протікає струм, який насичуючи муздрамтеатр автотрансформатора, індукує потенціали по всій обмотці.
Щодо загального висновку, напруга на витках, що знаходяться до підключеного відведення буде нижче мережевого, а на тих витках, які знаходяться після нього, буде вище. Перемикаючись між відводами в залежності від вхідної напруги, можна домогтися прийнятного вихідного значення напруги. У найперших стабілізаторах такого типу перемикання відбувалося вручну, виходячи з показань вольтметра.
Пізніше зоровий контроль замінили мікропроцесором, а перемикання стали робити за допомогою ключів - електромеханічних, релейних, симісторних. Існує дві схеми релейних і симісторних перемикань - по входу і по виходу, в яких принцип той же, але змінюються параметри автотрансформатора і вихідної потужності. Рідше використовується класичний трансформатор, де перемикання відбуваються на відводах вторинної обмотки.
крок стабілізації
Якою б не була система ключів для перемикань, в даних стабілізаторах присутній електронний контролер управління, для якого потрібен вбудований блок живлення. має окремий трансформатор (на схемі не показаний) і свій стабілізатор постійної напруги.
Зі схеми ясно, що перемикання не може бути плавним - можливий діапазон вихідної напруги буде пропорційний тим межам, які вказані біля кожного ключа. Даний діапазон називають кроком, або ступенем стабілізації.
Чим менше потрібно крок, тим більше необхідно ключів. Тому застосовують двохкаскадний принцип стабілізації, який полягає в тому, що напруга з першого каскаду подається на другий, де також є обмотка, розрахована на діапазон напруг першого каскаду.
Друга обмотка також має відводи, комутовані ключами, але з меншою кількістю витків між ними, що зменшує крок стабілізації.
Таким чином перший каскад здійснює грубу регулювання, а другий точну. В даному стабілізаторі кількість ступенів перемикання дорівнює множенню кількості ключів в обох каскадах.
Різниця симісторних і релейних стабілізаторів
На наведеній вище схемі використані сімісторних ключі, але на їх місці можуть бути реле, від цього принцип не змінюється. Іноді для першого каскаду застосовуються реле, а для другого - сімістори, такі стабілізатори називають гібридними.
Релейні системи стабілізації найбільш економічні, не спотворюють синусоїду, терплячі при перевантаженні, підійдуть для будинку, який не піддається різким стрибкам напруги, але вони мають обмежений цикл включень - виключень, що впливає на їх довговічність.
Сімісторні стабілізатори мають краще швидкодією серед всіх інших, перемикання ключів відбувається абсолютно безшумно, чого не скажеш про релейних стабілізаторах, які досить голосно клацають під час роботи.
Завдяки переключенню в момент переходу моментального значення змінного струму через нуль, сімісторних стабілізатори позбулися свого головного недоліку - спотворення синусоїди при комутації, тому вони все більше набирають популярності.
Істотним недоліком сімісторних стабілізаторів є потреба в інтенсивному охолодженні, тому їм потрібні вентилятори, які сильно шумлять, особливо при забрудненні крильчатки.
сервопріводний стабілізатор
Найбільш точне регулювання забезпечує електромеханічний стабілізатор, у якого є тільки один ключ, у вигляді графітового стержня, який переміщається по витків автотрансформатора, контактуючи з ними, який рухається електродвигуном з електронною системою управління оборотами (сервоприводом).
В даному випадку крок стабілізації буде дорівнює напрузі між двома сусідніми витками. Недоліком сервопривідних стабілізаторів є:
- знос графітового стержня (щітки) і місць контакту на дотичних з ним проводах обмотки;
- неможливість роботи при мінусових температурах через водного конденсату на откритихтокопроводящіх елементах;
- великий час реакції (перемикання), через іннерціальності механічних компонентів;
- значний шум в роботі;
- вразливість механізмів до впливу запиленості атмосфери;
- Велике тепловиділення в місці контакту, внаслідок чого можливі підгоряння щітки при великому навантаженні.
Існують також перспективні електронні стабілізатори змінного і постійного напруги із застосуванням широтно-імпульсної модуляції і трансформатора вольтдобавки, але через складність схем, вони застосовуються поки що лише в складі електронної апаратури.
Змінний і постійний струм різниця