Типы стабилизаторов напряжения

Стабилизаторы со ступенчатым регулированием

Принцип работы

Основные детали стабилизаторов этого типа - автотрансформатор состоящий из нескольких обмоток и устройство коммутации, которое переключает эти обмотки.

На входе устройства находится электронная плата, которая анализирует сетевое напряжение и управляет переключателями, которые подают напряжение на выход от соответствующего вывода обмотки автотрансформатора.

Количество обмоток и , соответственно, ступеней может варьироваться от 4 до 9. Чем больше ступеней, тем точнее регулируется напряжение.

Быстродействие ступенчатых СН достигает 5-7 мсек.

Переключателями могут служить:

• электромеханические реле
• тиристоры, симисторы

Преимущество реле - отсутствие искажения формы напряжения, недостаток - ограниченная долговечность

Преимущества электронных переключателей - долговечность, недостатки - искажение формы напряжения, чувствительность к помехам в сети.

Недостатки

Так как СН этого типа регулируют напряжение ступенями, то на его выходе напряжение колеблется в определённых пределах, например, для стабилизатора с напряжение 220 В+/- 8% на выходе получим 203-237 В.

Это хорошо видно на графике:

Это основной недостаток ступенчатых ступенчатых преобразователей.

Основные преимущества:

• небольшой размер
• невысокая стоимость
• возможность работы с перегрузкой
• широкий диапазон входного напряжения
• практически бесшумная работа

Все эти достоинства оценили потребители, и сейчас большинство пользуется именно этими ПН.

Схема ступенчатого стабилизатора

Схема релейного стабилизатора:

Схема тиристорного (симисторного) стабилизатора

Для увеличения точности регулирования напряжения применяют двухкаскадные схемы - первая грубая регулировка и второй каскад - для увеличения точности.

Вот как выглядит такой стабилизатор внутри:

Электромеханические стабилизаторы напряжения (сервоприводные)

Принцип работы

Главные детали в данных стабилизаторах - автотрансформатор и электромеханический переключатель, сервопривод.

Сервопривод представляет из себя бегунок, который движется по по виткам трансформатора и снимает с них нужное напряжение.

Недостатки

• низкая надёжность
• небольшой срок службы
• низкая скорость реакции на изменение напряжения
• шум при переключении

В качестве съёмного бегунка используют угольные щётки, поэтому срок службы и надёжность оставляют желать лучшего.

Во время работы слышен характерны звук искрения в щёточном механизме.

Скорость реакции примерно, 1 с на 10% изменения напряжения от номинала, поэтому при больших и резких скачках, например, работе сварочного аппарата, данный тип СН не сможет корректно стабилизировать напряжение.

Основные неисправности механических СН - залипание сервоприводного механизма и истирание бегунка-щётки.

Преимущества

• низкая стоимость
• точность регулирования
• не вносит искажений на выходе

Сервоприводный двигатель отрабатывает колебания напряжения, с точностью 2-3%.

А стоимость из-за простоты конструкции невысокая, и такие стабилизаторы доступны по цене.

Стоит отметить, что сейчас появились роликовые механические СН, в которых вместо угольной щётки используется подвижный ролик - долговечность и надёжность таких стабилизаторов на порядок выше.

Схема электромеханического стабилизатора

Схема бегункового механизма:

Фото сервопривода в электромеханическом СН:

Инверторные стабилизаторы.

Ещё их называют стабилизаторы с двойным преобразованием или "онлайн стабилизаторы"

Принцип работы

СН этого типа преобразуют переменное напряжение сети в постоянное, после чего из постоянного формируют переменное со стабильными параметрами частоты, уровня и формы.

Таким образом параметры выходного напряжения не зависят от параметров входного.

Схема инверторного стабилизатора

ВФ - входные фильтры

ККМ - корректор коэффициента мощности

ИНВ - преобразователь постоянного напряжения в переменное

ВИП - вторичный источник питания

МК - микроконтроллер, управляющий работой всей схемы

Преимущества инверторных стабилизаторов

• широкий диапазон входного напряжения
• стабильные параметры выходного напряжения
• бесшумность
• небольшие габариты и вес
• фильтрация помех и высокочастотных выбросов из сети
• высокий КПД
• защита по превышению тока в нагрузке

Инверторы способны работать от 100 В! При этом имеется снижение отдаваемой мощности (до 50%). Но это всё равно отличный показатель по сравнению с другими типами СН. Верхний предел доходит до 300 В.

При этом форма выходного сигнала - чистая синусоида, со стабильной частотой 50 Гц и напряжением 220 В. Эти параметры не зависят от параметров входного сигнала, а задаются внутренним генератором. Стабильность держится в пределах +/- 05-1%.

Преобразователи способны работать с небольшой перегрузкой - до 120%. При увеличении мощности нагрузки стабилизатор плавно ограничивает ток, не давая выходить мощности за опасные пределы. Также есть защиты от скачков напряжения и перегрева самого прибора.

Современный уровень развития электроники позволяет разместить довольно мощные стабилизаторы в небольшом корпусе, сравнительно маленького веса.

КПД, благодаря современной элементной базе и наличию встроенного корректора коэффициента мощности переваливает за 90 %.

Очень часто такие преобразователи совмещают с аккумуляторными батареями, получая ИБП - источник бесперебойного питания или UPS. Это позволяет питать потребителей электроэнергии даже при полном отключении электричества.

Недостатки инверторного стабилизатора

Недостатком таких СН является цена. Но всё равно их используют всё чаще. А стоимость данных приборов будет снижаться по мере развития электроники и элементной базы для неё.