Виды и схемы стабилизаторов напряжения
Приборы для стабилизации напряжения сети применяются уже не одно десятилетие. Многие модели давно не используются, а другие пока не нашли широкого распространения, несмотря на высокие характеристики. Схема стабилизатора напряжения не является чем-то слишком сложным. Принцип работы и основные параметры различных стабилизаторов следует знать тем, кто ещё не определился с выбором.
Виды стабилизаторов напряжения
В настоящее время применяются следующие виды стабилизаторов:
- Феррорезонансные;
- Сервоприводные;
- Релейные;
- Электронные;
- Двойного преобразования.
Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.
Феррорезонансные стабилизаторы конструктивно являются самыми простыми устройствами. Они состоят из двух дросселей и конденсатора и работают на принципе магнитного резонанса. Стабилизаторы такого типа отличаются высокой скоростью срабатывания, очень большим сроком эксплуатации и могут работать в широком диапазоне напряжения на входе. В настоящее время их можно встретить в медицинских учреждениях. В быту практически не применяются.
Принцип действия сервоприводного или электромеханического стабилизатора основан на изменении величины напряжения с помощью автотрансформатора. Устройство отличается исключительно высокой точностью установки напряжения. Вместе с тем скорость стабилизации самая низкая. Электромеханический стабилизатор может работать с очень большими нагрузками.
Релейный стабилизатор так же имеет в своей конструкции трансформатор с секционированной обмоткой. Выравнивание напряжения осуществляется с помощью группы реле, которые срабатывают по командам с платы контроля напряжения. Прибор имеет относительно высокую скорость стабилизации, но точность установки заметно ниже за счёт дискретного переключения обмоток.
Электронный стабилизатор работает по такому же принципу, только секции обмотки регулирующего трансформатора переключаются не с помощью реле, а силовыми ключами на полупроводниковых приборах. Точность электронного и релейного стабилизатора приблизительно одинаковая, но скорость электронного устройства заметно выше.
Стабилизаторы двойного преобразования, в отличие от других моделей, не имеют в своей конструкции силового трансформатора. Коррекция напряжения осуществляется на электронном уровне. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью и точностью, но их стоимость намного выше, чем у других моделей. Стабилизатор напряжения 220 вольт своими руками, несмотря на кажущуюся сложность, может быть реализован именно на инверторном принципе.
Электромеханический стабилизатор
Сервоприводный стабилизатор состоит из следующих узлов:
- Входной фильтр;
- Плата измерения напряжения;
- Автотрансформатор;
- Серводвигатель;
- Графитовый скользящий контакт;
- Плата индикации.
В основе работы электромеханического стабилизатора лежит принцип регулировки напряжения путём изменения коэффициента трансформации. Это изменение осуществляется перемещением графитового контакта по свободной от изоляции обмотке трансформатора. Перемещение контакта осуществляется серводвигателем.
Напряжение сети поступает на фильтр, состоящий из конденсаторов и ферритовых дросселей. Его задача максимально очистить приходящее напряжение от высокочастотных и импульсных помех. В плате измерения напряжения заложен определённый допуск. Если напряжение сети в него укладывается, то оно сразу поступает на нагрузку.
При отклонении напряжения сверх допустимого, плата измерения напряжения подаёт команду на узел управления серводвигателем, который перемещает контакт в сторону увеличения или уменьшения напряжения. Как только величина напряжения придёт в норму, серводвигатель останавливается. Если напряжение сети нестабильно и часто изменяется, сервопривод может отрабатывать процесс регулирования практически постоянно.
Схема подключения стабилизатора напряжения малой мощности не представляет ничего сложного, поскольку на корпусе установлены розетки, а включение в сеть осуществляется шнуром с вилкой. На более мощных устройствах сеть и нагрузка подключаются с помощью винтовой колодки.
Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.
Релейный стабилизатор
В релейном стабилизаторе имеется почти такой же набор основных узлов:
- Сетевой фильтр;
- Плата контроля и управления;
- Трансформатор;
- Блок электромеханических реле;
- Устройство индикации.
В этой конструкции коррекция напряжения осуществляется ступенчато, с помощью реле. Обмотка трансформатора разделена на несколько отдельных секций, каждая из которых имеет отвод. Релейный стабилизатор напряжения имеет несколько ступеней регулирования, число которых определяется количеством установленных реле.
Подключение секций обмотки, а, следовательно, и изменение напряжения может осуществляться либо аналоговым, либо цифровым способом. Плата управления, в зависимости от изменения напряжения на входе, подключает необходимое количество реле для обеспечения напряжения на выходе, соответствующего допуску. Стабилизаторы релейного типа имеют самую низкую цену среди этих приборов.
Пример схемы релейного стабилизатора
Еще одна схема стабилизатора релейного типа
Электронный стабилизатор
Принципиальная схема стабилизатора напряжения этого типа имеет лишь небольшие отличия от конструкции с электромагнитными реле:
- Фильтр сети;
- Плата измерения напряжения и управления;
- Трансформатор;
- Блок силовых электронных ключей;
- Плата индикации.
Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.
Принцип работы электронного стабилизатора не отличается от принципа работы релейного устройства. Единственное отличие заключается в применении электронных ключей вместо реле. Ключи представляют собой управляемые полупроводниковые вентили – тиристоры и симисторы. Каждый из них имеет управляющий электрод, подачей напряжения на который вентиль можно открыть. В этот момент и происходит коммутация обмоток и изменение напряжения на выходе стабилизатора. Стабилизатор отличается хорошими параметрами и высокой надёжностью. Широкому распространению мешает высокая стоимость прибора.
Стабилизатор двойного преобразования
Это устройство, называемое так же инверторный стабилизатор, по своей конструкции и техническим решениям, полностью отличается от всех других моделей. В нем отсутствует трансформатор и элементы коммутации. В основу его работы положен принцип двойного преобразования напряжения. Из переменного напряжения в постоянное, и обратно в переменное.
Схема инверторного стабилизатора напряжения 220в состоит из следующих узлов:
- Фильтр сетевых помех;
- Корректор мощности – выпрямитель;
- Блок конденсаторов;
- Инвертор;
- Узел микропроцессора.
Напряжение сети, пройдя через фильтр, поступает на корректор – выпрямитель, где осуществляется первое преобразование. В блоке конденсаторов запасается энергия, которая будет необходима при пониженном напряжении.
Обычно инвертор выполняется по схеме с использованием ШИМ контроллера. Дополнительное питание необходимо для питания микропроцессора, который управляет всей работой стабилизатора.
Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.
Это устройство отличается уникальными параметрами, поскольку инверторный стабилизатор не изменяет величину напряжения сети, а заново его генерирует. Это позволяет получить напряжение высокого качества со стабильной частотой.
На базе инверторного принципа может быть реализована схема регулируемого стабилизатора напряжения. В этом случае можно на схемном уровне рассчитать величину напряжения на входе, которая может быть практически любой, а стабилизатор будет выдавать 220В.
Источник
СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ: ТЕОРИЯ И СХЕМЫ
Напряжение в схеме постоянного тока может быть непостоянным из-за пульсаций, вызванных изменениями нагрузки (например падение напряжения после запуска двигателей). А стабилизатор напряжения — схема, поддерживающая постоянное напряжение на выходе независимо от изменения входного напряжения (в диапазоне, когда входное напряжение выше стабилизированного напряжения). В этой статье мы изучим различные типы стабилизаторов напряжения и прежде всего возьмём стабилитрон, который является простейшим стабилизирующим элементом.
Стабилитрон: а) графическое обозначение (А — анод, К — катод); b) образец детали
Принцип работы стабилитрона будет рассмотрен на примере радиоэлемента, у которого напряжение стабилизации Uz = 4,7 В, а допустимая мощность P = 1,3 Вт. По формуле легко рассчитать допустимый ток, который может протекать через него:
Imax = 1,3 Вт / 4,7 В
Imax = 276 мА
Теперь проследим, как ведет себя деталь в следующей схеме:
Принципиальная схема цепи, состоящей из источника питания B1, резистора R1 и стабилитрона D1
Первоначально стандартным источником питания будет аккумуляторная сборка, обеспечивающая общее напряжение около 6 В. Начнем с расчета сопротивления резистора R1:
R1 = UB1 / Imax
R1 = 6 В / 276 мА
Резистор R1 ограничит максимальный ток, который может протекать в цепи и достигнуть стабилитрона, что защитит его от повреждений.
Расчет резистора проводим с учетом: мощности стабилитрона, напряжения питания и тока, который должен протекать в цепи. Предположим что ток, протекающий в цепи, меньше максимального, например, I = 30 мА, то есть I = 0,03 А, напряжение стабилитрона Uz = 4,7 В, питание UB1 = 6 В.
R1 = UB1 — Uz / I
R1 = (6 В — 4,7 В) / 0,03 А = 43,3 Ом
Проследим как изменится напряжение в цепи при постепенном снижении напряжения питания UB1.
- UB1 > Uz. Напряжение питания UB1 имеет значение 6 В и превышает номинальное напряжение стабилитрона 4,7 В. Тем не менее, вольтметр покажет напряжение, близкое к напряжению стабилитрона, то есть 4,7 В. Это связано с тем, что падение напряжения на элементе может достигать его напряжения стабилизации, которое в данном случае составляет 4,7 В. Обратите внимание, что диод на схеме подключен наоборот, то есть в обратном направлении. Как мы знаем о диодах, они не проводят ток, если они подключены таким образом, но стабилитрон является исключением, и он должен делать это, если подаваемое на него напряжение выше, чем напряжение стабилизации. UB1 > Uz значит через диод течет электричество.
- UB1 = Uz. Напряжение питания UB1 равно номинальному напряжению стабилитрона с 4,7 В. Падение напряжения на нём равно напряжению питания UB1 = Uz = 4,7 В. Стабилитрон ведет себя как любой другой диод и не проводит электричество (точнее, проводит минимальный ток). На вольтметре получаем напряжение, близкое к напряжению питания UB1 = 4,7 В.
- UB1 Форум по обсуждению материала СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ: ТЕОРИЯ И СХЕМЫ
Используйте технологию дополненной реальности, чтобы легко ремонтировать и отлаживать радиоэлектронные проекты в онлайн режиме.
Как правильно выбрать резистор для LED, а также способы питания светодиодов.
Тонкомпенсированный регулятор громкости с адаптацией к регулятору тембра — теория и практика.
Самодельный аккумулятор на 9 В, литий-полимерный, собранный под стандартный корпус типа Крона.
Источник