Стабилизатор напряжения принцип работы – К сожалению, страница Wp-content Uploads Rumyantsev-a A -vsyo-o-stabilizatorah-napryazheniya_www Samelectric Ru_ Pdf не найдена…

Содержание

Стабилизатор напряжения — типы и принцип работы, характеристики и устройство.

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Были разработаны в середине 60 годов прошлого века, их принцип работы основано на использовании явления магнитного насыщения ферромагнитных сердечников трансформаторов или дросселей. Применялись такие устройства для регулировки напряжения питания бытовой техники (телевизор, радиоприёмник, холодильник и т.п.).

Феррорезонансный стабилизатор напряжения

Их преимущество заключается в высокой точности 1-3% и быстрой (для того времени) скорость регулирования. Недостаток — повышенный уровень шума и зависимость качества стабилизации от величины нагрузки. Современные устройства лишены этих недостатков, но стоимость их равна или выше стоимости ИБП (Источника Бесперебойного Питания) на такую же мощность, вследствие чего они широкого распространения в качестве бытовых не получили.

Электромеханические стабилизаторы напряжения. В 60-80-е годы прошлого века для регулирования напряжения применялись автотрансформаторы с ручной корректировкой (ЛАТР), вследствие чего приходилось постоянно следить за вольтметром (стрелочный или светящаяся линейка) и, при необходимости, вручную крутить ползунок с токосъёмными щётками. В настоящее время принцип работы автоматизирован с помощью электродвигателя с редуктором (сервопривода).

Электромеханический стабилизатор напряжения

Единственные достоинства электромеханических стабилизаторов напряжения — низкая цена и хорошая точность регулировки 2-3%. Недостатков много — низкая скорость регулирования из-за инерционности двигателя и повышенный уровень шума: шумит электродвигатель и редуктор, и практически постоянно, т.к. отслеживаются изменения с шагом 2-4 вольта. Плюс к этому, добавляется повышенный износ механический частей и недолгий общий ресурс работы устройства в целом, что подтверждается сроком гарантии всего в 1 год. Также при резком увеличении значений сети часто кратковременно отключается нагрузка, т.к. стабилизатор не успевает погасить этот скачок, и напряжение на ней превышает максимально допустимое значение.

Вследствие всего вышесказанного получили распространение как дешёвые стабилизаторы для питания недорогой домашней электротехники.

Электронные стабилизаторы напряжения. Наиболее широкий класс устройств ступенчатого регулирования, обеспечивающих исключительное постоянство электропитания нагрузки с заданной точностью в широких пределах изменения входной сети. Принцип работы основан на автоматическом переключении секций автотрансформатора с помощью силовых ключей (реле, тиристоры, симисторы).

Структурная схема электронного стабилизатора напряжения

К их достоинствам можно отнести: высокое быстродействие, очень широкий входной диапазон, отсутствие искажения формы напряжения, высокий КПД, низкий уровень шума (только от вентиляторов охлаждения). Точность стабилизации определяется количеством ступеней регулирования и, в зависимости от модели, может составлять от 5 до 0.5%, а некоторые модели даже имеют возможность коррекции в пределах 210-230 вольт для лучшей адаптации к импортному оборудованию. Необходимо особо отметить высокую надёжность 3-х фазных конфигураций, где каждую фазу в отдельности регулирует независимый однофазный блок.

Электронный стабилизатор напряжения

Несмотря на высокую стоимость, электронные стабилизаторы напряжения — это оптимальное соотношение цена/качество, и они заслуженно нашли наибольшее распространение на рынке высококачественных электроприборов.

Инверторные стабилизаторы напряжения. Самый молодой тип регуляторов, начал выпускаться во второй половине 10-х годов нашего столетия. Как и ИБП (источник бесперебойного питания), принцип работы основан на двойном преобразовании сетевого напряжения: сначала оно выпрямляется а затем заново преобразуется в переменное. Их достоинства, в общем, такие же, как и у электронных стабилизаторов, но есть два существенных положительных отличия. Во-первых, они не содержат трансформаторов и поэтому имеют небольшой вес и габариты, а во-вторых, они ещё стабилизируют и частоту тока! К недостаткам можно отнести то, что в трёхфазных моделях при неполадках в любом контуре регулирования фазы два остальных тоже отключаются.

Инверторный стабилизатор напряжения

В общем, у инверторных стабилизаторов напряжения есть определённое будущее и существенный сектор применения

Принцип работы стабилизатора напряжения | Электрика в доме

Принцип работы релейного стабилизатора напряжения

Работа всех типов стабилизаторов переменного напряжения заключается в поддержании выходного напряжения на уровне 220 В при сильном изменении входного напряжения. Работа релейного стабилизатора основана на переключении обмоток трансформатора мощными реле. При таком переключении обмоток выходное напряжение меняется ступенями.

При переключении с одной обмотки на другую, выходное напряжение трансформатора изменится приблизительно на 20 В, или больше. Команду на переключение обмоток трансформатора поступает с контроллера на реле. Число переключаемых обмоток может меняться от 5 до 10, которое определяет точность стабилизации выходного напряжения. В большинстве релейные стабилизаторы работают при входном напряжении 150 — 250 В.

К положительным качествам релейных стабилизаторов можно отнести небольшое время срабатывания реле и невысокую стоимость. Недостатком таких стабилизаторов является скачок напряжения при переключении обмоток на 20 Вольт. На бытовых электроприборах это не отражается, однако лампы освещения могут моргать. Еще релейный стабилизатор издает щелчки при переключении реле, которые ночью хорошо слышны.

Скачки напряжения при переключении обмоток трансформатора

В момент переключения контакты реле на время зависают в воздухе. В это время, хотя и короткое, нагрузка отключена, что вызывает ЭДС самоиндукции автотрансформатора. Эта ЭДС выражается в коротком импульсе напряжения, которое может достичь 1000 В. Такие импульсные помехи могут вызвать повреждение техники, особенно при многократном переключении обмоток стабилизатора.

Схема работы релейного стабилизатора

В этой ситуации нужно после релейного стабилизатора ставить ограничители напряжения на варисторах. Обмотка большинства автотрансформаторов намотана алюминиевым проводом, который имеет меньшую нагрузочную способность, чем медный. Контакты реле, особенно при большой нагрузке, искрят и подгорают, что вызывает необходимость их чистки. Релейные стабилизаторы имеют право на существование как недорогой вариант при больших перепадах сетевого напряжения.

Принцип работы симисторных стабилизаторов

Работа симисторных стабилизаторов похожа на работу релейных устройств. Отличие составляет узел переключения обмоток трансформатора.  Вместо реле у  симисторных устройств переключение обмоток происходит мощными симисторами или тиристорами. Контроллер управляют работой симисторов.

Симисторное управление обмотками не имеет контактов, поэтому отсутствуют щелчки. Автотрансформатор намотан медным проводом. Эти стабилизаторы могут работать с пониженным напряжением от 90 В и высоким напряжением до 300 В. Точность регулировки напряжения может достичь 2%, что не вызывает моргание ламп.

Однако ЭДС самоиндукции во время переключения симисторами также имеет место, как и у релейных устройств. Так как симисторные ключи очень чувствительны к перегрузкам, им необходимо иметь запас по мощности. Такие устройства стабилизаторов напряжения имеют тяжелый температурный режим.

Схема работы симисторного стабилизатора

Поэтому симисторы ставятся на радиаторы с принудительным охлаждением вентиляторами. Работа этого вида устройства осуществляется по заводской программе, которая имеет неприятность ошибаться при эксплуатации.

В этом случае поможет только заводской ремонт. Стоимость таких стабилизаторов, на мой взгляд, завышена. Существуют симисторные стабилизаторы марки Volter с высокой степенью точности. Принцип работы этих стабилизаторов напряжения осуществляется по двухступенчатой системе. Первая ступень регулирует выходное напряжение грубо, а вторая степень имеет точную регулировку выходного напряжения.

Схема работы двухступеньчатого стабилизатора Volter

Один контроллер управляет двумя ступенями. По сути это два стабилизатора в одном корпусе. Обмотки обеих ступеней намотаны на одном трансформаторе.  При 12 ключах двух ступеней стабилизатор имеет 36 уровней регулировки выходного напряжения, чем и достигается высокая точность выходного напряжения.

Принцип работы сервопривода стабилизатора

Эти устройства относятся к самым простым стабилизаторам переменного напряжения. В устройстве стабилизатора напряжения главным элементом является тороидальный трансформатор с сервоприводом, который управляется не сложной электронной схемой сравнения выходного и входного напряжений.

При разнице этих напряжений, сигнал с положительной или отрицательной полярностью подается на сервопривод постоянного тока, который включаясь, поворачивает токосъемник с графитовой щеткой до тех пор, пока на выходе напряжение не станет равным 220 В. Токосъемник двигается по контактной площадке трансформатора захватывает одновременно несколько витков обмотки, поэтому напряжение регулируется без скачков.

Вид открытого стабилизатора с сервоприводом

Время отклика на изменение напряжения сервопривода выше, чем у релейного устройства. Положительным качеством сервопривода является хорошая точность установки 2 – 3%. На этом, наверное, заканчиваются все положительные качества сервопривода. У стабилизатора с сервоприводом есть один очень большой недостаток, о котором нигде не говориться. Это его пожароопасность.

Схема работы стабилизатора с сервоприводом

По его вине также выходят из строя все электробытовые приборы и техника. Причина проста. При падении сетевого напряжения ниже низкого порога или подъема напряжения выше высокого порога стабилизатора, сервопривод выводит токосъемную щетку в крайние положения и клинит. Это происходит из-за низкого качества китайских сервоприводов или схема управления сервоприводом не вытягивает токосъемник с крайних точек контактной площадки.

А теперь представьте, упало сетевое напряжение, токосъемник естественно пополз в верхнюю крайнюю точку, поднимая напряжение и заклинил. Вернуться не может. Когда напряжение восстановилось на входе стабилизатора, то выходное напряжение будет равным 300 В или больше. Бытовые приборы такое напряжение не выдерживают. Подобное не раз встречалось на моей практике. Поэтому при выборе стабилизатора переменного напряжения нужно учитывать его надежность и безопасность.

Тоже интересные статьи

Импульсный стабилизатор напряжения — принцип действия

Линейные стабилизаторы имеют общий недостаток – это малый КПД и высокое выделение тепла. Мощные приборы, создающие нагрузочный ток в широких пределах имеют значительные габариты и вес. Чтобы компенсировать эти недостатки, разработаны и используются импульсные стабилизаторы.

Устройство, поддерживающее в постоянном виде напряжение на потребителе тока с помощью регулировки электронным элементом, действующим в режиме ключа. Импульсный стабилизатор напряжения, так же как и линейный существует последовательного и параллельного вида. Роль ключа в таких моделях исполняют транзисторы.

Так как действующая точка стабилизирующего устройства практически постоянно расположена в области отсечки или насыщения, проходя активную область, то в транзисторе выделяется немного тепла, следовательно, импульсный стабилизатор имеет высокий КПД.

Стабилизация осуществляется с помощью изменения продолжительности импульсов, а также управления их частотой. Вследствие этого различают частотно-импульсное, а другими словами широтное регулирование. Импульсные стабилизаторы функционируют в комбинированном импульсном режиме.

В устройствах стабилизации с регулированием широтно-импульсным частота импульсов имеет постоянную величину, а продолжительность действия импульсов является непостоянным значением. В приборах с регулированием частотно-импульсным продолжительность импульсов не изменяется, меняют только частоту.

На выходе устройства напряжение представлено в виде пульсаций, соответственно оно не годится для питания потребителя. Перед подачей питания на нагрузку потребителя, его нужно выровнять. Для этого на выходе импульсных стабилизаторов монтируют выравнивающие емкостные фильтры. Они бывают многозвенчатыми, Г-образными и другими.

Средняя величина напряжения, поданная на нагрузку, вычисляется по формуле:

  • Ти – продолжительность периода.
  • tи – продолжительность импульса.
  • Rн – значение сопротивления потребителя, Ом.
  • I(t) – значение тока, проходящего по нагрузке, ампер.

Ток может перестать протекать по фильтру к началу следующего импульса, в зависимости от индуктивности. В этом случае идет речь о режиме действия с переменным током. Ток также может дальше протекать, тогда имеют ввиду функционирование с постоянным током.

При повышенной чувствительности нагрузки к импульсам питания, выполняют режим постоянного тока, не смотря со значительными потерями в обмотке дросселя и проводах. Если размер импульсов на выходе прибора незначителен, то рекомендуется функционирование при переменном токе.

Принцип работы

В общем виде импульсный стабилизатор включает в себя импульсный преобразователь с устройством регулировки, генератор, выравнивающий фильтр, снижающий импульсы напряжения на выходе, сравнивающее устройство, подающее сигнал разности входного и выходного напряжения.

Схема основных частей стабилизатора напряжения показана на рисунке.

Напряжение на выходе прибора поступает на сравнивающее устройство с базовым напряжением. В результате получают пропорциональный сигнал. Его подают на генератор, предварительно усилив его.

При регулировании в генераторе разностный аналоговый сигнал модифицируют в пульсации с постоянной частотой и переменной продолжительностью. При регулировании частотно-импульсном продолжительность импульсов имеет постоянное значение. Она меняет частоту импульсов генератора в зависимости от свойств сигнала.

Образованные генератором управляющие импульсы проходят на элементы преобразователя. Транзистор регулировки действует в режиме ключа. Изменяя частоту или интервал импульсов генератора, есть возможность менять нагрузочное напряжение. Преобразователь модифицирует значение напряжения на выходе в зависимости от свойств управляющих импульсов. По теории в приборах с частотной и широтной регулировкой импульсы напряжения на потребителе могут отсутствовать.

При релейном принципе действия сигнал, который управляется стабилизатором, образуется с помощью триггера. При поступлении постоянного напряжения в прибор транзистор, работающий в качестве ключа, открыт, и повышает напряжение на выходе. сравнивающее устройство определяет сигнал разности, который достигнув некоторого верхнего предела, поменяет состояние триггера, и произойдет коммутация регулирующего транзистора на отсечку.

Напряжение на выходе станет уменьшаться. При падении напряжения до нижнего предела сравнивающее устройство определяет сигнал разности, переключающий снова триггер, и транзистор опять войдет в насыщение. Разность потенциалов на нагрузке прибора станет повышаться. Следовательно, при релейном виде стабилизации напряжение на выходе повышается, тем самым выравнивается. Предел срабатывания триггера настраивают с помощью корректировки амплитуды значения напряжения на сравнивающем устройстве.

Стабилизаторы релейного типа имеют повышенную скорость реакции, в отличие от приборов с частотным и широтным регулированием. Это является их преимуществом. В теории при релейном виде стабилизации на выходе прибора всегда будут импульсы. Это является их недостатком.

Повышающий стабилизатор

Импульсные повышающие стабилизаторы применяют вместе с нагрузками, разность потенциалов которых выше, чем напряжение на входе приборов. В стабилизаторе нет гальванической изоляции сети питания и нагрузки. Импортные повышающие стабилизаторы называются boost converter. Основные части такого прибора:

Транзистор вступает в насыщение, и ток проходит по цепи от положительного полюса по накопительному дросселю, транзистору. При этом накапливается энергия в магнитном поле дросселя. Нагрузочный ток может создать только разряд емкости С1.

Отключим выключающее напряжение с транзистора. При этом он вступит в положение отсечки, а следовательно на дросселе появится ЭДС самоиндукции. Оно будет коммутировано последовательно с напряжением входа, и подключено по диоду к потребителю. Ток пойдет по цепи от положительного полюса к дросселю, по диоду и нагрузке.

В этот момент магнитное поле индуктивного дросселя выдает энергию, а емкость С1 резервирует энергию для поддержки напряжения на потребителе после вхождения транзистора в режим насыщения. Дроссель является для резерва энергии и не работает в фильтре питания. При повторной подаче напряжения на транзистор, он откроется, и весь процесс пойдет заново.

Стабилизаторы с триггером Шмитта

Такой вид импульсного устройства имеет свои особенности наименьшим набором компонентов. Основную роль в конструкции играет триггер. В его состав входит компаратор. Основной задачей компаратора является сравнивание величины выходной разности потенциалов с наибольшим допустимым.

Принцип действия аппарата с триггером Шмитта состоит в том, что при увеличении наибольшего напряжения осуществляется коммутация триггера в позицию ноля с размыканием электронного ключа. В одно время разряжается дроссель. Когда напряжение доходит до наименьшего значения, то выполняется коммутация на единицу. Это обеспечивает замыкание ключа и прохождение тока на интергратор.

Такие приборы имеют отличия своей упрощенной схемой, но использовать их можно в особых случаях, так как импульсные стабилизаторы бывают только повышающими и понижающими.

Понижающий стабилизатор

Стабилизаторы импульсного типа, функционирующие с понижением напряжения, являются компактными и мощными приборами питания электрическим током. При этом они имеют низкую чувствительность к наводкам потребителя постоянным напряжением одного значения. Гальваническая изоляция выхода и входа в понижающих устройствах отсутствует. Импортные приборы получили название chopper. Выходное питание в таких устройствах постоянно находится меньше входного напряжения. Схема импульсного стабилизатора понижающего типа изображена на рисунке.

Подключим напряжение для управления истоком и затвором транзистора, который войдет в положение насыщения. По нему будет проходить ток по цепи от положительного полюса по выравнивающему дросселю и нагрузке. В прямом направлении ток по диоду не протекает.

Отключим управляющее напряжение, которое выключает ключевой транзистор. После этого он будет находиться в положении отсечки. ЭДС индукции выравнивающего дросселя будет преграждать путь для изменения тока, который пойдет по цепи через нагрузку от дросселя, по общему проводнику, диод, и опять придет на дроссель. Емкость С1 будет разряжаться и будет удерживать напряжение на выходе.

При подаче отпирающей разницы потенциалов между истоком и затвором транзистора, он перейдет в режим насыщения и вся цепочка вновь повторится.

Инвертирующий стабилизатор

Импульсные стабилизаторы инвертирующего типа используют для подключения потребителей с постоянным напряжением, полюсность которого имеет противоположное направление полюсности разности потенциалов на выходе устройства. Его значение  может быть выше сети питания, и ниже сети, в зависимости от настройки стабилизатора. Гальваническая изоляция сети питания и нагрузки отсутствует. Импортные приборы инвертирующего типа называются buck-boost converter. На выходе таких приборов напряжение всегда ниже.

Подключим управляющую разность потенциалов, которое откроет транзистор между истоком и затвором. Он откроется, и ток пойдет по цепи от плюса по транзистору, дросселю к минусу. При таком процессе дроссель резервирует энергию с помощью своего магнитного поля. Отключим разность потенциалов управления от ключа на транзисторе, он закроется. Ток пойдет от дросселя по нагрузке, диоду, и возвратится в первоначальное положение. Резервная энергия на конденсаторе и магнитном поле будет расходоваться для нагрузки. Снова подадим питание на транзистор к истоку и затвору. Транзистор опять станет насыщаться и процесс повторится.

Преимущества и недостатки

Как и все приборы, модульный импульсный стабилизатор не идеален. Поэтому ему присущи минусы и плюсы. Разберем основные из преимуществ:

  • Простое достижение выравнивания.
  • Плавное подключение.
  • Компактные размеры.
  • Устойчивость выходного напряжения.
  • Широкий интервал стабилизации.
  • Повышенный КПД.

Недостатки прибора:

  • Сложная конструкция.
  • Много специфических компонентов, снижающих надежность устройства.
  • Необходимость в использовании компенсирующих устройств мощности.
  • Сложность работ по ремонту.
  • Образование большого количества помех частоты.

Допустимая частота

Функционирование импульсного стабилизатора возможно при значительной частоте преобразования. Это является основной отличительной чертой от устройств, имеющих трансформатор сети. Увеличение этого параметра дает возможность получить наименьшие габариты.

Для большинства приборов интервал частот будет равен 20-80 килогерц. Но при выборе ШИМ и ключевых приборов необходимо учесть высокие гармоники токов. Верхняя граница параметра ограничена определенными требованиями, которые предъявляются к радиочастотным приборам.

Принцип работы стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения – устройство, преобразующее электроэнергию с неустойчивыми характеристиками, которые не подходят для устройств энергопотребления. На выходе поступает напряжение с заданными стабильными параметрами, которыми снабжаются потребители энергии.

Разновидности устройств

Прежде всего стоит разобраться, какие бывают разновидности устройств. Стабилизатор напряжения купить можно разный, например:

  • Постоянного напряжения;
  • Переменного напряжения.

Стабилизаторы постоянного напряжения

Они необходимы, если значение поступающего тока мало или наоборот слишком велико для электропотребителя. Проходя через устройство, напряжение преобразуется до заданного уровня. В свою очередь они делятся на:

  • Линейный стабилизатор. Принцип функционирования основан на непрерывном изменении сопротивления для осуществления стабильного показателя на выходе. Простая конструкция устройства с минимальным количеством деталей работает без помех;
  • Импульсный. С помощь коротких импульсов нестабильный ток накапливается на катушке или в конденсаторе. В последствии накопленная электроэнергия поступает на выход с заданными параметрами. Если жена выходе показатель превышает возможное допустимое значение, то накопитель сбрасывает напряжение, переставая аккумулировать энергию, тем самым позволяя на выходе подавать напряжение с меньшим значением.

Стабилизаторы переменного напряжения

Устройство, которые поддерживает выход тока с заданными характеристиками, вне зависимости от того, какие показатели были на входе. Они бывают:

  • Накопительные. Этот стабилизатор напряжения купить необходимо, если для применения достаточно накопления электроэнергии в системе, с последующим преобразованием и выдачи на выходе тока со стабильными параметрами;
  • Корректирующие. Стабилизатор напряжения, преобразующий энергию за счет добавления потенциала, которого не хватает для получения необходимых параметров.

Качество и долговременность работы таких устройств зависит от скачков напряжения и других параметров подаваемой энергии. И только благодаря стабилизаторам напряжения возможно бесперебойное электроснабжение с заданными параметрами.

Стабилизаторы напряжения: классификация, схемы, параметры, достоинства

рис. 2.82 вПараметры стабилизаторов напряжения

Важнейшими параметрами стабилизатора напряжения являются коэффициент стабилизации Kст, выходное сопротивление Rвых и коэффициент полезного действия η.

Коэффициент стабилизации определяют из выражения Kст= [ ∆uвх/ uвх] / [ ∆uвых/ uвых]

где uвх, uвых — постоянные напряжения соответственно на входе и выходе стабилизатора; ∆uвх — изменение напряжения uвх; ∆uвых — изменение напряжения uвых, соответствующее изменению напряжения ∆uвх.

Таким образом, коэффициент стабилизации — это отношение относительного изменения напряжения на входе к соответствующему относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора.

Чем больше коэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении входного. У простейших стабилизаторов величина Kст составляет единицы, а у более сложных — сотни и тысячи.

Выходное сопротивление стабилизатора определяется выражением Rвых= | ∆uвых/ ∆iвых|

где ∆uвых— изменение постоянного напряжения на выходе стабилизатора; ∆iвых— изменение постоянного выходного тока стабилизатора, которое вызвало изменение выходного напряжения.

Выходное сопротивление стабилизатора является величиной, аналогичной выходному сопротивлению выпрямителя с фильтром. Чем меньше выходное сопротивление, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении тока нагрузки. У простейших стабилизаторов величина Rвых составляет единицы Ом, а у более совершенных — сотые и тысячные доли Ома. Необходимо отметить, что стабилизатор напряжения обычно резко уменьшает пульсации напряжения.

Коэффициент полезного действия стабилизатора ηст — это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку Рн, к мощности, потребляемой от входного источника напряжения Рвх: ηст = Рн / Рвх

Традиционно стабилизаторы разделяют на параметрические и компенсационные.

Интересное видео о стабилизаторах напряжения:

Параметрические стабилизаторы

Являются простейшими устройствами, в которых малые изменения выходного напряжения достигаются за счет применения электронных приборов с двумя выводами, характеризующихся ярко выраженной нелинейностью вольт-амперной характеристики. Рассмотрим схему параметрического стабилизатора на основе стабилитрона (рис. 2.82). рис. 2.82 а и б
Проанализируем данную схему (рис. 2.82, а), для чего вначале ее преобразуем, используя теорему об эквивалентном генераторе (рис. 2.82, б). Проанализируем графически работу схемы, построив на вольт-амперной характеристике стабилитрона линии нагрузки для различных значений эквивалентного напряжения, соответствующих различным значениям входного напряжения (рис. 2.82, в). рис. 2.82 в
Из графических построений очевидно, что при значительном изменении эквивалентного напряжения uэ (на ∆uэ), а значит, и входного напряжения uвх, выходное напряжение изменяется на незначительную величину ∆uвых.

Причем, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона (т. е. чем более горизонтально идет характеристика стабилитрона), тем меньше ∆uвых.

 Определим основные параметры такого стабилизатора, для чего в исходной схеме стабилитрон заменим его эквивалентной схемой и введем во входную цепь (рис. 2.82, г) источник напряжения, соответствующий изменению входного напряжения ∆uвх (на схеме пунктир): Rвых= rд|| R0≈ rд, т.к. R0>> rд ηст = ( uвых· Iн) / ( uвх· Iвх) = ( uвых· Iн) / [ uвх( Iн + Iвх) ].

Kст= ( ∆uвх/ uвх) : ( ∆uвых/ uвых) Так как обычно Rн>> rд Следовательно, Kст≈ uвых / uвх· [ ( rд+ R0) / rд]

Обычно параметрические стабилизаторы используют для нагрузок от нескольких единиц до десятков миллиампер. Наиболее часто они используются как источники опорного напряжения в компенсационных стабилизаторах напряжения. рис. 2.82 г

Компенсационные стабилизаторы

Представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования. Характерными элементами компенсационного стабилизатора являются источник опорного (эталонного) напряжения (ИОН), сравнивающий и усиливающий элемент (СУЭ) и регулирующий элемент (РЭ).

Напряжение на выходе стабилизатора или некоторая часть этого напряжения постоянно сравнивается с эталонным напряжением.

 В зависимости от их соотношения сравнивающим и усиливающим элементом вырабатывается управляющий сигнал для регулирующего элемента, изменяющий его режим работы таким образом, чтобы напряжение на выходе стабилизатора оставалось практически постоянным.

В качестве ИОН обычно используют ту или иную электронную цепь на основе стабилитрона, в качестве СУЭ часто используют операционный усилитель, а в качестве РЭ — биполярный или полевой транзистор.

Чаще всего регулирующий элемент включают последовательно с нагрузкой. В этом случае стабилизатор называют последовательным (рис. 2.83, а).

рис. 2.83
Иногда регулирующий элемент включают параллельно нагрузке, и тогда стабилизатор называют параллельным (рис. 2.83, б. Здесь СУЭ и ИОН с целью упрощения не показаны). В параллельном стабилизаторе используется балластное сопротивление Rб, включаемое последовательно с нагрузкой.

В зависимости от режима работы регулирующего элемента стабилизаторы разделяют на непрерывные и импульсные (ключевые, релейные).

В непрерывных стабилизаторах регулирующий элемент (транзистор) работает в активном режиме, а в импульсных — в импульсном.

Рассмотрим типичную принципиальную схему непрерывного стабилизатора (рис. 2.84, а). рис. 2.84 а
Эта схема соответствует приведенной выше структурной схеме последовательного стабилизатора. Для того чтобы выполнить наиболее просто анализ этой схемы на основе тех допущений, которые были рассмотрены при изучении операционного усилителя,изобразим эту схему по-другому. При этом цепи питания операционного усилителя для упрощения рисунка изображать не будем. рис. 2.84 б
Из схемы (рис. 2.84, б) очевидно, что на элементах R2, R3, DA и VT построен неинвертирующий усилитель на основе ОУ с выходным каскадом в виде эмиттерного повторителя на транзисторе VT, а входным напряжением для него является выходное напряжение параметрического стабилизатора напряжения на элементах R1 и VD. В соответствии с указанными выше допущениями получаем:

uR3= uст, т.е. iR3· R3= uст

uR2 = uR3 – uвых

iR2 = − iR3 = − uст/ R3

Подставляя выражение для iR2 в предыдущее уравнение, получим − uст/ R3· R2= uст – uвых. Следовательно, uвых = uст· ( 1 + R2/ R3)

Последнее выражение в точности повторяет соответствующие выражения для неинвертирующего усилителя (входным напряжением является напряжение uст).

Полезно отметить, что ООС охватывает два каскада — на операционном усилителе и на транзисторе. Рассматриваемая схема является убедительным примером, демонстрирующим преимущество общей отрицательной обратной связи по сравнению с местной.

Основным недостатком стабилизаторов с непрерывным регулированием является невысокий КПД, поскольку значительный расход мощности имеет место в регулирующем элементе, так как через него проходит весь ток нагрузки, а падение напряжения на нем равно разности между входным и выходным напряжениями стабилизатора.

В конце 60-х годов стали выпускать интегральные микросхемы компенсационных стабилизаторов напряжения с непрерывным регулированием (серия К142ЕН). В эту серию входят стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением, с регулируемым выходным напряжением и двухполярным и входным и выходным напряжениями. В тех случаях, когда через нагрузку необходимо пропускать ток, превышающий предельно допустимые значения интегральных стабилизаторов, микросхему дополняют внешними регулирующими транзисторами.

Некоторые параметры интегральных стабилизаторов приведены в табл. 2.1, а вариант подключения к стабилизатору К142ЕН1 внешних элементов — на рис. 2.85. рис. 2.85 Таблица 2.1
Резистор R предназначен для срабатывания защиты по току, а R1 — для регулирования выходного напряжения. Микросхемы К142УН5, ЕН6, ЕН8 являются функционально законченными стабилизаторами с фиксированным выходным напряжением, но не требуют подключения внешних элементов.

Импульсные стабилизаторы напряжения в настоящее время получили распространение не меньшее, чем непрерывные стабилизаторы.

Благодаря применению ключевого режима работы силовых элементов таких стабилизаторов, даже при значительной разнице в уровнях входных и выходных напряжений можно получить КПД, равный 70 − 80 %, в то время как у непрерывных стабилизаторов он составляет 30 − 50%.

В силовом элементе, работающем в ключевом режиме, средняя за период коммутации мощность, рассеиваемая в нем, значительно меньше, чем в непрерывном стабилизаторе, так как хотя в замкнутом состоянии ток, протекающий через силовой элемент, максимален, однако падение напряжения на нем близко к нулю, а в разомкнутом состоянии ток, протекающий через него, равен нулю, хотя напряжение максимально. Таким образом, в обоих случаях рассеиваемая мощность незначительна и близка к нулю.

Малые потери в силовых элементах приводят к уменьшению или даже исключению охлаждающих радиаторов, что значительно уменьшает массогабаритные показатели. Кроме того, использование импульсного стабилизатора позволяет в ряде случаев исключить из схемы силовой трансформатор, работающий на частоте 50 Гц, что также улучшает показатели стабилизаторов.

К недостаткам импульсных источников питания относят наличие пульсаций выходного напряжения.

Рассмотрим импульсный последовательный стабилизатор напряжения (рис. 2.86). рис. 2.86
Ключ S периодически включается и выключается схемой управления (СУ) в зависимости от значения напряжения на нагрузке. Напряжение на выходе регулируют, изменяя отношение tвкл / tвыкл, где tвкл, tвыкл — длительности отрезков времени, на которых ключ находится соответственно во включенном и выключенном состояниях. Чем больше это отношение, тем больше напряжение на выходе.

В качестве ключа S часто используют биполярный или полевой транзистор.

Диод обеспечивает протекание тока катушки индуктивности тогда, когда ключ выключен и, следовательно, исключает появление опасных выбросов напряжения на ключе в момент коммутации. LC-фильтр снижает пульсации напряжения на выходе.

Ещё одно интересное видео о стабилизаторах:

Устройство стабилизаторов напряжения Volter: строение, составные элементы.

Некоторые задаются вопросом – для чего нужен стабилизатор напряжения? Стоит ли вообще тратить на данный прибор деньги? Мы Вам ответим – однозначно стоит. Стабилизатор был создан для защиты самого различного электрооборудования от поломок из-за скачков напряжения в сети. На данный момент это очень актуальная проблема, ведь создается огромное множество высокоточного оборудования, которое требует стабильных показаний при электроснабжении. При этом здесь как бытовая техника, так и медицинские приборы или промышленные машины.

Современные стабилизаторы напряжения отлично справляются со своими задачами. Не думайте, что покупая стабилизатор, Вы выбрасываете деньги на ветер. Проработав более 15 лет, этот прибор полностью окупит себя, так как вам не придется покупать, скажем, новый телевизор или несколько токарных станков из-за того, что произошел скачек напряжения, и они сгорели.

Из каких элементов состоит стабилизатор напряжения Volter?

Петли
Позволяют удобно закрепить стабилизатор на стене.

Переключатель «стабилизация-транзит»
Исключает одновременное замыкание 2-х групп контактов.

Ручки для переноса
Позволяют легко транспортировать стабилизатор.

Несущее шасси
Играет роль основного теплоотвода, имеет оцинкованное покрытие для защиты от коррозии.

Информативный ЖК-дисплей
Удобно контролировать параметры стабилизации.

Датчик температуры
Играет роль тепловой защиты устройства на случай перегрева.

Автотрансформатор

  • Имеет стержневую конструкцию и лаковую пропитку;
  • Обеспечивает минимальный шум;
  • Лучший вариант охлаждения;
  • Способ соединения обмоток — сварка.

Кнопки управления
Для регулирования уровня выходного напряжения

Дополнительная розетка
На 10А.

Порошковая покраска корпуса
С предварительным фосфатированием металла.

Клеммник термостойкий
Для удобного подключения и надежного крепления проводов.

Плата управления
Быстродействие 20мс, защита от перенапряжений.

Плата защиты
Независимая дублирующая защита от перенапряжений.

Автоматический выключатель
С независимым расцепителем: защита от короткого замыкания и перегруза.

Датчик тока

Радиатор охлаждения
Алюминиевый для улучшенного теплообмена силовых ключей.

Силовые ключи
Полупроводниковые с большой перегрузочной способностью.

Теплообмен
Охлаждение без помощи вентиляторов.

Как работают стабилизаторы напряжения?

В данной статье мы хотим подробнее осветить вопрос – как работает стабилизатор напряжения? Здесь все несложно. В современных устройствах применяется многим известный автотрансформатор. Но, разумеется, сам процесс стабилизации напряжения был несколько усовершенствован.

Ранее регулировка напряжения, подумать страшно, выполнялась пользователем вручную или при помощи аналоговой платы, ныне стабилизатор напряжения имеет «интелект» — мощный процессор, который управляет работой системы.

Кроме этого изменения коснулись и способа переключения обмоток. Если раньше это делалось релейными ключами или токосъемниками, то сейчас эту функцию выполняют симисторы (электронные ключи). Такое устройство стабилизатора напряжения сделало их более востребованными в квартирах и частных домах, так как техника полностью перестала шуметь.

Основной принцип действия стабилизатора напряжения представляет собой переключение электронными ключами обмоток автотрансформатора, которое выполняется процессором при обнаружении перепада напряжения. Для этого у него есть специальная программа, замеряющая показания сети на входе и на выходе, после чего посылается сигнал на необходимый ключ.

Процессор – самый важный элемент всей системы, от которого зависит эффективная работа стабилизатора напряжения.

Схема стабилизатора напряжения

Главная задача данного элемента – запустить нужный симистор и сделать это ровно в нулевой точке синусоиды напряжения, иначе она будет искажена. Чтобы это выполнить процессором производится несколько десятков измерений напряжения и, когда улавливается нужное положение – подается сигнал и выполняется мгновенное включения ключа.

Но это ещё не все, перед тем как будет послан сигнал, проверяется — сработал ли предыдущий ключ, чтобы не возникло встречного тока. Поэтому процессор изначально замеряет микро токи и только потом посылает сигнал следующему ключу. Для стабильной работы стабилизатора напряжения все операции повторяются при каждой полуфазе.

Схема стабилизатора напряжения

Разумеется, процессор отличается высоким быстродействием, все данные собираются очень быстро, процессор может произвести все замеры и анализы пока синусоида находится в нулевой точке, а это — менее чем 1 микросекунда времени.

Благодаря изобретению данной системы стабилизатор напряжения регулирует даже самые большие и частые скачки напряжения менее чем за 10 миллисекунд.

Кроме описанного принципа также встречаются стабилизаторы, которые работают с использованием двухкаскадной системы регулирования. Она присутствует в более точных приборах. В данном случае напряжение обрабатывается в два этапа: сначала при небольшом количестве ступеней, а затем то же самое выполняет второй каскад и напряжение становится «идеальным». Такая система снижает себестоимость устройств, так как для 16 ступенчатой системы регулирования по данному принципу требуется всего 8 симисторов (метод комбинации 4х4=16). При этом в каскадной системе используется один трансформатор.

Скорость реагирования такого стабилизатора несколько меньше, чем у вышеописанного (20 миллисекунд). Поэтому такой принцип работы стабилизаторов напряжения используется только в устройствах для защиты бытовой техники и электроинструмента.

Поделиться:

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о