Инженерные системы вашей квартиры и дома

 
   

Инженерное оборудование

Все статьи » Электрика в квартире и доме

Как устроен и работает электронный стабилизатор напряжения

Как устроен и работает электронный стабилизатор напряженияРазвитие микропроцессорной техники позволило автоматизировать процессы стабилизации напряжений, которые необходимы для питания бытовых приборов и производственных устройств в условиях изменяющихся входных параметров электрической сети.

Конструктивно современный электронный стабилизатор можно представить как устройство, состоящее из двух основных частей:

1. силовой первичной схемы, занимающейся преобразованием электрической энергии;

2. вторичных цепей, контролирующих работу силовой части и эффективно управляющих ею.

Принцип выполнения силового оборудования

Работа основана на электромагнитном преобразовании электрической энергии в автотрансформаторе, имеющем возможность переключения разного количества обмоток как на входе, так и на выходе.

Коммутацию цепей выполняют электронные полупроводники — симисторы, а управляет их работой сложная микропроцессорная схема.

Структурная схема

Толщина проводов для обмоток автотрансформатора, масса железа тороидального магнитопровода, как и модели применяемых симисторов, подбираются с учетом мощности электрической энергии, напряжение которой должен поддерживать стабилизатор на заданном уровне, а изоляционные материалы — по диэлектрическим свойствам, обеспечивающим длительную, безопасную эксплуатацию. Этим объясняется тот факт, что мощные модели занимают большие габариты и обладают значительным весом.

Увеличение числа отпаек для регулирования позволяет обеспечивать меньшую погрешность параметров на выходе, то есть более высокую точность стабилизированного напряжения.

С этой целью используется эффективное деление области регулирования на два диапазона:

1. первоначального выбора участка с большим количеством витков;

2. последующего добавления более точной величины.

Этот принцип демонстрируется на схеме ниже.

каскадное разделение обмоток

Здесь показано, что к нерегулируемой обмотке последовательно могут добавляться вначале витки одного или нескольких диапазонов основного грубого участка с четырьмя выводами, а потом — дополнительного (тоже 4 вывода) для достижения требуемой точности.

Однако для повышения точности каждый диапазон может быть снабжен бо́льшим числом отпаек, например, 5 или более и соответствующим им количеством симисторов. Все обмотки наматывают вокруг общего магнитопровода.

Принципы работы вторичной схемы

Оценка входных и выходных параметров

Алгоритм работы прибора основан на постоянном измерении уровней входного и выходного напряжений измерительными трансформаторами. Они преобразовывают первичные аналоговые величины во вторичные, которые с высокой точностью оцифровываются методами частотной дискретизации по времени.

Оцифрованные сигналы с выходов измерительных устройств непрерывно поступают на входа микропроцессора, который на их основе постоянно производит вычисления и выдает команды на определенные управляющие электроды симисторов для коммутаций ими обмоток автотрансформатора с целью создания оптимального режима на выходе.

По этому же принципу работают стабилизаторы напряжения, которые для коммутации обмоток используют контакты реле. Однако, последние относятся к электромеханическим устройствам. Называть такие конструкции электронными стабилизаторами не совсем корректно, хотя работой автоматики полностью управляет электроника. Но на практике модели с реле часто относят к электронным.

Функции процессора

Переключения симисторов

Качество работы любого стабилизатора оценивается не только точностью поддержания амплитуды напряжения в заявленном диапазоне регулировок, но еще и частотой, отсутствием помех, формой выходного сигнала, максимально приближенного к идеальной синусоиде, способностью выдерживать нагрузку и защитными функциями.

Переключения витков обмоток автотрансформатора контактами реле или полупроводниковыми ключами могут создавать разрывы внутри цепи, которые сопровождаются электрическими помехами. Чтобы их исключить, необходимо коммутации осуществлять строго в момент времени, соответствующий переходу синусоиды через нулевое значение амплитуды.

Такая задача реализуется процессором, который, отслеживая временно́е изменение амплитуды, определяет момент для включения соответствующего симистора с помощью последовательных замеров параметров сети с частотой дискретизации. Но при этом он еще отслеживает состояние тех симисторов, которые должны быть закрыты при включении новых. Это необходимо для предотвращения возникновения встречных токов в электрической схеме питания приборов.

Высокая частота оцифрованных сигналов в сочетании с большим быстродействием процессора и симисторов позволяют осуществлять регулирование напряжения за время. сопоставимое с длиной полуволны синусоиды, соответствующее 10 миллисекундам.

Таким образом, в дорогих стабилизаторах, работающих по точным технологиям, процессор осуществляет включение очередного симистора после отключения предыдущего и все это производит при нулевой амплитуде для каждой полуволны гармоники. Высокое качество стабилизированного таким способом напряжения позволяет без искажений работать точному медицинскому оборудованию, аудио- и видеоустройствам, сложной вычислительной технике.

В дешевых конструкциях электронных стабилизаторов такая функция может быть реализована некачественно. Поэтому они будут создавать определенные электрические шумы, которые вносят искажения в работу точных устройств, но практически не оказывают влияния на работу ламп накаливания и большинства электродвигателей бытовых электроприборов.

Дополнительные задачи

Кроме переключения симисторов на основе анализа состояния входного и выходного напряжения процессор может выполнять функции:

  • контроля исправности оборудования и состояния полупроводниковых ключей;

  • анализ нагрузки;

  • замеров температуры блоков;

  • оценки влажности;

  • коррекции настроек выходных параметров;

  • вывода информации на встроенный дисплей или удаленное устройство через внешний порт;

  • блокировку неправильного подключения;

  • выдачу сигналов о работе защитных устройств и сбоях автоматики.

Дополнительные устройства стабилизатора

Режим транзита

В большинстве конструкций предусмотрено переключение устройства из рабочего положения в то, когда стабилизатор отключен, а его потребители запитаны от входных цепей. Такая ситуация позволяет экономить ресурс работы и электроэнергию при нормальных, установившихся параметрах электросети. Ведь стабилизатор, преобразуя напряжение, потребляет часть поступающей энергии, имеет определенный коэффициент полезного действия.

Для перевода прибора в режим транзит обычно устанавливается переключатель на корпусе.

Защитные устройства

Токовые защиты

Для предотвращения возможных аварийных ситуаций стабилизатор снабжается автоматическим выключателем, снимающим напряжение при:

  • перегрузке по току;

  • возникающем коротком замыкании.

Номинальные параметры автомата подбираются под величину проектной мощности.

Защиты от повышения напряжения

Они могут устанавливаться во входные цепи и/или на выходе, работать в определенных случаях независимо от процессора, выводить полностью стабилизатор из работы.

Контроль завышенного напряжения на выходе наиболее эффективен в режиме транзита.

На вводе стабилизатора может быть установлен фильтр от высоковольтных импульсов напряжений, периодически возникающих при замыканиях проводов ВЛ, молниях или нарушениях нейтрали на подстанции. Обычно его устанавливают в виде треугольника варисторов с вершинами в фазе, нуле и земле.

Защита от перегрева

Преобразование электроэнергии стабилизатором связано с выделением тепла, которое необходимо отводить во внешнюю среду. Для этого используется одна из двух типовых схем:

1. принудительный обдув;

2. естественная теплоотдача.

Первый способ основан на постоянной работе вентиляторов, которые не только шумят и потребляют энергию, но еще требуют периодического обслуживания и влияют на ресурс устройства.

Второй метод более прогрессивен. Он основан на точном тепловом расчете нагрузок и создании конструкции, обеспечивающей теплопередачу без каких-либо движущихся механических частей. Для этого симисторы устанавливают на мощные теплопроводящие радиаторы, которые передают нагрев массивному корпусу прибора.

Отвод тепла от семистора

Тепло от корпуса передается окружающему воздуху. Для обеспечения циркуляции внизу устройства создан свободный приток холодного воздуха с поверхности пола. При нагреве конструкции он устремляется вверх, забирает тепло от радиаторов, проводов, магнитопровода и выходит через боковые верхние отверстия в стенках. С повышением температуры оборудования скорость перемещения воздушных потоков возрастает и теплосъем увеличивается.

Циркуляция воздуха

При таком способе охлаждения температура массивного корпуса может достигать 40 градусов.

Размещение трех стабилизаторов друг на друге с подобной системой не мешает работе охлаждения каждого из них. Это используется при стабилизации трехфазных цепей напряжения однофазными приборами, каждый из которых включают в одну из фаз так, чтобы у них был объединен общий ноль.

Преимущества электронных стабилизаторов

По сравнению с другими конструкциями они обладают:

  • широким диапазоном рабочих мощностей;

  • высокой скоростью регулирования;

  • точностью выходных параметров;

  • различными способами защиты потребителей от аварийных режимов;

  • бесшумной работой у моделей с естественной теплоотдачей;

  • большим сроком службы и гарантийным периодом;

  • повышенной надежностью.

Недостатки электронных стабилизаторов

Сложность технологии, большие затраты материалов на конструкцию и применение электронных устройств создают высокую итоговую стоимость конечной модели. 

Читайте также: Сравнение реле напряжения Ресанта АЗМ 40А и МЕАНДР УЗМ-50М

Категории: Все статьи » Электрика в квартире и доме

Другие близкие по теме статьи:

  • Стабилизатор напряжения для загородного дома
  • Защита от перепадов напряжения - реле или стабилизатор
  • Реле напряжения и тока Новатек Электро - обзор
  • Трансформаторы и автотрансформаторы - в чем отличия?
  • Защита электродвигателя и полноценный контроль безопасности всей электросис ...
  • Электронные измерительные приборы


  • Полезноеое
      Приветствуем вас на Ingsvd.ru ! Здесь вы найдете ответы на все вопросы по устройству, организации, монтажу и обслуживанию инженерных систем вашей квартиры и дома.


  • Как правильно пользоваться индикаторной отверткой



  •  
     

    Copyright © 2010 - 2017. Ingsvd.ru
    Копирование, размножение, распространение, перепечатка (целиком или частично), или любое иное использование материалов сайта, включая распространение на бумажных носителях, без письменного разрешения администратора сайта не допускается. Любое нарушение авторских прав будет преследоваться на основе российского и международного законодательства.

    Ремонт квартиры своими руками