Содержание
Стабилизатор тока и стабилизатор напряжения.
Posted:
02 ноября, 2019
Under:
Электроника
By
Бурыкин Валерий
No Comments
6 589
Эта статья является продолжением статьи «Генератор тока (источник тока). Различия и сходства стабилизаторов тока и напряжения».
Как одно превратить в другое.
***
Временами я просматриваю статистику посещаемости моего сайта в Яндекс Метрике. Там же можно увидеть по каким запросам читатели приходят на ту или иную статью. Так вот на статью о генераторах тока зачастую читатели попадают, набирая запросы такого характера:
— Как из стабилизатора напряжения сделать генератор тока?
— Как источник тока переделать в стабилизатор напряжения?
Ну и тому подобное.
Раньше у меня такие вопросы вызывали только улыбку. Но сейчас я решил, что нужно вполне серьёзно на них ответить. Рассказать, чем же отличается схемотехника стабилизаторов тока и стабилизаторов напряжения. Вместо слова стабилизатор можете подставить генератор или источник.
Итак, для начала нам нужно твёрдо себе уяснить основное различие источников тока и напряжения:
Идеальный источник тока создаёт в нагрузке ток стабильной, неизменной величины.
Идеальный источник напряжения создаёт на нагрузке напряжение стабильной неизменной величины.
Далее я буду употреблять в тексте слова стабилизатор, генератор, источник. Все они будут являться синонимами словосочетания «Идеальный источник». Не пугайтесь слова «идеальный». Практически любой бытовой источник напряжения является условно идеальным, до того момента пока вы не нарушите условий его эксплуатации. Ну не включите, например слишком большую нагрузку, или не закоротите накоротко.
Исключение составляют зарядные устройства. Но там разговор особый.
Таким образом если мы изменяем сопротивление нагрузки у источника напряжения, то напряжение на нагрузке остаётся стабильным, а ток, протекающий через нагрузку, изменяется.
Uн → const,
Iн → var.
Если мы изменяем сопротивление нагрузки у источника тока, то ток, протекающий через нагрузку, остаётся неизменным, а напряжение на нагрузке изменяется.
Uн → var.
Iн → const,
Сразу оговорюсь что никакие химические, фотоэлектрические, электромеханические и т.д. и т.п. источники электроэнергии, не оснащённые специальными схемами стабилизации выходных характеристик, не могут рассматриваться ни как источник напряжения ни как источник тока. Они нечто среднее между тем и другим так как и ток и напряжение на выходе у них изменяются и при изменении сопротивления нагрузки, и с течением времени и по разным другим причинам. Такие источники являются источниками ЭДС.
Итак, чем же различаются схемы стабилизаторов тока и стабилизаторов напряжения?
Рассмотрим для начала что такое стабилизатор вообще. Функциональная схема любого стабилизатора выглядит так как показано на Рис. 1.
Рис. 1 Функциональная схема стабилизатора.
Здесь:
— УМ — усилитель мощности. Надо понимать, что несмотря на грозное название усилителем мощности может послужить обычный транзистор. Внутри интегральных микросхем таких усилителей мощности пруд пруди.
— УО — расшифровывается не как умственно отсталый, а как усилитель ошибки.
Как это работает.
Вход подключен к какому-либо источнику питания. На выходе начинает протекать ток, который создаёт некоторое падение напряжения на сопротивлении подключенной нагрузки. УО включен в цепь глубокой отрицательной обратной связи (ОС).
Выходной параметр, ток или напряжение подаётся на один из входов УО. Ко второму входу подключен некий эталон.
Если величина параметра на выходе УМ не совпадает с величиной эталона, то образуется некоторая разница между первым и вторым входом. Эта разница называется ошибкой.
УО усиливает эту ошибку во много раз и выдаёт на УМ в виде управляющего сигнала, этот сигнал заставляет УМ изменить свои характеристики так чтобы выходной параметр (ток или напряжение) пришёл в соответствие с эталоном.
Думаю, должно быть понятно, что для того, чтобы поддерживать минимальную разность между выходным параметром и эталоном УО должен обладать очень большим коэффициентом усиления (Ку).
Теперь давайте посмотрим, как это всё можно реализовать на практике.
Начнём с простейшего стабилизатора напряжения, Рис. 2. Кстати, схемы, построенные по такому принципу в основном и были распространены примерно до 1980 года.
Для начала немного о терминологии.
— Эталон теперь будет называться опорным напряжением (Uоп). Независимо от того стабилизатор чего мы строим тока или напряжения, на вход 1 УО будет подаваться напряжение.
— ИОН — источник опорного напряжения.
Рис. 2 Схема простого стабилизатора напряжения.
В этой схеме роль УМ выполняет биполярный транзистор структуры n-p-n. В качестве ИОН задействован стабилитрон VD1. Остаётся вопрос — а где же УО? Роль УО выполняет p-n переход база-эмиттер транзистора. Вход 1 это эмиттер, на нём присутствует выходное напряжение. Роль входа 2 выполняет база транзистора, на неё подано опорное напряжение с катода VD1.
Действительно, переход Б-Э это фактически включенный в прямом направлении полупроводниковый диод. А как известно на p-n переходе диода при прямом включении возникает некоторое довольно стабильное падение напряжение. И это напряжение очень слабо зависит от протекающего через диод тока. Стабильность напряжения Б-Э зависит от крутизны вольтамперной характеристики этого диода. Чем круче характеристика, тем меньше влияние тока протекающего через диод на падение напряжения на нём, что эквивалентно большому Ку усилителя ошибки.
Напряжение на нагрузке вычисляется по следующей формуле:
Uн = Uоп — Uбэ
Так как Uоп и Uбэ стабильны то и Uн также стабильно. Причём, при идеальных Uоп и Uбэ, Uн не будет зависеть ни от изменения питающего напряжения, ни от изменения сопротивления нагрузки. В разумных пределах, конечно.
Тот, кто читал мою статью «Генератор тока (источник тока). Различия и сходства стабилизаторов тока и напряжения», тот думаю сам сможет оценить эти самые пределы.
Теперь давайте подумаем, как нам этот стабилизатор напряжения переделать в стабилизатор (генератор) тока.
На самом деле всё очень просто.
Так как ток, протекающий через нагрузку, течёт от источника питания к коллектору транзистора, а затем в эмиттер, то следовательно ток в нагрузке практически точно соответствует току, протекающему через коллектор.
Если вместо Rн запаять постоянный резистор тогда величина тока, протекающего через коллектор, будет постоянна и не будет зависеть от изменения напряжения питания, Рис.
3.
Рис. 3
Вычисляться этот ток будет по следующей формуле:
Iк = Uэ / R2 = (Uоп — Uбэ) / R2
Вот мы, собственно говоря, уже и получили генератор (источник) тока. Правда работать он будет сам на себя, а потому в таком виде никому не нужен.
Преобразовать его в полноценный генератор тока совсем просто. Нужно оторвать коллектор транзистора от цепи питания и включить в разрыв нагрузку, Рис. 4.
Рис. 4 Схема простого генератора (стабилизатора) тока.
В этой схеме ток в нагрузке будет стабильным и не будет зависеть от напряжения питания и сопротивления нагрузки, опять же — в разумных пределах. Как эти пределы рассчитать я рассказывал в предыдущей статье.
Таким образом стабилизатор напряжения (Рис. 2) я преобразовал в генератор тока (Рис. 4). Но в этих схемах есть один недостаток — очень низкий коэффициент стабилизации. Связано это как малой стабильностью ИОН на стабилитроне VD1, так и с низкой стабильностью Uбэ.
В предыдущей статье я приводил такой пример схемы генератора тока, Рис. 5.
Рис. 5 Схема генератора тока с операционным усилителем в цепи обратной связи.
В этой схеме ИОН может быть построен на стабилитронах или на более современных компонентах, например трёхвыводная микросхема TL431 или её аналог.
Операционный усилитель ОУ выполняет роль усилителя ошибки. Такое построение схемы позволяет получить очень высокую стабильность выходных характеристик. Здесь резистор Rэ выполняет роль датчика тока (ДТ). Падение напряжения на этом датчике тока изменяется пропорционально изменению протекающего через него тока.
Ну и как вы уже, наверное, поняли её также легко превратить в стабилизатор напряжения, Рис. 6.
Рис. 6 Схема стабилизатора напряжения с операционным усилителем в цепи обратной связи.
ИОН обычно выдаёт Uоп в районе (2 — 5) Вольт. Делителем R1R2 устанавливают требуемое выходное напряжение. Чем больше коэффициент деления делителя, тем больше выходное напряжение.
Что можно сказать по поводу этих двух схем.
Генераторы тока по схеме изображённой на Рис. 5 вполне себе строятся так как от генераторов тока обычно не требуется большая мощность. Обычно они питают различные резистивные датчики температуры, давления, освещённости. В этих случаях требуется высокая стабильность генератора тока, а не мощность.
Стабилизаторы напряжения в наше время в основном представляют из себя импульсные источники питания. Это позволяет получить высокий КПД и хорошие массогабаритные характеристики. Но в некоторых случаях не обойтись и без аналоговых стабилизированных источников питания. Например, там, где предъявляются высокие требования к уровню высокочастотных помех. Все импульсные источники довольно сильно фонят.
Применение.
Стабилизаторы напряжения окружают нас со всех сторон. Ни один компьютер или телевизор не может обойтись без них. Даже мобильник нужно время от времени заряжать через зарядное устройство, которое представляет собой ничто иное как стабилизированный источник напряжения.
Генераторы тока для нас не так заметны. Но могу вас уверить что вы их постоянно неосознанно используете.
Практически каждая интегральная микросхема содержит внутри себя генератор тока (источник стабильного тока). В больших интегральных микросхемах их сотни если не тысячи.
Но также находят применение и мощные генераторы тока, вот два примера.
Специализированные зарядные устройства для мощных аккумуляторов.
Как известно заряд аккумулятора нужно проводить стабильным током. Для этого используют мощный источник питания, в который встроены две цепи обратной связи, одна по напряжению, она не даёт выходному напряжению превысить некоторый установленный уровень. Другая по току ограничивающая выходной ток устройства, а следовательно, и ток заряда.
Таким образом когда вы подключаете разряженный аккумулятор к зарядному устройству возникает режим перегрузки. Обратная связь по току реагирует на это и ограничивает ток на выходе. Напряжение на выходных клеммах при этом падет.
В дальнейшем по мере заряда аккумулятора напряжение растёт, ток при этом остаётся неизменным.
Это означает что зарядное устройство работает в режиме генератора тока.
Вторым примером может служить полупроводниковый сварочный аппарат. Здесь та же ситуация, а вернее даже ещё хуже, так как в начале процесса сварки на выходе аппарата вообще создаётся короткое замыкание. Но обратная связь по току не даёт току вырасти до опасной величины и сбрасывает уровень выходного напряжения. Дальше уже в процессе сварки эта же обратная связь следит за постоянством тока в электрической дуге, выходное напряжение при этом будет колебаться. Таким образом сварочный аппарат работает в режиме генератора тока.
То есть и сварочный аппарат, и зарядное устройство если правильно организовать обратные связи и ввести соответствующие переключатели, можно использовать по прямому назначению, то есть в режиме генератора (стабилизатора) тока, а также как стабилизированные источники напряжения.
Всё зависит от того откуда снимается сигнал для ОС. Если непосредственно с выхода, то получаем стабилизатор напряжения. Если с датчика тока, то получим генератор тока.
Правда если говорить о современных источниках питания, то они представляют собой стабилизированные источники напряжения со схемой ограничения по току.
То есть в них присутствуют обе обратные связи: и по напряжению, и по току. Но обратная связь по току включается в работу только в случае перегрузки. Именно поэтому большинство современных источников питания способны выдерживать даже длительные короткие замыкания на выходе.
Что можно сделать из стабилизатора напряжения
Приобретая новый стабилизатор взамен устаревшего или поломанного агрегата, владельцы задумываются, как поступить с предшественником? Кроме очевидных вариантов, таких как: сдать на металлолом или отправить на свалку, существуют и другие возможности применения старого стабилизатора.
Зарядное устройство
Зарядное устройство для автомобильной аккумуляторной батареи – первое, что можно сделать из стабилизатора напряжения. Для этого нужно намотать на тороидальный сердечник диодный мост и обмотку из толстого провода из расчёта по витку на Вольт, то есть для устройства на 12 В понадобится 12 витков.
Источник бесперебойного питания
ИБП для персонального компьютера – ещё один вариант того, что можно сделать из стабилизатора от телевизора. Неоспоримым преимуществом такого использования является защита жёсткого диска компьютера, который может слететь при сильных скачках напряжения в электрической сети без использования стабилизатора.
Однако здесь существует нюанс: стабилизатор от телевизора является индуктивным, что в момент подключения монитора приведёт к скачку напряжения к нижней отметке. Вследствие упавшего напряжения компьютер начнёт перезагружаться и образуется замкнутый круг.
Однако эту проблему можно решить, если не подключать системный блок с монитором напрямую к стабилизатору, а объединить их третьим заземляющим контактом. В качестве такого контакта отлично подойдёт обыкновенный тройник евро-стандарта, уже обеспеченный заземлением.
Понижающий трансформатор
Используя автотрансформатор от стабилизатора напряжения типа «Украина», можно переделать его в трансформатор понижающего типа на 12 – 14 Вольт.
Чтобы узнать, подойдёт ли первичная обмотка, нужно её концы ненадолго включить в сеть через амперметр переменного тока, настроенный на максимальный предел измерения. Если в течение нескольких секунд ток не превысит 50-100 миллиампер, тогда перематывать первичную обмотку не придётся.
Далее следует намотать любым проводом (в изоляции) десять витков, включить трансформатор в сеть и замерить напряжение на концах этой обмотки. Таким образом можно рассчитать число витков, требуемое для получения необходимого напряжения и прибавить к результату около десяти процентов в расчёте на компенсацию падения напряжения под нагрузкой.
Полученное количество витков наматывается обмоточным проводом с сечением от 1 до 1,5 кв. мм (для получения тока 3-5 Ампер).
Прочие варианты
Можно рассмотреть и другие варианты того, что сделать из старого стабилизатора напряжения своими руками:
- силовой трансформатор;
- блок питания для усилителя – путём намотки на первичную обмотку тороидального сердечника вторичной. Намотка делается проводом двухмиллиметрового диаметра, всего необходимо примерно семьдесят – восемьдесят витков;
- выходной трансформатор гитарного усилителя – подойдёт любой старый стабилизатор ферромагнитного типа, работающий по принципу введения магнитопровода в насыщение. Выдача на выходе нелинейных искажений, неприемлемая для работы с качественными звуковыми системами, здесь будет оправдана, поскольку в усилителях для электрогитары гармонические составляющие увеличивают специально посредством использования каскадов-исказителей.
Для перемотки трансформаторов от стабилизатора необходим расчёт толщины провода и количества витков – это нужно для получения требуемого напряжения. Решить этот вопрос самостоятельно поможет программа «расчёт тороидального трансформатора».
Старые стабилизаторы напряжения являются по сути трансформаторами с коэффициентом трансформации, равном единице. Они отлично подойдут для защиты любого ценного электроприбора (телевизор, усилитель, персональный компьютер) от экстремальных перепадов напряжения в электрической сети.
Сервоуправляемый стабилизатор напряжения
Отсутствие стабильного напряжения в блоке питания может привести к выходу из строя чувствительного электронного оборудования и тем самым повлиять на непрерывность бизнеса. Распределение электроэнергии низкого напряжения составляет 230 вольт для одной фазы и 415 вольт для трехфазного. При этом все электроприборы (особенно однофазные) рассчитаны на работу в диапазоне напряжений от 220 до 240В.
Допустимый диапазон напряжения в некоторых странах (в том числе в Индии) составляет 230 ± 10 В согласно стандартам на электроэнергию. А также многие бытовые приборы выдерживают этот диапазон колебаний напряжения. Но в большинстве мест колебания напряжения довольно распространены и обычно находятся в диапазоне от 170 до 270 В. Эти колебания напряжения могут иметь серьезные неблагоприятные последствия для приборов.
Влияние колебаний напряжения на оборудование
• В случае всего электронного оборудования частота отказов увеличивается при более высоких напряжениях.
• В случае осветительного оборудования низкое напряжение снижает световой поток (освещенность), что еще больше сокращает срок службы лампы.
• Двигатель переменного тока создает меньший крутящий момент и, следовательно, скорость снижается при низком напряжении, а при перенапряжении они развивают большую скорость, чем требуется. Это снижает срок службы двигателя, а также вызывает повреждение изоляции под высоким напряжением.
• В случае индукционного нагрева низкое напряжение снижает тепловую мощность, что приводит к тому, что нагрузка работает при температуре, не соответствующей желаемой.
• Падение напряжения при теле- и радиопередаче снижает качество передачи, а также приводит к неисправности других электронных компонентов.
• Холодильники – это устройства с приводом от двигателя переменного тока, потребляющие большие токи в условиях падения напряжения, что может привести к перегреву обмоток.
• Частота отказов светодиодных ламп увеличивается при более высоком напряжении.
Для преодоления вышеупомянутых последствий колебаний напряжения необходимы стабилизаторы напряжения.
Типы стабилизаторов напряжения
В основном существует два типа стабилизаторов – релейные стабилизаторы напряжения и сервостабилизаторы/регуляторы напряжения. Стабилизаторы напряжения на основе реле, как правило, представляют собой однофазные продукты, используемые для маломощных приложений (<5 кВА) для телевизоров, холодильников и кондиционеров, и они могут обеспечивать напряжение.
В основном есть два типа стабилизаторов — стабилизаторы напряжения на основе реле и сервостабилизаторы/регуляторы напряжения. Релейные стабилизаторы напряжения, как правило, представляют собой однофазные продукты, используемые для маломощных приложений (<5 кВА) для телевизоров, холодильников и кондиционеров, и они могут обеспечивать стабилизацию напряжения от 230 вольт ± 5%. Сервостабилизатор используется для критических однофазных и трехфазных приложений от 1 кВА до 3000 кВА и может обеспечить точное регулирование напряжения 230 вольт ± 1%.
Сервостабилизаторы напряжения и их применение
Сервостабилизаторы напряжения
Ни один отдел электроснабжения в Индии не может обеспечить потребителям постоянное напряжение. Напряжение обычно низкое в дневное время и высокое в ночное время. Кроме того, в праздничные дни, часы пик, дождливые дни и при отключении сельскохозяйственной и промышленной нагрузки резко возрастает напряжение, что создает проблемы для техники и приводит к финансовым потерям.
90% промышленной нагрузки составляют двигатели. В электродвигателях меньшей мощности до 7,5 л.с. при низком напряжении двигатель потребляет более высокий ток, что требует более высокой настройки реле перегрузки, чтобы избежать частых отключений двигателей. Более высокое значение реле перегрузки имеет очень меньший запас прочности по однофазным и механическим неисправностям. Предположим, что уставка реле на 15–20 % выше фактического рабочего тока, тогда реле срабатывает через 46 минут. Двигатель не может так долго выдерживать большой ток и в большинстве случаев сгорает до отключения двигателя. Сервостабилизаторы предназначены для преодоления всех вышеперечисленных проблем за счет поддержания постоянного уровня напряжения независимо от колебаний сети электропитания
Сервостабилизатор
представляет собой систему, которая обеспечивает стабильное выходное напряжение переменного тока (AC) при резких изменениях входного напряжения источника питания. Он защищает дорогостоящее оборудование от проблем с высоким и низким напряжением.
Это также увеличивает срок службы оборудования и повышает производительность машин, а также снижает потери и повреждения сырья за счет обеспечения стабильного электроснабжения. Название «Сервопривод» связано с типом двигателя, который используется для обеспечения коррекции напряжения (с помощью серводвигателя и вариатора с повышающе-понижающим трансформатором).
Этот тип стабилизатора обеспечивает стабильное выходное питание, защиту от низкого напряжения, высокого напряжения, перегрузки и короткого замыкания.
Применение сервостабилизаторов напряжения
Сервостабилизаторы напряжения широко используются в инженерных подразделениях, фармацевтических подразделениях, холодильных камерах, установках кондиционирования воздуха, офсетных печатных машинах, текстильных фабриках, цементных заводах, мукомольных заводах, нефтяной промышленности, бумажных фабриках, резиновой промышленности, чайных плантациях, предприятиях пищевой промышленности. , маслозаводы и заводы Vanaspati, обувные и кожевенные цеха, винокурни и напитки, клубы, гостиницы, многоэтажные дома, больницы, дома престарелых, экспортные дома и колл-центры.
Преимущества использования сервостабилизаторов напряжения:
- защищает срок службы оборудования от резких перепадов напряжения.
- обеспечивает регулирование с общим энергосбережением (КПД 98+%).
- расходные материалы не требуются.
- улучшение качества товара.
- увеличил производство за счет сокращения производства дефектных изделий.
- лучшая безопасность и защита.
- меньше поломок и
- однородное качество конечной продукции.
Компоненты сервостабилизаторов напряжения
Автоматический стабилизатор напряжения, управляемый серводвигателем, состоит из следующих компонентов
- Понижающий/повышающий трансформатор:
Понижающий/повышающий преобразователь, подключаемый между входом сети и выходом стабилизатора клемм нагрузки. Один вывод первичной обмотки повышающе-понижающего трансформатора постоянно подключен к фиксированному ответвлению автотрансформатора (вариатора), а другой конец соединяется с валом двигателя.
- Автотрансформатор (вариак):
Автотрансформатор, подключенный между нейтралью и фазой входного питания.
- Двигатель
Один конец первичной обмотки повышающе-понижающего трансформатора соединен с валом этого двигателя с рычагом и щеточным механизмом. Когда двигатель движется, этот вал рычага перемещается поперек обмотки автотрансформатора, увеличивая или уменьшая число обмоток. Двигатель, как правило, представляет собой синхронный двигатель переменного тока или серводвигатель постоянного тока, который подключается и устанавливается в верхней части центральной точки автотрансформатора.
- Привод двигателя
Электронная схема, управляющая движением двигателя. Он состоит из печатных плат, состоящих из твердотельных схем, состоящих из конденсатора, регистров, транзистора, микропроцессора и интегральных схем.
Рис.
1 Схема стабилизатора напряжения с сервоуправлением
Принцип работы сервостабилизаторов напряжения
Напряжение, поступающее от сети на вход СКВС, постоянно измеряется измерительной схемой и подает обратную связь на главную схему управления, состоящую из микропроцессора. Этот микропроцессор непрерывно получает значения входных напряжений и сравнивает их с эталонным значением, заложенным в его программу. Всякий раз, когда на входе SCVS есть высокое или низкое напряжение, микропроцессор дает триггер драйверу двигателя.
В зависимости от уровня высокого или низкого напряжения, наблюдаемого на входе, «драйвер двигателя» перемещает серводвигатель поперек обмотки автотрансформатора (вариатора), чтобы увеличить или уменьшить количество обмоток и, следовательно, напряжение на первичной обмотке повышающе-понижающего трансформатора.
Вал серводвигателя подключен к первичной обмотке повышающе-понижающего трансформатора, и при изменении напряжения на первичной обмотке повышающе-понижающего преобразователя индуцированное напряжение на его вторичной обмотке также изменяется.
Двигатель движется таким образом, что на первичную повышающе-понижающую обмотку подается правильное напряжение, так что выходное напряжение должно быть равно заданному или желаемому выходному напряжению сервостабилизатора.
Этот процесс происходит непрерывно, чтобы скорректировать входные напряжения
В случае 3-фазного автоматического регулятора напряжения имеется независимый блок управления фазами для каждой из трех фаз отдельно. (по существу), чтобы проверить наличие 3 однофазных сервостабилизаторов в одном трехфазном стабилизаторе.
5 ЧАСТЕЙ ВНУТРИ СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ СДЕЛАЙТЕ ЭТО АВТОМАТИЧЕСКИМ
Причиной использования стабилизатора напряжения являются колебания напряжения на линиях электропередач. Очень распространенная работа напряжения 9Стабилизатор 0035 предназначен для стабилизации напряжения от источника питания до постоянного напряжения потока . Они предотвращают повреждение приборов из-за колебаний.
Мы используем стабилизаторы для кондиционеров, холодильников, телевизоров и т. д., внутри него 5 частей, которые работают на стабилизацию напряжения. В этом блоге мы узнаем, как работает стабилизатор для приборов в качестве защиты…!
СОДЕРЖАНИЕ:
- Принцип работы автоматического стабилизатора напряжения
- Детали внутри стабилизатора напряжения
- Как работают детали для стабилизации напряжения
- Как работает стабилизатор?
- Какие бывают стабилизаторы?
ПРИНЦИП РАБОТЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ:
Принцип работы стабилизатора заключается в стабильном изменении выходного напряжения независимо от входного напряжения.
Почему мы используем стабилизатор? Электрические приборы изготавливаются таким образом, что они имеют определенный предел напряжения для их правильной работы.
Когда уровень входного напряжения ниже или выше этого предела, это может повредить электронные компоненты в цепи и привести к неправильной работе прибора.
Поскольку при передаче по линиям электропередач часто случаются колебания напряжения, стабилизатор играет важную роль в защите электроприборов. Основные части внутри стабилизатора включают в себя трансформатор, выпрямитель, транзистор, реле и предустановку.
Основной принцип работы стабилизатора — схемы понижающего и повышающего регулятора для поддержания напряжения в диапазоне 200-230В.
Рабочее напряжение стабилизатора 170-230В. Нормальное напряжение питания в Индии 230 В. Диапазон колебаний напряжения 90–300 В. Контроллер повышения/понижения добавляет или вычитает 25 В для компенсации колебаний.
Типы защиты автоматического стабилизатора напряжения включают: защита от перенапряжения (выше 230В), защита от пониженного напряжения (до 170В), защита с задержкой включения/выключения (3-5с).
Схема контроллера понижающего преобразователя:
Контроллер понижающего преобразователя работает путем стабилизации напряжения, когда напряжение питания превышает предел, путем вычитания напряжения трансформатора из входного напряжения.
Буст-контроллер:
Буст-контроллер стабилизирует низкое входное напряжение, добавляя к нему напряжение.
Ниже мы подробно рассмотрим операцию…!
ДЕТАЛИ ВНУТРИ СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
- Трансформатор
- Выпрямитель
- Цепь фильтра
- Предустановка
- Стабилитрон
- Транзистор
- Реле
- Обратный диод
КАК ДЕТАЛИ РАБОТАЮТ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ?
Трансформатор:
Трансформатор — это электрическое устройство, которое помогает повышать или понижать напряжение переменного тока.
Он используется в линиях электропередачи для удовлетворения потребностей в электроэнергии путем повышения и понижения напряжения. Он обычно используется для различных целей. Он имеет две обмотки, а именно первичную и вторичную обмотки.
В стабилизаторе трансформатор является одной из важнейших частей. Так как электронная схема внутри стабилизатора не выдерживает большего диапазона напряжений, используются трансформаторы. В режиме повышения напряжения он увеличивает или уменьшает напряжение для нужд электрического прибора (нагрузки).
Повышающий и понижающий режимы: В повышающем трансформаторе число витков первичной обмотки меньше числа витков вторичной обмотки. В понижающем трансформаторе количество витков на первичной стороне больше, чем количество витков на вторичной стороне.
Цепь преобразования постоянного тока:
Выпрямитель:
Выпрямитель — это электрическое устройство, которое используется для преобразования переменного тока в постоянный.
Это заставляет ток течь в одном направлении, тем самым делая ток постоянным. Поскольку электронные схемы не могут работать от переменного напряжения, оно преобразуется в постоянное перед входом в электронную плату.
Схема фильтра:
Схема фильтра пропускает только постоянную составляющую и устраняет переменную составляющую, поэтому на выходе получается чистый постоянный ток. Схема фильтра, используемая в повышающе-понижающей схеме стабилизатора, представляет собой электронный конденсатор.
В схеме фильтра конденсаторов конденсатор подключен параллельно выходу выпрямителя.
Цепь управления:
Предустановка:
Предустановка представляет собой электронный компонент. Здесь он используется как один из элементов схемы управления, он сравнивает поступающее напряжение питания с заданным напряжением. Когда входное напряжение питания выше заданного нормального номинального напряжения, предустановка находится в состоянии установки, чтобы активировать транзистор, тем самым активируя реле для операции buck.
Стабилитрон:
Стабилитрон — это полупроводниковый прибор, который направляет ток как в прямом, так и в обратном направлении. В стабилизаторе он действует как диод обратного смещения, поэтому на нем возникает ток утечки для достижения постоянного / пробивного напряжения.
Транзистор:
Транзистор — это электронный компонент, который действует как переключатель или усилитель. Он принимает слабый ток на одном конце и передает больший ток на другом конце. Транзистор в цепи стабилизатора активирует реле в соответствии с операцией buck/boost.
Реле:
Реле представляет собой электромеханический или электронный переключатель. Он используется в цепях, где напряжение контролируется в другой цепи. Реле действует как соединение между цепями низкого и высокого напряжения.
Он работает, контролируя напряжение путем включения и выключения. В стабилизаторах находится между цепью питания и цепью нагрузки, отключает цепь нагрузки при напряжении выше/ниже номинального.
Катушки реле подразделяются на катушки понижающего реле и катушки повышающего реле, они получают питание при определенных операциях.
Тип реле, используемого в стабилизаторе: Реле DPDT (двухполюсное двухпозиционное).
Обратный диод:
Обратные диоды используются в схемах для контроля скачков напряжения. Когда он подключен в условиях обратного смещения, противоэдс от реле можно контролировать, чтобы избежать повреждения электронной схемы.
КАК РАБОТАЕТ СТАБИЛИЗАТОР?
Ниже показана блок-схема повышающего стабилизатора:
блок-схема стабилизатора
Пояснение схемы стабилизатора:
- Понижающая повышающая схема состоит из двух трансформаторов, один на входе, т. е. понижающий трансформатор для уменьшения переменного напряжения в цепи (от 230 до 12 В переменного тока), а другой на стороне выхода, т. е. повышающий трансформатор (для добавления или вычитания 25 В переменного тока).
- Нейтраль цепи подключается к нейтрали нагрузки, а фаза цепи подключается к реле. Фаза для нагрузки идет от реле. Тип используемого здесь реле — реле DPDT (например, 200 Ом, 12 В). Они имеют два полюса, четыре переключателя и магнитную катушку, на которую подается питание. Это реле питается от транзистора.
- Транзистор не работает от переменного тока, поэтому используется цепь питания постоянного тока. Понижающий трансформатор со стороны входа преобразует 230 В переменного тока в 12 В переменного тока, который затем соединяется с двухполупериодным выпрямителем (состоящим из диодов), чтобы обеспечить постоянный ток. После пересечения выпрямителя ток становится импульсным постоянным.
- Импульсный постоянный ток не должен подаваться непосредственно на транзистор, поэтому используется схема фильтра (электронный конденсатор). Так что импульсный выход постоянного тока становится устойчивым. Постоянный ток, который мы получаем здесь, является пропорциональным значением для входного переменного тока (например, 230 В переменного тока-12 В постоянного тока / 220 В переменного тока-11,5 В постоянного тока / 240 В переменного тока-12,5 В постоянного тока).
- Здесь мы делаем предустановку, определяя значение для управления стабилизатором. Предустановка подключена к стабилитрону (12 В) для пробоя напряжения, чтобы сделать его постоянным.
- Во избежание повреждения обратной ЭДС электронной схемы реле, обратный диод (обратное смещение) подключен таким образом, что обратная ЭДС смещается в обратном направлении и циркулирует внутри него и подавляется.
- В выходном трансформаторе напряжение либо суммируется, либо вычитается из входного напряжения (например, 25 В).
- В форсированном режиме, если входное напряжение равно 200 В переменного тока, транзистор отключается, потому что стабилитрон не может пробить этот диапазон напряжения (поскольку диапазон напряжения меньше напряжения пробоя). Это напряжение суммируется с 25 В, так что на выходе получается 225 В переменного тока (направление тока на первичной и вторичной сторонах одинаково вниз, поэтому суммируется).
- В buck, если входное напряжение 230В, транзистор открывается, потому что оно больше, чем напряжение пробоя стабилитрона, тогда выходное напряжение будет 230-25=205В (ток в первичной и вторичной обмотках выходной трансформатор стоит напротив поэтому вычитается)
Рабочий диапазон напряжения варьируется от стабилизатора к стабилизатору в зависимости от потребности кондиционеров (170-270В / 90-300В / 130-300В -прим.
), холодильников (130-290В / 70-300В -прим. ,), LED/LCD-телевизор (90-290 В / 140-295 В — прибл.), TV+ музыкальные системы (135-290 В / 90-300 В — прим.), стиральные машины / микроволновая печь (150-280 В).
КАКОВЫ ТИПЫ СТАБИЛИЗАТОРОВ?
- Стабилизатор напряжения с ручным управлением: Этот тип стабилизатора напряжения не выдает выходной сигнал в зависимости от пониженного/повышенного напряжения, мы должны вручную корректировать уровень напряжения в соответствии с входным сигналом. Этого в наше время нет.
- Автоматический стабилизатор напряжения: Автоматический стабилизатор напряжения автоматически регулирует напряжение с помощью повышающе-понижающих цепей. Как мы видели в посте…
- Сервостабилизатор напряжения: Сервостабилизатор напряжения предназначен для точной коррекции напряжения. В автоматических стабилизаторах напряжения диапазон напряжения обычно составляет 200-230 В, но когда мы используем сервостабилизатор, его диапазон регулирования напряжения составляет ± 0,5.
