Стабилизаторы переменного напряжения обычно применяются при отклонении напряжения электрической сети более , чем на +10% от нормы.
Современная электронная техника , как правило, имеет импульсные блоки питания и стабилизаторы не нужны , а холодильники , микроволновые печи , кондиционеры , насосы и т.д. нуждаются в стабильном напряжении.
В настоящее время чаще всего применяются стабилизаторы трёх типов : электромеханические , на основе регулируемого автотрансформатора с управляемым электроприводом , релейно- трансформаторные , на основе мощного трансформатора с несколькими отводами первичной обмотки и коммутаторами вольтодобавки на электромагнитных реле, симмисторах, тиристорах или мощных ключевых транзисторах а также электронные. Феррорезонансные стабилизаторы из-за многочисленных недостатков в настоящее время практически не применяются.
Электронные стабилизаторы небольшой мощности ( до 100 Вт) и высокой стабильности обычно строят по схеме упрощённого УНЧ с достаточно большим запасом по уровню питающих напряжений и мощности, на вход которого через электронный регулятор напряжения подаётся синусоидальный сигнал от вспомогательного генератора 50 Гц или от понижающей обмотки силового трансформатора. Выход усилителя нагружен на повышающий до 220 В трансформатор. Система охватывается инерционной отрицательной обратной связью по выходному напряжению, что обеспечивает стабильное , неискажённое выходное напряжение .
Для получения мощности в несколько сотен Ватт применяют иные методы, чаще всего чаще используют мощные преобразователи постоянного тока в переменный с использованием нового класса полупроводников – IGBT транзисторов. Эти транзисторы в ключевом режиме способны пропускать ток в сотни Ампер , а максимально допустимое напряжение превышает 1000 В. Для управления транзисторами применяют специальные микроконтроллеры векторного управления.
На затворы транзисторов с частотой несколько килогерц подаются импульсы переменной ширины, которые изменяются по программе, заложенной в микроконтроллер.
Выход такого преобразователя нагружен на трансформатор. Ток в цепи обмотки трансформатора изменяется по синусоидальному закону, в то время , как напряжение имеет форму прямоугольных импульсов разной ширины. Такая схема применяется в мощных источниках бесперебойного питания, используемых для питания компьютеров.
Схемы этих устройств очень сложны и практически недоступны для самостоятельного повторения. В данном разделе будут рассмотрены только наиболее простые для повторения конструкции
1. Электромеханические стабилизаторы
Основу стабилизатора составляет бытовой регулируемый автотрансформатор или лабораторный ЛАТР. Рукоятку управления автотрансформатора удаляют , а на корпусе соосно закрепляют небольшой реверсивный двигатель с редуктором , усилие вращения которого должно быть достаточным для механического поворота бегунка автотрансформатора. Вал редуктора должен вращаться со скоростью примерно 1 оборот за 8 – 30 сек .
Для большинства бытовых автотрансформаторов подходит двигатель РД-09 , который часто применялся в старых самопишущих приборах. Управление двигателем осуществляется с помощью электронной схемы, располагаемой рядом.
При отклонении величины сетевого напряжения на +- 10 В подаётся команда на электродвигатель , который поворачивает бегунок регулируемого автотрансформатора до момента достижения напряжения 220 В. Схемы таких устройств приведены ниже :
Электромеханический стабилизатор с использованием логических КМОП микросхем и релейным управлением электроприводом
Электромеханический стабилизатор с бесконтактным управлением сервоприводом переменного тока
Электромеханический стабилизатор с операционным усилителем.
Электромеханический стабилизатор с симисторным управлением сервоприводом и точной настройкой порогов
Электромеханический стабилизатор с точной настройкой порогов и релейным управление серводвигателем
Достоинство описанного способа – простота схем и высокая точность поддержания выходного напряжения. Недостатки : невысокая надёжность из – за наличия вращающихся и трущихся элементов, невысокая максимально допустимая мощность нагрузки ( обычно не более 250 … 500 Вт) , дефицитность в настоящее время регулируемых автотрансформаторов и подходящих электродвигателей.
2. Релейно – трансформаторные стабилизаторы
Релейно – трансформаторные стабилизаторы являются наиболее распространёнными ввиду простоты изготовления, отсутствия дефицитных элементов и простоты достижения большой выходной мощности ( в несколько киловатт ) . Максимальная выходная мощность стабилизатора значительно превышает мощность силового трансформатора . При выборе мощности трансформатора учитывают минимально возможное напряжение в электрической сети.
Если , например, минимальное напряжение сети не менее 180 В, то от трансформатора требуется вольтодобавка 40 В , т.е в 5,5 раз меньше напряжения сети . Во столько же раз выходная мощность стабилизатора будет больше мощности силового трансформатора ( без учёта КПД трансформатора и максимально допустимого тока через коммутационные элементы ).
Количество ступеней регулирования напряжения обычно не превышает 3 … 6, что обеспечивает достаточную точность поддержания выходного напряжения .
При расчёте числа витков обмоток трансформатора для каждой ступени напряжение электрической сети принимается равным напряжению срабатывания коммутационного элемента . Обычно в качестве коммутаторов применяют электромагнитные реле – схема получается достаточно простой и доступной для повторения. Недостаток – переключение реле сопровождается появлением дуги , которая разрушает контакты .
В более сложных схемах с применением цифровых элементов переключение реле производится в момент перехода сетевой полуволны через ноль , что исключает появление искры, правда реле должны быть очень быстродействующими , или включение должно производиться на спаде предыдущей полуволны.
При использовании в качестве коммутаторов симисторов , тиристоров или высоковольтных ключевых транзисторов схема получается более надёжной , но гораздо сложнее из-за необходимости гальванической развязки между управляющими электродами и схемой управления.
Требуется применение оптронных элементов или разделительных импульсных трансформаторов.
Ниже приведены принципиальные схемы нескольких релейно – трансформаторных стабилизаторов , разработанных автором странички в разное время :
Релейно – трансформаторный стабилизатор с использованием счетверённого компаратора и коммутацией обмоток трансформатора с помощью электромагнитных реле
Мощный релейно – трансформаторный стабилизатор и использованием реле с большим током срабатывания
Цифровой релейно – трансформаторный стабилизатор с коммутацией на электромагнитных реле
Цифровой релейно – трансформаторный стабилизатор с коммутацией на электромагнитных реле и улучшенными характеристиками
Цифровой релейно – трансформаторный стабилизатор с коммутацией на электромагнитных реле для питания холодильников . Обеспечивает задержку включения нагрузки при кратковременном пропадании сетевого напряжения , а также отключение нагрузки при увеличении сетевого напряжения свыше 260 В
Оцените статью!