Устройство и принцип работы стабилизатора напряжения

Виды стабилизаторов напряжения:

1. Тиристорные (одна из их модификаций – симисторные);
2. Сервоприводные (электромеханические);
3. Релейные.

Сегодня я расскажу, как работает стабилизатор напряжения каждого из указанных типов, что создаст предпосылки для будущего верного выбора.

Как устроен релейный регулятор напряжения, и как он работает

«Релюшка» - штука незамысловатая и понятна даже для начинающего электрика. Силовое реле является одним из основных элементов данного типа стабилизаторов. Второй, не менее важный элемент – это трансформатор. Он есть в любом стабилизаторе, как в электромеханическом, так и в электронном.

Автотрансформатор - механизм статический, электромагнитный. На его стальной пластинчатый сердечник намотаны два вида обмоток – первичная и вторичная. Первичная подключается к стационарной сети, поэтому по ее виткам идет ток с параметрами входного напряжения. Переключение витков происходит при помощи специального бегунка. Во вторичной обмотке возникает электродвижущая сила, именно она и подает ток потребителю. При этом создается иной показатель выходного напряжения, с понижением или повышением вольтажа. Результат – ровное и стабильное напряжение, без скачков и отклонений на выходе.

В релейном регуляторе первичные витки имеют несколько отводов для формирования вторичных витков. Трансформация напряжения на этих отпайках разная – повышение или понижение. Реле служит своего рода выключателем, который предназначен для замыкания и размыкания электрической цепи. Команду, как именно сработать – разомкнуть или сомкнуть - подает плата управления. На ней находится вольтметр, который измеряет входящий вольтаж. В зависимости от его показаний, поступает сигнал на понижение или повышение параметров.

Итак, релейные стабилизаторы из трансформатора, силового реле и платы управления, контролирующий весь процесс переключения витков. Дополнительные элементы – предохранители и индикаторы, создающие систему защиты от перегрузки и короткого замыкания.

Такие приборы надежные, простые в ремонте и недорогие. Реагируют быстро – 5-30 мсек.

Плюсы:

• Очень приемлемая цена для покупателей;
• Из-за того, что стабилизатор не обслуживаемый, его срок службы превышает отметку в 5 лет и более.

Минусы:

• Основной их недостаток – слышимый щелчок, возникающий при коммутации обмоток;
• Низкая точность, погрешность которой от 5 до 10%, а это не подходит для чуткой электроники.

Самый распространенный тип регуляторов – сервоприводной

Сервоприводные стабилизаторы также имеют регулируемый автотрансформатор. Суть работы также не отличается, идет процесс переключения тока с первичной обмотки на вторичную. При этом происходит трансформация напряжения. Есть и блок управления, который регулирует и направляет весь процесс трансформации.

Однако, реле здесь нет, а переключателем служит сервопривод. Поскольку движение сервопривода обеспечивается электрическим мотором, то данный тип считается электромеханическим стабилизатором.

Когда от платы управления поступает сигнал о том, что напряжение не в норме, сервопривод перемещает бегунок по обмотке трансформатора. При этом меняется коэффициент трансформации. Изменение идет плавно, пока не достигнет нужного показателя – 220 Вольт. Именно такое напряжение поступает на витки вторичной обмотки, а от них – к потребителю тока.

Сервоприводные модели стоят чуть дороже, чем релейные.

Их сильные стороны:

• Плавное переключение сервоприводом подвижного контакта;
• Сервпривод сам формирует количество витков, поэтому точность у него выше, чем у релейных – 3-5%;
• Быстро сглаживают скачки напряжения;
• Устойчивы к отклонениям в частоте тока и его форме;
• Уровень КПД достигает 95-96%.

Недостатки:

• Движущийся механизм изнашивается вследствие трения;
• Мотор также слабое звено, его нужно менять со средней периодичностью 1,5-2 года;
• При работе слышен фоновый шум похожий на жужжание, он, конечно, не так действует на нервы, как щелчки реле, но тем не менее;
• Скорость срабатывания ниже, чем у релейных;
• Боятся пыли, влаги и высоких температур.

Стабилизаторы с электронными ключами: тиристорами и симисторами

В данных устройствах витки трансформатора переключаются при помощи микропроцессорного управления. Это самые современные и высокотехнологичные приборы. Электронные ключи, которые осуществляют переключение, называются тиристорами и симисторами. Оборудование это сложное, цифровое. Обычный пользователь только знает, что начинка его электронная, и особой разницы между тиристорами и симисторами не видит. А между тем, она есть. Если коротко, то симисторный ключ пропускает ток в обе стороны, а тристорный – только в одну. Поэтому тиристоров нужно два для обеспечения процесса регуляции вольтажа.

• Электронный стабилизатор напряжения с тиристорами

отличается мгновенным переключением, устойчивостью к большим токам, высоким КПД. Срок службы электронных ключей практически неограничен. Их энергопотребление минимальное, поскольку нет никаких элементов (ни релюшки, ни мотора), тянущих много электричества. Еще одно его важнее преимущество – неискаженное напряжение на выходе. Синусоида идеальная, так как переключения производятся только при ее прохождении через нулевую отметку.

Тиристорный регулятор смело можно ставить в холодном цеху без отопления, а также в условиях производства с повышенными температурами. Он выдержит температурный диапазон от -25 градусов Цельсия до 40.

• Симисторные стабилизаторы

почти так же хороши, как и тристорные. Однако, у них есть слабые стороны - к выбросам вольтажа они менее устойчивы. Поэтому считаются менее надежными, например, при работе с индуктивной нагрузкой. Еще они в несколько раз больше по размерам: один симисторный регулятор имеет габариты пяти тиристорных. Но зато электронные схемы у них проще – с ними легче разобраться.

В общем, симисторные и тиристорные стабилизаторы – это продвинутая электроника. Поэтому данное оборудование совершенное, недостатков практически не имеет. Единственное, что нужно учесть при выборе модели, количество ступеней. Чем их больше, тем меньше погрешность в точности стабилизации. У некоторых моделей она держится на уровне 0,1%. Возможно, единственным недостатком данных стабилизаторов может быть то, что нет широкого ассортимента моделей с невысокой мощностью и цена немного выше, чем у релейных стабилизаторов.