Ce este stabilizatorul de tensiune și de ce avem nevoie de el? Funcționarea stabilizatorului, tipuri și aplicații

Cuprins

stabilizatorul

Introducere în stabilizator:

Incorporarea tehnologiei cipului microprocesorului și a dispozitivelor electronice de putere în proiectarea dispozitivelor inteligente Stabilizatori de tensiune alternativă (sau regulatoare automate de tensiune (AVR)) au condus la producerea unei surse de energie electrică stabilă și de înaltă calitate în cazul unei abateri semnificative și continue a tensiunii de rețea.

Ca avans la stabilizatoarele de tensiune convenționale de tip releu, stabilizatoarele inovatoare moderne utilizează circuite de control digital de înaltă performanță și circuite de control în stare solidă care elimină ajustările potențiometrului și permit utilizatorului să seteze cerințele de tensiune printr-o tastatură, cu facilitatea de pornire și oprire a ieșirii.

Acest lucru a dus, de asemenea, la creșterea sincronizării călătoriei sau a reacției stabilizatorilor la o rată foarte mică, de obicei mai mică de câteva milisecunde, în plus, aceasta poate fi ajustată cu setări variabile. În zilele noastre, stabilizatorii au devenit o soluție de alimentare optimizată pentru multe aparate electronice care sunt sensibile la fluctuațiile de tensiune și au găsit funcționarea cu multe dispozitive precum mașini CNC, aparate de aer condiționat, televizoare, echipamente medicale, computere, echipamente de telecomunicații și așa mai departe.

Ce este un stabilizator de tensiune?

Este un aparat electric proiectat să furnizați o tensiune constantă la o sarcină la bornele sale de ieșire, indiferent de modificările de intrare sau de tensiunea de alimentare de intrare. Protejează echipamentul sau mașina împotriva supratensiunii, sub tensiunii și a altor supratensiuni de tensiune.

Se mai numește și ca regulator automat de tensiune (AVR). Stabilizatorii de tensiune sunt preferați pentru echipamentele electrice costisitoare și prețioase pentru a le proteja de fluctuațiile dăunătoare de tensiune scăzută/înaltă. Unele dintre aceste echipamente sunt aparate de aer condiționat, mașini de imprimare offset, echipamente de laborator, mașini industriale și aparate medicale.

Stabilizatorii de tensiune reglează tensiunea de intrare fluctuantă înainte ca aceasta să poată fi alimentată la sarcină (sau echipament sensibil la variațiile de tensiune). Tensiunea de ieșire de la stabilizator va rămâne în intervalul de 220V sau 230V în cazul alimentării monofazate și 380V sau 400V în cazul alimentării trifazate, în intervalul fluctuant dat de tensiune de intrare. Această reglementare este efectuată de operațiile de buck și boost efectuate de circuitele interne.

Există pe piața actuală o varietate imensă de regulatoare automate de tensiune. Acestea pot fi unități monofazate sau trifazate, în funcție de tipul de aplicație și capacitate (KVA) necesare. Stabilizatorii trifazici vin în două versiuni ca modele de sarcină echilibrată și modele de sarcină neechilibrată.

Acestea sunt disponibile fie ca unități dedicate pentru aparate, fie ca o unitate stabilizatoare mare pentru aparate întregi într-un anumit loc, să zicem întreaga casă. În plus, acestea pot fi unități de stabilizare analogice sau digitale.

Tipurile obișnuite de stabilizatoare de tensiune includ stabilizatoare acționate manual sau comutabile, stabilizatoare automate de tip releu, stabilizatoare statice sau statice și stabilizatoare servo controlate. În plus față de funcția de stabilizare, majoritatea stabilizatoarelor vin cu caracteristici suplimentare precum intrare/ieșire de joasă tensiune, întrerupere de intrare/ieșire de înaltă tensiune, întrerupere de suprasarcină, pornire și oprire a ieșirii, pornire manuală/automată, afișaj de întrerupere a tensiunii, comutare de tensiune zero, etc.

De ce sunt necesare stabilizatoare de tensiune?

În general, fiecare echipament sau dispozitiv electric este proiectat pentru o gamă largă de tensiune de intrare. În funcție de sensibilitate, domeniul de lucru al echipamentelor este limitat la anumite valori, de exemplu, unele echipamente pot tolera ± 10% din tensiunea nominală, în timp ce altele ± 5% sau mai puțin.

Fluctuațiile de tensiune (creșterea sau scăderea magnitudinii tensiunii nominale) sunt destul de frecvente în multe zone, în special la liniile terminate. Cele mai frecvente motive pentru fluctuațiile de tensiune sunt iluminatul, defecțiunile electrice, cablarea defectă și oprirea periodică a dispozitivului. Aceste fluctuații creează nenorociri la echipamentele sau aparatele electrice.

Va rezulta o lungă perioadă de timp de supratensiune

  • Deteriorarea permanentă a echipamentului
  • Deteriorarea izolației înfășurărilor
  • Întreruperea nedorită a încărcării
  • Pierderi crescute în cabluri și echipamente asociate
  • Scăderea duratei de viață a aparatului

Va rezulta mult timp sub tensiune

  • Funcționarea defectuoasă a echipamentului
  • Perioade de lucru mai lungi (ca în cazul încălzitoarelor rezistive)
  • Performanță redusă a echipamentului
  • Atragerea curenților mari care duc în continuare la supraîncălzirea
  • Erori de calcul
  • Viteza redusă a motoarelor

Deci stabilitatea și precizia tensiunii decid funcționarea corectă a echipamentului. Prin urmare, stabilizatorii de tensiune se asigură că fluctuațiile de tensiune la sursa de alimentare de intrare nu afectează sarcina sau aparatul electric.

Cum funcționează stabilizatorul de tensiune?

Principiul de bază al stabilizatorului de tensiune pentru efectuarea operațiilor Buck și Boost

Într-un stabilizator de tensiune, corectarea tensiunii din condițiile de supratensiune și sub tensiune se efectuează prin două operații esențiale, și anume operațiile de creștere și de buck. Aceste operațiuni pot fi efectuate manual prin comutatoare sau automat prin circuite electronice. În timpul condițiilor de sub tensiune, funcționarea de creștere crește tensiunea la un nivel nominal, în timp ce funcționarea buck reduce nivelul de tensiune în condițiile de supratensiune.

Conceptul de stabilizare implică adăugarea sau scăderea tensiunii la și de la sursa de alimentare. Pentru efectuarea unei astfel de sarcini, stabilizatorul folosește un transformator care este conectat în diferite configurații cu relee de comutare. Unii stabilizatori folosesc un transformator cu robinete pe înfășurare pentru a furniza diferite corecții de tensiune, în timp ce servo stabilizatorii folosesc un transformator auto pentru a avea o gamă largă de corecții.

Pentru a înțelege acest concept, să luăm în considerare un transformator simplu de coborâre de 230/12V, iar conexiunea sa cu aceste operații este prezentată mai jos.

Figura de mai sus ilustrează configurația de amplificare în care polaritatea înfășurării secundare este orientată astfel încât tensiunea sa să fie adăugată direct la tensiunea primară. Prin urmare, în caz de tensiune redusă, transformatorul (indiferent dacă poate fi schimbat de robinet sau autotransformator) este comutat de relee sau comutatoare de stare solidă astfel încât să fie adăugate voltaje suplimentare la tensiunea de intrare.

În figura de mai sus, transformatorul este conectat în configurație bucking, unde polaritatea bobinei secundare este orientată în așa fel încât tensiunea sa scade din tensiunea primară. Circuitul de comutare schimbă conexiunea la sarcină la această configurație în condiții de supratensiune.

Figura de mai sus prezintă stabilizatorul de tensiune în două trepte care utilizează două relee pentru a furniza o sursă constantă de curent alternativ la sarcină în timpul supratensiunii și în condiții de tensiune. Prin comutarea releelor, pot fi efectuate operații de buck și boost pentru două fluctuații specifice de tensiune (una este sub tensiune, de exemplu, să spunem 195V și alta pentru supratensiune, să spunem 245V).

În cazul apăsării stabilizatoarelor de tip transformator, diferite robinete sunt comutate în funcție de cantitatea necesară de tensiune de impuls sau de tensiune. Dar, în cazul stabilizatoarelor de tip auto-transformator, motoarele (servomotor) sunt utilizate împreună cu contactul glisant pentru a obține tensiuni de impuls sau buck de la transformatorul automat, deoarece conține o singură înfășurare.

Tipuri de stabilizatori de tensiune

Stabilizatorii de tensiune au devenit o parte integrantă a multor aparate electrice de uz casnic, industrii și sisteme comerciale. Anterior, stabilizatoarele de tensiune acționate manual sau comutabile au fost utilizate pentru a crește sau descărca tensiunea de intrare pentru a da o tensiune de ieșire în intervalul dorit. Astfel de stabilizatori sunt construiți cu relee electromecanice ca dispozitive de comutare.

Mai târziu, circuite electronice suplimentare automatizează procesul de stabilizare și au dat naștere la regulatoare automate de tensiune ale schimbătorului de robinet. Un alt tip popular de stabilizator de tensiune este servo stabilizator în care corecția de tensiune este efectuată continuu fără nici un comutator. Să discutăm trei tipuri principale de stabilizatori de tensiune.

Stabilizatori de tensiune de tip releu

În acest tip de stabilizatoare de tensiune, reglarea tensiunii se realizează prin comutarea releelor ​​astfel încât să se conecteze una dintre o serie de apăsări ale transformatorului la sarcină (ca în modul discutat mai sus), indiferent dacă este vorba de o operație de amplificare sau bucking. Figura de mai jos ilustrează circuitele interne ale stabilizatorului de tip releu.

Are un circuit electronic și un set de relee în afară de transformator (care poate fi transformator toroidal sau cu miez de fier cu filetări prevăzute pe secundar). Circuitul electronic cuprinde circuit redresor, amplificator operațional, unitate de microcontroler și alte componente minuscule.

Circuitul electronic compară tensiunea de ieșire cu o valoare de referință furnizată de sursa de tensiune de referință încorporată. Ori de câte ori tensiunea crește sau coboară dincolo de valoarea de referință, circuitul de control comută releul corespunzător pentru a conecta o priză dorită la ieșire.

Acești stabilizatori modifică de obicei tensiunea pentru variații ale tensiunii de intrare de ± 15% la ± 6%, cu o precizie a tensiunii de ieșire de ± 5% la ± 10%. Acest tip de stabilizatori este cel mai popular utilizat pentru aparatele cu rating scăzut în aplicații rezidențiale, comerciale și industriale, deoarece acestea au o greutate redusă și un cost redus. Cu toate acestea, acestea suferă de mai multe limitări, cum ar fi viteza de corecție a tensiunii lente, durabilitate mai mică, fiabilitate mai mică, întreruperea căii de alimentare în timpul reglării și incapabile să reziste la supratensiuni de tensiune ridicată.

Stabilizatori de tensiune controlată servo

Acestea sunt pur și simplu denumite servo stabilizatori (lucrează la servomecanism, cunoscut și ca feedback negativ), iar numele sugerează că folosește un servomotor pentru a permite corectarea tensiunii. Acestea sunt utilizate în principal pentru o precizie ridicată a tensiunii de ieșire, de obicei ± 1%, cu modificări ale tensiunii de intrare de până la ± 50%. Figura de mai jos prezintă circuitul intern al unui stabilizator servo care încorporează servomotor, transformator automat, transformator Buck boost, driver motor și circuite de control ca componente esențiale.

În acest stabilizator, un capăt al transformatorului primar Buck este conectat la robinetul fix al transformatorului automat, în timp ce celălalt capăt este conectat la brațul în mișcare care este controlat de servomotor. Secundarul transformatorului de impuls Buck este conectat în serie cu alimentarea de intrare care nu este altceva decât ieșirea stabilizatorului.

Circuitul electronic de control detectează scăderea tensiunii și creșterea tensiunii prin compararea intrării cu sursa de tensiune de referință încorporată. Când circuitul constată eroarea, acționează motorul care, la rândul său, mișcă brațul pe autotransformator. Acest lucru ar putea alimenta transformatorul primar al buck boost astfel încât o tensiune pe secundar să fie tensiunea de ieșire dorită. Majoritatea servo stabilizatorilor utilizează microcontroler sau procesor încorporat pentru circuitele de control pentru a realiza un control inteligent.

Acești stabilizatori pot fi unități monofazate, trifazate echilibrate sau unități trifazate neechilibrate. În tipul monofazat, un servomotor cuplat la transformatorul variabil realizează corectarea tensiunii. În cazul unui tip trifazat echilibrat, un servomotor este cuplat cu trei transformatoare automate, astfel încât ieșirea stabilizată este asigurată în timpul fluctuațiilor prin ajustarea ieșirii transformatoarelor. Într-un tip de stabilizatori servo echilibrați, trei servo-motoare independente cuplate cu trei transformatoare automate și au trei circuite de control separate.

Există diferite avantaje ale utilizării servo stabilizatoarelor în comparație cu stabilizatoarele de tip releu. Unele dintre acestea sunt viteza de corecție mai mare, precizia ridicată a ieșirii stabilizate, capabile să reziste curenților de intrare și fiabilitatea ridicată. Cu toate acestea, acestea necesită întreținere periodică datorită prezenței motoarelor.

Stabilizatori de tensiune statică

După cum sugerează și numele, stabilizatorul de tensiune statică nu are piese în mișcare ca mecanism servomotor în cazul servo stabilizatorilor. Folosește circuitul convertorului electronic de putere pentru a realiza reglarea tensiunii, mai degrabă decât o variație în cazul stabilizatorilor convenționali. Este posibil să se producă o precizie mai mare și o reglare excelentă a tensiunii de către acești stabilizatori în comparație cu servo stabilizatori și, de obicei, reglarea este de ± 1 la sută.

În esență, constă din transformator Buck Boost, convertor de putere IGBT (sau convertor CA-AC) și microcontroler, microprocesor sau controler bazat pe DSP. Convertorul IGBT controlat de microprocesor generează cantitatea adecvată de tensiune prin tehnica de modulare a lățimii impulsurilor, iar această tensiune este furnizată primarului transformatorului de impuls. Convertorul IGBT produce tensiunea în așa fel încât să poată fi în fază sau cu 180 de grade în afara fazei de tensiune de intrare a liniei, pentru a efectua adăugarea și scăderea tensiunilor în timpul fluctuațiilor.

Ori de câte ori microprocesorul detectează scăderea tensiunii, acesta trimite impulsurile PWM către convertorul IGBT astfel încât să genereze tensiunea care este egală cu cea a cantității deviate de la valoarea nominală. Această ieșire este în fază cu alimentarea de intrare și este furnizată către transformatorul primar al buck boost. Deoarece secundarul este conectat la linia de intrare, tensiunea indusă va fi adăugată la sursa de intrare și această tensiune corectată este furnizată sarcinii.

În mod similar, creșterea tensiunii determină circuitul microprocesorului să trimită impulsuri PWM în așa fel încât convertorul să emită o cantitate deviată de tensiune, care este de 180 de grade defazată cu tensiunea de intrare. Această tensiune la secundarul transformatorului de creștere a buckului este scăzută din tensiunea de intrare, astfel încât să se efectueze operația de buck.

Acești stabilizatori sunt foarte populari în comparație cu schimbătorii de robinet și stabilizatoarele servo controlate datorită varietății largi de avantaje, cum ar fi dimensiunea compactă, viteza de corecție foarte rapidă, reglarea excelentă a tensiunii, lipsa întreținerii datorită absenței pieselor mobile, eficiență ridicată și fiabilitate ridicată.

Diferența dintre stabilizatorul de tensiune și regulatorul de tensiune

Aici se ridică o întrebare majoră, dar confuză, care este exact ceea ce este diferența (diferențele) dintre stabilizator și regulator? Ei bine . Ambele efectuează aceeași acțiune, care este de a stabiliza tensiunea, dar principala diferență între stabilizatorul de tensiune și regulatorul de tensiune este:

Stabilizator de tensiune: Este un dispozitiv sau circuit conceput pentru a furniza tensiune constantă la ieșire fără modificări ale tensiunii de intrare.

Regulator de voltaj: Este un dispozitiv sau circuit conceput pentru a furniza tensiune constantă la ieșire fără modificări ale curentului de sarcină.

Cum să alegeți un stabilizator de tensiune corect dimensionat?

Este cel mai important lucru să luați în considerare mai mulți factori înainte de a cumpăra un stabilizator de tensiune pentru un aparat. Acești factori includ puterea solicitată de aparat, nivelul fluctuațiilor de tensiune care se manifestă în zona de instalare, tipul aparatului, tipul de stabilizator, domeniul de lucru al stabilizatorului (la care stabilizatorul merge cu tensiuni corecte), supratensiunea/întreruperea sub tensiune, tipul de circuitul de control, tipul de montare și alți factori. Aici am dat pașii de bază de luat în considerare înainte de a cumpăra un stabilizator pentru aplicația dvs.

  • Verificați puterea aparatului pe care urmează să o utilizați cu un stabilizator, observând detaliile plăcuței de identificare (Iată exemplele: Placă de identificare a transformatorului, Placă de identificare MCB, Placă de identificare a condensatorului etc.) sau din manualul de utilizare al produsului.
  • Deoarece stabilizatorii sunt nominalizați în kVA (la fel ca în cazul transformatorului nominal în kVA în loc de kW), este, de asemenea, posibil să se calculeze puterea prin simpla multiplicare a tensiunii aparatului cu curentul nominal maxim.
  • Se recomandă adăugarea unei marje de siguranță la ratingul stabilizatorului, de obicei de 20-25%. Acest lucru ar putea fi util pentru planurile viitoare de a adăuga mai multe dispozitive la ieșirea stabilizatorului.
  • Dacă aparatul este evaluat în wați, luați în considerare un factor de putere în timp ce calculați valoarea kVA a stabilizatorului. Dimpotrivă, dacă stabilizatorii sunt evaluați în kW în loc de kVA, înmulțiți factorul de putere cu tensiunea și produsul curent.

mai jos este exemplul rezolvat în timp real, cum se selectează stabilizatorul de tensiune de dimensiuni adecvate pentru aparatele dvs. electrice

Să presupunem dacă aparatul (aparatul de aer condiționat sau frigiderul) este evaluat ca 1kVA. Prin urmare, marja sigură de 20% este de 200 de wați. Prin adăugarea acestor wați la ratingul real, obținem o putere de 1200 VA. Deci, stabilizatorul de 1,2 kVA sau 1200 VA este de preferat pentru aparat. Pentru nevoile casei sunt de preferat stabilizatori de 200 VA până la 10 kVA. Și pentru aplicații comerciale și industriale, sunt utilizate monofazate și trifazate ale stabilizatorilor de rating mari.

Sper că informațiile furnizate sunt informative și utile cititorului. Vrem ca cititorii să își exprime opiniile cu privire la acest subiect și să răspundă la această întrebare simplă - care este scopul caracteristicii de comunicație RS232/RS485 în stabilizatoarele moderne de tensiune, în secțiunea de comentarii de mai jos?.