Як працює електронний стабілізатор напруги?

Сучасні побутові та промислові стабілізатори напруги виробляються двох типів: сервопривідні та електронні. Із сервопривідними стабілізаторами, або як їх ще називають електромеханічними, можна ознайомитися в одній із наших статей на сайті. А ми розглянемо склад і принцип роботи електронного стабілізатора напруги.

Електронні стабілізатори напруги можна класифікувати за такими критеріями:

за типом перемикального елемента:

• реле
• тиристор
• симистор

за кількістю ступенів перемикання і точності стабілізації (найпоширеніші на ринку України):

• 7 ступенів, орієнтовна точність стабілізації +/-10%
• 9 ступенів, орієнтовна точність стабілізації +/-7%
• 12 ступенів, орієнтовна точність стабілізації +/-5%
• 16 ступенів, орієнтовна точність стабілізації +/- 3%
• 32 ступені, орієнтовна точність стабілізації +/- 1,5%
• 36 ступенів, орієнтовна точність стабілізації +/-1%
• 48 ступенів, орієнтовна точність стабілізації +/-0,5-1%

за кількістю фаз стабілізації

• однофазні стабілізатори напруги
• трифазні стабілізатори напруги

за матеріалом виготовлення обмоток трансформатора:

• алюміній
• мідь

за типом охолодження:

• примусове
• природне

СКЛАД ТА ЕЛЕМЕНТНА БАЗА ЕЛЕКТРОННОГО СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ

Основними елементами електронного стабілізатора напруги є:

• комутаційний елемент: реле/симістор/тиристор
• силовий автотрансформатор
• плата управління

КОМУТАЦІЙНИЙ ЕЛЕМЕНТ СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ

Залежно від маркетингової та технічної стратегії, виробники стабілізаторів напруги обирають схемо-технічне рішення, в якому застосовують один із комутаційних елементів: реле (контактна комутація), симістор або тиристор (безконтактна комутація). І як показує практика, деякі технічні рішення можуть ґрунтуватися на використанні одночасно двох різнотипних перемикачів. Наприклад, в одного з українських виробників стабілізаторів напруги, компанії “Елекс”, є стабілізатор напруги під назвою “Ампер Гібрид”, в якому застосовано як реле, так і симістори. Завдяки такому підходу стабілізатор напруги зайняв впевнену бюджетну цінову позицію.

Релейні стабілізатори напруги: з назви стабілізатора зрозуміло, який перемикальний елемент використовується – реле. Реле – це елемент з електромагнітним утриманням перемикача у ввімкненому або вимкненому стані. Реле, як правило, застосовують у малопотужних стабілізаторах напруги з потужностями до 5 кВт, рідше 8-10 кВт. Це пояснюється високими струмами комутації і можливим пригоранням контактної групи на великих навантаженнях (через іскроутворення). Перевагою застосування реле є їхня відносна дешевизна. А основними недоліками: обмежена кількість перемикань (близько 200 000 спрацьовувань), іскріння і пригорання контактів, невисока швидкість перемикання, механічний знос, підвищене тепловиділення.

Симісторні стабілізатори напруги: Комутуючим елементом у такому стабілізаторі виступає симістор. Симістор (симетричний тріодний тиристор) або тріак (від англ. TRIAC – triode for alternating current) – напівпровідниковий прилад, що є різновидом тиристорів, який використовують для комутації в ланцюгах змінного струму.

Тиристорні стабілізатори напруги. Тиристор – це напівпровідниковий прилад, що перемикає, пропускає струм в одному напрямку. Цей радіоелемент часто порівнюють з керованим діодом і називають напівпровідниковим керованим вентилем (Silicon Controlled Rectifier, SCR). Тиристор має три виводи, один з яких – керуючий електрод, можна сказати, “спусковий гачок” – використовується для різкого переведення тиристора у ввімкнений стан.

Спільними властивостями для тиристорних і симісторних стабілізаторів напруги є їхня довговічність роботи та висока швидкість перемикання. Головним недоліком тиристорів і симісторів є їхня висока вартість.

СИЛОВИЙ ТРАНСФОРМАТОР

У стабілізаторах напруги електронного типу як перетворювач напруги використовується автотрансформатор.

Автотрансформатор – варіант трансформатора, в якому первинна і вторинна обмотки з’єднані безпосередньо, і мають за рахунок цього не тільки магнітний зв’язок, а й електричний. Обмотка автотрансформатора має кілька виводів (як мінімум 3), підключаючись до яких, можна отримувати різні електричні напруги. Використовуючи цю властивість автотрансформатора, і виробляються стабілізатори напруги. На кожен вивід автотрансформатора підводиться силовий комутаційний елемент (див. вище опис), який перемикає необхідний вивід (відведення) автотрансформатора на підключене до стабілізатора напруги навантаження.

Перевагою автотрансформатора є вищий коефіцієнт корисної дії, оскільки лише частина потужності піддається перетворенню – це особливо суттєво, коли вхідна і вихідна напруги відрізняються незначно.

ПЛАТА УПРАВЛІННЯ

Усі стабілізатори напруги, що випускаються, мають у своєму складі плату керування. Основними завданнями, що покладаються на неї, є: контроль і вимірювання параметрів вхідної мережевої напруги, керування комутаційними елементами для перемикання між обмотками автотрансформатора, забезпечення призначеного для користувача інтерфейсу і виконання основних захистів: від перевантажень, перегріву, перенапруги на вході.

Підбиваючи підсумок розгляду складу і призначення основних елементів електронного стабілізатора напруги можемо розібрати основний принцип його роботи. Плата керування вимірює напругу напруги, що надходить, і в разі виявлення “відходу” заданого параметра – ухвалює рішення на керування силовим комутувальним елементом для переходу на потрібний відвід автотрансформатора, який забезпечить вихідну напругу в заданому вигляді. Наведемо приклад: якщо на вході стабілізатора була мережева напруга 220В, то автотрансформатор працював із відведенням №3 і на цьому відведенні автотрансформатор видає 220В +/-похибка. Тепер розглянемо ситуацію зі зниженням вхідної напруги до 170В, у цьому разі плата керування приймає рішення переключитися на відведення автотрансформатора №5, який за вхідної напруги 170В забезпечить вихідну напругу номіналом 220В+/-похибка. Саме такими перемиканнями на необхідний відвід автотрансформатора залежно від вхідної напруги на вході і відбувається стабілізація. Точність стабілізації (похибка) має пряму залежність від кількості відводів автотрансформатора та силових комутувальних елементів – що їх більше, то точність вихідної напруги вища.

Ми розглянули склад і основний принцип забезпечення стабілізації мережевої напруги. У сучасних електронних стабілізаторах напруги застосовуються досить складні алгоритми роботи, є всіляка маса налаштувань параметрів стабілізації та управління, різнотипні пристрої індикації та відображення (РК дисплей, світлодіоди, дискретні елементи відображення), а в деяких стабілізаторах є функція віддаленого моніторингу. У всіх хитрощах і нюансах більшості стабілізаторів напруги, представлених на ринку України, професійно розбираються фахівці компанії НТС-ГРУП, ТМ PowerSol. Ми завжди відкриті і готові ділитися своїм багатим досвідом у підборі стабілізаторів напруги під будь-які задачі.