Релейный стабилизатор напряжения 220 в схема – схема + инструктаж по сборке

Содержание

Релейный стабилизатор напряжения: устройство + фото

В этой статье наш сайт «Все-электричество» расскажет, как сделать выбор релейного стабилизатора напряжения. На сегодняшний день многие люди используют бытовые приборы в доме. Каждый прибор вам необходимо будет защитить от изменений в электрическом токе. Также вам необходимо будет обеспечить стабильное напряжение. Релейный стабилизатор напряжения поможет обеспечить надежную защиту.

Благодаря этому устройству вы сможете обеспечить надежную защиту приборов. Стандартный уровень напряжения должен составлять 220 Вольт. Релейный стабилизатор можно встретить практически везде. Он считается достаточно популярным и распространенным. Его популярность обеспечена простой конструкцией.

Релейный стабилизатор напряжения и его конструкция

Перед тем как использовать этот прибор вам необходимо будет изучить его принцип работы. Релейный стабилизатор напряжения имеет автоматический трансформатор и электронную схему, которая будет управлять его работой. Также он имеет реле, которое защищено надежным корпусом. Этот прибор считается вольтодобавочным. Это означает, что устройство будет только добавлять ток при низком напряжении.

Добавление вольт будет происходить благодаря подключению обмотки. Обычно этот вид трансформатора может иметь 4 обмотки. Если электрическая сеть предоставит слишком сильный ток, тогда автоматический трансформатор сможет вычесть необходимое количество вольт. Схема релейного стабилизатора включает в себя:

Вольтодобавочный трансформатор.
Реле.
Микросхему управления.

Это главные схемы релейного стабилизатора. Кроме этого, конструкция также может в себя включать и дополнительные элементы. Также вы можете встретить устройства, которые имеют дисплей. У нас вы можете прочесть про феррорезонансные стабилизаторы.

Принцип работы релейного стабилизатора

У многих возникает вопрос, каким образом работает релейный стабилизатор? Измерение тока проводит электронная схема. После получения данных происходит сравнение тока, который должен быть на выходе. В конце будет рассчитываться разница вольт.

После получения данных устройство самостоятельно подбирает необходимую обмотку. После подключения реле напряжение будет достигать необходимого уровня.

Особенности работы

Работа этого устройства считается достаточно простой. Это устройство способно регулировать ток ступенчато. В результате этого при подключении обмотки ток будет увеличиваться или уменьшаться на определенную величину. Иногда их уровень может не соответствовать норме. Подобное последовательное срабатывание может вызывать дополнительные скачки напряжения.

Если детально изучить его работу, тогда можно будет понять, что реле быстро переключает обмотки. В результате этого скачки напряжения считаются незначительными. Их заметность может возникнуть в результате скачков входного тока. Если вы используете высокоточное оборудование, тогда техника может выйти из строя. Постоянная подача тока будет практически невозможной.

Если вы посмотрите напряжение и дисплей будет показывать 220 Вольт, тогда возможно вы попали на плохого производителя. Производители могут специально запрограммировать устройство, чтобы оно постоянно показывало 220 Вольт.

Обычно для стабилизации напряжения прибору необходимо тратить до 0,15 секунд. Релейные стабилизаторы также могут прекращать подачу выходного тока. Это может произойти в том случае, когда на входе появляется минимально допустимый ток. Если напряжение стабилизируется, тогда стабилизатор возобновит свою работу. Восстановление тока происходит в течение 0.6 секунд. У нас вы можете прочесть про защиту электропроводки помощью стабилизатора.

Преимущества релейного стабилизатора

Теперь вы уже знаете принцип работы этого устройства. Теперь вам необходимо будет узнать о преимуществах этого устройства. К основным преимуществам на сегодняшний день можно отнести:

Небольшие размеры. Этот процесс обусловлен только тем, что вольтодобавочный трансформатор способен только компенсировать разницу между вольтами.

Широкий диапазон величин напряжения.
Достаточно широкий спектр рабочей температуры. Некоторые модели могут работать при температуре от -40 до +40 градусов.
Низкий уровень шумности.
Низкий уровень чувствительности.
Допустимая длительная перегрузка составляет до 110 процентов.

Также многие производители сообщают, что эта продукция может работать на протяжении длительного времени.

Недостатки релейного стабилизатора

Как и любая другая продукция, релейные стабилизаторы тоже имеют определенные недостатки. Недостатки обусловлены принципом работы и схемой построения этого устройства. Его слабым местом работы считается реле. Некачественное реле может стать причиной преждевременного выхода реле из строя. Кроме этого, во время переключения реле вы сможете услышать посторонний шум.

Еще к одному весомому недостатку считается принцип ступенчатого выравнивания тока. Во время переключения обмоток будут происходить значительные скачки напряжения. ВО время переключения реле можно будет увидеть, как мерцают светодиодные лампы.

Важно знать! Если вы желаете приобрести себе дешевую продукцию, тогда вам необходимо выбрать стабилизатор, мощность которого будет превышать на 30 процентов мощность всех приборов в доме.

Правила эксплуатации прибора

Если вы планируете выбрать релейный стабилизатор, тогда вам необходимо будет проводить его регулярное обслуживание. Проводить осмотр устройства необходимо каждый год. Во время проведения осмотра вам следует обратить внимание:

Уровень надежности всех соединений проводов.
Уровень циркуляции воздуха в работе системы.
Наличие всех повреждений.
Правильность работы измерительных приборов.

Если вы увидите ослабленные соединения или загрязненность, тогда вам необходимо будет отключить стабилизатор и устранить проблемы. Помещение, в котором установлен стабилизатор обязательно должно быть сухим. Влажность воздуха не должна превышать 80 процентов. Во время эксплуатации все вентиляционные отверстия должны быть открыты. Также вам обязательно необходимо выполнить заземление этого устройства.

Читайте также: стабилизатор напряжения своими руками.

vse-elektrichestvo.ru

электронных, релейных, электромеханических и инверторных

Любое электрооборудование проектируется с расчётом на стабильные параметры сетевого напряжения. Это необходимо по двум причинам:

Подключённое к сети устройство должно обеспечивать стабильные параметры тока на выходе в соответствии со своим целевым предназначением;
Электрическая схема оборудования нуждается в защите от аномалий входного тока, которые являются основной причиной сбоев в работе и выходе из строя потребителей электроэнергии вследствие перегорания их токопроводящих контактов и элементов.

Чтобы питающее сетевое напряжение оставалось неизменным, используется специальное устройство – стабилизатор напряжения. Он осуществляет выравнивание характеристик входного тока и обеспечивает отключение потребителей в случае возникновения короткого замыкания или других критических сетевых аномалий.

Виды стабилизаторов напряжения

Принципиальная схема стабилизатора напряжения включает 2 основных элемента, функции которых заключаются в сравнении входных параметров тока с требуемыми и регулировкой выходных характеристик. При выборе стабилизатора необходимо учитывать его основные параметры, которые должны соответствовать свойствам электросети и особенностям питающихся от неё потребителей.

В список главных характеристик любого стабилизирующего устройства входят:

Точность стабилизации;
Скорость реакции на изменения параметров входного тока;
Эксплуатационная надёжность;
Защищённость от помех;
Срок эксплуатации;
Стоимость.

Существует несколько технических решений, позволяющих обеспечить стабильные параметры тока в сетях электропитания различного назначения. Наиболее широкое применение получили следующие виды стабилизаторов напряжения:

Сервоприводные. Обеспечивают высокую точность стабилизации и обладают неплохой устойчивостью к сетевым перегрузкам, включая короткое замыкание. Схема стабилизатора напряжения сервоприводного типа имеет существенный недостаток – низкую скорость реакции на изменения характеристик входного тока, вследствие их целесообразно использовать для защиты потребителей, питающихся от сетей, исключающих резкие скачки напряжения на входе.

Релейные. Характеризуются завидным быстродействием, однако не способны обеспечить высокую точность и качество выравнивания выходного напряжения, вследствие чего применяются для защиты электрооборудования малой мощности.

Электронные. Работают по тому же принципу, что и релейные, но вместо коммутационных реле функцию регулировки выходного напряжения выполняют электронные ключи – симисторы или тиристоры. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью стабилизации и надёжной защитой от резких скачков входного напряжения. К недостаткам можно отнести сравнительно большую погрешность при выравнивании выходного тока и высокую стоимость.

Электромеханические. Представляют собой разновидность сервоприводных стабилизаторов. В отличии от последних, в оборудовании этого класса вместо графитовых щёток используются ролики, обеспечивающие защиту от перегрева, высокую перегрузочную способность и продолжительный срок службы системы. Главным минусом электромеханического стабилизатора является сравнительно высокая стоимость.

В продаже встречаются гибридные (с двойной релейной схемой), а также инверторные и широтно-импульсные (ШИМ) стабилизаторы. Они обеспечивают высокую скорость выравнивания выходного тока с небольшой погрешностью и могут работать с широким диапазоном входных параметров напряжения. Стабилизаторы с подмагничиванием и дискретным высокочастотным регулированием являются узкоспециализированными, вследствие чего широкого применения на практике не получили.

<center><ins class="lazy lazy-hidden adsbygoogle" style="display:block" data-ad-client="ca-pub-1812626643144578" data-ad-slot="3076124593" data-ad-format="auto" data-full-width-responsive="true"></ins> <script>(adsbygoogle=window.adsbygoogle||[]).push({});</script></center>

Сервоприводные стабилизаторы

Схема стабилизатора напряжения сервоприводного типа включает:

Блок защиты от перегрузки;
Автотрансформатор;
Серводвигатель с редуктором;
Блок управления

Сервоприводные стабилизаторы напряжения осуществляют выравнивание выходного тока посредством сервопривода, который приводит в движение коммутационные контакты – графитовые щётки. Перемещение последних в нужную позицию обмотки трансформатора осуществляется плавно без прерывания фазы и искажений синусоиды выходного напряжения. При скачках или проседаниях входного тока в пределах 10 В блок управления выдаёт команду серводвигателю, который двигает коммутационные контакты до достижения требуемых на выходе 220 В.

Схема регулируемого стабилизатора напряжения сервоприводного типа включает подвижные элементы, что снижает его надёжность и долговечность. Кроме того, устройства этого класса поддерживают достаточно узкий диапазон входного напряжения (150-260 В) и допустимой нагрузки (в пределах 250-500 Вт). В то же время, работают они практически бесшумно и обеспечивают погрешность выравнивания параметров тока не более 2-3%.

Стабилизаторы релейного типа

Принцип работы устройств стабилизации релейного типа основан на ступенчатом регулировании напряжения. Осуществляется оно посредством силовых реле, которые выполняют коммутацию секций на вторичной обмотке автотрансформатора после вычисления необходимого числа трансформации контролирующим входные и выходные параметры тока процессором.

К основным достоинствам релейных стабилизаторов относят:

Компактные габариты и небольшой вес;
Широкий диапазон выравнивания;
Возможность применения при температурном режиме -20…+40°C;
Низкую стоимость.

Главные минусы этого оборудования – малая перегрузочная способность и снижение скорости стабилизации при увеличении точности последней.

Электронные стабилизаторы напряжения

Электронные устройства стабилизации работают по принципу ступенчатого регулирования напряжения посредством автоматической коммутации участков вторичной обмотки трансформатора, которая осуществляется силовыми электронными ключами, управляемыми процессорным блоком.

Отсутствие открытой коммутации исключает возникновение искр и окисление токопроводящих контактов схемы стабилизатора при избыточном токе на входе. Кроме того, оборудование этого класса обеспечивает малую инерционность срабатывания, отличается высокой конструктивной надёжностью и полностью бесшумной работой.

Можно собрать электронный стабилизатор напряжения 220В своими руками. Стоимость такое устройство будет иметь гораздо меньшую, чем произведённое на заводе, обеспечивая простоту в обслуживании. Основным недостатком самодельных решений является их низкая надёжность.

Инверторные стабилизирующие устройства

Всё более популярными становятся устройства стабилизации, работающие по принципу двойного преобразования напряжения. Они не имеют подвижных элементов и обеспечивают куда более высокое качество выравнивания тока, чем классические сервоприводные, релейные и электронные.

Схема инверторного стабилизатора напряжения 220В включает:

Входной частотный фильтр;
Выпрямитель напряжения;
Корректор коэффициента мощности;
Накопительный конденсатор;
Преобразователь постоянного напряжения в переменное (инвертор) с требуемыми на выходе устройства характеристиками.
Микроконтроллер.

Входной ток проходит частотную фильтрацию, после чего выпрямитель превращает его в постоянный с правильной синусоидой. В результате значительно возрастает коэффициент мощности. Постоянное напряжение заряжает конденсаторы, с которых ток поступает на инвертор, где выравниваются его частота и напряжение до требуемых 50 Гц и 220 В соответственно.

Инверторные устройства стабилизации обеспечивают КПД выше 90% и практически нулевую инерционность, поддерживая широкий спектр входных параметров тока.

Схема подключения стабилизатора напряжения не представляет особой сложности. Очень важно при этом грамотно выбрать сечение кабеля:

Чем выше мощность устройства, тем большей должна быть площадь сечения;
При низком уровне входного напряжения сила тока будет большой, поэтому для сетей с преобладающими проседаниями напряжения следует выбирать сечение кабеля с запасом.

И главное: при подключении стабилизатора любого типа требуется неукоснительно соблюдать правила электробезопасности и рекомендации производителя, указанные в паспорте устройства.

voltobzor.ru

Релейный стабилизатор со среднеквадратичным вольтметром.

РадиоКот >Схемы >Питание >Преобразователи и UPS >

Релейный стабилизатор со среднеквадратичным вольтметром.

Несмотря на то что на дворе 21 век есть еще места, где напряжение изменяется в широких пределах в зависимости от времени суток и подключенной нагрузки. Вот для таких мест и предназначен этот стабилизатор.
Принцип действия релейного стабилизатора основан на добавлении с помощью трансформатора (автотрансформатора) дополнительного напряжения на выход. При слишком высоком напряжении необходимо наоборот убрать излишки. Стабилизатор может быть реализован в виде автотрансформатора с одним выходом и несколькими входами. В зависимости от величины входного напряжения с помощью реле происходит переключение входного напряжения между входами автотрансформатора.

Схема, на основании которой решено было разрабатывать устройство, содержала компараторы для принятия решения о включении реле. Но для увеличения сервисных возможностей устройство было решено создавать с использованием микроконтроллера. Наиболее массово используемыми контроллерами на постсоветском пространстве можно считать контроллеры Atmel. Из них был выбран наиболее распространенный atmega8.
С помощью встроенного АЦП он измеряет входное напряжение и принимает решение о включении необходимого реле. За основу был взят проект вольтметра среднеквадратичных значений по ссылке https://arv.radioliga.com/component/option,com_remository/Itemid,27/func,fileinfo/id,85/ . Схему пришлось изрядно доработать.
Во-первых, для обеспечения безопасности устройства измеряемое напряжение должно подаваться на вход устройства с помощью трансформатора. Для точного измерения напряжения после трансформатора не годится обычный диодный мостик из-за падения в 0,6 вольта на каждом диоде. Поэтому должен был быть использован выпрямитель без ошибки.
Во-вторых, необходимо было доработать схему на предмет дополнительных выходов для управления реле.
И наконец, в-третьих, необходимо было разработать заново программу измерения напряжения (в исходном проекте отсутствуют исходники) и принятия решения о включении того или иного реле.
Первоначально схема была составлена в симуляторе для проверки работоспособности идеи:

Описание схемы
Измеряемое напряжение через трансформатор TR1 подается на активный выпрямитель на операционном усилителе LM358 (U2). Активный выпрямитель работает следующим образом. При положительной волне напряжение подается на делитель, состоящий из последовательного соединения R1, R2 и R3. На инвертирующий вход ОУ подается положительное напряжение. ОУ в насыщении. Выход ОУ близок к уровню земли. При отрицательной полуволне напряжения ОУ работает как инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления R2/R1. Сопротивление R3 выступает в качестве дополнительной нагрузки ОУ. Для симметричного выпрямления и согласования напряжения с входным диапазоном АЦП значения сопротивлений должны быть точно подогнаны и подчиняться следующим формулам:
R1 = R2*Uout*1024/Uin/2.5
R3 = (R1 + R2)/(R1/R2 — 1)
После активного выпрямителя через фильтр R5-C2, убирающий высокочастотные помехи, выпрямленное напряжение подается на вход АЦП PC0 контроллера. Значение выпрямленного напряжения отображается на светодиодном индикаторе. Для управления служат 3 кнопки. 4 выхода микроконтроллера используются для управления реле. Три из них переключают напряжение, а четвертое отключает нагрузку в случае перенапряжения или слишком низкого напряжения.

Описание работы
Напряжение с точностью до вольта отображается на светодиодном 3 разрядном индикаторе. Обновление показаний производится с частотой приблизительно 3 раза в секунду. Такое замедление выполнено специально, поскольку обновление показаний каждый период иногда приводило к мельтешению последнего разряда. В нормальном режиме на индикатор выводится усредненное по 16 периодам среднеквадратичное значение напряжения.
После каждого периода производится расчет напряжения. Это напряжение сравнивается с заданными порогами включения реле. Для обеспечения более редкого переключения реле применен программный гистерезис и фильтрация. Фильтрация заключается в задержке переключения на несколько периодов. Если за это время напряжение пришло в норму, переключения не осуществляется. Время фильтрации оперативно подстраивается программно.
Если входное напряжение превышает заданный верхний порог или падает до нижнего порога, отключается главное реле и нагрузка обесточивается. Верхний и нижний пороги отключения можно оперативно изменять.
После того как напряжение вошло в диапазон регулирования стабилизатора, нужным образом коммутируются входы автотрансформатора, и подключается нагрузка. Это подключение происходит не мгновенно, а с некоторой задержкой. Величина задержки подстраивается оперативно.
Все оперативно подстраиваемые параметры (верхний и нижний порог, время фильтра, задержка включения) сохраняются в энергонезависимой памяти.
При любом переключении реле мгновенное среднеквадратичное значение (на последнем перед переключением периоде) в течение 2 секунд отображается на индикаторе. Признаком отображения мгновенного значения является завершающая дополнительная точка. По окончании отображения мгновенного напряжения прибор переходит в предыдущий режим отображения.

Управление прибором.
Прибор имеет 2 основных режима отображения: режим среднеквадратичного значения напряжения и режим отображения частоты сети и 3 кнопки:UP, DOWN и ENTER. В режиме напряжения отображается среднеквадратичное значение напряжения без десятичных точек. При отображении частоты горит десятичная точка в среднем разряде. Переключение в режим частотомера осуществляется нажатием кнопки ENTER, обратно — по любой. Нажатие клавиш UP, DOWN в режиме измерения напряжения включает меню настройки. Меню имеет 5 настроек, каждая из которых отображается 2 стилизованными буквами:
rE — return — возврат из режима настроек в режим отображения напряжения
Hi — hight — верхний порог отключения
Lo — low — нижний порог отключения
dE — delay — задержка включения нагрузки ( периодов)
Fi — filter — время фильтра (периодов)
Перемещение в меню осуществляется по кругу клавишами UP, DOWN. Настройка активизируется нажатием клавиши ENTER. При этом отображается текущее значение параметра. Значение может быть увеличено или уменьшено клавишами UP, DOWN соответственно. При удержании клавиши через некоторое время происходит автоматическое изменение параметра с частотой примерно 5 раз в секунду. Значение задержки включения в этом случае изменяется на 10, остальные — на 1. Клавишей ENTER значение сохраняется, после чего происходит возврат в меню настройки. Причем короткое нажатие производит только оперативное изменение параметра. Длинное нажатие сохраняет параметр в энергонезависимую память. После сохранения в энергонезависимой памяти на дисплее некоторое время (4 сек) отображается надпись SA (saved). Выход из меню настройки осуществляется выбором пункта rE (return).
Внимание! При работе в любом режиме может отображаться текущее напряжение, вызвавшее переключение. В течение до 2 секунд после этого нажатия клавиш отрабатываются, но изменения могут не отображаться на индикаторе. Возврат к отображению текущего параметра происходит автоматически через 2 секунды.

Схема
После успешного апробирования основных принципов в симуляторе был собран прибор по следующей схеме.

По сравнению с симулятором произведены некоторые изменения. Роль инверторов выполняют транзисторы, добавлен разъем программирования и стабилизатор питания.
В этой схеме на вход Uin подается измерительный сигнал с трансформатора. Действующее значение этого сигнала 1.8В при 220В входного напряжения. Резисторы R3 и R6 используются для подстройки отображаемого значения под реальное входное напряжение. Разъем J2 подает сигналы на модуль управления реле.

Конструкция и детали
Основная схема собрана на печатной плате, остальное выполнено навесным монтажом.
В качестве транзисторов управления индикатором могут быть использованы любые маломощные npn. В качестве ОУ — любой у которого диапазон входа и выхода достигает уровня земли. Транзисторы управления реле — обязательно дарлингтоны. В авторской конструкции применены КТ829 с резисторами 5,6к в базе. Реле — на 24 вольта с током около 70мА. Автотрансформатор изготовлен из ЛАТРа с подпайкой к нему дополнительных выводов и исключения подвижного контакта. Отводы подобраны таким образом, что бы между ними было напряжение около 22В. Контроллер заменить без исправления программного обеспечения нельзя. Fuses настроены на работу контроллера от внутреннего RC генератора на 8 МГц. Вся конструкция помещена в корпус от компьютера. Плата с контроллером вставляется на место CD привода и прикреплена к пластмассовой заглушке.

Настройка
Настройке подлежит, прежде всего, активный выпрямитель. Для его настройки необходимо измерить входное и выходное напряжение измерительного трансформатора ( коэффициент трансформации). Потом по известному значению R4 согласно формулам рассчитать значения остальных двух резисторов. Эти сопротивления выставить построечными резисторами.
После этого подать сетевое напряжение на вход трансформатора и подстроить верхний резистор R3 таким образом, чтобы отображаемое напряжение соответствовало реальному напряжению в сети. Потом отключить устройство от трансформатора и подать отрицательное напряжение на вход. Запомнить показания прибора. Потом подать на вход положительное напряжение и подстроить нижним резистором R6 показания, что бы они совпадали с запомненными. Таким образом настраивается симметрия выпрямления обеих полуволн. Процедуру настройки нужно повторить несколько раз до тех пор пока после нее показания не будут соответствовать входному напряжению.

Параметры
Интервал входного напряжения при выходном напряжении 220В+-20% — 160В — 260В.
Разрешающая способность вольтметра среднеквадратичных значений — 1В
Диапазон измеряемых напряжений — 0 — 700В
Диапазон частот вольтметра — 0 — 200 Гц
Разрешающая способность частотомера — 0.1 Гц
Диапазон измерения частоты — 38 — 70 Гц
Интервал задержки включения — 0 — 32000 периодов ( 0 — 10 мин)
Время фильтрации — 0 — 999 периодов
Верхний порог отключения — 220 — 500В
Нижний порог отключения — 100 — 179В

Алгоритмы
Далее идет описание математической обработки сигнала для получения среднеквадратичного значения. Для простого повторения конструкции оно может быть опущено при прочтении. При разработке устройств обычно уделяется мало внимания описанию алгоритма. Но в устройствах на контроллерах именно он представляет главную ценность.
Микроконтроллер с частотой около 9500Гц (192 выборки на периоде) производит выборки входного сигнала. В обработчике прерывания АЦП каждая выборка возводится в квадрат и добавляется к значению накопителя квадратов напряжений. По окончании каждого периода значение накопителя квадратов передается на обработку в основной цикл программы.
Для нахождения минимума используется 8 последних отсчетов сигнала. Высчитывается их взвешенная сумма. При минимальном значении суммы, или вернее, как только это значение начало увеличиваться по сравнению с предыдущим значением, считаем, что сигнал прошел минимум. Так как может быть некоторая несимметричность при настройке выпрямителя, то измерение производится по периоду, хотя вполне можно было бы считать и каждые полпериода.
В основном цикле программы обнаруживается, что сумма квадратов напряжений на периоде посчитана и производится вычисление напряжения. Для этого суммы квадратов и количество отсчетов подвергаются усреднению по 16 точкам методом скользящего среднего. После этого усредненное значение суммы квадратов делится на усредненное значение количества отсчетов и из частного извлекается корень. Полученное значение масштабируется и выводится на индикатор.
Для индикации применен светодиодный индикатор на 3 цифры и динамическая индикация. Индикатор обновляется в том же обработчике прерывания от АЦП.

Файлы:
Файл проекта Proteus.
Прошивка МК с исходником.

Вопросы, как обычно, складываем тут.

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

www.radiokot.ru

Схема электрическая стабилизатора

Разработчики электрических и электронных устройств, в процессе их создания, исходят из того, что будущее устройство будет работать в условиях стабильного питающего напряжения. Это необходимо для того, чтобы электрическая схема электронного устройства, во-первых, обеспечивала стабильные выходные параметры в соответствии со своим целевым назначением, а во-вторых, стабильность питающего напряжения защищает устройство от скачков, чреватых слишком большими потребляемыми токами и перегоранием электрических элементов устройства. Для решения задачи обеспечения неизменности питающего напряжения применяют какой-либо вариант стабилизатора напряжения. По характеру потребляемого устройством тока различают стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.

Стабилизаторы переменного напряжения

Стабилизаторы переменного напряжения применяют, если отклонения напряжения в электрической сети от номинального значения превышают 10% . Такая норма выбрана исходя из того, что потребители переменного тока при таких отклонениях сохраняют свою работоспособность весь срок эксплуатации. В современной электронной технике, как правило, для решения задачи стабильного электропитания используют импульсный блок питания, при котором стабилизатор переменного напряжения не нужен. А вот в холодильниках, микроволновых печах, кондиционерах, насосах и т.п. требуется внешняя стабилизация питающего переменного напряжении. В таких случаях чаще всего используют стабилизатор одного из трёх типов: электромеханический, главным звеном которого является регулируемый автотрансформатор с управляемым электрическим приводом, релейно- трансформаторный, на базе мощного трансформатора, имеющего несколько отводов в первичной обмотке, и коммутатора из электромагнитных реле, симисторов, тиристоров или мощных ключевых транзисторов, а также чисто электронный. Широко распространенные в прошлом веке феррорезонансные стабилизаторы в настоящее время практически не используются из-за наличия многочисленных недостатков.

Для подключения потребителей к сети переменного тока 50 Гц применяют стабилизатор напряжения на 220 В. Электрическая схема стабилизатора напряжения такого типа изображена на следующем рисунке.

Трансформатор А1 повышает напряжение в сети до уровня, достаточного для стабилизации выходного напряжения при низком входном напряжении. Регулирующий элемент РЭ осуществляет изменение выходного напряжения. На выходе управляющий элемент УЭ измеряет значение напряжения на нагрузке и выдает управляющий сигнал для его корректировки, если это необходимо.

Электромеханические стабилизаторы

В основе такого стабилизатора — использование бытового регулируемого автотрансформатора или лабораторного ЛАТРа. Применение автотрансформатора обеспечивает более высокий КПД установки. Рукоятка регулирования автотрансформатора удаляется, а на корпусе вместо нее соосно устанавливают небольшой двигатель с редуктором, обеспечивающим усилие вращения достаточное для поворота бегунка в автотрансформаторе. Необходимая и достаточная скорость вращения – около 1 оборота за 10 — 20 сек. Этим требованиям удовлетворяет двигатель типа РД-09, который раньше применялся в самопишущих приборах. Управляет двигателем электронная схема. При изменении сетевого напряжения в пределах +- 10 вольт выдаётся команда на двигатель, который поворачивает бегунок до достижения на выходе напряжения 220 В.

Примеры схем электромеханических стабилизаторов приведены ниже:

Электрическая схема стабилизатора напряжения с использованием логических микросхем и релейного управления электроприводом

Электромеханический стабилизатор на основе операционного усилителя.

Достоинством подобных стабилизаторов является простота реализации и высокая точность стабилизации напряжения на выходе. К недостаткам следует отнести невысокую надёжность из — за присутствия механических подвижных элементов, относительно малую допустимую мощность нагрузки ( в пределах 250 … 500 Вт), малую распространенность в наше время автотрансформаторов и необходимых электродвигателей.

Релейно — трансформаторные стабилизаторы

Релейно — трансформаторный стабилизатор является более популярным в силу простоты реализации конструкции, применения распространенных элементов и возможности получения значительной выходной мощности (до нескольких киловатт), значительно превышающей мощность примененного силового трансформатора. На выбор его мощности влияет минимальное напряжение в конкретной сети переменного тока. Если, к примеру, оно не меньше 180 В, то от трансформатора потребуется обеспечение вольтодобавки 40 В, что в 5,5 раз меньше номинального напряжения в сети. Выходная мощность у стабилизатора во столько же раз будет больше, чем мощность силового трансформатора (если не учитывать КПД трансформатора и максимально допустимый ток через коммутирующие элементы). Число ступеней изменения напряжения, как правило, устанавливают в пределах 3 … 6 ступеней, что в большинстве случаев обеспечивает приемлемую точность стабилизации напряжения на выходе. При вычислении количества витков обмоток в трансформаторе для каждой ступени напряжение в сети принимается равным уровню срабатывания коммутирующего элемента. Как правило, в качестве коммутирующих элементов используют электромагнитные реле — схема выходит достаточно элементарной и не вызывающей затруднений при повторении. Недостатком такого стабилизатора является образование дуги на контактах реле в процессе коммутации, что разрушает контакты реле. В более сложных вариантах схем переключение реле производят в моменты перехода полуволны напряжения через нулевое значение, что предотвращает возникновение искры, правда при условии использования быстродействующих реле или коммутации на спаде предшествующей полуволны. Использование в качестве коммутирующих элементов тиристоров, симисторов или других бесконтактных элементов надёжность схемы резко возрастает, но усложняется из-за необходимости обеспечения гальванической развязки между цепями управляющих электродов и модулем управления. Для этого применяют оптронные элементы или разделительные импульсные трансформаторы. Ниже приведена принципиальная схема релейно — трансформаторного стабилизатора:

Схема цифрового релейно — трансформаторного стабилизатора на электромагнитных реле

Электронные стабилизаторы

Электронные стабилизаторы имеют, как правило, небольшую мощность (до 100 Вт) и необходимую для работы многих электронных устройств высокую стабильность выходного напряжения. Они обычно строятся в виде упрощённого усилителя низкой частоты, имеющего достаточно большой запас изменения уровня питающего напряжения и мощности. На его вход от электронного регулятора напряжения подаётся сигнал синусоидальной формы с частотой 50 Гц от вспомогательного генератора. Можно использовать понижающую обмотку силового трансформатора. Выход усилителя подключен к повышающему до 220 В трансформатору. Схема имеет инерционную отрицательную обратную связь по значению выходного напряжения, что гарантирует стабильность выходного напряжения с неискажённой формой. Для достижения мощности на уровне нескольких сотен ватт используют другие методы. Обычно применяют мощный преобразователь постоянного тока в переменный на основе использования нового вида полупроводников — так называемых IGBT транзисторо.

Эти коммутирующие элементы в ключевом режиме могут пропустить ток в несколько сотен ампер при максимально допустимом напряжении более 1000 В. Для управления такими транзисторами используются специальные виды микроконтроллеров с векторным управлением. На затвор транзистора с частотой в несколько килогерц подают импульсы с переменной шириной, которая меняется по программе, введенной в микроконтроллер. По выходу такой преобразователь нагружен на соответствующий трансформатор. Ток в цепи трансформатора меняется по синусоиде. В то же время напряжение сохраняет форму исходных прямоугольных импульсов с разной шириной. Такая схема используется в мощных источниках гарантированного питания, используемых для бесперебойной работы компьютеров. Электрическая схема стабилизатора напряжения такого типа очень сложна и практически недоступна для самостоятельного воспроизведения.

Упрощенные электронные стабилизаторы напряжения

Такие устройства применяют, когда напряжение бытовой сети (особенно в условиях сельских населенных пунктов) нередко оказывается пониженным, практически никогда не обеспечивая номинальных 220 В.

В такой ситуации и холодильник работает с перебоями и риском выхода из строя, и освещение оказывается тусклым, и вода в электрочайнике долго не может закипеть. Мощности старенького, еще советских времен, стабилизатора напряжения, рассчитанного на питание телевизора, как правило, недостаточна для всех остальных бытовых электропотребителей, да и значение напряжения в сети часто падает ниже уровня, допустимого для подобного стабилизатора.

Существует простой метод для повышения напряжение в сети, путем использования трансформатора мощностью значительно меньшей мощности применяемой нагрузки. Первичная обмотка трансформатора включается непосредственно в сеть, а нагрузка подключается последовательно к вторичной (понижающей) обмотке трансформатора. При правильной фазировке напряжение на нагрузке окажется равным сумме снимаемого с трансформатора и сетевого напряжения.

Электрическая схема стабилизатора напряжения, действующего по этому несложному принципу, приведена рисунке ниже. Когда стоящий в диагонали диодного моста VD2 транзистор VT2 (полевой) закрыт, обмотка I (являющаяся первичной) трансформатора Т1 к сети не подключена. Напряжение на включенной нагрузке почти равно сетевому за минусом небольшого напряжения на обмотке II (вторичная) трансформатора Т1. При открытии полевого транзистора первичная обмотка трансформатора окажется замкнутой, а к нагрузке будет приложена сумма сетевого и напряжения вторичной обмотки.

Схема электронного стабилизатора напряжения

Напряжение с нагрузки, через трансформатор Т2 и диодный мост VD1 подается на транзистор VT1. Регулятор подстроечного потенциометра R1 должен быть выставлен в положение, обеспечивающее открытие транзистора VT1 и закрытие VT2, когда напряжение на нагрузке превышает номинальное (220 В). Если напряжение меньше 220 вольт транзистор VT1 закроется , a VT2 — откроется. Полученная таким способом отрицательная обратная связь сохраняет напряжение на нагрузке примерно равным номинальному значению.

Выпрямленное напряжение с моста VD1 используется и для запитки коллекторной цепи VT1 (через цепь интегрального стабилизатора DA1). Цепочка C5R6 гасит нежелательные скачки напряжения сток-исток на транзисторе VT2. Конденсатор С1 обеспечивает снижение помех, проникающих в сеть в процессе работы стабилизатора. Номиналы резисторов R3 и R5 подбирают, получая наилучшую и устойчивую стабилизацию напряжения. Выключатель SA1 обеспечивает включение и выключение стабилизатора и нагрузки. Замыкание выключателя SA2 отключает автоматику, стабилизирующую напряжение на нагрузке. Оно в таком варианте оказывается максимально возможным при текущем напряжении в сети.

После включения собранного стабилизатора в сеть, подстроечным резистором R1 устанавливают на нагрузке напряжение, равное 220 В. Нужно учесть, что вышеописанный стабилизатор не может устранить изменения сетевого напряжения, превышающие 220 В, или оказавшиеся ниже минимального, использованного при расчете обмоток трансформатора.

Замечание: В некоторых режимах работы стабилизатора мощность, рассеиваемая транзистором VT2, оказывается весьма значительной. Именно она, а не мощность трансформатора, может ограничить допустимую мощность нагрузки. Поэтому следует позаботиться о хорошем отводе тепла от этого транзистора.

Стабилизатор, устанавливаемый в сыром помещении, нужно обязательно поместить в заземленный металлический корпус.

Смотрите также схемы:

Регулятор освещения Электронный термометр Электрическая печи Электрический счетчик Схема электрическая телевизора

elektronika-muk.ru

Стабилизатор напряжения бытовой 220 вольт схемы. Релейный стабилизатор напряжения

В сельской местности для безопасного использования бытовой техники, требуется однофазный стабилизатор напряжения 220В, который при сильной просадки напряжения в сети поддерживает на выходе номинальное выходное напряжение в 220 вольт.

В электрической конструкции имеются три пороговых блока, построенные по принципу делителя напряжения, состоящие из и сопротивлений (R2-VD1-R1, VD5-R3-R6, R5-VD6-R6). Кроме того в схеме задействованы два транзисторных ключа VT1 и VT2 управляющие реле К1 и К2.

Диоды VD2 и VD3 вместе с фильтрующей емкостью С2 составляют источник питания для всего устройства. Конденсаторы С1 и С3 используются для гашения небольших просадок напряжения в сети переменного тока. Емкость С4 и резистор R4 являются искрогасительными компонентами. Для снижения выбросов напряжения самоиндукции, в обмотках реле в схему введены два полупроводниковых диода VD4 и VD7.

Если напряжение в сети снижается ниже уровня в 185 вольт, то контакты реле включены как на схеме. Напряжение на нагрузке будет суммой напряжений сети плюс вольтодобавки, получаемых с II и III обмоток трансформатора Т1.

Если напряжение лежит в интервале 185-205 вольт, то стабилитрон VD5 открыт. Ток течет через реле К1, VD5 и резисторы R3 и R6. Но этого тока не достаточно для срабатывания реле К1. Из-за падения напряжения на резисторе R6 открывается VT2. Этот транзистор запускает реле К2 которое своими контактами переключает обмотку II (вольтодобавка).

Если напряжение в сети в норме 205-225 вольт, то открыт стабилитрон VD3. Это приводит к открытию VT1, поэтому отключается второй пороговый блок и VT2 вместе с реле К2. Зато срабатывает К1 и своими контактами отключает обмотки II и III и поэтому на выходе напряжение соответствует входному.

При повышении уровня сетевого напряжения выше 225 но ниже 245 вольт открывается стабилитрон VD6 открывающий открытию оба . Оба реле срабатывают III обмотка Т1, подсоединена в противофазе с сетевым напряжением (т.е вычитается)). На выходе будет нормальное переменное напряжение лежащее в интервале 205-225 вольт.

З адачей стабилизатора напряжения является стабилизация входного напряжения и очистка напряжения от различных высокочастотных колебаний. Тип стабилизатора – это тип механизма благодаря чему он это все выполняет. В статье рассмотрим различные виды стабилизаторов напряжения, их отличия, схемы, преимущества и недостатки.

1. Виды стабилизаторов напряжения

Релейные стабилизаторы напряжения

Релейные стабилизаторы получили наиболее широкое распространение из-за оптимального соотношения необходимых параметров и цены. Они имеют быстродействие от 0,2 до 0,5 с в зависимости от применяемых реле и величины скачка входного напряжения.

Из минусов – при переключении реле происходит скачок напряжения (5-15 Вольт в зависимости от количества ступеней переключения). Для техники это не существенно и безопасно, но свет будет моргать.

Поэтому при переключении стабилизатора может наблюдаться небольшое мигание лампочек накаливания. Схема релейного стабилизатора условно представлена ниже.

Релейный стабилизатор напряжения. Схема функциональная

Как и все современные стабилизаторы напряжения его основу составляет силовой трансформатор и электронный блок. Электронный блок релейного стабилизатора напряжения представляет собой микроконтроллер, в котором происходит анализ входного и выходного напряжения и вырабатываются сигналы для управления ключами или силовыми реле стабилизатора.

При формировании управляющего напряжения микроконтроллер учитывает время срабатывания ключей и силовых реле. Это позволяет производить переключения практически без разрывов. В результате форма напряжения на выходе релейного стабилизатора повторяет форму на входе.

То есть, переключение происходит при переходе синусоиды через ноль.

Электромеханические стабилизаторы напряжения

Другое название – стабилизаторы с сервоприводом, или автотрансформаторные.

Принцип их действия следующий: плата управления анализирует входное напряжение, и в зависимости от ситуации передает сигнал на сервомотор, расположенный внутри тороидальной катушки и это мотор передвигает на необходимое количество витков токосъемную щетку.

Электромеханический стабилизатор напряжения. Упрощенная схема

Такой принцип действия обеспечивают более высокую точность стабилизации (2-3%, по сравнению с релейными 5-8%).

Точность зависит от количества витков трансформатора. Шаг изменения таким образом будет равен количеству вольт на один виток.

Но скорость движения щетки ограничена возможностями мотора, чаще всего скорость добавления 10-15 Вольт/сек. При скачках напряжения на 30-40 Вольт, приборы могут оказаться под опасным напряжением на несколько секунд.

И еще стоит обратить внимание, у некоторых производителей, мотор сам питается от входного напряжения и поэтому когда происходит сильная просадка напряжения ему просто не хватает питания и происходит “зависание” стабилизатора. Но для света, это оптимальный выбор, свет хоть и будет “проседать” при скачках напряжения но не так сильно как у релейного и более мягко.

Тиристорные (симисторные) стабилизаторы напряжения

Принцип их работы основывается на автоматическом переключении секций (обмоток) автотрансформатора (или трансформатора) с помощью силовых ключей – тиристоров. Чем-то этот тип похож на релейные стабилизаторы, но в отличие от них не имеют контактной группы, имеют намного больше ступеней стабилизации и большую точность – от 2% до 5%.

Симисторный стабилизатор напряжения. Упрощенная схема

На схеме видно, что отводы трансформатора переключаются симисторами, и выходное напряжение меняется практически мгновенно – не более 0,1 с.

Комфорт использования такого стабилизатора виден сразу – тишина в доме гарантирована.

Наибольшим минусом данного типа стабилизаторов напряжения – высокая цена.

Дополнительные функции стабилизаторов напряжения

Кроме основной функции стабилизаторов напряжения – стабилизации, есть также такой минимальный набор функций и параметров:

Может, это тоже будет интересно?

Анализ выходного напряжения. Стабилизатор должен быть оснащен информационным (цифровым или стрелочным) табло которое показывает выходное напряжение. Если на стабилизаторе есть функция анализа входного напряжения, это будет дополнительной полезной информацией.
На больших номиналах (чаще от 3000 ВА) устанавливается функция «Bypass» – функция в электронном устройстве (обработки сигнала, стабилизации напряжения и др.), позволяющая выполнить коммутацию входного сигнала непосредственно на выход, минуя все функциональные блоки. То есть возможность включать сеть в обход стабилизатора напряжения. Если напряжение нормализовалось или Вам не нужен сейчас стабилизатор – нажали рычажок вверх и напряжение пошло минуя блоков стабилизации.
Байпас также нужен, если напряжение опустилось ниже предела работы стабилизатора, и он уже не справляется и может перегреться. Тогда напряжение подается напрямую, через байпас.
Виды крепления стабилизаторов напряжения
Существуют два типа крепления стабилизаторов напряжения – напольное и настенное исполнение.
Напольное исполнение подразумевает, что стабилизатор находится на полу, полке. Такое расположение не всегда удобно, потому как особенно крупные номиналы не полке не разместишь из-за своего веса, а на полу они занимают достаточно большие площади.
При навесном исполнении стабилизаторы делают более плоскими, для удобства клиентов. В принципе они могут использоваться и в напольном исполнении, только часто информационная часть табло оказывается в таком случае “вверх ногами” к пользователю.
Во многих моделях на рынке стабилизаторов напряжения используется кнопка задержки. Это сделано, для того, чтобы если пропадет напряжение в сети или временно выйдет за рамки рабочего диапазона, то оборудование до следующего включения придет за это время задержки в положение покоя. Во многих стабилизаторах кнопка задержки предлагается в нескольких диапазонах -6, 90, 120 сек. В более современных моделях задержка уже стала автоматическая и когда она включается, то показывает потребителю на табло время включения стабилизатора в в виде обратного отсчета.
Задержка включения нужна прежде всего для компрессорного оборудования – холодильников и т.п.