Основу современных стабилизаторов напряжения составляет автоматический трансформатор. Управление нагрузкой, подаваемой на его обмотки с целью нормализации выходных параметров тока, осуществляется релейным, сервоприводным или электронным методом. Последний обеспечивает бесшумность, малую инерционность и наиболее высокую точность стабилизации.
При этом устройство почти не нуждается в обслуживании и способно служить на протяжении более 15 лет. В результате спрос на электронные устройства растёт не по дням, а по часам, несмотря на по-прежнему высокую стоимость.
Устройство и принцип действия тиристорных и симисторных стабилизаторов
Основными узлами этих стабилизаторов напряжения являются:
- силовой автотрансформатор – используется для коррекции сетевого напряжения;
- электронная схема управления (как правило, реализованная на базе микропроцессора) – управляет всеми функциями стабилизатора в соответствии с сигналами датчиков параметров сети и мощности потребления нагрузки;
- блок коммутирующих силовых полупроводниковых ключей (тиристоров или симисторов) – используются для коммутирования отводов обмоток силового автотрансформатора;
- устройства фильтрации сетевых помех – подавляют импульсные и высокочастотные помехи.
На корпусе электронных стабилизаторов, как правило, располагаются ЖК-дисплей и светодиодные индикаторы, которые отображают значения рабочих параметров устройства: величины напряжения на входе и выход, мощность подключенной нагрузки.
Принцип действия тиристорных и симисторных стабилизаторов одинаков. Входное переменное сетевое напряжение поступает на преобразующий автотрансформатор – разновидность трансформатора, первичная и вторичная обмотки которого соединены, то есть имеют не только электромагнитную связь, но также и электрически связаны. Вторичное напряжение снимается с одного из нескольких выводов обмотки автотрансформатора. Подключение к каждому выводу задействует разное количество витков катушки трансформатора, чем и будет определяться коэффициент трансформации и, соответственно, выходное напряжение. Наиболее похожим по принципу работы можно назвать релейный тип стабилизаторов.
Параметры входного и выходного напряжения автотрансформатора постоянно контролируются микропроцессором платы управления. Если они отклоняются от нормы в любую сторону, микропроцессор подает управляющий сигнал на включение определенного силового коммутационного устройства – полупроводникового ключа. В зависимости от типа используемых силовых ключей различают тиристорные (с применением тиристоров) и симисторные (соответственно, с применением симисторов) устройства.
Содержание / Contents
Меня эта информация заинтересовала, я вспомнил, что в кинопередвижке «Украина» тоже было безразрывное переключение напряжения – там, на время переключения между смежными контактами переключателя подключался проволочный резистор. Я стал искать в интернете, что-либо полезное по этому поводу. Ознакомиться с изобретением №2356082 я не смог.
Мне удалось найти статью «Типы стабилизаторов напряжения», где рассказывалось о возможности подключения диода к контактам реле в момент переключения. Идея заключается в том, чтобы в переменном напряжении произвести переключение во время положительного полупериода. При этом можно подключить диод параллельно контактам реле на время переключения.
На базе этой статьи были взяты самые обычные реле и измерены время отключения, время нахождения в разорванном состоянии и время включения. Во время измерений увидел на осциллографе дребезг контактов, который вызывал большое искрение и эрозию контактов, что резко уменьшает ресурс работы реле.
Для реализации и проверки этой идеи был собран релейный стабилизатор переменного тока мощностью 2 кВт, для питания квартиры. Вспомогательные реле подключают диод только на время переключения основного реле во время положительного полупериода. Оказалось, что реле имеют значительные времена задержки и дребезга, но, тем не менее операцию переключения удалось умесить в один полупериод.
Читать также: Подключение телефонной розетки schneider
Тиристоры и симисторы. В чём разница?
Тиристоры и симисторы – полупроводниковые элементы, управление которыми (изменение их коммутационного состояния) осуществляется подачей положительного потенциала на управляющий электрод. Их отличие заключается в количестве слоев с различной проводимостью в пластине элемента.
Тиристор является преобразователем переменного тока однонаправленного действия. В своей структуре элемент имеет управляющий электрод, анод и катод.
Симистор представляет собой два встречно включенных тиристора, которые располагаются параллельно друг другу. У симистора каждый электрод является анодом и катодом одновременно, благодаря чему этот полупроводниковый переключатель способен проводить ток в двух направлениях.
Далее рассмотрим особенности и отличия устройств с коммутацией, реализованной на тиристорных и симисторных ключах.
↑ Файлы
Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года. Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.
— Спасибо за внимание! Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»
Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года. Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.
— Спасибо за внимание! Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»
Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года. Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.
— Спасибо за внимание! Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»
Иван Внуковский, Украина, г. Днепропетровск
Схема работы, сильные и слабые стороны тиристорных стабилизаторов
Рассмотрим подробнее алгоритм работы тиристорного стабилизатора:
- При изменении параметров входного тока фаза задержки (длительностью до 20 мс) используется для измерения значения входного напряжения сети.
- Сравнив фактические и допустимые токовые характеристики, при необходимости процессор платы управления подает команду на коррекцию напряжения на выходе:
- в случаях, когда отклонения входного напряжения находятся в рамках допустимого диапазона, происходит его коррекция до необходимого значения;
- при скачках напряжения, выходящих за рамки допустимого диапазона, система защиты обеспечивает аварийное отключение устройства.
Тиристорные стабилизаторы напряжения обладают следующими преимуществами:
- относительно высокое быстродействие – 20 мс (в сравнении с релейными приборами);
- высокий КПД, который достигается благодаря отсутствию реле и подвижных элементов;
- возможность функционирования во внешней среде с высокими или низкими температурами;
- долговечность и надежность за счёт отсутствия механических деталей;
- бесшумное функционирование;
- устойчивость к перегрузкам.
Тиристорные приборы также отличаются достаточно высокой точностью стабилизации напряжения на выходе (от 5 до 10 %) по сравнению с релейными моделями, а также относительно широким диапазоном напряжения на входе, который позволяет их использовать в сетях с крайне некачественным напряжением.
Серьезным недостатком тиристорных стабилизаторов является дискретность (ступенчатость) коррекции напряжения. Ступенчатые скачки напряжения, которые появляются при переключении трансформаторных обмоток, ухудшают точность стабилизации и снижают скорость работы прибора.
Из-за указанных недостатков тиристорные стабилизаторы нельзя использовать для питания нагрузок, особо чувствительных к перепадам напряжения (например, ПК и периферийных устройств, профессиональных аудио- и видеоприборов, а также приборов с электронным управлением).
Кроме того, выходное напряжение тиристорных стабилизаторов имеет форму, отличную от синусоидальной (трапециевидную или с другими искажениями, в зависимости от конкретной модели), что делает нежелательным их использование для питания нагрузок с электродвигателями (например, насосов, систем отопления).
Популярные марки
| Модель | Параметры / Мощность | Информация |
| Lider W |
Мощность: | нет |
| Энергия Premium |
Мощность: | Перейти >> |
Схема работы, преимущества и недостатки симисторных стабилизаторов
Симисторные стабилизаторы напряжения имеют принцип работы, схожий с тиристорными устройствами.
К их очевидным преимуществам, безусловно, можно отнести перечисленные выше достоинства, которыми отличаются тиристорные устройства:
- скорость и точность регулирования напряжения;
- высокое значение КПД;
- бесшумная работа (что особенно важно при установке в жилых помещениях);
- многолетний срок эксплуатации;
- надежность работы, обусловленная полным отсутствием механических движущихся частей.
Современные симисторные стабилизаторы напряжения, как и тиристорные аналоги, отличаются широким диапазоном входного напряжения и возможностью работы при достаточно низкой температуре.
Существенными их недостатками являются высокая стоимость в сравнении с релейными моделями и ступенчатое регулирование выходного напряжения. К минусам также следует отнести большую громоздкость силовых ключей по сравнению с тиристорными аналогами: один симистор занимает площадь, достаточную для размещения нескольких тиристоров. Разумеется, это не в лучшую сторону отражается на габаритных размерах и массе устройств.
Сравнивая используемые типы полупроводниковых ключей, добавим, что симисторы менее стойки к токовым перегрузкам и в процессе работы могут нагреваться значительно сильнее, что увеличивает риск их выхода из строя.
Симисторные стабилизаторы имеют такие же ограничения по применению, что и тиристорные. Их нельзя назвать удачным решением для организации защиты электродвигателей или нагрузки с электроприводом из-за искажения формы сигнала на выходе: как правило, это модифицированная синусоида. Говоря об ограничениях в использовании, стоит добавить и их низкую стойкость при работе с индуктивной нагрузкой.
Внимание!
При покупке симисторного стабилизатора для питания чувствительных к напряжению электроприборов необходимо уточнить количество силовых полупроводниковых ключей, задействованных в схеме стабилизатора – чем их больше, тем на выходе устройство сможет обеспечить более приближенное к номинальному значение напряжения.
Подводим итог
Сравнивая симисторные и тиристорные стабилизаторы напряжения между собой и с другими видами устройств, можно прийти к следующим выводам:
- оба типа приборов имеют как схожие возможности по стабилизации напряжения, так и почти одинаковые недостатки, одним из которых является ступенчатая корректировка и, как следствие, несинусоидальная форма выходного сигнала;
- данные стабилизаторы не справляются с защитой чувствительного к качеству сети оборудования, а также приборов с электродвигателями;
- оба устройства по своим рабочим параметрам ненамного превосходят релейные стабилизаторы напряжения, но стоимость их гораздо выше;
- при поломке тиристорных и симисторных устройств ремонт их электронных компонентов обойдется дороже, чем стабилизаторов напряжения предыдущих поколений, работающих по аналогичному принципу.
Инверторные стабилизаторы как альтернатива тиристорным и симисторным
Несмотря на то, что симисторные и тиристорные стабилизаторы пока пользуются достаточной популярностью, их постепенно, но уверенно вытесняет с рынка новый тип устройств – инверторные стабилизаторы напряжения. Данные устройства разработаны на в 2015 году и по праву считаются изделиями нового поколения.
Инверторные модели, в отличие от симисторных и тиристорных, функционируют совершенно по другому принципу. В схеме их работы отсутствует автотрансформатор и какие-либо коммутационные элементы. Коррекция напряжения выполняется за счет выпрямителя, конденсатора и инвертора. Сначала входное переменное напряжение трансформируется в постоянное, а затем снова в переменное, но уже имеющее эталонные характеристики. Благодаря технологии двойного преобразования данные устройства могут:
- мгновенно срабатывать на сетевые отклонения в диапазоне 90-310 В;
- стабилизировать напряжение с высокой точностью (2%);
- подавать на нагрузку напряжение идеальной синусоидальной формы;
- бесперебойно питать электроприборы при кратковременных пропаданиях сети (до 200 мс).
Высокие технические характеристики инверторных стабилизаторов позволяют их использовать для самых требовательных к качеству питания потребителей в сетях со значительными колебаниями напряжения.
В настоящее время российский производитель систем электропитания «Штиль» предлагает следующие модели инверторных стабилизаторов напряжения:
- однофазные устройства настенной и напольной/стоечной установки с выходной мощностью 0,35-20 кВА;
- модели конфигурации 3 в 1 напольной/стоечной установки с выходной мощностью 6-20 кВА, рассчитанные на работу в трехфазной сети для электропитания однофазной нагрузки;
- трехфазные устройства напольной/стоечной установки с выходной мощностью 6-20 кВА.
↑ Программа
Программа написана на языке СИ (mikroC PRO for PIC), разбита на блоки и снабжена комментариями. В программе применено прямое измерение переменного напряжения микроконтроллером, что позволило упростить схему. Микропроцессор применен PIC16F676
. Блок программы
zero
ожидает появление спадающего перехода через ноль По этому перепаду происходит либо измерение величины переменного напряжения, либо начинается переключение реле. Блок программы
izm_U
измеряет амплитуды отрицательного и положительного полупериодов
В основной программе производиться обработка результатов измерений и если необходимо дается команда на переключение реле. Для каждой группы реле написаны отдельные программы включения и выключения с учетом необходимых задержек R2on
,
R2off
,
R1on
и
R1off
. 5-й бит порта C задействован в программе для подачи импульса синхронизации на осциллограф, чтобы можно было посмотреть на результаты эксперимента.
