Схемы стабилизаторов напряжения

Схема работы стабилизатора напряжения зависит от его типа. В России в основном присутствует 4 типа стабилизаторов: релейный, сервомоторный, тиристорный и инверторный. Ниже рассматриваются основные отличия между ними и принципы работы.

Схема релейного стабилизатора напряжения

Релейные стабилизаторы являются одними из самых распространенных. Отличаются простой конструкцией и низкой стоимостью. В основном имеют китайское происхождение и мощность до 10 кВт. Применяются для питания различных бытовых устройств, которые не особо нуждаются в точной регулировке выходного напряжения.
Одним из преимуществ релейных стабилизаторов является их простота и надежность в работе, а также возможность регулировки напряжения питания в широких пределах. Однако, следует учитывать, что релейные стабилизаторы обычно имеют более высокий уровень шума на выходе (щелчки реле при переключении), чем другие типы стабилизаторов. Рабочий ресурс стабилизатора данного типа напрямую зависит от состояния электросети. Чем шире амплитуда колебания входного напряжения, тем чаще будет переключение релейных блоков, ведущее к постепенному их износу и приближающему ваш визит в сервисный центр.

В схему релейных стабилизаторов входят следующие компоненты: трансформатор, блок силовых реле, сетевые фильтры, управляющая плата (отвечающая за измерение напряжения на входе) и блок индикации. Сигнал из электрической сети проходит через фильтр для снижения сетевых помех и подвергается измерению управляющей платой. Полученное значение сравнивается с установленным нормативом (обычно 220 или 230 вольт). В случае его отклонения управляющая плата активирует соответствующий релейный блок в трансформаторе, чтобы путем переключения его обмотки достичь требуемого значения напряжения.
Плата управления имеет возможность выключать стабилизатор при обнаружении короткого замыкания, токовой перегрузки, импульсных перенапряжений или сетевой аварии (слишком высокого или низкого сетевого напряжения).
Интегральная микросхема, которая является основой релейного стабилизатора, содержит ряд реле и транзисторов, которые обеспечивают стабилизацию выходного напряжения путем переключения цепей с различными коэффициентами усиления. Это позволяет достичь стабильного выходного напряжения, несмотря на возможные изменения входного напряжения.
Обычно погрешность работы релейного стабилизатора составляет 8%. Это означает, что при падении напряжения ниже уровня 202 вольта коммутируется первая вторичная трансформаторная обмотка, добавляющая примерно 30 вольт на входное напряжение. При этом реле, которое отвечает за данный отвод трансформатора, замыкается и подается ток на выходные контакты стабилизатора, а все другие контакты размыкаются. Потом, пока напряжение не упадет еще на 18В т.е. до 184В, будет продолжать действовать эта вторичная обмотка с тем же коэффициентом трансформации.

Схема сервомоторного стабилизатора напряжения

Схема регулятора напряжения сервомоторного (электромеханического) типа расположена на рисунке ниже. В основе его лежит регулируемый тороидальный трансформатор, какой наматывают на торроидальный ферромагнитный сердечник, способный восполнить изменение напряжения на выводе за счет увеличения или уменьшения параметра трансформации.
А1 – блок управления и защиты – необходим для контроля напряжения на входе и выходе, формированию управляющего импульса для работы серводвигателя, который перемещает щеточный контакт по обмоткам автотрансформатора. Изменяя положение графитовых щеток можно поддерживать выходное напряжение на значении 220В. Блок управления осуществляет контроль над параметрами напряжения, температуры и тока и в случае надобности выключает нагрузку от электросети.
На рисунке можно увидеть схему сервомоторного стабилизатора напряжения. Как уже упоминалось выше, его основой является регулируемый трансформатор, который находится на тороидальном ферромагнитном сердечнике. Этот трансформатор способен регулировать напряжение на выходе путем изменения параметра трансформации. Однако, для того чтобы реализовать эту функцию, необходимо контролировать управляющий импульс, который генерируется блоком управления и охраны (А1).
Блок А1 также выполняет роль защиты от аварийных параметров напряжения, температуры и тока. Он контролирует напряжение на выходе и входе стабилизатора, формирует управляющий импульс, который необходим для работы серводвигателя постоянного тока. Серводвигатель передает управляющий импульс на обмотки автотрансформатора и изменяет его главные параметры, за счет чего напряжение поддерживается на постоянном значении, например, 220 В.
В случае возникновения аварийных ситуаций, например, перегрузки или перегрева, блок А1 отключает нагрузку от электросети, что предотвращает возможные повреждения электрических приборов и оборудования.
Сервомоторный стабилизатор напряжения является надежным и эффективным способом защиты от перепадов напряжения в электрической сети. Он широко используется в различных отраслях промышленности и в бытовых условиях, где требуется повышенная точность и надежная защита от перепадов напряжения, подключение нагрузки с высокими пусковыми токами.

Симисторные стабилизаторы напряжения
Симистором называют полупроводниковое электроустройство, какое рекомендуется использовать применительно к сетям с переменным напряжением (в закрытом состоянии выполняет функцию разомкнутого выключателя). И наоборот, когда управляющий ток поступает на управляющий электрод симистора, то он (симистор) переходит в проводящее состояние. Таким образом, симистор можно сравнить с замкнутым выключателем.

Схема тиристорного стабилизатора напряжения

В основе стабилизатора тиристорного или симисторного типа лежит все тот же многообмоточный регулируемый трансформатор. Схема тиристорного устройства аналогична устройству релейного типа за исключением выходного каскада. В качестве коммутирующих компонентов вместо реле выступает блок электронных полупроводниковых ключей (симисторов или тиристоров).
Тиристоры позволяют регулировать выходное напряжение, обеспечивая более быструю и точную реакцию на изменения нагрузки. Работа тиристорного стабилизатора напряжения основывается на том, что тиристоры могут контролировать поток электрической энергии, переключаясь между открытым и закрытым состояниями в зависимости от управляющего сигнала. Когда тиристор находится в открытом состоянии, ток проходит через него, а когда он закрыт, ток не проходит.

Одним из основных преимуществ тиристорного стабилизатора напряжения является его способность обеспечивать высокую точность и стабильность выходного напряжения, что важно для работы электронных устройств и систем. Он также является более тихим, надежным и долговечным, поскольку тиристоры имеют длительный срок службы и не требуют замены так часто, как реле.

Схема тиристорного стабилизатора

Схема инверторного стабилизатора напряжения

Инверторные стабилизаторы включают в себя выпрямитель, конденсатор, инвертор, панель управления, сетевые фильтры и систему индикации.
В начале процесса переменное напряжение из электросети проходит через фильтр высокочастотных помех и затем преобразуется выпрямителем в постоянное напряжение. Конденсатор, как промежуточный накопитель энергии, накапливает электрический заряд для обеспечения непрерывности стабилизации напряжения и предотвращения задержек при реакции на колебания в сети. Далее инвертор возвращает напряжение в переменное, но уже с установленным значением. Такой принцип позволяет корректировать напряжение в режиме постоянной стабилизации.
Плата управления выполняет функцию электронной защиты, предотвращая различные аварийные ситуации, которые могут возникнуть как в электросети, так и в самом устройстве. Это включает в себя защиту от короткого замыкания, перегрузки на выходе, внутреннего перегрева, чрезмерно высокого или низкого напряжения в сети, а также сбоев в работе.
Непрерывность процесса преобразования входного напряжения является и преимуществом и недостатком инверторного типа стабилизации. Преимущество в том, что стабилизатор сразу же реагирует на изменение входного напряжения, подавая на выход максимально точное выходное напряжения. Недостаток состоит в меньшем ресурсе в сравенении с тиристорными моделями. Гарантийный срок на инверторные стабилизаторы обычно равен 1-2 годам, а на тиристорные - 5 лет.

Схема инверторного стабилизатора