Феррорезонансные стабилизаторы напряжения — принцип работы
Стабилизатор, у которого на зажимах нелинейного дросселя получают стабилизированное напряжение, является простейшим ферромагнитным стабилизатором. Его основной недостаток — низкий коэффициент мощности. Кроме того, при больших токах в цепи габариты линейного дросселя очень большие.
Для уменьшения веса и габаритов ферромагнитные стабилизаторы напряжения изготовляют с объединенной магнитной системой, а для повышения коэффициента мощности включают конденсатор по схеме резонанса токов. Такой стабилизатор называется феррорезонансным .
Феррорезонансные стабилизаторы напряжения конструктивно похожи на обычные трансформаторы (рис. 1, а). Первичная обмотка w1 на которую подается входное напряжение Uвх, располагается на участке 2 магнитопровода, имеющем большое поперечное сечение для того, чтобы эта часть магнитопровода находилась в ненасыщенном состоянии. Напряжение Uвх создает магнитный поток Ф2.
Рис. 1. Схемы феррорезонансного стабилизатора напряжения: а — принципиальная; б — замещения
Вторичная обмотка w2, на зажимах которой индуцируется выходное напряжение Uвых и к которой присоединяется нагрузка, расположена на участке 3 магнитопровода, имеющем меньшее сечение и находящемся в насыщенном состоянии. Поэтому при отклонениях напряжения Uвх и магнитного потока Ф2 значение магнитного потока Ф3 на участке 3 почти не изменяется, не изменяется э. д. с. вторичной обмотки и Uвых. При увеличении потока Ф2 та его часть, которая не может проходить по участку 3, замыкается через магнитный шунт 1 (Ф1).
Магнитный поток Ф2 при синусоидальном напряжении Uвх синусоидален. Когда мгновенное значение потока Ф2 приближается к амплитудному, участок 3 переходит в режим насыщения, поток Ф3 перестает увеличиваться и появляется поток Ф1. Таким образом, поток через магнитный шунт 1 замыкается только в те моменты времени, когда поток Ф2 по значению близок к амплитудному. Это делает поток Ф3 несинусоидальным, напряжение Uвых становится также несинусоидальным, в нем ярко выражена третья гармоническая составляющая.
В схеме замещения (рис. 1, б) параллельно включенные индуктивность L2 нелинейного элемента (вторичной обмотки) и емкость С образуют феррорезонансный контур, имеющий характеристики, представленные на рис 2. Как видно из схемы замещения, токи в ветвях пропорциональны напряжению Uвх. Кривые 3 (ветвь L2) и 1 (ветвь С) расположены в разных квадрантах, так как токи в индуктивности и емкости противоположны по фазе. Характеристику 2 резонансного контура строят, алгебраически суммируя токи в L2 и С при одних и тех же значениях напряжения Uвых.
Как видно из характеристики резонансного контура, применение конденсатора дает возможность получать стабильное напряжение при малых токах намагничивания, т. е. при меньших напряжениях Uвх.
Кроме того, при наличии конденсатора стабилизатор работает с высоким коэффициентом мощности. Что касается коэффициента стабилизации, то он зависит от угла наклона горизонтальной части кривой 2 к оси абсцисс. Так как этот участок имеет значительный угол наклона, то получить большой коэффициент стабилизации без дополнительных устройств невозможно.
Рис. 2. Характеристики нелинейного элемента феррорезонансного стабилизатора напряжения
Таким дополнительным устройством является компенсирующая обмотка wк (рис. 3), располагаемая вместе с первичной обмоткой на ненасыщенном участке 1 магнитопровода. С увеличением Uвх и Ф увеличивается э. д. с. компенсирующей обмотки. Ее включают последовательно с вторичной обмоткой, но так, чтобы э. д. с. компенсирующей обмотки была противоположна по фазе э. д. с. вторичной обмотки. Если Uвх увеличивается, то незначительно увеличивается э. д. с. вторичной обмотки. Напряжение Uвых, которое определяется разностью э. д. с. вторичной и компенсирующей обмоток, поддерживается постоянным за счет возрастания э. д. с. компенсирующей обмотки.
Рис. 3. Схема феррорезонансного стабилизатора напряжения с компенсационной обмоткой
Обмотка w3 предназначена для повышения напряжения на конденсаторе, что увеличивает емкостную составляющую тока, коэффициент стабилизации и коэффициент мощности.
Недостатками феррорезонансных стабилизаторов напряжения являются несинусоидальность выходного напряжения и зависимость его от частоты.
Промышленность выпускает феррорезонансные стабилизаторы напряжения мощностью от 100 Вт до 8 кВт, с коэффициентом стабилизации 20—30. Кроме того, выпускают феррорезонансные стабилизаторы без магнитного шунта. Магнитный поток Ф3 в них замыкается по воздуху, т. е. является потоком рассеяния. Это позволяет уменьшить вес стабилизатора, однако сужает рабочую область до 10% от номинального значения Uвх при коэффициенте стабилизации kc, равном пяти.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Как работает феррорезонансный стабилизатор напряжения переменного тока
Феррорезонансный стабилизатор напряжения – это прибор, разработанный с целью автоматического поддержания стабильных цифр электрического напряжения на входах приемников электричества, в независимости от величины нагрузки и сетевых колебаний.
Принцип действия феррорезонансного прибора
Действие стабилизаторов такого типа основывается на использовании достижения ферримагнитными сердечниками трансформаторов или дросселей своего предельного значения. Они используются для стабилизации напряжения питания бытовой техники, а также на различных промышленных объектах. Конструктивно они имеют сходство с обычными трансформаторами. Этот вид стабилизирующего устройства сегодня очень популярен, так как дает возможность стабилизировать переменное напряжение. У него высокий порог чувствительности за счет того, что используются мощные блоки питания. Транзисторы в таких системах устанавливаются попарно. Конденсаторы – важный элемент трансформации формы напряжения и его величины. В зависимости от производителя число конденсаторов в устройстве может варьироваться. От этого зависит конечный порог чувствительности. Конденсаторы нуждаются в особом уходе. Во избежание поломок, их не следует размещать под прямыми солнечными лучами. Сами феррорезонансные стабилизаторы сильно не перегреваются за счет небольших радиаторов и корпуса. Их можно использовать для любого оборудования. Для того, чтобы стабилизировать величину электрического заряда, в феррорезонансных системах используется коллектор, а не тиристоры.
Вольтамперные характеристики
Из-за вольтамперной характеристики дросселя (линейного элемента, функционирующего в ненасыщенном режиме), которая отклоняется от прямо пропорциональной зависимости, вольтамперная характеристика всей системы, т.е. зависимость входного тока от входного сетевого напряжения, оказывается нелинейной. Прямая передача сигнала позволяет добиться высокого коэффициента усиления. При этом уровень сопротивления в сети равен примерно 5 Мпа, а на выходе динамическое сопротивление — 3 (или два) МПа. Перегрузок в большинстве случаев не возникает, так как транзисторы предохраняют систему от высокого напряжения.
Плюсы и минусы
- высокую точность стабилизации (не ниже 1%);
- синусоидную форму тока;
- высокую скорость регулировки;
- широкий диапазон рабочих значений;
- устойчивость к перегрузкам.
Но кроме плюсов такое оборудование может иметь и минусы. К недостаткам этой техники относят:
- высокий уровень шума;
- плохие массогабаритные показатели (для их усовершенствования современные устройства оснащаются объединенной магнитной системой;
- плохую работу без нагрузки или при недостаточной нагрузке;
- создание внешних электромагнитных помех;
- зависимость качества стабилизации от объема нагрузки.
Современные приборы не имеют таких недостатков, однако их цена нередко превышает стоимость бесперебойника. Кроме того, эта техника не имеет вольтметра, в связи с чем довольно трудно определить величину напряжение на выходе. Отрегулировать его невозможно. Если для вас это – не проблема, значит такие устройства – это ваш выбор. Иногда феррорезонансные нормализаторы искажают данные. Погрешность может составить около 12%.
В настоящее время действует особый стандарт, регламентирующий нормы выходного напряжения. Согласно нему оно должно варьироваться от 0,9 до 1,05. После того, как был установлен этот стандарт, прошло довольно много времени. Но все устройства, о которых идет речь, обязательно должны ему соответствовать. Перед тем, как приобрести такое устройство, изучите виды аналогичных приборов для однофазового напряжения.
Если вы длительное время пользуетесь подобным стабилизатором, вам должно быть известно, что они способны излучать магнитное поле, оказывающие негативное влияние на бытовые приборы. Эти виды стабилизаторов настраивают там, где производят.
Влияние на бытовую технику
Феррорезонансные стабилизаторы могут негативно повлиять на следующую технику:
- Телевизионные приемники. При подключении к ним феррорезонансного стабилизатора, растр значительно уменьшается. При этом искажаются некоторые цветовые лучи.
- Радиоприемники. Выходная мощность устройства снижается. При этом оно может потерять свою чувствительность.
Какие нюансы учесть при выборе?
Техника для дома постоянно совершенствуется и развивается. Поэтому производители феррорезонансных стабилизаторов напряжения также стремятся к тому, что их усовершенствовать. Они улучшают его схему, которая позволяет справляться с высокими нагрузками. Современные устройства феррорезонансного типа отличаются самым высоким быстродействием (около 15 миллисекунд), высокой точностью настройки и продолжительным сроком использования.
Режимы работы прибора могут определяться его видом и мощностью. По типу мощности стабилизатор следует выбирать, исходя из вида оборудования, к которому вы собираетесь его применять. В большой степени режим работы устройства определяется характером его нагрузки, которая может быть активной или реактивной.
Первый вид нагрузки подразумевает, что вся потребляемая электроэнергия трансформируется в тепловую или световую энергию. Некоторое оборудование имеет только такую нагрузку (лампы накаливания, утюги, электроплиты).
К приборам с реактивной нагрузкой относятся устройства с электродвигателями. Реактивные нагрузки. К таким устройствам можно отнести приборы и изделия имеющие электродвигатель (вентиляторы, электронагреватели, кондиционеры).
Если вы собираетесь приобрести феррорезонансный стабилизатор, вам также следует исходить из того, где вы его собираетесь устанавливать. Это можно сделать при входе в дом или возле бытового прибора. Если вы планируете проводить монтаж для всего оборудования, выбирайте стабилизирующую систему соответствующей мощности и подключайте феррорезонансный стабилизатор напряжения сразу после счетчика.
Стабилизаторы напряжения
Это устройства для автоматического поддержания напряжения на уровне 220 В при его высоких или низких значениях в питающей электросети. Защищают от его резких и значительных скачков и перепадов, фильтруют входные помехи и обеспечивают качественное электропитание приборов и оборудования в пределах их паспортных характеристик, тем самым повышая надёжность их эксплуатации и продлевая срок службы.
Выпускаются однофазные (220 В) и трёхфазные (380 В) стабилизаторы напряжения. Они подразделяются на несколько типов в зависимости от принципа работы, рабочих и эксплуатационных характеристик. Единственный их недостаток — они не могут питать электроприборы как при слишком глубоких провалах (менее 80-90 вольт) и перенапряжения (более 310-320 вольт) электросети, так и при отключениях электричества.
Типы, устройство и принцип работы
Феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Были разработаны в середине 60 годов прошлого века, их принцип работы основан на использовании явления магнитного насыщения ферромагнитных сердечников трансформаторов или дросселей. Применялись такие устройства для регулировки напряжения питания бытовой техники (телевизор, радиоприёмник, холодильник и т.п.).
Феррорезонансный стабилизатор напряжения
Их преимущество заключается в высокой точности 1-3% и быстрой (для того времени) скорости регулирования. Недостаток — повышенный уровень шума и зависимость качества стабилизации от величины нагрузки. Современные устройства лишены этих недостатков, но стоимость их равна или выше стоимости ИБП (Источника Бесперебойного Питания) на такую же мощность, вследствие чего они широкого распространения в качестве бытовых не получили.
Электромеханические стабилизаторы напряжения. В 60-80-е годы прошлого века для регулирования напряжения применялись автотрансформаторы с ручной корректировкой (ЛАТР), вследствие чего приходилось постоянно следить за вольтметром (стрелочный или светящаяся линейка) и, при необходимости, вручную крутить ползунок с токосъёмными щётками. В настоящее время принцип работы автоматизирован с помощью электродвигателя с редуктором (сервопривода).
Электромеханический стабилизатор напряжения
Единственные достоинства электромеханических стабилизаторов напряжения — низкая цена и хорошая точность регулировки 2-3%. Недостатков много — низкая скорость регулирования из-за инерционности двигателя и повышенный уровень шума: шумит электродвигатель и редуктор, и практически постоянно, т.к. отслеживаются изменения с шагом 2-4 вольта. Плюс к этому, добавляется повышенный износ механический частей и недолгий общий ресурс работы устройства в целом, что подтверждается сроком гарантии всего в 1 год. Также при резком увеличении значений сети часто кратковременно отключается нагрузка, т.к. стабилизатор не успевает погасить этот скачок, и напряжение на ней превышает максимально допустимое значение.
Вследствие всего вышесказанного получили распространение как дешёвые стабилизаторы для питания недорогой домашней электротехники.
Электронные стабилизаторы напряжения. Наиболее широкий класс устройств ступенчатого регулирования, обеспечивающих исключительное постоянство электропитания нагрузки с заданной точностью в широких пределах изменения входной сети. Принцип работы основан на автоматическом переключении секций автотрансформатора с помощью силовых ключей (реле, тиристоры, симисторы).
Структурная схема электронного трансформаторного стабилизатора напряжения
К их достоинствам можно отнести: высокое быстродействие, очень широкий входной диапазон, отсутствие искажения формы напряжения, высокий КПД, низкий уровень шума (только от вентиляторов охлаждения). Точность стабилизации определяется количеством ступеней регулирования и, в зависимости от модели, может составлять от 5 до 0.5%, а некоторые модели даже имеют возможность коррекции в пределах 210-230 вольт для лучшей адаптации к импортному оборудованию. Необходимо особо отметить высокую надёжность 3-х фазных конфигураций, где каждую фазу в отдельности регулирует независимый однофазный блок.
Электронный трансформаторный стабилизатор напряжения
Несмотря на высокую стоимость, электронные стабилизаторы напряжения — это оптимальное соотношение цена/качество, и они заслуженно нашли наибольшее распространение на рынке высококачественных электроприборов.
Инверторные стабилизаторы напряжения. Самый молодой тип регуляторов, начал выпускаться во второй половине 10-х годов нашего столетия. Как и ИБП (источник бесперебойного питания), принцип работы основан на двойном преобразовании сетевого напряжения: сначала оно выпрямляется а затем заново преобразуется в переменное.
Структурная схема электронного инверторного стабилизатора напряжения
Их достоинства, в общем, такие же, как и у электронных стабилизаторов, но есть два существенных положительных отличия.
Во-первых, они не содержат трансформаторов и поэтому имеют небольшой вес и габариты, а во-вторых, они ещё имеют два встроенных электронных байпаса: автоматический и ручной.
К недостаткам можно отнести то, что в трёхфазных моделях при неполадках в любом контуре регулирования фазы два остальных тоже отключаются.
Электронные инверторные стабилизаторы напряжения
В общем, у инверторных стабилизаторов напряжения есть определённое будущее и существенный сектор применения
Основные характеристики
Мощность, отдаваемая в нагрузку, у качественных стабилизаторов эта характеристика постоянна и составляет 100% во всём рабочем диапазоне входного напряжения; в дешёвых моделях она будет падать пропорционально его снижению и может достигать 50-60% от номинала при значениях в сети 150-170 вольт. Запас по мощности должен составлять 25-30% от максимальной подключенной нагрузки.
- рабочий — когда отклонения питающей электросети находятся в допустимых пределах, при которых на выходе обеспечивается заявленная величина стабилизации, например 220±5%;
- предельный — когда стабилизатор переходит в режим компенсации сетевого напряжения, при котором его значения на выходе могут отличаться от номинала 220 В в большую или меньшую стороны до 15-18%. При превышении предельного диапазона, он обесточит нагрузку, сам при этом оставаясь подключенным к сети для её контроля, и при её возвращении обратно в рабочий, самостоятельно опять подаст напряжение в подключенные приборы.
Точность стабилизации выходного напряжения гарантируется только в рабочем входном диапазоне и может составлять 0,5-7% в зависимости от модели стабилизатора.
Перегрузочная способность — это устойчивость к кратковременным перегрузкам от электроприборов, имеющих высокие пусковые токи (например, электродвигатель погружного насоса, холодильника и т.п.).
Защита от перегрузки и короткого замыкания на выходе. В случае перегрузки стабилизатора напряжения, когда с него начинает сниматься мощность значительно превышающая номинальную в течение определённого периода времени (от 0,1 сек. до 1 мин. или немного более), срабатывает система защиты (время срабатывания зависит от величины перегрузки), которая отключит стабилизатор и тем самым предотвратит его поломку. Если в нём заложен функционал однократного повторного включения, то он снова включится в работу спустя некоторое время. Если при повторном включении перегрузка не устранилась, то он отключится окончательно, и уже потребуется вмешательство человека для выявления и устранения причин перегрузки или короткого замыкания.
Выходной контактор. В случае аварии стабилизатора или резкого импульсного скачка входного напряжения, он мгновенно отключит электроприборы и предотвратит их перегорание.
- возможно установить западный стандарт 230В для импортных электроприборов, без подобной функции возможны сбои в их работе;
- для ламп накаливания можно установить 210 вольт, что значительно увеличит срок их службы, световой же поток останется в пределах, заявленных производителем.
Автоматическое включение стабилизатора при возврате входного напряжения в рабочий диапазон. Т.к. стабилизатор отключает нагрузку в случае выхода параметров электросети за предельные значения, он должен также автоматически и подключать её, если входное напряжение вернулось в рабочие пределы, иначе придётся это делать вручную.
Наличие на входе и выходе стабилизатора напряжения фильтров подавления импульсных помех. Это полезная функция, которая защитит электроприборы от помех в радиочастотном диапазоне.
Климатическое исполнение. Большинства выпускаемых стабилизаторов напряжения имеют защиту IP20 и предназначены для установки в помещениях с температурой окружающей среды +5…+35°С, с относительной влажностью воздуха 35-90%, с атмосферой, не содержащей пыли, водяных брызг и т.д. Если температура будет опускаться ниже 0°С, потребуется установка в шкаф с подогревом. Начиная с 2012 года ведущие производители начали выпуск стабилизаторов со специальной климатической обработкой внутренних узлов, рассчитанных на температуру эксплуатации от -40 до +40°С.
Гарантийный и реальный срок службы. Ведущие производители дают 5-6 летнюю гарантию на свои стабилизаторы напряжения, а общий срок их службы с неизменностью рабочих характеристик составляет не менее 12-13 лет.
Стоимость. Косвенный показатель качества и надёжности.
Стабилизаторы напряжения: применение, типы и принцип работы
Востребованность электротехники и перепады в подаче электроэнергии сделали использование стабилизаторов напряжения актуальным для каждого человека. В нашем интернет-магазине представлены источники бесперебойного питания по доступным ценам.
Разновидности стабилизаторов напряжения
Такие изделия повсеместно применяются для нейтрализации колебаний напряжения в электросети. Отсутствие колебаний позволяет защитить электротехнику от преждевременного выхода из строя. Таким образом, стабилизаторы напряжения обеспечивают надёжную и длительную эксплуатацию приборов вне зависимости от места и сферы их применения. Принято различать однофазные и трёхфазные устройства. Первая разновидность стабилизаторов рассчитана на напряжение 220 В., вторая — на 380 В. Стоит учитывать, что подобные изделия различаются не только по мощности и техническим параметрам. Принцип их действия также играет большое значение. Среди стабилизаторов с разной топологией принято различать: феррорезонансные, релейные и инверторные.
Феррорезонансный стабилизатор вошел в обиход еще в середине прошлого века. Его принцип действия базируется на феррорезонансе. Корректировка напряжения производится благодаря паре дросселей. Один из них имеет входной сердечник, а другой — выходной. Такие устройства получили широкое распространение благодаря своей надежности. В них предусмотрена точная регулировка электрического напряжения. Феррорезонансные стабилизаторы не восприимчивы к негативным проявлениям окружающей среды. Однако стоит учитывать, что для этой разновидности стабилизаторов также характерны высокий уровень шума и тепловыделение. Также к числу особенностей подобных приборов можно отнести большие габариты и значительный вес. Феррорезонансные стабилизаторы напряжения не обладают способностью функционировать на холостом ходу при возникновении перегрузок. Их отличает от аналогов относительно высокая стоимость.
Эксплуатация релейных стабилизаторов основана на дискретном методе стабилизации. Коррекция напряжения производится в блоке управления. Как только показатель отходит от нормы, автоматически включается определенная ступень стабилизации. Главным достоинством подобных моделей является скорость включения. Обычно релейный стабилизатор срабатывает в течение 10 мс после скачка напряжения в сети. В отличие от других разновидностей стабилизаторов, релейные имеют довольно простую конструкцию. Это в значительной степени облегчает техническое обслуживание и ремонт. Немаловажным аспектом для многих пользователей является и сравнительно низкая стоимость релейных изделий. Они устойчивы к перегрузкам и рассчитаны на длительную эксплуатацию. К числу преимуществ этой разновидности устройств можно отнести легкость и компактность. Такие стабилизаторы не выделяют тепло. Поэтому покупать систему охлаждения для них не требуется. При покупке такого устройства стоит учитывать, что оно не рассчитано на бесшумную работу. Реле подвергается износу в процессе эксплуатации и может потребовать замены. По мере того, как реле будет изнашиваться, устройство может начать хуже функционировать.
Инверторные модели являются самой инновационной разновидностью стабилизаторов напряжения. Они функционируют за счет 2-ого преобразования электроэнергии. В конструкции таких изделий не предусмотрено никаких подвижных деталей. Инверторные стабилизаторы напряжения отличаются высокой точностью. Их быстродействие также заслуживает особого внимания — стабилизаторы срабатывают без малейшей задержки после скачка напряжения. Приборы работают в широком диапазоне напряжения (90-310В). Инверторные стабилизаторы отличаются сравнительно небольшим весом. Они устойчивы к возникновению внешних помех. Несмотря на высокую стоимость, подобные устройства становятся все более востребованными на рынке. В настоящее время инверторные стабилизаторы напряжения используются как в промышленности, так и в жилых домах.
В нашем интернет-магазине вы можете приобрести не только стабилизаторы, но и солнечные батареи.