Назначение стабилизатора: определение, как работает, зачем нужен, основные типы – Стабилизатор — Википедия

Какую функцию выполняет стабилизатор напряжения.

Зачем нужен стабилизатор напряжения и как его подобрать.

 

Рекламные проспекты вовсю «кричат» на улицах наших городов о необходимости покупки  телевизора,  бойлера или  шикарной посудомоечной машины…

» Купите мультиварку и забудьте о часах, проведенных на кухне!» или » Только сегодня при покупке холодильника — пылесос в подарок!» Ну как отказаться от таких предложений? Ведь действительно, бытовая техника очень облегчает наш труд, экономит время и сохраняет самое ценное — гармонию в семье. Но вся эта техника требует одного: БЕСПЕРЕБОЙНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТИ.

 

Какую функцию выполняет стабилизатор напряжения.

 

СТАБИЛИЗАТОР — это электромеханическое или электронное устройство, имеющее вход и выход по напряжению, предназначенное для поддержания выходного напряжения в узких пределах при существенном изменении входящего напряжения и выходного тока нагрузки. ( см.Википедия ).

Т.е. стабилизатор следит за отклонениями напряжения в сети и при необходимости либо его понижает, либо повышает. Идеальная работа всех приборов в квартире или доме возможна при напряжении в 220V ( а на деле скачет от 170V до 230V ). Сегодня сети очень перегружены, ведь прокладывались они еще в 70-е.

Итак, цель стабилизатора напряжения состоит в понижении или повышении напряжения в сети, что приводит к стабилизации работы всех электроприборов в помещении.

Релейный или сервоприводный?

Релейные стабилизаторы (со ступенчатой регулировкой напряжения).

У релейных стабилизаторов точность выходного напряжения напрямую зависит от колличества ступеней регулировки. Чем их больше, тем точнее напряжение на выходе. Такие стабилизаторы имеют высокую скорость реакции на изменение напряжения. Релейные стабилизаторы отлично себя показывают при установке в сетях с 

нечастыми и резкими скачками напряжения. Отлично себя зарекомендовали такие аппараты, как Ресанта

 

Сервоприводные стабилизаторы (с плавной регулировкой напряжения).

Эти стабилизаторы являются наиболее распространенными и популярными. Плавная регулировка напряжения возможна благодаря перемещению силовых ключей вдоль обмотки трансформатора с помощью электромотора. На выходе мы получаем высокую точность напряжения до 2% и хорошую устойчивость к коротким замыканиям и перегрузкам. Рекомендуется для сетей с частыми и нерезкими скачками напряжения. Отлично себя зарекомендовали такие аппараты, как Энергия

За что можно по достоинству оценить и сервоприводные, и релейные стабилизаторы, так это за долговечность и невысокую цену. Значительным же минусом будет «клацание» прибора. Этот минус совершенно незаметен в собственном доме, так как обычно располагают стабилизатор в бытовых помещениях. А вот квартира — помещение небольшое и звук может мешать.

Что нужно знать перед покупкой стабилизатора?

1. Необходимо измерить напряжение в вашей сети. Желательно измерять в разное время суток, чтобы определить рабочий диапазон входных напряжений (нижний и верхний пределы), а также скачки напряжения (их частоту).
2. Как будет использоваться стабилизатор: для питания всего дома или какого-то определенного прибора.
3. Напольный или настенный. Если у вас дом, то подойдет напольный (он дешевле). А настенный, в основном, берут в квартиры (экономия места).
4. Низкое напряжение губительно для мотора электротехники, а высокое — для электроники.
5. Правильно рассчитать мощность стабилизатора.

 

Как рассчитать мощность стабилизатора?

 

Релейные и сервоприводные стабилизаторы бывают таких мощностей: 500VA, 1000VA, 2000VA, 3000VA, 5000VA, 8000VA,10000VA. Как же рассчитать мощность стабилизатора, который подойдет именно вам? Для этого суммируйте мощность всех электроприборов, которые вы будете использовать одновременно и добавьте 20%, так как сам стабилизатор тоже потребляет энергию для выравнивания тока.

Например,                                                                                                                     

утюг                                1700 Вт                                                                                

стиральная машина         2500 Вт

телевизор                       300 Вт

холодильник                   600 Вт

компьютер                      500 Вт

кофеварка                      1000 Вт

дрель                              800 Вт

Общая мощность составляет 7400 Вт, значит, стабилизатор выбираем не менее 8000 VA или 8кВт.

Используйте электроприборы на полную катушку! А об их безопасности будет заботиться стабилизатор напряжения.
Подробнее: https://specinstrument.ua/ru/stati/zachem-nuzhen-stabilizator-napryazheniya-i-kak-ego-podobrat/

Стабилизаторы напряжения и тока: классификация и основные параметры

Зачастую сглаживающих фильтров недостаточно для надёжного энергоснабжения телекоммуникационных и мобильных систем. Чтобы минимизировать влияние отрицательных факторов таких как колебания напряжений или частоты сети, применяются устройства под названием стабилизатор.

Для начала рассмотрим что же такое стабилизатор – это прибор, который предназначен для автоматического поддержания напряжения или тока на нагрузке с определённой точностью и уменьшения влияния дестабилизирующих факторов.

Выделим следующие дестабилизирующие факторы, которые отрицательно влияют на изменение напряжения или тока на нагрузке:

1. колебания напряжения питания;
2. частота тока питающей сети;
3. температура окружающей среды;
4. изменение потребляемой мощности на нагрузке.

На рисунке 1 представлена структурная схема работы устройства. На вход поступает дестабилизированное напряжение, с выхода получаем стабилизированное.

Рисунок 1 — структурная схема работы стабилизатора

Главным предназначением стабилизатора является ослабление выше перечисленных факторов.

Классификация

Стабилизирующие устройства можно разделить в зависимости от вида напряжения или тока протекающего через него на стабилизаторы переменного и постоянного тока или напряжения. И также их можно подразделить по типу: параметрические и компенсационные.

Параметрические стабилизаторы строятся на основе таких нелинейных элементов, как транзисторы, стабилитроны и стабисторы и т. п. Это обусловлено тем, что благодаря их характеристикам (вольт-амперных, ампер-вольтовых, ом-градусных, вебер-амперных, вольт-секундных и др.) ток или напряжения могут быть стабилизированы на определённом уровне. Более подробно будут рассмотрены в следующих статьях.

Компенсационные стабилизаторы – это устройство, которое выполнено в виде системы автоматического регулирования, или другим словом содержит цепь отрицательной обратной связи. За счёт изменения параметров регулирующего элемента посредством воздействия на него сигнала обратной связи и происходит стабилизация напряжения. Схема и принцип действия более подробно будут рассмотрены в следующих статьях.

Стабилизация тока или напряжения происходит при помощи регулирующего элемента (РЭ), который, в свою очередь, может быть расположен относительно нагрузки последовательно или параллельно. Следовательно стабилизаторы можно подразделить на схемы с последовательным включением регулирующего элемента и на схемы с параллельным включением регулирующего элемента. Пример схем с вариантом включения РЭ представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 — Последовательное и параллельное включение регулирующего элемента

При последовательном соединении регулирующего элемента с нагрузкой, регулирование напряжения на выходе происходит за счёт изменения сопротивления в регулирующем элементе. Выходное напряжение при таком соединении будет равно U_вых=U_вх+ΔU_рэ.

При параллельном соединении регулирующего элемента с нагрузкой, регулировка напряжения на выходе достигается за счёт изменения тока, протекающего через регулирующий элемент. В свою очередь, стабилизация напряжения на выходе осуществляется за счёт изменения напряжения на балластном резисторе R_б. Ток на балластном резисторе можно найти исходя из первого закона Кирхгофа: сумма сходящихся токов в одном узле равна нулю. Следовательно ток на R_б  будет равен I_б=I_рэ+I_н. Главное преимущество параллельного соединения заключается в устойчивости к перегрузкам по току и выдерживание короткого замыкания в цепи нагрузки.

Для определения какой следует применить стабилизатор стоит исходить из требований, предъявляемых к качеству питающих напряжений.

Основные параметры

Основные параметры, по которым оцениваются рассматриваемые устройства следующие: качественные, массогабаритные и энергетические. По данным параметрам можно судить о массе и удельном объёме устройства.

Качественные параметры стабилизаторов постоянного напряжения:

Коэффициент стабилизации по входному напряжению – это отношение номинального и относительного изменения напряжения на входе и выходе устройства при неизменном токе нагрузки.

где U_вх, U_вых – номинальное значение напряжения на входе и на выходе;

ΔU_вх, ΔU_вых – относительно изменение напряжения на входе и на выходе.

Внутреннее сопротивление стабилизатора – это отношение изменения выходного напряжения к изменению тока нагрузки при неизменном входном напряжении.

Качество стабилизации – это отношение изменения напряжения на выходе к номинальному значению на выходе. Измеряется в процентах.

Коэффициент сглаживания пульсаций – это отношение амплитуд пульсаций и номинальных напряжения на входе и выходе устройства.

Температурный коэффициент – это отношения изменения напряжения на выходе устройства от изменения температуры окружающей среды при неизменном входном напряжении и тока нагрузки.

Качественные параметры стабилизаторов постоянного тока:

Коэффициент стабилизации тока по входному напряжению – это отношение номинальных и относительных изменений напряжения на входе и тока на выходе устройства при неизменном сопротивлении нагрузки.

Где U_вх, I_н – номинальное значение входного напряжения и тока нагрузки;

ΔU_вх, Δ I_н – относительно изменение входного напряжения и тока нагрузки.

Коэффициент стабилизации при изменении сопротивления нагрузки

– это отношение номинального значения сопротивления и тока нагрузки к их изменению, при постоянном входном напряжении.

Где R_н, ΔR_н – номинальное сопротивление нагрузки и его изменение;

r_i – внутреннее сопротивление

Коэффициент пульсаций по току – это отношение амплитуды пульсаций тока к номинальному значению тока на выходе устройства.

Где Iн~ — амплитуда пульсаций тока в нагрузке

Качество стабилизации – это отношение изменения тока на выходе к номинальному значению на выходе. Измеряется в процентах.

Температурный коэффициент – это отношения изменения тока на выходе устройства от изменения температуры окружающей среды.

Массогабаритные параметры характеризуются следующими параметрами: удельный объём P_вых/V_ст, Вт/дм3, и удельная массам устройства P_вых/G_ст, Вт/кг, где V_ст это объём, а G_ст это масса устройства.

К энергетическим параметрам можно отнести нижеперечисленное.

Коэффициент полезного действия – это отношение активной мощности, на выходе к потребляемой мощности от сети.

Не стоит забывать про мощность, которая рассеивается на регулирующем элементе, это тоже немаловажный параметр.

Резюмируя всё выше написанное, нами была рассмотрена основная информация о видах и характеристиках стабилизаторов. Для более глубокого изучения воспользуйтесь соответствующей литературой. Для более надёжного закрепления материала в будущем ниже будут размещены вопросы и задачи для самопроверки.

Стабилизатор поперечной устойчивости — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Задний стабилизатор на автомодели (похож на проволоку, идущую от левой подвески к правой) Стабилизатор (чёрного цвета) на автомобиле Porsche

Стабилизатор поперечной устойчивости — устройство в подвеске автомобиля, служащее для уменьшения боковых кренов в поворотах.

Работающий на кручение торсион, предназначенный для создания сопротивления крену автомобиля. Закрепляется в ступичном узле левого колеса, далее проходит в направлении движения до шарнирного узла крепления к кузову, далее в латеральном направлении к противоположному борту автомобиля, где крепится зеркально аналогично первому борту. Отрезки торсиона, проходящие в направлении движения, работают как рычаги при работе подвески в вертикальном направлении. При отсутствии крена оба отрезка поворачиваются на один и тот же угол, торсион не скручивается и проворачивается в узлах крепления к кузову как целое. При крене автомобиля левый и правый отрезки торсиона поворачиваются на различные углы, скручивая торсион и создавая упругий момент, сопротивляющийся крену. На зависимых задних подвесках часто отсутствует, вместо этого продольные рычаги прикрепляются к балке жестким соединением, способным передавать крутящий момент. Таким образом, вся балка в сборе с продольными рычагами выполняет роль торсиона. На передних подвесках Макферсона «рычажные» отрезки торсиона часто применяются как один из 2 нижних рычагов подвески, также передавая продольные (в направлении движения) силы от ступицы на кузов.

Стабилизаторы могут устанавливаться или на обе оси, или только на одну (обычно на переднюю).

Предназначение стабилизатора напряжения

Многие городские жители являются также собственниками загородных домой или дач. Достаточно часто они сталкиваются с перепадами напряжения. Для того, чтобы исправить эту далеко не самую приятную ситуацию, они вынуждены приобретать стабилизаторы. Соответствующие технические устройства представляют собой преобразователь электрической энергии. Благодаря его работе получается стабильное напряжение внутри помещения. Приобрести подобные приборы на сегодняшний день можно во многих магазинах. Хотя аналогичной цели можно без особых проблем достигнуть, не выходя при этом из собственного дома или квартиры. После того, как потенциальные покупатели узнали о том, зачем нужен стабилизатор напряжения, они могут перейти по ссылке http://elektpomir.ru/, которая приведет их на сайт известного интернет магазина «ЭлектроМир».

 

Функции стабилизаторов:

• точность стабилизации;
• диапазон входного напряжения;
• способность к перезагрузке;
• система контроля;
• регулирования входного и выходного напряжения и др.

Основные подробности задач

Одной из самых важных технических характеристик стабилизатора является диапазон входного напряжения. Следует понимать, что данный показатель состоит сразу из двух категорий. Рабочий диапазон предусматривает ситуацию, при которой входное напряжение в обязательном порядке находится в диапазоне, позволяющем на выходе выдавать требуемое количество электрической энергии. Существует еще и предельный диапазон. В данном случае стабилизатор напряжения способен сохранять собственную работоспособность, но в результате выходная энергия несколько отличается от заявленного показателя в меньшую или большую сторону. Зачатую этот показатель может варьироваться в пределах 15-18 процентов.

Довольно часто среднестатистические граждане задаются вопросом о том, зачем задержка в стабилизаторе напряжения, ведь подавляющее большинство производителей устанавливают такую функцию на свои устройства. На самом деле задержка выполняет очень важную роль. Это происходит в ситуациях, когда напряжение на определенный промежуток времени выйдет за рамки установленного рабочего диапазона, или вовсе пропадает в сеть. В подобных случаях стабилизатор до момента возвращения в работу зафиксируется в режиме покоя. Для удобства в использовании кнопка задержки на многих моделях работает сразу в нескольких диапазонах, что лишь добавляет ей функциональности.

Стабилизатор напряжения. Виды и работа. Применение и как выбрать

В жизни современного человека есть много электроприборов, которыми он постоянно пользуется как в быту, так и на работе. Есть такие потребители, которые требуют поддержания напряжения в строгих пределах и чтобы этого добиться, необходимо использовать стабилизатор напряжения.

Виды

В зависимости от технического решения, стабилизаторы могут быть нескольких видов:

• Релейные. Они обеспечивают ступенчатую регулировку и состоят из автотрансформатора и силового реле. Такие приборы не могут с высокой точностью регулировать выходное напряжение. Для улучшения качества стабилизации, усложняют конструкцию автотрансформатора, но это приводит к увеличению стоимости оборудования. Такие стабилизаторы используются с маломощными приборами.

• Симисторные. Это электронные приборы, которые работают по принципу релейных, но обмотки в них переключаются симисторами (электронные ключи). Так как нет механического реле, то скорость переключения увеличивается, они более надежные, тише работают, но также не могут обеспечить высокую точность выходного напряжения.

• Электромеханические или сервоприводные. Они работают по принципу реостата (электропривод передвигает контакты по обмотке автотрансформатора), поэтому могут плавно изменять выходное напряжение. Такое оборудование может использоваться в сетях, где нет резких скачков напряжения.

• Феррорезонансные. Данное оборудование непрерывно регулирует выходное напряжение в заданном диапазоне. Такой вариант имеет ряд нерешенных проблем, поэтому его применение ограничено.

• Инверторные. Это самые современные стабилизаторы, которые работают по принципу двойного преобразования напряжения: сначала оно преобразуется из переменного в постоянное, а потом снова из постоянного в переменное. В этом случае нет громоздкого трансформатора, поэтому такие приборы имеют небольшие размеры и вес. Данное оборудование имеет высокую точность, она в переделах 1%. Независимо от напряжения на входе, на выходе мы получаем практически идеальные 220 В.

Как устроен стабилизатор

Стабилизатор напряжения состоит из нескольких основных частей, которые есть в таком оборудовании, независимо от его вида:

• Автотрансформатор. Он может иметь алюминиевую обмотку, используется в дешевых моделях, и медную – применяется в качественных приборах.
• Электронная схема управления. У разных торговых марок она будет отличаться, поэтому стабилизатор напряжения одного вида, но разных изготовителей будет выполнять свои функции неодинаково. Отличие состоит в алгоритме замыкания ключей, поэтому идентичные по типу приборы имеют значительные отличия в работе.
• Замыкающие ключи. Эти элементы стабилизатора определяют тип его коммуникации: электронные или электромеханические. Более предпочтительные электронные стабилизаторы, так как у них скорость срабатывания в пределах 10-20 мс, а у электромеханических она будет 40-50 мс.
• Элементы защиты. К основным относится тепловой и магнитный расцепители, а к дополнительным — защита от молнии.
• Байпас – устройство, которое обеспечивает непрерывность питания, подключает напрямую к сети.

Принцип действия

Принцип работы оборудования основан на отслеживании входящего напряжения и корректировки его на выходе, в зависимости от происходящих изменений.

Когда на входе происходит изменение напряжения, стабилизатор тратит некоторое время на проведение замера. В электронных моделях на это требуется до 20 мс, а у электромеханических до 50 мс. На следующем этапе работы происходит соответствующая реакция на возникшую ситуацию. Все изменения напряжения выравниваются до 220 В.

Когда на входе показатели снижаются, стабилизатор напряжения поднимает его показатели на входе, насколько хватает возможностей автотрансформатора. Когда значения на входе превышают заданный диапазон, то прибор автоматически отключает подачу напряжения. Стабилизатор напряжения не пропускает на подключенное оборудование импульсные скачки.

Напряжение регулируется за счет подключения добавочных обмоток трансформатора при помощи ключей, которые могут быть электронными или релейными. Процесс коммутации контролируется процессором, который не позволяет одновременного включения более одного ключа.

Область применения

Стабилизаторы напряжения нашли широкое применение как в промышленности, так и в быту. Нестабильное напряжение в сети делает использование такого оборудования очень актуальным.

У каждого в доме есть такое дорогостоящее оборудование как компьютер, стиральная машина, холодильник и другая аппаратура, для которого очень важно качественное электропитание. Оптимальным и недорогим решением, позволяющим надежно защищать бытовые приборы и различное промышленное оборудование, является стабилизатор напряжения.

Привести к выходу из строя или к нестабильной работе различной бытовой техники может пониженное или повышенное напряжение, а также его пиковые скачки. Наличие стабилизатора позволяет выравнивать возникающие перепады напряжения, на выходе он выдает номинальное напряжение, которое необходимо для корректной работы подключенного электрооборудования.

Как выбрать стабилизатор напряжения

Для совершения правильного выбора, специалисты рекомендуют обращать внимание на такие особенности:

• Способ монтажа, стабилизатор может устанавливаться рядом с обслуживаемым устройством, стационарные устройства монтируются на стену в горизонтальном или вертикальном положении.
• Если используется прибор на 220 В, то точность его работы должна составлять 1-3%.
• Мощность, надо приобретать прибор, мощность которого будет на 30% больше мощности подключаемого оборудования.
• Могут быть одно и трехфазные стабилизаторы.
• Быстродействие прибора, измеряется этот показатель в миллисекундах.
• Наличие защиты, эта функция защитит прибор от короткого замыкания, резких скачков напряжения и других негативных моментов.
• Имеют значения и размеры оборудования, а также уровень шума, который он издает во время работы.
• Стоимость, качественный прибор не может стоить дешево, лучше приобрести более дорогое, но качественное оборудование.
• Гарантийный срок службы, у качественного стабилизатора он будет несколько лет, тогда как у дешевых моделей вообще может не быть никаких гарантий.

Если подключается оборудование с мощным электродвигателем, то надо учитывать реактивную составляющую мощности, так как при запуске мотора, ток сильно повышается и если такой параметр не учесть, то стабилизатор не справится с нагрузкой, возникающей при запуске электродвигателя.

Достоинства и недостатки

Преимущества и недостатки таких приборов будут зависеть от их вида:

• Релейные. Главное достоинство релейного стабилизатора – высокая скорость регулирования напряжения. Недостатки таких приборов в том, что изменение напряжения происходит ступенчато, точность стабилизации низкая и искажается синусоида.
• Симисторные. Достоинства в том, что во время работы они имеют низкий уровень шума, процесс коммутации быстрый, а изменение напряжения происходит плавно. Главный их недостаток в низкой точности регулирования напряжения.
• Сервоприводные. Такие стабилизаторы плавно регулируют выходные параметры, не искажают синусоиду и обеспечивают высокую точность регулирования. Недостатки такого оборудования в невысокой скорости реакции и низкой скорости регулирования, а наличие механически передвигаемых деталей, снижает надежность таких приборов.
• Феррорезонансные. Данное оборудование обеспечивает высокое быстродействие и точность стабилизации. Оно имеет большой срок службы и высокую надежность. Недостаток таких стабилизаторов в том, что происходит искажение синусоиды, они имеют небольшой диапазон регулировки, у них большой вес и КПД всего 70-80%. Кроме этого, не допускается работа такого оборудования при больших перегрузках и в режиме холостого хода.
• Инверторные. Они обеспечивают высокую точность и скорость регулировки, могут работать как с очень низким, так и с высоким входным напряжением. Такие приборы могут работать без нагрузки, подавляют импульсы и помехи, создают правильную синусоиду. Основные их недостатки и в низком КПД, сложности ремонта и высокой стоимости.

Срок службы электроприборов и качество их работы будут зависеть от параметров подаваемой электроэнергии. Чтобы защитить технику от изменения напряжения в сети и обеспечить ее надежную и долгую работу, достаточно установить современный стабилизатор напряжения.

Похожие темы:

Стабилизатор напряжения — это… Что такое Стабилизатор напряжения?

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило, тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.

Стабилизаторы постоянного тока

Микросхема линейного стабилизатора КР1170ЕН8

Линейный стабилизатор

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности P_расс = (U_in — U_out) * I_t рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, т. е. должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы делятся на два типа:

• Последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.
• Параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

В зависимости от способа стабилизации:

• Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.
• Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.

Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне

Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке R_L. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов. Для снижения нестабильности выходного напряжения, вызванной изменениями входного напряжения, вместо резистора R_V применяется источник тока. Однако эта мера не уменьшает нестабильность выходного напряжения, вызванную изменением сопротивления нагрузки.

Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе

U_out = U_z — U_be.

По сути, это рассмотренный выше параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключённый ко входу эмиттерного повторителя. В нём нет цепей обратной связи, обеспечивающих компенсацию изменений выходного напряжения.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона на величину U_be, которая практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход, и для приборов на основе кремния приблизительно составляет 0,6В. Зависимость U_be от величины тока и температуры ухудшает стабильность выходного напряжения, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне.

Эмиттерный повторитель (усилитель тока) позволяет увеличить максимальный выходной ток стабилизатора, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне, в β раз (где β — коэффициент усиления по току данного экземпляра транзистора). Если этого недостаточно, применяется составной транзистор.

При отсутствии сопротивления нагрузки (или при токах нагрузки микроамперного диапазона), выходное напряжение такого стабилизатора (напряжение холостого хода) возрастает на 0,6В за счёт того, что U_be в области микротоков становится близким к нулю. Для преодоления этой особенности, к выходу стабилизатора подключают балластный нагрузочный резистор, обеспечивающий ток нагрузки в несколько мА.

Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя

Часть выходного напряжения U_out, снимаемая с потенциометра R2, сравнивается с опорным напряжением U_z на стабилитроне D1. Разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя^[1]. Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°+n*360°. Так как часть выходного напряжения U_out подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается.

Опорное напряжение Uz практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон, и равно напряжению стабилизации стабилитрона. Для повышения его стабильности при изменениях Uin, вместо резистора R_V применяется источник тока.

В данном стабилизаторе, операционный усилитель фактически включён по схеме неинвертирующего усилителя (с эмиттерным повторителем, для увеличения выходного тока). Соотношение резисторов в цепи обратной связи задают его коэффициент усиления, который определяет, во сколько раз выходное напряжение будет выше входного (т.е. опорного, поданного на неинвертирующий вход ОУ). Поскольку коэффициент усиления неинвертирующего усилителя всегда больше единицы, величина опорного напряжения (напряжение стабилизации стабилитрона) должна быть выбрана меньше требуемого минимального выходного напряжения.

Нестабильность выходного напряжения такого стабилизатора практически полностью определяется нестабильностью опорного напряжения, за счёт большого коэффициента петлевого усиления современных ОУ (G_openloop = 10⁵ ÷ 10⁶).

Для исключения влияния нестабильности входного напряжения на режим работы самого ОУ, он может запитываться стабилизированным напряжением (от дополнительных параметрических стабилизаторов на стабилитроне).

Импульсный стабилизатор

В импульсном стабилизаторе ток от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель (обычно конденсатор или дроссель) короткими импульсами; при этом запасается энергия, которая затем высвобождается в нагрузку в виде электрической энергии, но, в случае дросселя, уже с другим напряжением. Стабилизация осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними — широтно-импульсной модуляции. Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает значительно более высоким КПД. Недостатком импульсного стабилизатора является наличие импульсных помех в выходном напряжении.

В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом (зависит от схемы стабилизатора):

• Понижающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного и имеет ту же полярность.
• Повышающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда выше входного и имеет ту же полярность.
• Повышающе-понижающий стабилизатор: выходное напряжение стабилизировано, может быть как выше, так и ниже входного и имеет ту же полярность. Такой стабилизатор применяется в случаях, когда входное напряжение незначительно отличается от требуемого и может изменяться, принимая значение как выше, так и ниже необходимого.
• Инвертирующий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение имеет обратную полярность относительно входного, абсолютное значение выходного напряжения может быть любым.

Стабилизаторы переменного напряжения

Феррорезонансные стабилизаторы

Во времена СССР получили широкое распространение бытовые феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Обычно через них подключали телевизоры. В телевизорах первых поколений применялись сетевые блоки питания с линейными стабилизаторами напряжения (а в некоторые цепи и вовсе питались нестабилизированным напряжением), которые не всегда справлялись с колебаниями напряжения сети, особенно в сельской местности, что требовало предварительной стабилизации напряжения. С появлением телевизоров 4УПИЦТ и УСЦТ, имевших импульсные блоки питания, необходимость в дополнительной стабилизации напряжения сети отпала.

Феррорезонансный стабилизатор состоит из двух дросселей: с ненасыщаемым сердечником (имеющим магнитный зазор) и насыщенным, а также конденсатора. Особенность ВАХ насыщенного дросселя в том, что напряжение на нём мало изменяется при изменении тока через него. Подбором параметров дросселей и конденсаторов можно обеспечить стабилизацию напряжения при изменении входного напряжения в достаточно широких пределах, но незначительное отклонение частоты питающей сети очень сильно влияло на характеристики стабилизатора.

Современные стабилизаторы

В настоящее время основными типами стабилизаторов являются:

• электродинамические сервоприводные (механические)
• статические (электронные переключаемые)
• релейные
• компенсационные (электронные плавные)

Модели производятся как в однофазном (220/230 В), так и трёхфазном (380/400 В) исполнении, мощность их от нескольких сотен ватт до нескольких мегаватт. Трёхфазные модели выпускаются двух модификаций: с независимой регулировкой по каждой фазе или с регулировкой по среднефазному напряжению на входе стабилизатора.

Выпускаемые модели также различаются по допустимому диапазону изменения входного напряжения, который может быть, например, таким: ±15%, ±20%, ±25%, ±30%, -25%/+15%, -35%/+15% или -45%/+15%. Чем шире диапазон (особенно в отрицательную сторону), тем больше габариты стабилизатора и выше его стоимость при той же выходной мощности.

Важной характеристикой стабилизатора напряжения является его быстродействие, то есть чем выше быстродействие, тем быстрее стабилизатор отреагирует на изменения входного напряжения. Быстродействие это промежуток времени (миллисекунды) за которое стабилизатор способен изменить напряжение на один вольт. У разного типа стабилизаторов разная скорость быстродействия, например у электродинамических быстродействие 12…18 мс/В, статические стабилизаторы обеспечат 2 мс/В, а вот у электронных, компенсационного типа этот параметр 0,75 мс/В.^{[источник не указан 943 дня]}

Ещё одним важным параметром является точность стабилизации выходного напряжения. Согласно ГОСТ 13109-97 предельно допустимое отклонение напряжения питания ±10% от номинального. Точность современных стабилизаторов напряжения колеблется в диапазоне от 1% до 8%. Точности в 8% вполне хватает для обеспечения исправной работы абсолютного большинства бытовой и промышленной электротехники. Более жесткие требования (1%) обычно предъявляются для питания сложного оборудования (медицинское, высокотехнологичное и подобное). Важным потребительским параметром является способность стабилизатора работать на заявленной мощности во всем диапазоне входного напряжения, но далеко не все стабилизаторы соответствуют этому параметру. Некоторые стабилизаторы выдерживают десятикратные перегрузки, при покупке такого стабилизатора запас по мощности не требуется.

См. также

Литература

• Вересов Г.П. Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Радио и связь, 1983. — 128 с.
• В.В. Китаев и др Электропитание устройств связи. — М.: Связь, 1975. — 328 с. — 24 000 экз.
• Костиков В.Г. Парфенов Е.М. Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для ВУЗов. — 2. — М.: Горячая линия — Телеком, 2001. — 344 с. — 3000 экз. — ISBN 5-93517-052-3
• Штильман В. И. Микроэлектронные стабилизаторы напряжения. — Киев: Технiка, 1976.

Ссылки

Примечания

схема, устройство и принцип действия

В любой сети напряжение не является стабильным и постоянно меняется. Зависит это в первую очередь от потребления электроэнергии. Таким образом, подключая приборы в розетку, можно значительно уменьшить напряжение в сети. В среднем отклонение составляет 10 %. Многие устройства, которые работают от электричества, рассчитаны на незначительные изменения. Однако большие колебания приводят к перегрузкам трансформаторов.

Как устроен стабилизатор?

Основным элементом стабилизатора принято считать трансформатор. Через переменную цепь он соединяется с диодами. В некоторых системах их имеется более пяти единиц. В результате они образуют мост в стабилизаторе. За диодами располагается транзистор, за которым устанавливается регулятор. Дополнительно в стабилизаторах имеются конденсаторы. Выключение автоматики осуществляется при помощи механизма замыкания.

Устранение помех

Принцип работы стабилизаторов построен на методе обратной связи. На первом этапе напряжение подается на трансформатор. Если его предельное значение превышает норму, то в работу вступает диод. Соединен он напрямую с транзистором по цепи. Если рассматривать систему переменного тока, то напряжение дополнительно фильтруется. В данном случае конденсатор исполняет роль преобразователя.

После того как ток пройдет резистор, он вновь возвращается на трансформатор. В результате номинальная величина нагрузки изменяется. Для устойчивости процесса в сети имеется автоматика. Благодаря ей конденсаторы не перегреваются в коллекторной цепи. На выходе сетевой ток проходит по обмотке через другой фильтр. В конечном счете напряжение становится выпрямленным.

Особенности сетевых стабилизаторов

Принципиальная схема стабилизатора напряжения данного типа представляет собой набор транзисторов, а также диодов. В свою очередь механизм замыкания в ней отсутствует. Регуляторы при этом имеются обычного типа. В некоторых моделях дополнительно устанавливается система индикации.

Она способна показать мощность скачков в сети. По чувствительности модели довольно сильно отличаются. Конденсаторы, как правило, в цепи имеются компенсационного типа. Система защиты у них отсутствует.

Устройства моделей с регулятором

Для холодильного оборудования востребованным является регулируемый стабилизатор напряжения. Схема его подразумевает возможность настройки прибора перед началом использования. В данном случае это помогает в устранении высокочастотных помех. В свою очередь электромагнитное поле проблем для резисторов не представляет.

Конденсаторы также включаются в регулируемый стабилизатор напряжения. Схема его не обходится без транзисторных мостов, которые соединяются между собой по коллекторной цепочке. Непосредственно регуляторы могут устанавливаться различных модификаций. Многое в данном случае зависит от предельного напряжения. Дополнительно учитывается тип трансформатора, который имеется в стабилизаторе.

Стабилизаторы «Ресанта»

Схема стабилизатора напряжения «Ресанта» представляет собой набор транзисторов, которые взаимодействуют между собой по коллектору. Для охлаждения системы имеется вентилятор. С высокочастотными перегрузками в системе справляется конденсатор компенсационного типа.

Также схема стабилизатора напряжения «Ресанта» включает в себя диодные мосты. Регуляторы во многих моделях устанавливаются обычные. Ограничения по нагрузке у стабилизаторов «Ресанта» есть. В целом помехи ими воспринимаются все. К недостаткам следует отнести высокую шумность трансформаторов.

Схема моделей с напряжением 220 В

Схема стабилизатора напряжения 220 В отличается от прочих устройств тем, что в ней имеется блок управления. Данный элемент соединяется напрямую с регулятором. Сразу за системой фильтрации имеется диодный мост. Для стабилизации колебаний дополнительно предусмотрена цепь из транзисторов. На выходе после обмотки располагается конденсатор.

С перегрузками в системе справляется трансформатор. Преобразование тока осуществляется им же. В целом диапазон мощности у данных устройств довольно высокий. Работать эти стабилизаторы способны и при минусовой температуре. По шумности они не отличаются от моделей других типов. Параметр чувствительности сильно зависит от производителя. Также на нее влияет тип установленного регулятора.

Принцип работы импульсных стабилизаторов

Схема электрическая стабилизатора напряжения данного типа схожа с моделью релейного аналога. Однако отличия в системе все же есть. Главным элементом в цепи принято считать модулятор. Занимается данное устройство тем, что считывает показатели напряжения. Далее сигнал переносится на один из трансформаторов. Там проходит полная обработка информации.

Для изменения силы тока имеется два преобразователя. Однако в некоторых моделях он установлен один. Чтобы справиться с электромагнитным полем, задействуется выпрямительный делитель. При повышении напряжения он снижает предельную частоту. Чтобы ток поступил на обмотку, диоды передают сигнал на транзисторы. На выходе стабилизированное напряжение проходит по вторичной обмотке.

Высокочастотные модели стабилизаторов

По сравнению с релейными моделями, высокочастотный стабилизатор напряжения (схема показана ниже) является более сложным, и диодов в нем задействуется больше двух. Отличительной особенность приборов данного типа принято считать высокую мощность.

Трансформаторы в цепи рассчитаны на большие помехи. В результате данные приборы способны защитить любую бытовую технику в доме. Система фильтрации в них настроена на различные скачки. За счет контроля напряжения величина тока может изменяться. Показатель предельной частоты при этом будет увеличиваться на входе, и уменьшаться на выходе. Преобразование тока в этой цепи осуществляется в два этапа.

Первоначально задействуется транзистор с фильтром на входе. На втором этапе включается диодный мост. Для того чтобы процесс преобразования тока завершился, системе требуется усилитель. Устанавливается он, как правило, между резисторами. Таким образом, температура в устройстве поддерживается на должном уровне. Дополнительно в системе учитывается источник питания. Использование блока защиты зависит от его работы.

Стабилизаторы на 15 В

Для устройств с напряжением 15 В используется сетевой стабилизатор напряжения, схема которого по своей структуре является довольно простой. Порог чувствительности у приборов находится на малом уровне. Модели с системой индикации встретить очень сложно. В фильтрах они не нуждаются, поскольку колебания в цепи незначительные.

Резисторы во многих моделях есть только на выходе. За счет этого процесс преобразования происходит довольно быстро. Входные усилители устанавливаются самые простые. Многое в данном случае зависит от производителя. Используются стабилизатор напряжения (схема показана ниже) этого типа чаще всего в лабораторных исследованиях.

Особенности моделей на 5 В

Для устройств с напряжением 5 В используют специальный сетевой стабилизатор напряжения. Схема их состоит из резисторов, как правило, не более двух. Применяют такие стабилизаторы исключительно для нормального функционирования измерительных приборов. В целом они являются довольно компактными, а работают тихо.

Модели серии SVK

Модели данной серии относятся к стабилизаторам латерного типа. Чаще всего их используют на производстве для уменьшения скачков от сети. Схема подключения стабилизатора напряжения этой модели предусматривает наличие четырех транзисторов, которые расположены попарно. За счет этого ток преодолевает меньшее сопротивление в цепи. На выходе у системы имеется обмотка для обратного эффекта. Фильтров в схеме предусмотрено два.

За счет отсутствия конденсатора процесс преобразования также происходит быстрее. К недостаткам следует отнести большую чувствительность. На электромагнитное поле прибор реагирует очень остро. Схема подключения стабилизатора напряжения серии SVK регулятор предусматривает, как и систему индикации. Напряжение максимум устройством воспринимается до 240 В, а отклонение при этом не может превышать 10 %.

Автоматические стабилизаторы «Лигао 220 В»

Для систем сигнализации является востребованным от компании «Лигао» стабилизатор напряжения 220В. Схема его построена на работе тиристоров. Использоваться данные элементы способны исключительно в полупроводниковых цепях. На сегодняшний день типов тиристоров существует довольно много. По степени защищенности они делятся на статические, а также динамические. Первый вид используется с источниками электричества различной мощности. В свою очередь динамические тиристоры имеют свой предел.

Если говорить про компании «Лигао» стабилизатор напряжения (схема показана ниже), то в нем имеется активный элемент. В большей степени он предназначен для нормального функционирования регулятора. Представляет он собой набор контактов, которые способны соединяться. Необходимо это для того чтобы увеличивать или уменьшать предельную частоту в системе. В других моделях тиристоров может иметься несколько. Устанавливаются они между собой при помощи катодов. В результате коэффициент полезного действия устройства можно значительно повысить.

Низкочастотные устройства

Для обслуживания устройств с частотой менее 30 Гц существует такой стабилизатор напряжения 220В. Схема его схожа со схемами релейных моделей за исключением транзисторов. В данном случае они имеются с эмиттером. Иногда дополнительно устанавливается специальный контроллер. Многое зависит от производителя, а также модели. Контроллер в стабилизаторе необходим для передачи сигнала на блок управления.

Для того чтобы связь была качественной, производители используют усилитель. Устанавливается он, как правило, на входе. На выходе в системе имеется обычно обмотка. Если говорить про предел напряжения в 220 В, конденсаторов можно найти два. Коэффициент передачи тока у таких устройств довольно низкий. Причиною этого принято считать малую предельную частоту, которая является следствием работы контроллера. Однако коэффициент насыщения находится на высокой отметке. Во многом это связано именно с транзисторами, которые устанавливаются с эмиттерами.

Зачем нужны феррорезонансные модели?

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения (схема показана ниже) используются на различных промышленных объектах. Порог чувствительности у них довольно высокий за счет мощных блоков питания. Транзисторы в основном устанавливаются попарно. Количество конденсаторов зависит от производителя. В данном случае это будет влиять на конечный порог чувствительности. Для стабилизации напряжения тиристоры не используются.

В данной ситуации с этой задачей способен справиться коллектор. Коэффициент усиления у них очень высокий благодаря прямой передаче сигнала. Если говорить про вольтамперные характеристики, то сопротивление в цепи поддерживается на уровне 5 МПа. В данном случае это оказывает положительное действие на предельную частоту стабилизатора. На выходе дифференциальное сопротивление не превышает 3 МПа. От повышенного напряжения в системе спасают транзисторы. Таким образом, перегрузок по току удается избежать в большинстве случаев.

Стабилизаторы латерного типа

Схема у стабилизаторов латерного типа отличается повышенным коэффициентом полезного действия. Входное напряжение при этом составляет в среднем 4 МПа. В данном случае пульсация выдерживается большой амплитуды. В свою очередь, выходное напряжение стабилизатора равняется 4 МПа. Резисторы во многих моделях устанавливаются серии «МР».

Регулирование тока в цепи происходит постоянно и за счет этого предельную частоту удается понизить до отметки 40 Гц. Делители в усилителях данного типа работают сообща с резисторами. В итоге все функциональные узлы связаны между собой. Усилитель постоянного тока обычно устанавливается после конденсатора перед обмоткой.