Виды стабилизаторов напряжения
Стабилизатор напряжения – это катушка с двумя мотками проволоки. Катушка является автотрансформатором, а мотки – первичной (напряжение на входе) и вторичной (напряжение на выходе) обмоткой.
При одинаковом количестве мотков напряжение на входе и выходе оказывается равным. Для смены напряжения на выходе потребуется уменьшить или увеличить число витков на вторичной обмотке.
С этой целью один из контактов в трансформаторе делают подвижным. В зависимости от направления движения контакта можно повысить или снизить напряжение. Решение относительно выбора, в какую сторону необходимо двигать контакт, принимается автоматически электронным блоком управления, снимающим показания с вольтметра.
В современных моделях данная функция осуществляется микропроцессором.
Поскольку изменение количества витков вторичной обмотки может изменяться различными способами, стабилизаторы напряжения подразделяются на несколько типов:
- электромеханические
- релейные
- гибридные
- тиристорные
Рассмотрим каждый из них несколько подробнее.
Электромеханические
Нередко из называют также сервоприводными. Стабилизация напряжения происходит при помощи контакта-щетки, передвигающегося за сет сервопривода (электрического двигателя). Блок управления производит анализ показаний вольтметра. При выявлении напряжения, отклонившегося от нормы, сервопривод получает соответствующий сигнал, после чего начинается вращение в нужном направлении. Щетка будет продолжать движение по виткам до полной нормализации напряжения.
Отличительной особенностью стоит выделить высочайшую точность стабилизации, что позволяет использовать даже для чувствительной аппаратуры. Напряжение регулируется плавно.
Что касается недостатков, то здесь стоит отметить:
- более низкую скорость регулировки, по сравнению с релейными стабилизаторами
- возможность работы лишь при положительных температурах
- движущиеся щетки со временем подвергаются физическому износу
Таким образом, электромеханические стабилизаторы напряжения могут использоваться:
- в отапливаемых зданиях
- в регионах, где часто бывают проблемы с напряжением
- при подключении осветительных оборудований, высокочувствительных и дорогостоящих бытовых приборов, для которых важна плавная регулировка напряжения
Релейные
Стабилизация напряжения происходит с помощью реле ступенчато.
Как правило, бывает 4-9 ступеней. И чем их больше, тем плавне осуществляется процесс. Устройство релейного стабилизатора имеет само реле, плату и вольтодобавляющий трансформатор, отвечающий за добавление или отключение обмоток катушки.
Процесс нормализации происходит следующим образом. После получения данных плата посылает сигнал на трансформатор, который приводит в действие реле, подключающее/отключающее нужное число обмоток.
Каждая последующая обмотка прибавляется последовательно до того момента, пока не будет восстановлено нормальное напряжение.
Преимуществами релейного устройства можно отметить:
- высокую скорость реагирования
- обширный диапазон входного напряжения
- возможность работы при температуре -30˚C
- оптимальную цену, по сравнению с иными типами стабилизаторов
Среди недостатков выступает:
- более низкая точность стабилизации – погрешность варьируется в пределах 5-10%
- при переключении реле (добавлении дополнительной обмотки) могут немного приглушаться или помаргивать лампы, слышаться характерные щелчки.
Стабилизаторы напряжения для дома могут использоваться:
- для обеспечения надежной защиты газового оборудования и бытовой техники, требующей максимально высокой точности выходных показателей сети
- в неотапливаемых зданиях
- в регионах, где наблюдаются частые скачки напряжения, которые могут достигать экстремальных показателей
Гибридные
Достаточно новый вид стабилизаторов, который объединил в себе принципы работы предыдущих двух типов – релейного и электромеханического. Такой подход позволяет существенно расширить диапазон входного напряжения. При напряжении в 140-260 В стабилизатор работает, как электромеханический. При выходе за рамки основных показателей подключается система реле, которая нормализует экстремальные скачки.
Таким образом, гибридный стабилизатор отличается мгновенной реакцией на существенные перепады напряжения и стабильной работой в основном диапазоне. В числе недостатков остается возможность эксплуатации при положительных температурах.
Сфера применения схожа с электромеханическими видами.
Тиристорные
Функционируют по аналогии с релейными. Основное отличие заключается в переключении, которое осуществляется тиристорами (симисторами). Вся работа по управлению и регулированию напряжения выполняется электронно. За счет этого обеспечивается точность и высокая скорость реагирования, что позволяет использовать их даже с особо чувствительным оборудованием.
Тиристорные стабилизаторы напряжения для дачи морозостойки и работают практически бесшумно. Поскольку в них отсутствуют движущиеся элементы, износа никакого не происходит, а соответственно, и срок эксплуатации повышается в разы.
Единственным недостатком можно отметить более высокую стоимость. Это связано с тем, что для их изготовления требуются дорогостоящие элементы.
Ознакомиться с ассортиментом стабилизаторов напряжения можно по ссылке
Стабилизатор напряжения — что это, какие бывают и в чем их отличия?
Сейчас в магазинах можно увидеть множество стабилизаторов разных типов.
Каждый тип стабилизатора имеет свой способ стабилизации напряжения. Каждый из способов стабилизации напряжения имеет свои достоинства и свои недостатки. Если классифицировать стабилизаторы напряжения по способу стабилизации, получиться следующая таблица:Стабилизаторы напряжения бывают
| Ступенчатые корректоры напряжения | Электромеханические стабилизаторы | Редкие или устаревшие типы стабилизаторов |
| 1. Стабилизаторы напряжения на механических реле 2. Стабилизаторы напряжения на твердотопливных реле (тиристорах) | 3. Электромеханические стабилизаторы с электроприводом | 4. Феррорезонансные стабилизаторы 5. Стабилизаторы с двойным преобразованием 6. Компенсационные стабилизаторы напряжения |
Ступенчатые корректоры напряжения» являются на сегодняшний день самым распространенным типом стабилизаторов.
Поэтому мы достаточно подробно опишем их принцип работы.Внутри стабилизатора находиться трансформатор. Для простоты понимания трансформатор можно представить в виде стопки железных пластинок, вокруг которых намотаны несколько мотков проволоки.
Принцип стабилизации напряжения очень прост. Он основан на эффекте «электромагнитной индукции». Для нас важно понять, что одним из проявлений этого эффекта будет следующая ситуация:
- Например, на первичной обмотке трансформатора 10 витков проволоки, к этим виткам подключено напряжение из городской сети в 220 вольт.
- Если на вторичной обмотке в это время будет тоже 10 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, будет тоже 220 вольт.
- Если на вторичной обмотке в это время будет только 5 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, будет уже 110 вольт.
Зависимость изменений напряжения от изменения количества витков можно представить следующим образом:
| Напряжение в городской сети, которое входит трансформатор | Действие (подключаем или отключаем обмотки) | Количество витков на вторичной обмотке | Напряжение, которое выходит из трансформатора | |
| 220 вольт | 10 | Ничего не меняем | 10 | 220 вольт |
| 220 вольт | 10 | Отключаем 2 обмотки | 8 | 176 вольт |
| 220 вольт | 10 | Подключаем 2 обмотки | 12 | 264 вольта |
На самом деле, и первичная и вторичная обмотка трансформатора состоят из сотен витков. Стабилизатор, подключая и отключая обмотки, может легко стабилизировать напряжение до нормы.
Упрощая, можно сказать, что если к вторичной обмотке добавить 3 витка, это увеличит напряжение на 1 вольт, если убрать 3 витка — уменьшит напряжение на 1 вольт .Пример:
Теперь стало понятно, как трансформатор стабилизирует напряжение, он просто подключает и отключает обмотки на трансформаторе.Допустим, напряжение в сети упало до 200 вольт, чтобы оно стало нормальным (220 вольт), стабилизатору надо добавить еще 20 вольт, что означает, что нужно к вторичной обмотке добавить ещё (3 х 20) = 60 витков.
Допустим, напряжение в сети повысилось до 250 вольт, чтобы оно стало нормальным (220 вольт), стабилизатору надо убавить его на 30 вольт, что означает, что от вторичной обмотки нужно убрать ещё (30 х 3) = 90 витков.
Но как происходит это подключение и отключение?
Это происходит благодаря специальному устройству, которое называется «реле». Это простое устройство выполняет только одну функцию: оно как «выключатель» замыкает, или размыкает электрическую цепь.
В упрощенном виде процесс управления можно представить так:
Послала плата управления стабилизатора «сигнал» реле, реле включилось, и замкнуло обмотку. Послала плата управления ещё один «сигнал» реле, реле выключилось и разомкнуло обмотку.
Теперь мы вплотную подошли, к ответу на вопрос, почему же этот тип стабилизаторов называется «ступенчатым корректором». Для начала вспомним, что допустимым напряжением по Российским и Международным стандартам является напряжение в интервале от 200 до 240 вольт. То есть, для нормальной и безопасной работы бытовых приборов напряжение ровно в 220 вольт не требуется. Исходя из этого норматива, был спроектирован такой вид стабилизаторов как «ступенчатые корректоры напряжения».
Большинство стабилизаторов данного типа имеют «шаг» в 15 вольт. Это означает, что если напряжение понизиться, например, более чем на 15 вольт, то есть, в сети было напряжение 220 вольт и вдруг упало до 205.
Многие стабилизаторы имеют интервал входящих напряжений от 160 до 260 вольт. Это означает, если в вашей городской сети в вашей розетке будет напряжение от 160 до 260 вольт, тогда стабилизатор, пропуская напряжение через себя (через трансформатор), обязан скорректировать его до нормы, при этом нормой будет считаться напряжение от 200 до 240 вольт.
Стабилизатор «выравнивает» напряжение только после того как оно опуститься ниже определенного значения. В данном случае этим значением является 208 вольт. Как только напряжение опускается ниже нормы, стабилизатор подключает обмотку и выравнивает напряжение. Поэтому этот тип стабилизаторов получил название ступенчатый корректор.
Сразу возникает вопрос, а почему нельзя сделать много отдельных обмоток, и много реле, чтобы напряжение, которое выходит из стабилизатора, было всегда около 220 вольт, и не опускалось до 208? Сделать можно, но возникают следующие трудности:
1) Если сделать больше 5 отдельных обмоток, тогда при включении стабилизатора будет раздаваться очень сильный дребезжащий звук, который будет очень сильно нервировать. Причина этого явления в том, что многие обмотки, как правило, при включении не задействованы, они вносят дисбаланс в магнитное поле трансформатора.
2) Если сделать много реле, потребуется гораздо более сложная плата управления и много дополнительных реле, которые удорожат стабилизатор на столько, что цена для стабилизатора такой же мощности вырастет в 1.
5 -2 раза, а какой смысл удорожать, если напряжение и так находиться в пределах нормы.
3) Существует зависимость, что чем ниже входящее напряжение, тем больше увеличивается ток. Об этом будет подробнее рассказано дальше, в данном случае это означает, что при пониженных напряжениях в сети (ниже 180 вольт), чем ближе выходящее напряжение из стабилизатора будет к значению 220 вольт, тем больше будет ток. Чем больше ток, тем мощнее требуется трансформатор.
При прочих равных условиях, потребуется на 25 % более мощный трансформатор, а это в свою очередь ещё больше удорожит стабилизатор.
Все типы стабилизаторов, относящиеся к ступенчатым корректорам, работают по этому принципу. В свою очередь, этот тип стабилизаторов подразделяется на два больших подвида, а именно.
Стабилизаторы на механических реле, и на твердотельных реле (тиристорах). Хотя обычные механические реле и тиристоры совершенно разные устройства, функция, выполняемая ими в стабилизаторах, у них абсолютно одинакова.
Эта функция, как вы уже знаете, подключать и отключать обмотки
| Механическое реле (электромагнитное) | |
+ |
|
— |
|
| Твердотопливное реле (тиристор) | |
+ |
|
— |
 |
Поэтому фактическая скорость срабатывания в стабилизаторах тиристоров обычно сопоставима или ниже чем скорость срабатывания механических реле.Микроконтроллерное управление, в случае использования тиристоров является необходимостью и слабым местом стабилизатора, так как оно, к сожалению, несет с собой сопутствующие проблемы. Так происходит, потому что никакой другой прибор, кроме стабилизаторов напряжения не предназначен для постоянной работы в сети с постоянными колебаниями (не постоянном напряжении, а именно, колебаниями) напряжения от 120 до 280 вольт.
Сильное удорожание тиристорных стабилизаторов возникает не из-за того что напряжение становиться «качественнее», оно такое же как и у всех ступенчатых корректоров плавает в определенном диапазоне, а из-за того, что тиристоры сами по себе очень дороги, и ещё требуют дорогую и сложную плату управления с использованием очень качественных комплектующих. Из этого вывод, что использование тиристорных стабилизаторов, имеет смысл в трех случаях:
1) Требуемая мощность более 10 киловатт
2) Необходимо использовать стабилизатор во взрывоопасной среде
3) Требуется абсолютная тишина.
Поскольку, первый и второй пункт как правило в быту (дома) не требуется, то как мы уже и говорили, остается только плюс «тишины». Плюс, за который придется заплатить в 2.5 — 3 раза больше, по сравнения со стоимостью аналогичного по мощности стабилизатора на обычных электромагнитных реле.
Как отмечалось, срок службы тиристоров в сотни раз превосходит срок службы реле, но, к сожалению, у других элементов платы управления стабилизатором, как и у трансформатора, срок службы намного скромнее.
Тиристорные стабилизаторы твердо занимают рыночную нишу, в стабилизаторах мощностью от 10 до 100 киловатт, так как не имеют в этом диапазоне прямых аналогов. Для такой мощности тиристорный стабилизатор будет лучшим по соотношению цена – качество.
Стоит отметить, что общим «минусом» всех ступенчатых корректоров, является то, что в момент переключения реле (или тиристоров) происходит небольшой перепад напряжения в 10 — 15 вольт, при этом ваши лампочки накаливания будут слегка менять интенсивность свечения.
Обычно это не заметно, но если такое обнаружиться, это является особенностью конструкции (ступенчатой коррекции), а не браком.
«Электромеханические стабилизаторы» — большой класс стабилизаторов, в свое время очень широко распространенных на рынке, но в последние годы очень сильно потесненные «ступенчатыми корректорами», которые в обиходе и для удобства обычно называют «релейными».
Принцип их работы такой же, как и у «релейных», то есть стабилизатор, чтобы скорректировать напряжение меняет количество обмоток, но делает он это весьма специфическим образом:
Принцип работы очень прост, плата управления (аналоговая) проверяет какое в данный момент напряжение попадает в стабилизатор. Затем, если оно выходит за пределы допустимого, дает команду электродвигателю, электродвигатель в свою очередь в зависимости от команды двигает угольный контакт (щетку) в нужную сторону.
Если нужно понизить напряжение (допустим, оно у вас в сети 240 вольт) – контакт перемещается влево, уменьшая количество обмоток, тем самым снижая напряжение. Если нужно повысить напряжение (допустим, оно у вас в сети 160 вольт) – контакт перемещается вправо, увеличивая количество обмоток, тем самым повышая напряжение, которые выходит из стабилизатора. Этот тип стабилизаторов напряжения имеет следующие плюсы и минусы.
+ПЛЮСЫ:
- Возможность изготавливать стабилизаторы практически без ограничений по мощности, то есть, теоретически можно изготовить сколь угодно мощный стабилизатор, что ценно для промышленного использования (но совершенно не ценно для использования в быту).
- Очень высокая точность напряжения, которое выходит из стабилизатора,nbsp;максимальное отклонение от 220 вольт, обычно не превышает +\- 5 вольт.
- Возможность настраивать уровень напряжения, которое выходит из стабилизатора, обычно есть переключатель, которым можно выставить нужное напряжение, например, 110 вольт или 220 вольт. Или для импортной техники 230 или 240 вольт.
- Высокая надежность электронных компонентов стабилизатора, так как они очень простые и надежные по конструкции.
- Удорожание на 20 – 25 % по сравнению со стабилизаторами на механических реле, связанное с тем, что по конструкции требуется гораздо более мощный трансформатор, чем потребовался бы на «релейный стабилизатор» такой же мощности.
- Наличие механических частей (электродвигателя и трущихся частей), угольного контакта, приводит к относительно быстрому износу прибора (первые поломки могут начаться после полугода использования, зачастую, это не брак, а особенности конструкции). Двигатель (особенно если он китайского производства) начинает заклинивать от частых скачков напряжения, а, следовательно, частых перемещений щетки. Стирается угольный контакт, что в лучшем случае приводит к сильному искрения, а в худшем — к короткому замыканию. Эти стабилизаторы для безопасного использования необходимо регулярно (раз в полгода минимум) обслуживать, осматривать состояние механических (трущихся) частей и чистить от пыли.
- Движения «щетки» при работе (поворотам вправо \ влево по катушке) зачастую сопровождаются неприятным звуком.
- Очень низкая скорость быстродействия (при резких изменениях напряжения сети стабилизатор не успевает срабатывать), и очень низкое/высокое напряжение кратковременно подается на вашу бытовую технику.
- Механический стабилизатор очень не желательно использовать с электродвигателями (особенно мощными), так как при включении таких двигателей на несколько секунд возникает такое явление как пусковые токи, которые приводят к тому, что на 1-2 секунды нагрузка на стабилизатор вырастает примерно в два раза. Что может привезти к разрушению угольного контакта и короткому замыканию.
- Если у вас нет больших и регулярных перепадов напряжения, например, у вас в городской сети постоянно пониженное напряжение около 170 – 180 вольт, или постоянно повышенное более 240, тогда использование механического стабилизатора будет оптимальным. Так как напряжение, которое он будет выдавать, будет наиболее качественным (близким к 220 вольтам).
- Если вам хочется, чтобы лампочки никогда «не моргали», механический стабилизатор будет также лучшим решением, так как регулировка (подключение и отключение витков) происходит очень плавно.
Были разработаны в середине 60 годов прошлого века. В то время бытовые феррорезонансные стабилизаторы получили очень широкое распространение в СССР. Обычно через них подключали телевизоры, имевшие на тот момент очень несовершенные блоки питания, которые часто не справлялись даже с небольшими колебаниями напряжения.
Феррорезонансный стабилизатор это очень простое устройство, которое состоит из двух и более катушек проволоки, намотанных на металлические стержни, (по сути это те же трансформаторы) и одного или нескольких больших конденсаторов, и работает на основе принципа феррорезонанса. Стержни должны быть разделены и должны находиться на определенном расстоянии друг от друга.
Феррорезонанс — это явление, при котором возникает резонанс (усиленное колебание электромагнитного поля) между трансформаторами.
Полезный эффект этого явления состоит в том, что в такой конструкции стабилизатора напряжение, попадающее на трансформатор «А» из вашей сети, практически не влияет на напряжение, которое становится в трансформаторе «Б», из которого напряжение попадает в ваши приборы, при этом напряжение на трансформаторе «Б» практически не отклоняется от заданной величины.
+ПЛЮСЫ:
- Высокая точность выходного напряжения, отклонение не более 1-3%.
- Высокая скорость регулирования, практически мгновенная.
- Высочайшая надежность, поскольку внутри прибора нет электронных компонентов.
- Срок работы более 20 лет.
- Повышенный уровень шума.
- Зависимость качества стабилизации от величины нагрузки.
- Низкий коэффициент полезного действия
- Очень большие габариты
- Очень высокая цена, по сравнению с любыми другими типами стабилизаторов.
«Стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием» — по объективным причинам очень мало распространенный тип стабилизаторов напряжения не только в России, но и в мире.
Свое название этот прибор получил из-за своего принципа работы, а именно, потому, что прибор стабилизирует напряжение методом двойного преобразования электрического тока. Все знают, или во всяком случае слышали, что электрический ток бывает постоянный и переменный.
Если вы забыли, что такое электрический ток, можете посмотреть в начале нашей статьи. Самое главное это вспомнить, что ток по сути — это поток (как поток воды) электронов.
Переменным током называют такой ток, который периодически изменяется по величине, частоте и направлению. В нашей обычной розетке дома переменный ток, в высоковольтных электрических сетях тоже переменный ток.
Постоянным током называют такой ток, который никак не изменяется. Такой ток есть в обычных батарейках, в аккумуляторе вашей машины. Практически все электронные приборы (электронные схемы) работают на постоянном токе. Поэтому во всех устройствах есть блоки питания — внешние или внутренние, (например, как у вашего ноутбука или сотового телефона), которые как раз и преобразуют переменный ток в постоянный.
Два принципиальных отличия переменного и постоянного Ответы на, безусловно, интересные вопросы, почему же электроны движутся именно от «минуса» к «плюсу» и зачем люди используют два вида тока, можно найти в любом школьном учебнике физики.
Теперь, когда стало понятно, что же такое постоянный и переменный ток, рассмотрим принцип работы стабилизатора напряжения с двойным предобразованием.
Хотя в интернете можно найти много сложных схем подобных стабилизаторов, в большинстве своем трудных для понимания. Тем не менее, принцип работы таких стабилизаторов очень прост.
Схема работы стабилизатора с системой двойного преобразования:
По сути, переменный ток, попадая в стабилизатор, преобразуется в постоянный. В момент преобразования можно легко регулировать напряжение переменного тока. То есть, если напряжение в сети будет меняться от 160 до 240 вольт, то после преобразования в выпрямители, напряжение будет постойной величиной, допустим, напряжение станет 220 вольт, но уже постоянного тока.
Для многих приборов и бытовой техники постоянный ток не подходит, например, не подходит для электродвигателей и ламп накаливания. Они попросту сгорят, если подать на них постоянный ток. Поэтому, постоянный ток перед тем, как он выйдет из стабилизатора и попадет в ваши приборы надо преобразовать в переменный ток. Для этого используется устройство под названием инвертор, которое преобразует постоянный ток в переменный. (Про инверторы более подробно будет написано в других статьях).
В результате, на выходе из стабилизатора мы получаем напряжение, которое почти равно 220 вольтам переменного тока, то есть, такое, какое и было в городской сети.
+ПЛЮСЫ:
- Высокая точность выходного напряжения, отклонение не более 1%.
- Высокая скорость регулирования
- Очень высокая цена, сопоставимая с ценой феррорезонансных стабилизаторов. Это связанно с тем, что самой проблемной деталью такого стабилизатора является инвертор. Устройство очень сложное и очень дорогое, предназначенное для работы очень ограниченное время, от получаса до пары суток. А стабилизатор напряжения, должен работать непрерывно — годы. Так как в процессе преобразования постоянного тока в переменный, инвертор (а конкретно транзисторы в нем) очень сильно перегревается, если прибор не отключится, он просто сгорит. Чтобы этого не произошло, для использования в стабилизаторах инвертор надо делать с очень большим запасом по мощности, а также ставить мощную систему охлаждения. В результате чего получается очень сложное и крайне ненадежное устройство.
- Максимальная мощность ограниченна 5 киловаттами, можно сделать больше, но цена будет такая, что проще будет купить автономный генератор и запас солярки на 3 года вперед.
- Прибор очень сильно греется, поэтому требует постоянной работы охлаждающих систем. В случае их выхода их поломки прибор очень быстро выйдет из строя.
- Крайне низкая надежность, сопоставимая с электромеханическими стабилизаторами. Так как в приборе очень много электронных компонентов, очень сложная система управления. В этом приборе огромная нагрузка на детали, которая требует очень качественных и очень дорогих комплектующих.
- Зачастую, хоть это и отрицается или замалчивается производителями, данный тип стабилизатора существенно искажает форму синусоиды переменного тока, в результате чего получается нечто среднее между нормальным «волной» переменного тока и ровной линией постоянного. Такой ток быстро выводит из строя электродвигатели или любую другую аппаратуру или бытовую технику, рассчитанную на переменный ток. В очень дорогих моделях форма синусоиды наиболее приближенна к оригинальной, но, естественно, не является полностью идентичной.
«Компенсационные стабилизаторы напряжения» производятся, как правило, большой мощности — от 75 киловатт и выше (до 2000 киловатт). И используются для промышленности. В очень редких случаях люди покупают их для использования в коттеджах.
Этот тип стабилизатора можно отнести к дальним родственникам механических стабилизаторов, о которых рассказывалось ранее, но в отличие от них имеет несколько иное конструктивное исполнение, а самое главное избавлен от одного очень важно недостатка.
Вы помните, что одним из самых больших недостатков механических стабилизаторов является их быстродействие, то есть, если напряжение быстро изменится, за то время, пока «щетка» доедет до нужной обмотки, стабилизатор будет выдавать либо очень высокое, либо очень низкое напряжение. Компенсационный стабилизатор лишен этого недостатка. В его конструкции предусмотрен ещё один дополнительный трансформатор и емкости, которые в то время, пока «щетка» доезжает до нужной обмотки, на какое-то время сглаживает или компенсирует перепад напряжения. Поэтому этот тип стабилизатора и получил название «компенсационный».
Этот тип стабилизаторов имеет все плюсы и минусы электромеханических стабилизаторов, кроме одного большего минуса, а именно, минуса «скорости стабилизации».
Что такое линейный стабилизатор напряжения?
Добавлено 15 февраля 2020 в 22:04
Сохранить или поделиться
Рассмотрим основы линейных стабилизаторов напряжения в этом кратком учебном обзоре.
Электронные системы обычно получают напряжение питания, превышающее напряжение, которое требуется для схемы системы. Например, батарея 9 В может использоваться для питания усилителя, которому требуется напряжение в диапазоне от 0 до 5 В, или две последовательно соединенные батареи по 1,5 В могут обеспечивать питание для цепи, которая включает в себя цифровую логику с уровнями 1,8 В. В таких случаях нам необходимо отрегулировать подаваемое питания, используя компонент, который принимает более высокое напряжение и выдает более низкое напряжение.
Одним из наиболее распространенных способов достижения такого типа регулирования является использование линейного стабилизатора напряжения.
Рисунок 1 – Схема линейного стабилизатора с фиксированным выходным напряжениемКак работает линейный стабилизатор напряжения?
Линейные стабилизаторы напряжения, также называемые LDO (low-dropout linear regulator) или линейными стабилизаторами с малым падением напряжения, используют транзистор, управляемый цепью отрицательной обратной связи, для создания заданного выходного напряжения, которое остается стабильным, несмотря на изменения тока нагрузки и входного напряжения.
Базовый линейный стабилизатор с фиксированным выходным напряжением представляет собой трехвыводное устройство, как показано на схеме выше. Некоторые линейные стабилизаторы позволяют регулировать выходное напряжение с помощью внешнего резистора.
Недостатки линейных регуляторов напряжения
Серьезным недостатком линейных стабилизаторов является их низкая эффективность во многих применениях. Транзистор внутри стабилизатора, который подключен между входном и выходным выводами, работает как переменное последовательное сопротивление; таким образом, высокая разность входного и выходного напряжений в сочетании с высоким током нагрузки приводят к значительному рассеиванию мощности. Ток, необходимый для работы внутренней схемы регулятора, обозначенный на схеме IGND, также способствует увеличению итогового рассеивания мощности.
Возможно, наиболее вероятный режим отказа в схемы линейного стабилизатора обусловлен еще и тепловыми, а не только электрическими факторами. Мощность, рассеиваемая микросхемой стабилизатора, приведет к повышению температуры компонентов, и без соответствующих путей, позволяющих отводить тепло от стабилизатора, температура в конечном итоге может стать достаточно высокой, чтобы серьезно ухудшить его рабочие характеристики или вызвать отключение при перегреве. Эта важная тема освещена в статье о тепловом проектировании для линейных стабилизаторов.
Применение линейных стабилизаторов напряжения
Хотя линейные стабилизаторы обычно уступают по эффективности импульсным стабилизаторам, они всё ещё широко используются по нескольким причинам. Основными преимуществами являются простота использования, низкий уровень шума на выходе и низкая стоимость. Единственными внешними компонентами, которые требуются большинству линейных стабилизаторов, являются входной и выходной конденсаторы, а требования к их емкости достаточно гибкие, чтобы сделать задачу проектирования очень простой.
Заключение
Данная статья предназначена для быстрого получения информации. Что нужно знать о линейных стабилизаторах напряжения? Дайте нам знать в комментариях ниже.
Оригинал статьи:
Теги
LDO (low-dropout linear regulator) / Линейный стабилизатор с малым падением напряженияЛинейный стабилизаторЛинейный стабилизатор напряженияОбучениеСтабилизатор напряженияСохранить или поделиться
Регулятор напряжения| Определение, типы и факты
Регулятор напряжения , любое электрическое или электронное устройство, которое поддерживает напряжение источника питания в допустимых пределах. Стабилизатор напряжения необходим для поддержания напряжения в предписанном диапазоне, который может выдерживать электрическое оборудование, использующее это напряжение. Такое устройство широко используется в автомобилях всех типов для согласования выходного напряжения генератора с электрической нагрузкой и требованиями к зарядке аккумулятора.Стабилизаторы напряжения также используются в электронном оборудовании, в котором чрезмерные колебания напряжения могут быть вредными.
В автомобилях регуляторы напряжения быстро переключаются с одного на другое из трех состояний цепи с помощью подпружиненного двухполюсного переключателя. На низких скоростях некоторый ток от генератора используется для усиления магнитного поля генератора, тем самым увеличивая выходное напряжение. На более высоких скоростях в цепь генератора поля вводится сопротивление, так что его напряжение и ток уменьшаются.На еще более высоких скоростях цепь отключается, уменьшая магнитное поле. Частота переключения регулятора обычно составляет от 50 до 200 раз в секунду.
В электронных регуляторах напряжения используются твердотельные полупроводниковые устройства для сглаживания колебаний тока. В большинстве случаев они работают как переменные сопротивления; то есть сопротивление уменьшается, когда электрическая нагрузка большая, и увеличивается, когда нагрузка меньше.
Регуляторы напряжения выполняют те же функции в крупных системах распределения электроэнергии, что и в автомобилях и других машинах; они минимизируют колебания напряжения, чтобы защитить оборудование, использующее электричество.В системах распределения электроэнергии регуляторы находятся либо на подстанциях, либо на самих фидерных линиях. Используются два типа регуляторов: ступенчатые регуляторы, в которых переключатели регулируют подачу тока, и индукционные регуляторы, в которых асинхронный двигатель подает вторичное, постоянно регулируемое напряжение для выравнивания колебаний тока в фидерной линии.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас ЦепиПодробнее »Электроника
— обзор основ регулятора схем стабилитрона и способ, в котором стабилитрон может быть использован для обеспечения опорного напряжения в качестве источника питания электроники.
Пособие и руководство по схемам источников питания Включает:
Обзор электронных компонентов источника питания
Линейный источник питания
Импульсный источник питания Защита от перенапряжения
Характеристики блока питания
Цифровая мощность
Шина управления питанием: PMbus
Бесперебойный источник питания
Самую простую схему регулятора напряжения можно создать с помощью простого последовательного резистора и стабилитрона. Это схема шунтирующего регулятора, состоящая из последовательного резистора и стабилитрона, подключенного к земле через нагрузку.
Цепи стабилитронаобычно используются для приложений с низким энергопотреблением, где требуется только разумный уровень стабилизации. Схема на стабилитроне сможет обеспечить разумный уровень стабилизации, но для более строгих требований требуется более сложная схема.
Основы
Стабилитрон работает при обратном смещении. По мере увеличения напряжения на диоде он сначала не проводит. Однако, когда напряжение достигает определенного уровня, диод начинает проводить, и он будет пытаться поддерживать одинаковое напряжение на диоде почти для всех уровней тока.Таким образом, если нагрузка помещается на стабилитрон, в простой схеме регулятора напряжение будет поддерживаться, несмотря на изменения в требованиях по току для нагрузки. Стабилитрон будет воспринимать изменения тока, необходимые для поддержания постоянного напряжения на диоде.
Очевидно, стабилитрон не может выдерживать бесконечное изменение тока. Он должен выдерживать минимальный ток, чтобы поддерживать напряжение, и если будет потребляться слишком большой ток, он перегреется и может выйти из строя.При разработке простой схемы регулятора необходимо спроектировать схему с учетом возможных изменений.
Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Конструкция транзистора
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
Схемы на полевых транзисторах
Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .
Общие сведения о выходной мощности генератора | HowStuffWorks
Раньше автомобили использовали генераторы , а не генераторы переменного тока для питания электрической системы автомобиля и зарядки аккумулятора.Это уже не так. По мере развития автомобильных технологий росла и потребность в большей мощности. Генераторы производят постоянного тока , который движется в одном направлении, в отличие от переменного тока для электричества в наших домах, который периодически меняет направление. Как доказал Тесла в 1887 году, переменный ток стал более привлекательным, поскольку он более эффективно генерирует более высокое напряжение, что необходимо в современных автомобилях. Но автомобильные аккумуляторы не могут использовать переменный ток, поскольку они производят постоянный ток.В результате выходная мощность генератора переменного тока подается через диоды , которые преобразуют мощность переменного тока в мощность постоянного тока.
Ротор и статор — это два компонента, которые вырабатывают энергию. Когда двигатель вращает шкив генератора переменного тока, ротор вращается вокруг трех неподвижных обмоток статора или проволочных катушек, окружающих неподвижный железный сердечник, составляющий статор. Это называется трехфазным током . Обмотки катушки равномерно распределены вокруг железного вала с интервалом в 120 градусов.Переменное магнитное поле от ротора вызывает последующий переменный ток в статоре. Этот переменный ток подается через проводов статора в соединительный набор диодов. Два диода подключаются к каждому выводу статора для регулирования тока. Диоды используются для блокировки и направления тока. Поскольку батареям нужен постоянный ток, диоды становятся односторонним клапаном, который пропускает ток только в том же направлении.
Объявление
Трехфазные генераторы имеют три комплекта обмоток; они более эффективны, чем однофазный генератор переменного тока, вырабатывающий однофазный переменный ток.При правильной работе три обмотки производят три тока, составляющие три фазы. Сложение всех трех вместе дает общий выход переменного тока статора.
Две основные конструкции обмотки статора: , треугольник, , и , звезда, . Дельта-раны легко узнаваемы по форме, так как они треугольные. Эти обмотки позволяют пропускать большой ток при более низких оборотах. Обмотки звезды напоминают конденсатор магнитного потока из «Назад в будущее». Эти обмотки идеально подходят для дизельных двигателей, так как они вырабатывают более высокое напряжение, чем статоры с треугольником, даже при более низких оборотах.
После преобразования AC / DC результирующее напряжение готово к использованию в батарее. Слишком высокое или слишком низкое напряжение может повредить аккумулятор, а также другие электрические компоненты. Чтобы обеспечить правильную величину, регулятор напряжения определяет, когда и какое напряжение необходимо в батарее. В большинстве генераторов переменного тока можно найти один из двух типов регуляторов: заземленный регулятор работает, контролируя количество отрицательного заземления или заземления батареи, идущего в обмотку в роторе, а типа с заземленным полем работает наоборот — управляя количество положительного аккумулятора.Ни один из них не имеет преимущества перед другим.
С таким количеством компонентов, которые создают электричество, жизненно необходимое для наших автомобилей, можно с уверенностью сказать, что генератор переменного тока является важным компонентом под капотом.