Релейный стабилизатор напряжения: устройство + фото

В этой статье наш сайт «Все-электричество» расскажет, как сделать выбор релейного стабилизатора напряжения. На сегодняшний день многие люди используют бытовые приборы в доме. Каждый прибор вам необходимо будет защитить от изменений в электрическом токе. Также вам необходимо будет обеспечить стабильное напряжение. Релейный стабилизатор напряжения поможет обеспечить надежную защиту.

Благодаря этому устройству вы сможете обеспечить надежную защиту приборов. Стандартный уровень напряжения должен составлять 220 Вольт. Релейный стабилизатор можно встретить практически везде. Он считается достаточно популярным и распространенным. Его популярность обеспечена простой конструкцией.

Релейный стабилизатор напряжения и его конструкция

Перед тем как использовать этот прибор вам необходимо будет изучить его принцип работы. Релейный стабилизатор напряжения имеет автоматический трансформатор и электронную схему, которая будет управлять его работой. Также он имеет реле, которое защищено надежным корпусом. Этот прибор считается вольтодобавочным. Это означает, что устройство будет только добавлять ток при низком напряжении.

Добавление вольт будет происходить благодаря подключению обмотки. Обычно этот вид трансформатора может иметь 4 обмотки. Если электрическая сеть предоставит слишком сильный ток, тогда автоматический трансформатор сможет вычесть необходимое количество вольт. Схема релейного стабилизатора включает в себя:

1. Вольтодобавочный трансформатор.
2. Реле.
3. Микросхему управления.

Это главные схемы релейного стабилизатора. Кроме этого, конструкция также может в себя включать и дополнительные элементы. Также вы можете встретить устройства, которые имеют дисплей. У нас вы можете прочесть про феррорезонансные стабилизаторы.

Принцип работы релейного стабилизатора

У многих возникает вопрос, каким образом работает релейный стабилизатор? Измерение тока проводит электронная схема. После получения данных происходит сравнение тока, который должен быть на выходе. В конце будет рассчитываться разница вольт.

После получения данных устройство самостоятельно подбирает необходимую обмотку. После подключения реле напряжение будет достигать необходимого уровня.

Особенности работы

Работа этого устройства считается достаточно простой. Это устройство способно регулировать ток ступенчато. В результате этого при подключении обмотки ток будет увеличиваться или уменьшаться на определенную величину. Иногда их уровень может не соответствовать норме. Подобное последовательное срабатывание может вызывать дополнительные скачки напряжения.

Если детально изучить его работу, тогда можно будет понять, что реле быстро переключает обмотки. В результате этого скачки напряжения считаются незначительными. Их заметность может возникнуть в результате скачков входного тока. Если вы используете высокоточное оборудование, тогда техника может выйти из строя. Постоянная подача тока будет практически невозможной.

Если вы посмотрите напряжение и дисплей будет показывать 220 Вольт, тогда возможно вы попали на плохого производителя. Производители могут специально запрограммировать устройство, чтобы оно постоянно показывало 220 Вольт.

Обычно для стабилизации напряжения прибору необходимо тратить до 0,15 секунд. Релейные стабилизаторы также могут прекращать подачу выходного тока. Это может произойти в том случае, когда на входе появляется минимально допустимый ток. Если напряжение стабилизируется, тогда стабилизатор возобновит свою работу. Восстановление тока происходит в течение 0.6 секунд. У нас вы можете прочесть про защиту электропроводки  помощью стабилизатора.

Преимущества релейного стабилизатора

Теперь вы уже знаете принцип работы этого устройства. Теперь вам необходимо будет узнать о преимуществах этого устройства. К основным преимуществам на сегодняшний день можно отнести:

1. Небольшие размеры. Этот процесс обусловлен только тем, что вольтодобавочный трансформатор способен только компенсировать разницу между вольтами.
2. Широкий диапазон величин напряжения.
3. Достаточно широкий спектр рабочей температуры. Некоторые модели могут работать при температуре от -40 до +40 градусов.
4. Низкий уровень шумности.
5. Низкий уровень чувствительности.
6. Допустимая длительная перегрузка составляет до 110 процентов.

Также многие производители сообщают, что эта продукция может работать на протяжении длительного времени.

Недостатки релейного стабилизатора

Как и любая другая продукция, релейные стабилизаторы тоже имеют определенные недостатки. Недостатки обусловлены принципом работы и схемой построения этого устройства. Его слабым местом работы считается реле. Некачественное реле может стать причиной преждевременного выхода реле из строя. Кроме этого, во время переключения реле вы сможете услышать посторонний шум.

Еще к одному весомому недостатку считается принцип ступенчатого выравнивания тока. Во время переключения обмоток будут происходить значительные скачки напряжения. ВО время переключения реле можно будет увидеть, как мерцают светодиодные лампы.

Важно знать! Если вы желаете приобрести себе дешевую продукцию, тогда вам необходимо выбрать стабилизатор, мощность которого будет превышать на 30 процентов мощность всех приборов в доме.

Правила эксплуатации прибора

Если вы планируете выбрать релейный стабилизатор, тогда вам необходимо будет проводить его регулярное обслуживание. Проводить осмотр устройства необходимо каждый год. Во время проведения осмотра вам следует обратить внимание:

• Уровень надежности всех соединений проводов.
• Уровень циркуляции воздуха в работе системы.
• Наличие всех повреждений.
• Правильность работы измерительных приборов.

Если вы увидите ослабленные соединения или загрязненность, тогда вам необходимо будет отключить стабилизатор и устранить проблемы. Помещение, в котором установлен стабилизатор обязательно должно быть сухим. Влажность воздуха не должна превышать 80 процентов. Во время эксплуатации все вентиляционные отверстия должны быть открыты. Также вам обязательно необходимо выполнить заземление этого устройства.

Читайте также: стабилизатор напряжения своими руками.

Виды стабилизаторов напряжения — выбор, устройство, сравнение

Существует 4 основных вида стабилизаторов напряжения. Далее рассмотрим плюсы и недостатки каждого из видов.

Одно и трехфазные

Первое что вам нужно знать при выборе, они бывают однофазными и трехфазными. Выясните какая у вас сеть. Если однофазная, как правило в квартирах и частных домах именно она преобладает, значит покупайте аппарат на 220В.

Если же у вас «трехфазка», то нужно определиться, будете вы устанавливать один 3-х фазный стабилизатор, или три однофазный.  Решайте исходя из экономических соображений и условий монтажа.

Хотя целесообразнее поставить именно три однофазных. Потому что при коротком замыкании и отсутствии одной из фаз, трехфазный аппарат работать не будет, пока не восстановится питание по всем фазам. С тремя однофазными таких проблем не возникнет. Главный минус при их выборе — габаритные размеры.

Режим транзит или байпас

При выборе стабилизатора напряжение того или иного вида, проверьте имеет ли он два режима работы:

• режим стабилизации напряжения
• режим транзита или «байпас»

Со стабилизацией все понятно — это обычный режим работы. А что такое «байпас»? Это когда входное напряжение идет мимо всей электроники и трансформатора без преобразования, то есть транзитом.

Для чего он может понадобиться:

• чтобы подключить мощную технику превышающую мощность стабилизатора, запустить большой эл.двигатель. Или при необходимости поработать сваркой.
• чтобы продлить срок службы устройства

Когда у вас в доме напряжение стабильно, например ночью, можно вручную переключиться на режим байпас. Тем самым отключается холостой ход.

Ведь стабилизатор даже не регулируя напряжение, сам потребляет энергию как простая лампочка до 40-60Вт.

Плюс не изнашиваются внутренние щетки и реле.

Режимом байпас оснащаются стабилизаторы подключаемые через клеммные колодки. При этом они имеют два автомата, которые одновременно включить невозможно или перекидной автомат-рубильник.

Важно запомнить: не переключайте автоматы из режима стабилизации в режим байпас под нагрузкой — это может повредить стабилизатор напряжения.

Защита стабилизаторов

Большинство современных моделей имеют защиту от перенапряжения. Они не способны бесконечно выравнивать сколь угодно большие или малые значения входного напряжения, и через определенное время отключат питание, тем самым сохранив ваше оборудование.

Более того, после нормализации входного напряжения, оно подается на выход не сразу, а с некоторой задержкой в несколько секунд. Данное время может быть установлено жестко или варьироваться и настраиваться самостоятельно, все зависит от модели и производителя.

Основные виды стабилизаторов широко представленные сегодня в магазинах можно подразделить на 4 типа:

• релейные
• электронные
• электромеханические
• инверторные

Вот сравнительная таблица по каждому из видов стабилизатора, включая примерные цены за 1квт:

Рассмотрим каждый из них более подробно.

Релейные стабилизаторы напряжения

При работе данного устройства вы реально будете слышать как переключаются внутренние реле. Это происходит при изменении ступеней регулирования. Если прибор стоит в тихом помещении (спальне), то это может существенно раздражать.

Ну а когда кто-то из ваших соседей решил немножко попользоваться электросваркой, то стабилизатор по звуковым эффектам попросту может превратиться в «балалайку».

Кроме того, если у вас в комнате стоят простые лампочки накаливания, не только по слуху, но и визуально можно будет различить переключения ступеней, так как лампы будут немного мигать. А это в свою очередь обязательно скажется на сроках их службы.

Что внутри

Внутренняя компоновка включает в себя:

• Тороидальный трансформатор
• Плата управления
• Силовые ключи состоящие из реле. Они коммутируют обмотки трансформатора и отвечают за подачу питания на стабилизатор. Являются самым слабым компонентом устройства.

Эти стабилизаторы не любят когда их перегружают.

Самая распространенная проблема выхода их из строя в 90% случаев — это перегруз по мощности.

Не рекомендуется для подключения аппаратуры с двигательной нагрузкой. Так как она имеет большие пусковые токи и это может сказаться на работе стабилизатора.

Скорость срабатывания регулировки у качественных моделей составляет 20мс, зато у большинства дешевых доходит до 100мс.

Плюсы:

• относительно небольшая цена
• более компактные размеры

Минусы:

• регулировка ступенчатая
• не высокое качество и точность регулирования напряжения
• используется с электроаппаратурой малой мощности
• искажает синусоиду выходного напряжения
• реле со временем могут выходить из строя (залипать, подгорать)

Как видим минусов здесь гораздо больше чем плюсов, за исключением конечно стоимости.

Симисторные, тиристорные стабилизаторы

Эти стабилизаторы относятся к электронным. Напряжение корректируется ступенями. В процессах переключения обмоток автотрансформатора задействованы симисторы или тиристоры.

Как видно из рисунка напряжение выравнивается, как только оно опустится ниже определенного значения.  На рисунке это значение — 208В. Только после достижения напряжения данной величины, происходит его выравнивание до 220В. Поэтому эти стабилизаторы и называют ступенчатыми.

Грубо говоря регулировка осуществляется как бы перепрыгиванием с одной ступеньки напряжения на другую. Чем больше ступеней, тем более точно осуществляется регулирование.

Работу устройства в отличии от релейных собратьев практически не слышно. Благодаря этому его можно размещать в любом помещении, никаких неудобств по созданию шума он не создаст. Также практически не будет видно и изменения в освещении. Раздражающее мигание ламп будет еле заметным.

Что внутри

Внутреннее устройство очень похоже на схему релейного:

• Тороидальный трансформатор
• Плата управления
• Силовые ключи из симисторов

Трансформатор имеет несколько обмоток и среднюю точку, через которую подается напряжение на него. Одни ступени отвечают за понижение напряжение, другие за повышение. Благодаря плате управления и симисторам, стабилизатор может одновременно замкнуть как контакты повышающие так и понижающие выходное напряжение. Для чего это делается?

Например одна понижающая ступень изменяет напряжение в пределах 9 Вольт. А повышающая сразу на 27 Вольт. Замкнув одновременно обе ступени, мы изменим напряжение на +27-9=18 Вольт. Тем самым будем иметь очень широкий диапазон регулировок и относительно плавное изменение напряжения. Большое число ступеней почти помогает избежать различимого невооруженным глазом «мигания» лампочек.

Данный вид аппаратов менее подвержен перегрузкам. Может справиться с пусковыми токами на двигателях насосов, станков и т.д. Большинство моделей сохраняют свои качества и работоспособность при отрицательных температурах. Можете их монтировать в подсобных не отапливаемых помещениях.

За счет применения симисторов обеспечиваются следующие плюсы:

• малошумность при работе
• высокоскоростная коммутация до 20мс
• плавная регулировка
• большая надежность и долговечность из-за отсутствия механически подвижных элементов. Полупроводники по своим качествам и времени работы на отказ превосходят реле.

Минусами являются большая стоимость и низкая точность при регулировании. Еще они могут не подойти для поклонников музыки и радиолюбителей. Из-за создаваемых помех будет невозможно нормально ни послушать радио, ни включить музыкальную аппаратуру.

Сервоприводные или электромеханические стабилизаторы

Данный вид можно назвать золотой серединой между электронными и релейными стабилизаторами.

Сервопривод — это устройство из реверсивного (работающего в обе стороны) двигателя, расположенного внутри тороидального трансформатора. Двигатель получает команды от электронной платы управления и перемещая контакты, увеличивает или уменьшает количество витков на вторичной обмотке. Таким образом сервопривод, в отличии от двух других устройств рассмотренных выше, является бесступенчатым регулятором.

Это очень популярная модель, так как имеет относительно невысокую стоимость и обладает следующими плюсами:

• плавная регулировка по принципу реостата
• хорошая точность регулирования
• не искажает синусоиду
• способны выдерживать кратковременную перегрузку

Есть и минусы:

• за счет применения эл.привода, который управляет контактами создается низкая скорость регулировки
• так как применяются движущиеся механические детали, соответственно уменьшается надежность (графитовые щетки периодически требуется менять)
• применяются в основном в сетях, где не происходит резких скачков напряжения
• не рекомендуется использовать при низких температурах окружающего воздуха

Для стабильной и надежной работы хотя бы раз в три года производите его обслуживание — чистите щетки и смазывайте движущиеся механизмы.

От резких перепадов при электросварке, сервопривод с контактами будет крутиться как «белка в колесе». Что существенно снизит ресурс работы стабилизатора. Поэтому думайте при покупке об условиях его эксплуатации.

Феррорезонансные стабилизаторы

Это стабилизатор, который многие из нас использовали в советские времена для питания ламповых телевизоров. Он собирал обычно всю пыль в помещении, а гул от него из-за встроенных трансформаторов, можно было услышать в другой комнате.

Плюсы:

• быстродействие на высоком уровне
• долгий ресурс работы до отказа
• хорошая надежность
• точно стабилизирует выходное напряжение

Минусы:

• регулировка происходит только в определенных заданных диапазонах
• искажает синусоиду
• высокий шум
• невозможна работа на холостом ходу, а также перегрузка
• тяжелые, много весят

Инверторные стабилизаторы напряжения

В последние годы все более популярным становится несколько иной тип стабилизаторов, отличный от симисторных или сервоприводных. Называются они инверторными.

Он считается более эффективным в отличии от всех вышеприведенных. Если у остальных погрешность выходного напряжения может достигать 5-10% и это считается нормальной величиной, то у инверторного она не превышает 2%! Еще один плюс — более широкий диапазон входных напряжения для выравнивания.

Дело в том, что 90% всех стабилизаторов, предназначены для нормально работы и выравнивания напряжения начиная от 160В. Если у вас в розетках напряжение ниже этого значения, то инверторный вариант единственный выход из ситуации.

Стабилизатор преобразует нестабильный переменный ток пропуская его через фильтр в постоянный, после чего, проходя через инвертор, опять возвращает его в переменную величину с идеальной синусоидой.

Данное устройство уже не имеет внутри себя громоздкого тороидального трансформатора. А соответственно в разы меньше и легче.

Плюсы инвертора:

• широкий диапазон регулировки входного напряжения 90В — 310В
• малая погрешность на выходе
• малые габариты и вес
• фильтрует высокочастотные помехи
• мгновенное быстродействие на изменение входного напряжения
• работает при отрицательных температурах от -40
• заявленный срок службы при соблюдении подключаемой мощности до 20 лет

Минусы:

• большая цена
• не подходит для больших нагрузок
• в мощных моделях стоят вентиляторы охлаждения. Шумят примерно также как в компьютере. Полную бесшумность обеспечивают только маломощные экземпляры.

При увеличении нагрузки выше 50% от номинальной, для инвертора начинается снижение его входных параметров напряжения. То есть он уже не будет способен выровнять напряжение 110В, а будет нормально работать только от 160В и выше. Основной причиной выхода из строя таких устройств является именно перегрузка.

Чтобы защитить себя от перегрузки, более дорогие и качественные инверторные стабилизаторы при превышении мощности в автоматическом режиме могут переходить на байпас, то есть выдавать не преобразованное напряжение, а такое же, как и на входе.

Зато у инверторного стабилизатора нет такой болезни как у ступенчатых — мигание лампочек при переключении ступеней регулирования.

И он лучше всех справляется с характерными скачками напряжения при работе в питающей сети сварочного аппарата.

Источник

---

Поделиться новостью в соцсетях

 

« Предыдущая запись Следующая запись »

Релейный стабилизатор со среднеквадратичным вольтметром.

РадиоКот >Схемы >Питание >Преобразователи и UPS >

Релейный стабилизатор со среднеквадратичным вольтметром.

Несмотря на то что на дворе 21 век есть еще места, где напряжение изменяется в широких пределах в зависимости от времени суток и подключенной нагрузки. Вот для таких мест и предназначен этот стабилизатор.

Принцип действия релейного стабилизатора основан на добавлении с помощью трансформатора (автотрансформатора) дополнительного напряжения на выход. При слишком высоком напряжении необходимо наоборот убрать излишки. Стабилизатор может быть реализован в виде автотрансформатора с одним выходом и несколькими входами. В зависимости от величины входного напряжения с помощью реле происходит переключение входного напряжения между входами автотрансформатора.

Схема, на основании которой решено было разрабатывать устройство, содержала компараторы для принятия решения о включении реле. Но для увеличения сервисных возможностей устройство было решено создавать с использованием микроконтроллера. Наиболее массово используемыми контроллерами на постсоветском пространстве можно считать контроллеры Atmel. Из них был выбран наиболее распространенный atmega8.

С помощью встроенного АЦП он измеряет входное напряжение и принимает решение о включении необходимого реле. За основу был взят проект вольтметра среднеквадратичных значений по ссылке https://arv.radioliga.com/component/option,com_remository/Itemid,27/func,fileinfo/id,85/ . Схему пришлось изрядно доработать.
Во-первых, для обеспечения безопасности устройства измеряемое напряжение должно подаваться на вход устройства с помощью трансформатора. Для точного измерения напряжения после трансформатора не годится обычный диодный мостик из-за падения в 0,6 вольта на каждом диоде. Поэтому должен был быть использован выпрямитель без ошибки.
Во-вторых, необходимо было доработать схему на предмет дополнительных выходов для управления реле.
И наконец, в-третьих, необходимо было разработать заново программу измерения напряжения (в исходном проекте отсутствуют исходники) и принятия решения о включении того или иного реле.
Первоначально схема была составлена в симуляторе для проверки работоспособности идеи:

Описание схемы
Измеряемое напряжение через трансформатор TR1 подается на активный выпрямитель на операционном усилителе LM358 (U2). Активный выпрямитель работает следующим образом. При положительной волне напряжение подается на делитель, состоящий из последовательного соединения R1, R2 и R3. На инвертирующий вход ОУ подается положительное напряжение. ОУ в насыщении. Выход ОУ близок к уровню земли. При отрицательной полуволне напряжения ОУ работает как инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления R2/R1. Сопротивление R3 выступает в качестве дополнительной нагрузки ОУ. Для симметричного выпрямления и согласования напряжения с входным диапазоном АЦП значения сопротивлений должны быть точно подогнаны и подчиняться следующим формулам:

R1 = R2*Uout*1024/Uin/2.5
R3 = (R1 + R2)/(R1/R2 — 1)
После активного выпрямителя через фильтр R5-C2, убирающий высокочастотные помехи, выпрямленное напряжение подается на вход АЦП PC0 контроллера. Значение выпрямленного напряжения отображается на светодиодном индикаторе. Для управления служат 3 кнопки. 4 выхода микроконтроллера используются для управления реле. Три из них переключают напряжение, а четвертое отключает нагрузку в случае перенапряжения или слишком низкого напряжения.

Описание работы
Напряжение с точностью до вольта отображается на светодиодном 3 разрядном индикаторе. Обновление показаний производится с частотой приблизительно 3 раза в секунду. Такое замедление выполнено специально, поскольку обновление показаний каждый период иногда приводило к мельтешению последнего разряда. В нормальном режиме на индикатор выводится усредненное по 16 периодам среднеквадратичное значение напряжения.
После каждого периода производится расчет напряжения. Это напряжение сравнивается с заданными порогами включения реле. Для обеспечения более редкого переключения реле применен программный гистерезис и фильтрация. Фильтрация заключается в задержке переключения на несколько периодов. Если за это время напряжение пришло в норму, переключения не осуществляется. Время фильтрации оперативно подстраивается программно.
Если входное напряжение превышает заданный верхний порог или падает до нижнего порога, отключается главное реле и нагрузка обесточивается. Верхний и нижний пороги отключения можно оперативно изменять.
После того как напряжение вошло в диапазон регулирования стабилизатора, нужным образом коммутируются входы автотрансформатора, и подключается нагрузка. Это подключение происходит не мгновенно, а с некоторой задержкой. Величина задержки подстраивается оперативно.
Все оперативно подстраиваемые параметры (верхний и нижний порог, время фильтра, задержка включения) сохраняются в энергонезависимой памяти.
При любом переключении реле мгновенное среднеквадратичное значение (на последнем перед переключением периоде) в течение 2 секунд отображается на индикаторе. Признаком отображения мгновенного значения является завершающая дополнительная точка. По окончании отображения мгновенного напряжения прибор переходит в предыдущий режим отображения.

Управление прибором.
Прибор имеет 2 основных режима отображения: режим среднеквадратичного значения напряжения и режим отображения частоты сети и 3 кнопки:UP, DOWN и ENTER. В режиме напряжения отображается среднеквадратичное значение напряжения без десятичных точек. При отображении частоты горит десятичная точка в среднем разряде. Переключение в режим частотомера осуществляется нажатием кнопки ENTER, обратно — по любой. Нажатие клавиш UP, DOWN в режиме измерения напряжения включает меню настройки. Меню имеет 5 настроек, каждая из которых отображается 2 стилизованными буквами:
rE — return — возврат из режима настроек в режим отображения напряжения
Hi — hight — верхний порог отключения
Lo — low — нижний порог отключения
dE — delay — задержка включения нагрузки ( периодов)
Fi — filter — время фильтра (периодов)
Перемещение в меню осуществляется по кругу клавишами UP, DOWN. Настройка активизируется нажатием клавиши ENTER. При этом отображается текущее значение параметра. Значение может быть увеличено или уменьшено клавишами UP, DOWN соответственно. При удержании клавиши через некоторое время происходит автоматическое изменение параметра с частотой примерно 5 раз в секунду. Значение задержки включения в этом случае изменяется на 10, остальные — на 1. Клавишей ENTER значение сохраняется, после чего происходит возврат в меню настройки. Причем короткое нажатие производит только оперативное изменение параметра. Длинное нажатие сохраняет параметр в энергонезависимую память. После сохранения в энергонезависимой памяти на дисплее некоторое время (4 сек) отображается надпись SA (saved). Выход из меню настройки осуществляется выбором пункта rE (return).
Внимание! При работе в любом режиме может отображаться текущее напряжение, вызвавшее переключение. В течение до 2 секунд после этого нажатия клавиш отрабатываются, но изменения могут не отображаться на индикаторе. Возврат к отображению текущего параметра происходит автоматически через 2 секунды.

Схема
После успешного апробирования основных принципов в симуляторе был собран прибор по следующей схеме.

По сравнению с симулятором произведены некоторые изменения. Роль инверторов выполняют транзисторы, добавлен разъем программирования и стабилизатор питания.
В этой схеме на вход Uin подается измерительный сигнал с трансформатора. Действующее значение этого сигнала 1.8В при 220В входного напряжения. Резисторы R3 и R6 используются для подстройки отображаемого значения под реальное входное напряжение. Разъем J2 подает сигналы на модуль управления реле.

Конструкция и детали
Основная схема собрана на печатной плате, остальное выполнено навесным монтажом.
В качестве транзисторов управления индикатором могут быть использованы любые маломощные npn. В качестве ОУ — любой у которого диапазон входа и выхода достигает уровня земли. Транзисторы управления реле — обязательно дарлингтоны. В авторской конструкции применены КТ829 с резисторами 5,6к в базе. Реле — на 24 вольта с током около 70мА. Автотрансформатор изготовлен из ЛАТРа с подпайкой к нему дополнительных выводов и исключения подвижного контакта. Отводы подобраны таким образом, что бы между ними было напряжение около 22В. Контроллер заменить без исправления программного обеспечения нельзя. Fuses настроены на работу контроллера от внутреннего RC генератора на 8 МГц. Вся конструкция помещена в корпус от компьютера. Плата с контроллером вставляется на место CD привода и прикреплена к пластмассовой заглушке.

Настройка
Настройке подлежит, прежде всего, активный выпрямитель. Для его настройки необходимо измерить входное и выходное напряжение измерительного трансформатора ( коэффициент трансформации). Потом по известному значению R4 согласно формулам рассчитать значения остальных двух резисторов. Эти сопротивления выставить построечными резисторами.
После этого подать сетевое напряжение на вход трансформатора и подстроить верхний резистор R3 таким образом, чтобы отображаемое напряжение соответствовало реальному напряжению в сети. Потом отключить устройство от трансформатора и подать отрицательное напряжение на вход. Запомнить показания прибора. Потом подать на вход положительное напряжение и подстроить нижним резистором R6 показания, что бы они совпадали с запомненными. Таким образом настраивается симметрия выпрямления обеих полуволн. Процедуру настройки нужно повторить несколько раз до тех пор пока после нее показания не будут соответствовать входному напряжению.

Параметры
Интервал входного напряжения при выходном напряжении 220В+-20% — 160В — 260В.
Разрешающая способность вольтметра среднеквадратичных значений — 1В
Диапазон измеряемых напряжений — 0 — 700В
Диапазон частот вольтметра — 0 — 200 Гц
Разрешающая способность частотомера — 0.1 Гц
Диапазон измерения частоты — 38 — 70 Гц
Интервал задержки включения — 0 — 32000 периодов ( 0 — 10 мин)
Время фильтрации — 0 — 999 периодов
Верхний порог отключения — 220 — 500В
Нижний порог отключения — 100 — 179В

Алгоритмы
Далее идет описание математической обработки сигнала для получения среднеквадратичного значения. Для простого повторения конструкции оно может быть опущено при прочтении. При разработке устройств обычно уделяется мало внимания описанию алгоритма. Но в устройствах на контроллерах именно он представляет главную ценность.
Микроконтроллер с частотой около 9500Гц (192 выборки на периоде) производит выборки входного сигнала. В обработчике прерывания АЦП каждая выборка возводится в квадрат и добавляется к значению накопителя квадратов напряжений. По окончании каждого периода значение накопителя квадратов передается на обработку в основной цикл программы.
Для нахождения минимума используется 8 последних отсчетов сигнала. Высчитывается их взвешенная сумма. При минимальном значении суммы, или вернее, как только это значение начало увеличиваться по сравнению с предыдущим значением, считаем, что сигнал прошел минимум. Так как может быть некоторая несимметричность при настройке выпрямителя, то измерение производится по периоду, хотя вполне можно было бы считать и каждые полпериода.
В основном цикле программы обнаруживается, что сумма квадратов напряжений на периоде посчитана и производится вычисление напряжения. Для этого суммы квадратов и количество отсчетов подвергаются усреднению по 16 точкам методом скользящего среднего. После этого усредненное значение суммы квадратов делится на усредненное значение количества отсчетов и из частного извлекается корень. Полученное значение масштабируется и выводится на индикатор.
Для индикации применен светодиодный индикатор на 3 цифры и динамическая индикация. Индикатор обновляется в том же обработчике прерывания от АЦП.

Файлы:
Файл проекта Proteus.
Прошивка МК с исходником.

Вопросы, как обычно, складываем тут.

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Ремонт релейного стабилизатора напряжения | Электрик

Во многих квартирах особенно сельской местности в доме обязательно стоит стабилизатор.
Некоторые хозяева используют его для работы особо «чувствительной» техники, газовых котлов, холодильников и другой подобной бытовой техники.

Некоторые более заботливые владельцы, устанавливают стабилизатор «на весь дом», такие стабилизаторы, как правило, обладают не малыми габаритами и весом и мощность их начинается от 7 — 10 кВт и больше.

Именно о таких стабилизаторах мы и поговорим в этой статье, а собственно о их ремонте и поиске неисправности, так как и каждая техника они выходят из строя.
В этой статье мы рассмотрим ремонт релейного стабилизатора известной китайской фирмы «Forte — ACDR — 10000» на 10кВт.

Но прежде чем приступить к ремонту, давайте разберемся в природе его устройства.
Релейный стабилизатор состоит из нескольких частей, собранных в единую систему:

Автоматический трансформатор — самая тяжелая его часть, это большой железный сердечник с несколькими обмотками соединенными по принципу автотрансформатора. Несколько концов толстого медного провода выходящих с трансформатора, коммутируются с помощью реле, количество которых зависит от обмоток и ступеней переключения.

Элементы управления — силовые элементы с помощью которых и осуществляется переключения обмоток и пуск с задержкой. В релейных стабилизаторах роль таких элементов выполняют реле, ну а в «моделях по дороже», в роли таких элементов могут служить полупроводниковые элементы — симисторы которые имеют куда больший ресурс работы на «переключение».

Блок управления — основная плата устройства с установленным на нее микропроцессором, с соответствующей прошивкой который запрограммирован на переключения и управления силовыми элементами (реле). При заранее определенных ступенях напряжения, переключаются соответствующие обмотки автотрансформатора. В случаях когда это не возможно, по причине поломки, выдается «ошибка» и стабилизатор пере запускается или отключается. Там же предусмотрена и схема задержки на включения (например 120 секунд).

Блок индикации и измерения напряжения — плата, как правило, установленная на лицевой панели  (крышке) стабилизатора. Там же, на ней установлены «цифровые индикаторы» или дисплей.
Кроме них, могут быть установлены и элементы управления, например включения «задержки».

Стабилизатор постоянно сравнивает входной уровень напряжения с номинальным и «решает» либо добавить, либо уменьшить определенное количество вольт в «домашнюю» электросеть. Осуществляются такие решения подключением либо отключением (переключением) необходимых обмоток, в данном случае с помощью реле.

Во всех стабилизаторах существует система защиты которая проверяет входные и выходные напряжения, ток, температуру на соответствие номинальным значением и условиям эксплуатации. Защитные механизмы у каждого стабилизатора свои, но можно выделить несколько основных:

• Пределы стабилизации (входное и выходное напряжение)

• Отношение выходного напряжения к входному

• Превышение тока нагрузки (перегрузка)

• Перегрев трансформатора, превышение температуры внутри устройства

• Невозможность «переключить» обмотку (при выходе из строя элементов управления)

Выполняем ремонт

Самой частой причиной поломки таких стабилизаторов являются реле, переключающие обмотки трансформатора. В следствие многоразовых переключений контакты реле могут выгорать, заклинивать, а может перегореть и самая катушка.

Если выходное напряжение исчезает или появляется индикация «ошибка» – необходимо проверить все реле. Сначала осмотрев внешне и если никаких видимых повреждений незаметно, то разобрать корпус каждого реле.
Сразу станет заметно какие контакты на сколько изношены, а где и вовсе сгоревшие.

В данном стабилизаторе, неисправность проявлялась в виде отключения стабилизатора по «ошибке» что сопровождалось звуковой индикацией. Отключался он не всегда, а только при сильно пониженном напряжение, но в приделах нормы стабилизации. — где то около 175 вольт. Отключался в независимости от нагрузки на выходе что явно отметало как причину общую перегрузку. Перед выключением слышно как несколько раз пощелкивают реле.

Как позже выяснилось, блок управления давал команду реле переключится на другую обмотку, но так как физически обмотки переключенными не были то и вылетала «ошибка» и стабилизатор попросту выключался.

Разобрав все пластмассовые крышки реле было обнаружено подгорание на двух реле, но в одном из них контактная площадка которая должна подключать обмотки, полностью выгорела и «контакт» был попросту невозможен, хоть реле и щелкало чтобы замкнуть пластины.

Мог еще произойти и такой случай при котором контакты могли б залипнуть друг к другу и в итоге несколько обмоток трансформатора окажутся короткозамкнутыми. Трансформатор начнет перегреваться и если не сработает защита то может и перегореть одна из обмоток автотрансформатора. Кстати говоря, подобная опасность присуща не только релейным стабилизаторам но и симисторным.

Очень часто в релейных стабилизаторах выходят из строя транзисторные ключи, которые в разных моделях стабилизаторов могут собираться на разных типах транзисторов. Когда при прозвоне радиоэлементов схемы были обнаружены неисправные «усилители», их необходимо заменить на такие же по параметрам.

Профилактическая мера по восстановлению слегка подгоревших реле стабилизатора довольно простая и состоит из таких действий:

1. снимаем крышку реле
2. снимаем пружину, чтоб освободить подвижный контакт реле
3. каждый подвижный и неподвижный контакт нужно зачистить с помощью мелкой наждачки
4. промыть контактные площадки спиртом
5. после высыхания спирта, покрыть защитным средством KONTAKT S-61

При более сильном и значительном обгорание контактов реле и если нет возможности его заменить можно поступить следующим образом: по возможности почистить контакты реле (методом описанным выше) и поменять реле местами.
То — есть там где в стабилизатора самая часто используемая обмотка на которой постоянно обгорает реле, поставить «новое» реле, а «подуставшее» реле поставить на место того реле что сохранилось в хорошем состояние, там оно прослужит еще много времени.

В случае полного выгорания контактной площадки реле, его нужно заменить на новое.
Но когда нет времени ждать посылки с новым реле или есть желание попробовать восстановить обгоревшую часть пластины самостоятельно, можно поступить как сделал я.

В таких же соотношениях размеров, был вырезан кусок медной жилы которая была закреплена по всей длине пластины припоем, предварительно залудив жилу и саму пластину. Но так чтоб место контакта припадало все таки на медную часть, а не на припой.

При наличии мощной точечной сварки, все это лучше было сварить  для большей надежности на случай возможного нагрева пластины.
Но так как в данном устройстве реле было заменено и поставлено на место где не происходит обгорания, например на понижающую часть обмотки, то и беспокоится не о чем.

Другие неисправности

Кроме явных механических проблем с реле и выхода из строя «усилителей» представленных в виде ключевых транзисторов, могут встречаться и другие поломки уже на плате блока управления: холодная пайка, отслаивающиеся дорожки на плате, заусеницы в местах пайки, шарики от припоя и отхождения контактов в штырьковых соединениях — вот лишь малое что может послужить причиной неисправной работы стабилизатора.

Иногда встречается такая неполадка как хаотическое отображение сегментов на дисплее,в то же время может наблюдаться хаотическое включение реле. Частой причиной такого поведения есть «холодная пайка» кварцевого резонатора который работает на частоте 8 — 16 мегагерц, плохой его пропай ведет к неправильной работе микропроцессора.
По этому всю заднюю часть платы лучше сразу осмотреть по поводу плохой пайки, заусениц или шариков с припоя которые там часто бывают в виду быстрой пайки плат монтажниками которые ее собирают.

Затем можно осмотреть плату на дефекты радиоэлементов. Очень часто со временем электрические конденсаторы вздуваются и выходят из строя, выявить это будет не сложно. Их необходимо заменить на аналогичные.
Кроме того в стабилизаторе был выявлен клеммник с трещиной, который не мог обеспечить надежный контакт мощного силового кабеля. Такой клеммник ввиду невозможности создать достаточную затяжку провода, мог нагреваться и тем самим со временем еще и усугубить надежность контакта.

Диагностика

Но после ремонта стабилизатора или даже на этапе диагностики неисправности, возникает необходимость проверить работу устройства в разном диапазоне напряжений, как повышенных так и пониженных.

В мастерских для этих целей служит ЛАТР или лабораторный автотрансформатор регулируемого типа. Его подключают на вход проверяемого стабилизатора и уже изменяя напряжения на входе, имитируя перепады в сети, смотрят на поведение стабилизатора, справляется ли он с работой в номинальных (паспортных) пределах напряжения.

Но так как у меня нет соответствующего регулируемого автотрансформатора, то мы пошли немного другим путем. Была собрана определенная «схема»:

1. На входе стабилизатора, последовательно фазе была подключена лампочка примерно 60ват, мощность лампочки подбирается экспериментальным путем.

2. На выходе в роли нагрузки был подключен обычный сетевой шуруповерт или дрель (400 — 1000 Ват) с кнопкой плавной регулировки оборотов.

Во время работы шуруповерта на минимальных оборотах, лампочка которая включена на входе последовательно — не светится. Стабилизатор при этом запущен и работает без проблем.
Начинаем плавно увеличивать обороты шуруповерта, лампочка при этом светит все ярче.
Чем интенсивней яркость лампочки, тем больше проседает напряжение на входе стабилизатора, что естественно видно на индикации дисплея. Кроме того, при уменьшению напряжения на входе , слышно как переключаются обмотки трансформатора и щелкают реле.
Таким не хитрым способом можно проследить правильно ли работает стабилизатор, при условие что в вашей домашней же сети будет нормальное напряжение (220 — 240 вольт).

Как видим, отремонтировать стабилизатор напряжения можно и в домашних условиях. Ну или по крайней мере можно разобрать и определить поломанный узел и оценить стоимость работ по его восстановлению или замене. Предполагается что человек который приступит к ремонту стабилизатора, будет обладать базовыми знаниями в электричестве и электронике и будет иметь минимальный набор инструментов, паяльник, мультиметр и мелкий инструмент.
Следует быть осторожным работая с напряжением при диагностике и проверке работы.Все остальные работы по ремонту и замене производятся в обесточенном состояние.

Виды стабилизаторов напряжения. Их схемы, принцип работы, плюсы и минусы

13.04.2018

В настоящее время возрастает спрос на стабилизаторы напряжения. Это связано как с активным использованием этих электроприборов во всех сферах жизнедеятельности современного человека, так и с периодически возникающими в сетях проблемами с качеством электроэнергии.

Специализированные магазины и интернет-сайты предлагают большой выбор стабилизаторов отечественного и зарубежного производства, удовлетворяющих практически любые запросы покупателей. Однако следует понимать, что каждый стабилизатор, несмотря на его мощность и стоимость, построен по типовой схеме (топологии), в основе которой – определённый физический принцип стабилизации электрической энергии. Всего таких топологий пять:

• феррорезонансная;
• электромеханическая;
• релейная;
• полупроводниковая;
• инверторная.

Практически все виды стабилизаторов напряжения имеют свои преимущества и недостатки, которые в основном обусловлены схемой их построения. Основные параметры устройств каждого типа требуют пристального изучения, так как именно от их значений зависит эффективность работы выбранной модели стабилизатора с различной современной аппаратурой.

Феррорезонансные стабилизаторы

Феррорезонансный стабилизатор

Это первые стабилизаторы, получившие широкое распространение в нашей стране. Начало их массового использования в 50-60-х годах ХХ века связано с появлением ламповых телевизоров и прочей бытовой техники, требующей защиты от сетевых колебаний.

Устройство и принцип работы. Стабилизаторы такого типа отличаются от большинства более современных моделей простотой электронной схемы и отсутствием автотрансформатора. Они понижают или повышают значение напряжения за счёт эффекта феррорезонанса – электромагнитного взаимодействия между двумя дросселями один из которых имеет ненасыщенный сердечник (входной), а второй насыщенный (выходной).

Преимущества. Феррорезонансные стабилизаторы не имеют склонных к поломкам подвижных компонентов, что обеспечивает их надёжность и большой ресурс безотказной работы – некоторые изделия советского производства до сих пор находятся в обиходе и исправно выполняют свою работу. Другие преимущества данной топологии:

• надёжность и большой ресурс безотказной работы благодаря отсутствию склонных к поломкам подвижных компонентов;
• высокая точность выходного напряжения за счёт плавного, безразрывного регулирования сетевого сигнала;
• устойчивость к неблагоприятным условиям окружающей среды;
• быстродействие.

Недостатки. Отвечающее современному уровню комфорта бытовое использование феррорезонансных стабилизаторов осложняется рядом свойственных им недостатков:

• шумность работы – гул от встроенных трансформаторов ощущается даже через стену;
• повышенное тепловыделение;
• большой вес и крупные габариты;
• малый диапазон регулируемого входного напряжения – более узкий, чем предельные значения отклонений, встречающихся в отечественных сетях;
• невысокий КПД вследствие значительных потерь энергии на нагрев;
• неспособность работать при перегрузках и на холостом ходу;
• искажения синусоиды.

Стоить отметить, что все указанные недостатки характерны в первую очередь для классических феррорезонансных стабилизаторов первых поколений, в устройствах нового образца они максимально снижены или полностью исключены. Существенный минус современных моделей этой топологии — это их высокая цена, превышающая не только стоимость изделий других типов, но и on-line ИБП соответствующей мощности.

Применение. Несмотря на серьезные сдвиги в разработке более производительных, мощных и надежных преобразователей напряжения, устаревшие феррорезонансные стабилизаторы все еще пользуются спросом при работе с неприхотливой техникой такого же старого поколения. Приборы этой группы — не самый удачный вариант для бытового пользования по причине высокого уровня шумов и громоздкости конструкции, однако вполне могут быть использованы в подсобных помещениях или на загородных усадьбах при плюсовых температурах.

Электромеханические стабилизаторы

Электромеханический стабилизатор

Устройство и принцип работы. Стабилизаторы данного типа появились практически одновременно с феррорезонансными, но имеют отличные от них конструкцию и принцип работы. Главные элементы любого устройства данной топологии – автотрансформатор и подвижный токосъёмный контакт, выполненный в виде ролика, ползунка или щетки. Указанный контакт перемещается по обмотке трансформатора, вследствие чего происходит плавное увеличение или уменьшение коэффициента трансформации и соответствующее изменение (коррекция) поступающего из сети напряжения. Первые электромеханические стабилизаторы имели ручную регулировку – специальный бегунок передвигался по катушке и отключал или подключал витки до количества, необходимого для достижения номинального значения выходного напряжения. В современных устройствах этот процесс автоматизирован: плата управления анализирует входной ток и в случае отклонения его параметров сигнализирует сервоприводу, перекатывающему коммутационный контакт на сегмент тороидальной обмотки автотрансформатора с напряжением, максимально приближенным к номинальному.

Рисунок 1 – Схема электромеханического стабилизатора напряжения

Преимущества. Основное достоинство электромеханического принципа стабилизации напряжения – непрерывное регулирование с высокой точностью и без искажения синусоидальной формы сигнала. Также ключевым преимуществом является самая низкая стоимость электромеханических стабилизаторов на отечественном рынке.

Недостатки. Эти устройства имеют и ряд существенных недостатков, делающих их не самым оптимальным решением для защиты многих видов нагрузки, а именно:

• низкое (за исключением некоторых моделей) быстродействие – скорость реакции на изменение входного сигнала ограничивается временем, требуемым сервоприводу для срабатывания;
• возникновение кратковременных скачков выходного напряжения при резких перепадах входного, что пагубно влияет на чувствительные электронные компоненты защищаемого оборудования и осложняет применение в сетях с сильными перепадами напряжения;
• низкое качество фильтрации входных электромагнитных помех и трансляция возмущающего воздействия на выход устройства;
• низкая надежность из-за механически движущихся деталей, что значительно сокращает срок эксплуатации устройства, из-за чего именно этот тип стабилизаторов чаще всего выходит из строя.

Дополнительные неудобства при эксплуатации электромеханических стабилизаторов в домашних условиях создают:

• повышенный уровень шума и возможное искрение при работе – следствие движения сервопривода по виткам катушки;
• громоздкая конструкция, большое количество механических узлов и деталей, и, соответственно, большой вес;
• необходимость периодического обслуживания подверженного износу узла механического контакта, надёжность которого снижается пропорционально числу срабатываний.

Кроме того, приборы этой группы могут давать сбои при длительном использовании в условиях отрицательной температуры – такому оборудованию комфортнее в отапливаемых помещениях.

Применение. Перечисленные недостатки обуславливают ограниченную сферу применения электромеханических стабилизаторов — они все еще востребованы в сетях без молниеносных скачков напряжения. Разумеется, такие устройства не подходят для бытового использования в домашних условиях, но вполне удачно используются в качестве временной стабилизации напряжения в подсобном хозяйстве, гаражах, небольших мастерских — там, где снижение температуры незначительно. Хотя рассматриваемый тип преобразователей постепенно уходит в прошлое и уступает место более современным конструкциям на релейной и тиристорной основе.

Релейные стабилизаторы

Релейный стабилизатор

Устройство и принцип работы. Приборы этой топологии относятся к электронным устройствам, действие которых построено на базе дискретного (ступенчатого) принципа стабилизации электроэнергии. Он заключается в автоматическом переключении обмоток автотрансформатора и выбора той, напряжение на которой максимально близко к номинальному. Коммутация необходимых для повышения или снижения входного напряжения контуров происходит благодаря срабатыванию силовых электронных реле (отсюда и название данной разновидности стабилизаторов). Управление процессом осуществляет специальный блок. Он контролирует характеристики сетевого напряжения и при их отклонении от установленного значения включает в работу ту или иную ступень стабилизации (количество ступеней соответствует числу установленных реле).

Рисунок 2 – Схема релейного стабилизатора напряжения

Преимущества. Основное преимущество этих устройств перед электромеханическими аппаратами устаревших конструкций – повышенная скорость срабатывания (не более 10-20 мс). Кроме того, релейные стабилизаторы обладают простейшей структурой, в которой исключены сложные узлы и дорогостоящие компоненты, что упрощает их техническое обслуживание и ремонт. Ремонтные работы, как и сами приборы, отличаются низкой стоимостью. Релейные стабилизаторы не боятся перегрузок, чем и обусловлен их длительный срок эксплуатации. Также этот тип устройств выделяется сравнительно небольшими габаритами и малым весом. Они не требуют дополнительного охлаждения и отлично справляются со своими функциями в условиях отрицательных температур.

Недостатки. Главный недостаток релейных стабилизаторов напряжения – дискретное (неплавное) регулирование. Он обусловлен принципом работы и проявляется в виде мигания электрических ламп при переключении ступеней стабилизации. Cтупенчатая корректировка напряжения также:

• снижает точность стабилизации (может достигать 10%), при этом рост быстродействия релейных устройств неминуемо повышает погрешность в их работе;
• способствует трансляции искажений сетевой синусоиды на выход устройства.

Релейная топология сохраняет и ряд минусов присущих электромеханическим изделиям:

• работа стабилизатора не бесшумна – срабатывание сопровождается звуковым эффектом подобным щелчку;
• реле подвержены механическому износу, в меньшей степени чем элементы сервопривода, но тенденция к ухудшению качества работы с увеличением срока эксплуатации сохраняется.

Применение. Релейные стабилизаторы подходят для защиты маломощных приборов в сетях, характеризующихся небольшими колебаниями напряжения. Вышеперечисленные недостатки говорят о недостаточном соответствии приборов этой группы требованиям по защите современной электроники, чувствительной к малейшим отклонениям питающего напряжения.

Тиристорные стабилизаторы

Тиристорный стабилизатор

Устройство и принцип работы. Данные устройства можно рассматривать как результат развития и усовершенствования дискретного принципа стабилизации. Их конструкция и принцип работы схожи с аппаратами релейной топологии. Главное различие состоит в том, что переключение обмоток автотрансформатора выполняют не реле, а полупроводниковые силовые ключи – тиристоры, увеличивающие точность стабилизации и делающие работу устройства практически бесшумной.

Преимущества. Исполнительные блоки на базе полупроводниковых элементов не имеют механических деталей и обеспечивают минимальное время реакции на изменение входного напряжения (однако некоторая задержка всё-таки сохраняется). Кроме бесшумной работы, быстродействия и увеличенной (относительно релейных моделей) точности стабилизации тиристорные стабилизаторы обладают следующими преимуществами:

• долговечность и надежность – полупроводниковые компоненты не подвержены механическому износу и имеют большой рабочий ресурс;
• широкий диапазон сетевого напряжения – возможна работа с большинством предельных отклонений;
• отсутствие генерации электромагнитных помех при работе;
• устойчивость к низким и высоким температурам окружающей среды;
• скромные габариты и небольшой вес;
• высокий КПД — отсутствие обмоток, реле и движимых элементов снижает уровень собственного энергопотребления.

Недостатки. Применение тиристорных ключей не способно полностью исключить основной недостаток дискретного принципа работы – ступенчатые скачки напряжения. Они неминуемо возникают при переключении трансформаторных обмоток и снижают точность стабилизации, повышение которой, как и в релейных моделях, негативно влияет на быстродействие устройства. Даже самые современные стабилизаторы на полупроводниковых элементах не гарантируют безразрывное электропитание и сигнал идеальной синусоидальной формы. Определённые проблемы могут возникнуть, например, при работе с профессиональным аудио-видео оборудованием – помехи создаваемые при ступенчатом переключении отрицательно скажутся на качестве картинки и звука. Ещё один минус тиристорных стабилизаторов – чувствительность к перегрузкам, которые могут привести к выходу из строя электронных ключей и дорогостоящему ремонту.

Рисунок 3 – Схема электронного стабилизатора напряжения

Симисторные стабилизаторы

Симисторный стабилизатор

Поскольку симисторы являются одним из типов тиристоров, то и принцип работы стабилизаторов на их базе существенно не различаются. Разница заключается в том, что в отличие от тиристоров, симисторы способны пропускать ток в обоих направлениях, поэтому нет необходимости в параллельно-встречном подключении двух тиристоров. Также при подключении индуктивной нагрузки симисторы более уязвимы для скачков напряжения, нежели тиристоры, и требуют дополнительной защиты. Хотя этот недостаток компенсируется тем, что в симисторных устройствах применяется более простая электронная схема.

В целом же симисторные стабилизаторы обладают теми же преимуществами, что и тиристорные:

• низкий уровень шума при работе;
• быстрое реагирование на сетевые изменения, скорость составляет 10-20 мс;
• высокий уровень КПД, достигающий 98%, что выделяет их среди конкурентов более старых поколений;
• устойчивость к перегрузкам — например, тиристорные стабилизаторы способны проработать до 12 часов при перегрузке в 20%;
• долговечность прибора при работе на износ, но в то же время дорогостоящий ремонт в случае выхода из строя одного из компонентов;
• способность выдерживать температурные перепады, но уязвимость для повышенных уровней влажности.

Также устройства не лишены некоторых недостатков:

• низкая точность регулирования, обусловленная ступенчатой стабилизацией;
• более габаритная конструкция, по сравнению с тиристорными стабилизаторами;
• высокая стоимость в сравнении с релейными моделями.

Подводя итог по тиристорным и симисторным моделям следует уточнить, что по параметрам они не намного превосходят релейные стабилизаторы, хотя их стоимость выше и в случае возникновения неисправности замена электронных компонентов обойдется дороже. Тем не менее, такие приборы пользуются спросом и в домашних условиях, и на даче, поскольку неприхотливы к окружающей среде и в то же время не создают шума. Однако крайне не рекомендуется подключать высокоточное оборудование к тиристорным/симисторным стабилизаторам.

Инверторные стабилизаторы

Современные инверторные стабилизаторы Штиль серии «Инстаб»

Это наиболее «молодой» вид стабилизаторов – серийное производство начато в конце 2000-х годов. Инновационная конструкция и характеристики, недоступные для моделей других топологий, делают данные устройства прорывом в стабилизации электрической энергии.

Устройство и принцип работы. Принцип действия данных устройств схож с on-line ИБП и построен на базе прогрессивной технологии двойного преобразования энергии. Сначала выпрямитель превращает входное переменное напряжение в постоянное, которое затем накапливается в промежуточных конденсаторах и подаётся на инвертор, осуществляющий обратное преобразование в переменное стабилизированное выходное напряжение. Инверторные стабилизаторы кардинально отличаются от релейных, тиристорных и электромеханических по внутреннему строению. В частности, в них отсутствует автотрансформатор и любые подвижные элементы, в том числе и реле. Соответственно, стабилизаторы двойного преобразования избавлены от недостатков, присущих трансформаторным моделям.

Преимущества. Алгоритм работы этой группы устройств исключает трансляцию любого внешнего возмущающего воздействия на выход, что обеспечивает полную защиту от большинства проблем электроснабжения и гарантирует питание нагрузки напряжением идеальной синусоидальной формы со значением максимально приближенным к номинальному (точность ±2%). Кроме того, инверторная топология устраняет все недостатки характерные другим принципам стабилизации электрической энергии и обеспечивает моделям, реализованным на её базе, уникальное быстродействие – стабилизатор реагирует на изменение входного сигнала мгновенно, без задержек во времени (0 мс)!

Другие важные преимущества инверторных стабилизаторов:

• максимально широкие границы рабочего сетевого напряжения – от 90 до 310 В, при этом идеальная синусоидальная форма выходного сигнала сохраняется во всем указанном диапазоне;
• непрерывное бесступенчатое регулирование напряжения – исключает ряд неприятных эффектов, связанных с переключением порогов стабилизации в электронных (релейных и полупроводниковых) моделях;
• отсутствие автотрансформатора и подвижных механических контактов – повышает ресурс работы и снижает массу изделия;
• наличие входного и выходного фильтров высоких частот – эффективно подавляют возникающие помехи (присутствуют не во всех моделях, характерны в частности для продукции ГК «Штиль» – ведущего производителя инверторных стабилизаторов).

Возникает закономерный вопрос — есть ли недостатки у инверторных устройств? Единственным и в то же время спорным недостатком является более высокая цена. Но учитывая технические требования современной бытовой техники и одновременно сохраняющуюся тенденцию перепадов сетевого напряжения, инверторные стабилизаторы сегодня являются самым экономически оправданным вариантом для постоянного пользования как в частных домах и загородных коттеджах, так и на промышленных объектах. Они гарантируют устойчивое, корректное функционирование дорогостоящей бытовой техники и чувствительных электронных устройств при любом качестве питающей электросети.

Рисунок 4 – Схема инверторного стабилизатора напряжения

Подробнее по этой теме читайте ниже:

Инверторные стабилизаторы напряжения «Штиль». Модельный ряд.

Технические преимущества инверторных стабилизаторов «Штиль»

Особенности выбора релейного стабилизатора напряжения

24.04.2019

В настоящее время на рынке электропитания представлено несколько типов стабилизаторов напряжения, каждый из которых имеет свои особенности работы и принцип защиты нагрузки от проблем в электросети. Релейный стабилизатор является одним из них. Несмотря на немалое количество недостатков, обусловленных конструкцией и принципом действия, данное устройство до сих пор довольно часто выбирают для электрозащиты бытовой техники. В основном покупателей привлекает невысокая стоимость прибора.

Однако, даже если приоритетным критерием при выборе приборе является цена, очень важно понимать технические возможности и особенности релейного стабилизатора до совершения покупки и подключения защищаемой нагрузки. Именно этому и посвящена данная статья. Мы рассмотрим подробнее устройство релейного стабилизатора напряжения, особенности его конструкции и принципа действия, их влияние на технические характеристики прибора и спектр допустимых к подключению к нему нагрузок.

Устройство релейного стабилизатора

Релейный стабилизатор напряжения состоит из следующих основных узлов:

• силовой автотрансформатор – основа стабилизатора, выполняет коррекцию напряжения;
• электронная схема управления – осуществляет измерение параметров питающей сети и самого устройства, управляет работой силовых реле;
• блок силовых реле – выполняет переключение трансформаторных витков таким образом, чтобы обеспечить номинальные выходные параметры напряжения;
• средства мониторинга – светодиодные индикаторы, ЖК-дисплей, популярные интерфейсы для организации удаленного управления и мониторинга.

Автотрансформатор – это разновидность трансформатора напряжения с электрически связанными первичной и вторичной обмотками. Вторичная обмотка имеет несколько отводов от катушки – выводов, напряжение на которых будет разным при одинаковом значении первичного напряжения. Разность напряжений на выводах секций катушек обусловлена соответствующим коэффициентом трансформации устройства, напрямую зависящим от количества задействованных в преобразовании витков обмотки.

Принцип действия релейного стабилизатора

Работа релейного стабилизатора в общих чертах может быть описана следующим образом:

1. Напряжение на входе проходит через фильтр подавления помех и измеряется электронной схемой. Затем показатели сетевого напряжения сравниваются с номинальным значением, которое должно быть на выходе.

2. При недопустимом отклонении значения напряжения в сети от номинального, электронная схема формирует сигнал на включение определенных силовых реле, коммутацией которых будет обеспечен необходимый коэффициент трансформации. За счет этого на выходе сформируется значение напряжения, максимально приближенное к номинальному.

3. Электронная схема может остановить работу стабилизатора при возникновении коротких замыканий, токовых перегрузок, длительных импульсов или несоответствии фактического напряжения в сети значениям рабочего диапазона входного напряжения стабилизатора.

Особенности релейного стабилизатора напряжения

Благодаря простоте конструкции релейный стабилизатор компактен, его эксплуатация осуществляется без специального обслуживания. Такой прибор не издает сильного шума при работе, за исключением щелчков в момент срабатывания. Как правило, стабилизаторы этого типа неприхотливы и сохраняют работоспособность в широком температурном диапазоне. Риск перегрева во время работы сводится к минимуму.

Однако с конструктивными особенностями релейного стабилизатора связан и ряд недостатков. Так как регулировка напряжения происходит за счет механического перемещения реле, прибор срабатывает не мгновенно. Время реакции на резкий скачок напряжения может составлять около 10-20 мс. Казалось бы, немного, но для сложной современной техники, например, компьютерного или отопительного оборудования, этого может оказаться достаточно для возникновения сбоев.

Если через стабилизатор подключены осветительные приборы, момент срабатывания можно заметить невооруженным глазом: свет может мигать в момент переключения реле. Кроме того, при длительной эксплуатации стабилизатора реле могут оказаться его слабым местом: при частых срабатываниях они быстро изнашиваются, в особенности у стабилизаторов дешевых моделей.

Если через стабилизатор подключены осветительные приборы, момент срабатывания можно заметить невооруженным глазом: свет может мигать в момент переключения реле. Кроме того, при длительной эксплуатации стабилизатора реле могут оказаться его слабым местом: при частых срабатываниях они быстро изнашиваются, в особенности у стабилизаторов дешевых моделей.

Преимущества и недостатки релейных стабилизаторов

Преимущества

Недостатки

Простота конструкции. Компактность. Отсутствие требований в специальном обслуживании при эксплуатации. Высокая стойкость к перегрузкам. Не требует специального охлаждения. Широкий диапазон рабочей температуры внешней среды (-20 — +40). Возможность работы с нулевой нагрузкой. Небольшая стоимость.

Ступенчатая неплавная коррекция напряжения. Медленная реакция на резкие перепады напряжения (10-20 мс). Низкая точность стабилизации – 5-10% (зависит от количества используемых силовых реле). Шум при работе (характерные щелчки от срабатываний реле являются серьезным ограничением в размещении устройств в жилых помещениях). Наличие механических деталей в силовых реле (негативно влияют на срок службы).

Сферы применения релейных стабилизаторов напряжения

Область применения релейных стабилизаторов определяется их техническими особенностями. Часто их выбирают в качестве недорогого способа защиты от перепадов напряжения бытовых приборов в квартире или загородном доме. Они привлекают внимание многих потребителей благодаря компактности и невысокой цене.

Однако возможности использования релейных стабилизаторов довольно сильно ограничены их недостатками: современные электронные устройства (компьютеры, аудиотехника, котлы с электронным управлением, системы безопасности) предъявляют более высокие требования к качеству входного напряжения, чем могут обеспечить стабилизаторы этого типа. В частности, их нельзя использовать для устройств, которые могут выйти из строя, если стабилизатор сработает с задержкой. Примерами такой нагрузки являются отопительные системы. Кроме того, щелчки, которые издает релейный стабилизатор при срабатывании, тоже могут оказаться нежелательными, особенно для дорогой аудиотехники.

Критерии выбора релейного стабилизатора

Если вы решились на покупку релейного стабилизатора, то, чтобы правильно подобрать модель, необходимо руководствоваться следующими критериями:

• выходной мощностью устройства;
• скоростью и точностью коррекции выходного напряжения;
• диапазоном рабочего напряжения;
• перегрузочной способностью;
• шумностью работы;
• допустимой температурой эксплуатации;
• способом установки.

Разберем подробнее некоторые из этих критериев.

Выходная мощность	Мощность устройства рекомендуется выбирать с учетом резерва в 20-30% от суммарной потребляемой мощности нагрузки. При наличии нагрузки с высокими пусковыми токами (например, электроприборов с электродвигателями) резерв по мощности целесообразно увеличить.
Диапазон рабочего напряжения	Современные релейные стабилизаторы достаточно хорошо работают в сетях с большой просадкой напряжения. Однако при частых значительных колебаниях от устройств этого типа лучше отказаться. Частота срабатываний силовых реле снижает их рабочий ресурс и, конечно, не увеличивает срок службы самих стабилизаторов.
Допустимая температура эксплуатации	Устройства этого типа, как правило, обладают широким диапазоном температуры эксплуатации, однако, при установке стабилизатора в неотапливаемом помещении следует убедиться, что показатели допустимых температур выбранной модели соответствуют фактическим условиям эксплуатации.
Скорость и точность коррекции выходного напряжения	Учитывая ступенчатость коррекции напряжения, рекомендуется выбирать устройства с большим количеством силовых реле. Большее число ступеней регулирования обеспечивает лучшую точность его работы.

Сравнение релейных и электронных стабилизаторов

Электронным и релейным устройствам характерна ступенчатость регулирования напряжения на выходе. Дискретность коррекции напряжения в стабилизаторах зависит от количества ступеней регулирования – это полупроводниковые ключи в электронных или электромеханические реле в релейных приборах.

Электронные устройства лучше использовать, когда требуется высокое быстродействие. Релейные аналоги значительно проигрывают по этому показателю — скорость коммутирования электромеханических реле гораздо ниже, чем электронных силовых ключей. К тому же, последние работают совершенно бесшумно в отличие от обычных реле, что делает их куда более пригодными для установки в жилых помещениях.

Большая надежность работы и длительность срока службы электронных стабилизаторов обусловлена полным отсутствием подвижных механических деталей в конструкции. Механика реле подвержена быстрому износу, что особенно проявляется при эксплуатации в сетях с крайне нестабильным сетевым напряжением.

Электронные устройства менее стойки к перегрузкам, которые могут быть причиной перегрева и выхода дорогостоящих силовых ключей из строя. Кроме того, электронные стабилизаторы могут сами вносить искажения в форму выходного сигнала.

Стоимость электронных стабилизаторов значительно выше, чем у релейных: последние в настоящее время стоят значительно дешевле, что делает их гораздо более предпочтительными для организации бюджетной защиты нагрузки, нетребовательной к качеству электропитания.

Характеристика	Релейный стабилизатор	Электронный стабилизатор
Средство переключения обмоток трансформатора	Электромеханические реле	Полупроводниковые ключи
Тип регулировки напряжения	Дискретный	Дискретный
Быстродействие	Показатели хуже, реакция медленнее (10-20 мс), так как скорость коммутирования электромеханических реле ниже, чем электронных ключей.	Показатели лучше (5-10 мс), более быстрая реакция на изменения параметров напряжения.
Точность стабилизации	Низкая (5-10%)	Высокая (может достигать 3%)
Уровень шума	Издают щелчки от срабатываний реле.	Работают бесшумно
Надежность и длительность срока службы	Показатели хуже из-за быстрого износа коммутационных реле.	Показатели лучше из-за полного отсутствия подвижных механических деталей в конструкции.
Стойкость к перегрузкам	Показатели лучше, высокая стойкость к перегрузкам.	Показатели хуже, слабая перегрузочная способность из-за высокого риска выхода из строя дорогостоящих силовых ключей при перегреве.
Добавление искажений в выходной сигнал	Не вносят	Могут вносить
Цена	Невысокая стоимость	Высокая стоимость

Инверторный стабилизатор как альтернатива релейным

Если вы хотите надежно защитить электронные устройства, которыми пользуетесь в квартире или загородном доме, стоит рассмотреть возможность покупки более современных моделей стабилизаторов – инверторных.

Принцип действия этих приборов основан на современных технологиях, которые позволили устранить все недостатки, свойственные предыдущим поколениям стабилизаторов напряжения: устройства мгновенно реагируют на колебания входного напряжения и максимально точно выполняют его регулировку.

Инверторные стабилизаторы компактны и не издают шума при работе. Их преимущества заметны и при длительном использовании:

• не имеют движущихся элементов, которые могли бы выйти из строя из-за механических повреждений;
• оснащены автоматической защитой с восстановлением от перегрева, перегрузок, аварии в сети и короткого замыкания.

Все эти особенности делают инверторные стабилизаторы оптимальным решением для обеспечения качественного электроснабжения в квартире или загородном доме.

Более высокая цена, чем у релейных стабилизаторов, оправдана, ведь вы получаете более надежное и высокотехнологичное устройство, которое прослужит долго.

Читайте также:

Модельный ряд инверторных стабилизаторов «Штиль»

Ремонт релейного стабилизатора напряжения Uniel RS-1/500. — Схемы&Ремонт — Статьи — Каталог статей

Автоматические стабилизаторы переменного напряжения электронного типа с цифровой индикацией Uniel RS-1/500 — RS-1/12000 предназначены для питания устройств однофазным напряжением синусоидальной формы. Применяются для защиты подключённых к ним приборов различной мощности от колебаний напряжения электросети в диапазоне от 125В до 270 В. За последнее время пришлось ремонтировать несколько таких приборов, неисправность на выходе стабилизатора отсутствует выходное напряжения. На индикаторе отсутствует показания напряжения выхода, появляется знак «L».   Чтобы разобраться в причинах отказа  работы стабилизаторов, пришлось нарисовать схему, которую предлагаю для ознакомления. Схема чертилась по компонентам установленной на плате и в корпусе прибора.  Краткое описание схемы.  Переменное напряжение 18В  с обмотки трансформатора Т2 подается на диодный мост VD5,VD7,VD11,VD12 фильтр С5,С8. Стабилизатор напряжения 12В выполнен по линейной схеме VT2,C10,U1,R10,R11,C13. Функциональное назначение радиоэлементов UO1,R14,R17 установленные на плате не понятно.  Стабилизированное напряжение 12В предназначено для питания реле К1-К4 и стабилизаторов 5В- U2,U3. U2,С20 — питания светодиодного индикатора и зуммера. U3,С21 – питания микроконтроллера. Контроль, сигнализация, управления выполнен на микроконтроллере, наклейка на корпусе H8215D20A. Контроль входного переменного напряжения сети снимается с трансформатора Т3. Выпрямленный диодным мостом VD9,VD10,VD13,VD14, фильтра С4,С3 постоянное напряжение со среднего вывода R3, R2,R1 подается на АЦП  микроконтроллера вывод 16. Схема позволяет контролировать потребляемый ток стабилизатором и нагрузкой при превышении заданного порога потребитель отключается. Датчиком тока является трансформатор Т1 включенный последовательно нагрузке, с вторичной обмотки которого снимается переменное напряжение пропорционально току нагрузки. Для подачи на выводы АЦП  переменное напряжение преобразовывается в постоянное VD19-VD22,С17,С19  которое с среднего вывода подстроечного резистора R20 через R15,R18 подаются на микроконтроллер. Чтобы поддерживать на выходе стабилизатора переменное напряжение в районе 220В необходимо его контролировать, для этого параллельно розетки подключен трансформатор Т4.  С вторичной обмотки снимается контрольное напряжение,  которое выпрямляется диодами VD3,VD4,VD6,VD8 сглаживается фильтром C6,C7 с вывода R6 и R9,R19 подается на вывод 18 микросхемы.  VD1,VD2,VD15,VD16,VD17,VD18 – защита от превышения напряжения более 5В поступает на выводы микроконтроллера.  Микроконтроллер измеряет по заданному алгоритму работы данные входного/выходного напряжения и тока потребления по   результатам обработки информации будет включено соответствующие  реле. Каждый ключ реле VT1,VT3,VT4,VT5 подключен к соответствующему порту управления микроконтроллера.  Поддержания напряжения на выходе прибора в районе 220В производится коммутированием обмоток трансформатора Т2 контактами реле К1-К4.    № Метка Значение 1 С1,С3,С7,С8,С13,С15,С16,С19,С20,С21 0,1 2 С2 430pF 3 C4,C6,C10,C17 10/50v 4 C9,C11,C12,C14 100/50v 5 C18 220/25v 6 C5 1000/35 7 R1,R2,R5,R7,R9,R10,R15,R17,R18,R19 1k0 8 R3,R6,R8,R12,R13,R16,R20,R21 2k2 9 R4,R22 470R 10 R11,R14 39k 11 RK1 1k0 12 U1 TL431 13 U2,U3 7805 14 UO1 PC817 15 VD1,VD3,VD4,VD6,VD8,VD9,VD10,VD13,VD14,VD15,VD17,VD19,VD20,VD21,VD22 1N4148 16 VD2,VD16,VD18 BZX6V2 17 VD5,VD7,VD11,VD12 1N4001 18 VT1,VT3,VT4,VT5,VT6 S8050 19 VT2 TIP41C 20 K1,K2,K3,K4 SRU-12DC-SL                                    Что нужно сделать  для надежной работы стабилизатора? 1.Заменить электролитические конденсаторы, имеют большой ток утечки, проверено на всех аппаратах, поступивших в ремонт.  Желательны замена на  такой же емкости, но 105⁰ градусные. 2.Желательно вместо конденсаторов С9,С11,С12,С14 установить диоды. Объясняется тем, что при уменьшении емкости или обрыве выводов конденсатора пробивается транзистор управления реле. Был в ремонте такой стабилизатор с таким дефектом. 3. Плата управления имеет большую плотность установки радиоэлементов, небольшие радиаторы на  VT2, U2, при работе нагревается трансформатор,  все это увеличивает температуру внутри корпуса стабилизатора, что приводит к выше перечисленным дефектам. Частично понизить температуру возможно увеличением размеров радиаторов VT2, U2.   Похожие темы:    Устройство зарядно-пусковое «ИМПУЛЬС ЗП-02»      Сигнализатор газа Лелека.   Регулятор скорости двигателя постоянного тока   VILALS RSA 52K схема  Ремонт стабилизаторов серии LPS-хххrv При использовании материалов сайта, обязательна ссылка на сайт http://vinratel.at.ua