Wat is spanningsstabilisator en hoe werkt het?

Wat is spanningsstabilisator en waarom hebben we het nodig? Stabilisatorwerking, typen en toepassingen

Inleiding tot Stabilizer:

De inbedding van microprocessor-chiptechnologie en vermogenselektronica in het ontwerp van intelligente AC-spanningsstabilisatoren (of automatische spanningsregelaars (AVR)) hebben geleid tot een hoogwaardige, stabiele stroomvoorziening bij significante en continue afwijking van de netspanning.

Als vooruitgang op de conventionele spanningsstabilisatoren van het relaistype, gebruiken moderne innovatieve stabilisatoren hoogwaardige digitale regelcircuits en solid-state regelcircuits die potentiometeraanpassingen elimineren en de gebruiker in staat stellen spanningsvereisten in te stellen door een toetsenbord, met start- en stopfunctie voor uitgangen.

Dit leidde er ook toe dat de triptiming of het reactievermogen van de stabilisatoren veel minder snel was, meestal minder dan een paar milliseconden, bovendien kan dit worden aangepast met een variabele instelling. Tegenwoordig werden stabilisatoren een geoptimaliseerde stroomoplossing voor veel elektronische apparaten die gevoelig zijn voor spanningsschommelingen en ze hebben ontdekt dat ze werken met veel apparaten zoals CNC-machines, airconditioners, televisietoestellen, medische apparatuur, computers, telecommunicatieapparatuur, enzovoort.

Wat is een spanningsstabilisator?

Het is een elektrisch apparaat dat is ontworpen om een constante spanning te leveren op een belasting aan de uitgangsklemmen, ongeacht de veranderingen in de ingangs- of inkomende voedingsspanning. Het beschermt de apparatuur of machine tegen overspanning, onderspanning en andere spanningspieken.

Het wordt ook wel automatische spanningsregelaar (AVR) genoemd . Spanningsstabilisatoren hebben de voorkeur voor dure en kostbare elektrische apparatuur om ze te beschermen tegen schadelijke laag-/hoogspanningsschommelingen. Sommige van deze apparatuur zijn airconditioners, offsetdrukmachines, laboratoriumapparatuur, industriële machines en medische apparaten.

Spanningsstabilisatoren regelen de fluctuerende ingangsspanning voordat deze aan de belasting (of apparatuur die gevoelig is voor spanningsvariaties) kan worden toegevoerd. De uitgangsspanning van de stabilisator blijft binnen het bereik van 220V of 230V in geval van enkelfasige voeding en 380V of 400V in geval van driefasige voeding, binnen een gegeven fluctuerend bereik van ingangsspanning. Deze regeling wordt uitgevoerd door buck- en boost-bewerkingen die worden uitgevoerd door interne circuits.

Er zijn enorme variëteiten van automatische spanningsregelaars beschikbaar in de huidige markt. Dit kunnen enkelfasige of driefasige eenheden zijn, afhankelijk van het type toepassing en de benodigde capaciteit (KVA). Driefasige stabilisatoren zijn er in twee versies als modellen met gebalanceerde belasting en modellen met ongebalanceerde belasting.

Deze zijn beschikbaar als speciale eenheden voor apparaten of als een grote stabilisatoreenheid voor hele apparaten op een bepaalde plaats, bijvoorbeeld het hele huis. Bovendien kunnen dit zowel analoge als digitale stabilisatoreenheden zijn.

De gebruikelijke typen spanningsstabilisatoren zijn onder meer handbediende of schakelbare stabilisatoren, automatische stabilisatoren van het relaistype, solid-state of statische stabilisatoren en servogestuurde stabilisatoren. Naast de stabilisatiefunctie hebben de meeste stabilisatoren extra functies, zoals ingang/uitgang laagspanningsuitschakeling, ingang/uitgang hoogspanningsuitschakeling, overbelastingsuitschakeling, uitgangsstart- en stopfunctie, handmatige/automatische start, weergave spanningsuitschakeling, nulspanningsschakeling , enz.

Waarom zijn spanningsstabilisatoren nodig?

Over het algemeen is elk elektrisch apparaat of apparaat ontworpen voor een breed scala aan ingangsspanningen. Afhankelijk van de gevoeligheid is het werkbereik van de apparatuur beperkt tot bepaalde waarden. Sommige apparatuur kan bijvoorbeeld ± 10 procent van de nominale spanning verdragen, terwijl andere ± 5 procent of minder.

De spanningsschommelingen (stijging of daling van de grootte van de nominale spanning) komen in veel gebieden vrij vaak voor, vooral bij afgesloten lijnen. De meest voorkomende redenen voor spanningsschommelingen zijn verlichting, elektrische storingen, defecte bedrading en het periodiek uitschakelen van het apparaat. Deze fluctuaties veroorzaken een ongeluk met de elektrische apparatuur of apparaten.

Lange overspanning zal het gevolg zijn

• Permanente schade aan de apparatuur
• Isolatieschade aan de wikkelingen
• Ongewenste onderbreking in het laden
• Verhoogde verliezen in kabels en bijbehorende apparatuur
• De-rating levensduur van het apparaat

Lange onderspanning zal het gevolg zijn

• Defect van de apparatuur
• Langere werkperiodes (zoals in het geval van resistieve verwarmingen)
• Verlaagde prestaties van de apparatuur
• Grote stromen trekken die verder leiden tot oververhitting
• Rekenfouten
• Verlaagde snelheid van motoren

Dus de spanningsstabiliteit en nauwkeurigheid bepalen de juiste werking van de apparatuur. Spanningsstabilisatoren zorgen er daarom voor dat de spanningsschommelingen bij de inkomende voeding geen invloed hebben op de belasting of het elektrische apparaat.

Hoe werkt spanningsstabilisator?

Basisprincipe van spanningsstabilisator om buck- en boost-bewerkingen uit te voeren

In een spanningsstabilisator wordt spanningscorrectie van over- en onderspanning uitgevoerd door middel van twee essentiële bewerkingen, namelijk boost- en buck-bewerkingen . Deze bewerkingen kunnen handmatig worden uitgevoerd door schakelaars of automatisch via elektronische schakelingen. Tijdens onderspanning verhoogt de boost-werking de spanning tot een nominaal niveau, terwijl de buck-werking het spanningsniveau verlaagt tijdens overspanning.

Het concept van stabilisatie houdt in dat de spanning van en naar de netvoeding wordt opgeteld of afgetrokken. Voor het uitvoeren van een dergelijke taak gebruikt de stabilisator een transformator die in verschillende configuraties is aangesloten met schakelrelais. Sommige stabilisatoren gebruiken een transformator met aftakkingen op de wikkeling om verschillende spanningscorrecties te bieden, terwijl servostabilisatoren een automatische transformator gebruiken voor een breed correctiebereik.

Om dit concept te begrijpen, beschouwen we een eenvoudige step-down transformator met een nominale spanning van 230/12V en het verband met deze bewerkingen wordt hieronder gegeven.

De bovenstaande afbeelding illustreert de boostconfiguratie waarin de polariteit van de secundaire wikkeling zo is georiënteerd dat de spanning direct wordt toegevoegd aan de primaire spanning. Daarom wordt, in het geval van onderspanning, de transformator (of het nu een kraanverandering of een autotransformator kan zijn) geschakeld door de relais of solid-state schakelaars, zodat extra volt aan de ingangsspanning wordt toegevoegd.

In de bovenstaande afbeelding is de transformator aangesloten in een bucking-configuratie, waarbij de polariteit van de secundaire spoel zo is georiënteerd dat de spanning ervan aftrekt van de primaire spanning. Het schakelcircuit verschuift de verbinding met de belasting naar deze configuratie tijdens overspanning.

De afbeelding hierboven toont een tweetraps spanningsstabilisator die twee relais gebruikt om een ​​constante wisselstroomtoevoer naar de belasting te leveren tijdens overspanning en onder spanning. Door de relais te schakelen, kunnen buck- en boost-bewerkingen worden uitgevoerd voor twee specifieke spanningsschommelingen (een is onder spanning, bijvoorbeeld 195V en een andere voor overspanning, zeg 245V).

In het geval van stabilisatoren van het type transformator, worden verschillende taps geschakeld op basis van de vereiste hoeveelheid boost- of buck-spanningen. Maar in het geval van stabilisatoren van het type autotransformator, worden motoren (servomotor) samen met een schuifcontact gebruikt om boost- of buck-spanningen van de autotransformator te verkrijgen, aangezien deze slechts één wikkeling bevat.

Soorten spanningsstabilisatoren

Spanningsstabilisatoren zijn een integraal onderdeel geworden van veel elektrische apparaten in huis, industrieën en commerciële systemen. Eerder werden handmatig bediende of schakelbare spanningsstabilisatoren gebruikt om de inkomende spanning te verhogen of te verminderen om een ​​uitgangsspanning binnen een gewenst bereik te geven. Dergelijke stabilisatoren zijn gebouwd met elektromechanische relais als schakelapparaten.

Later automatiseerden aanvullende elektronische circuits het stabilisatieproces en ontstonden de automatische spanningsregelaars van de tapwisselaar. Een ander populair type spanningsstabilisator is servostabilisator waarin spanningscorrectie continu wordt uitgevoerd zonder enige schakelaar. Laten we drie hoofdtypen spanningsstabilisatoren bespreken.

Relaistype spanningsstabilisatoren

Bij dit type spanningsstabilisatoren wordt spanningsregeling bereikt door de relais te schakelen om een ​​van een aantal aftakkingen van de transformator met de belasting te verbinden (zoals op de besproken manier hierboven) of het nu voor het opvoeren of het tegenhouden is. De onderstaande afbeelding illustreert het interne circuit van de stabilisator van het relaistype.

Het heeft een elektronisch circuit en een set relais naast de transformator (dit kan een ringkern- of ijzerkerntransformator zijn met aftakkingen op de secundaire). Het elektronische circuit bestaat uit een gelijkrichtercircuit, een operationele versterker, een microcontrollereenheid en andere kleine componenten.

Het elektronische circuit vergelijkt de uitgangsspanning met een referentiewaarde die wordt geleverd door de ingebouwde referentiespanningsbron. Telkens wanneer de spanning boven de referentiewaarde stijgt of daalt, schakelt het stuurcircuit het bijbehorende relais om een ​​gewenste aftakking op de uitgang aan te sluiten.

Deze stabilisatoren veranderen gewoonlijk de spanning voor variaties in de ingangsspanning van ±15 procent tot ±6 procent met een nauwkeurigheid van de uitgangsspanning van ±5 tot ±10 procent. Dit type stabilisatoren wordt het meest gebruikt voor apparaten met een lage rating in residentiële, commerciële en industriële toepassingen, omdat ze een laag gewicht en lage kosten hebben. Deze hebben echter te maken met verschillende beperkingen, zoals lage spanningscorrectiesnelheid, minder duurzaamheid, minder betrouwbaarheid, onderbreking van het stroompad tijdens de regeling en niet bestand tegen hoge spanningspieken.

Servogestuurde spanningsstabilisatoren

Deze worden eenvoudigweg servostabilisatoren genoemd (werk aan servomechanisme dat ook bekend staat als negatieve feedback) en de naam suggereert dat het een servomotor gebruikt om de spanningscorrectie mogelijk te maken. Deze worden voornamelijk gebruikt voor een hoge nauwkeurigheid van de uitgangsspanning, meestal ±1 procent met veranderingen in de ingangsspanning tot ± 50 procent. De onderstaande afbeelding toont het interne circuit van een servostabilisator die servomotor, autotransformator, buck-boosttransformator, motordriver en besturingscircuits als essentiële componenten bevat.

In deze stabilisator is het ene uiteinde van de primaire buck-boosttransformator verbonden met de vaste aftakking van de autotransformator, terwijl het andere uiteinde is verbonden met de bewegende arm die wordt bestuurd door de servo motor. Secundair van de buck-boosttransformator is in serie geschakeld met inkomende voeding die niets anders is dan stabilisatoruitgang.

Elektronisch regelcircuit detecteert de spanningsdip en spanningsstijging door de ingang te vergelijken met de ingebouwde referentiespanningsbron. Wanneer het circuit de fout vindt, bedient het de motor die op zijn beurt de arm op de autotransformator beweegt. Dit zou de primaire of buck-boosttransformator kunnen voeden, zodat een spanning over de secundaire de gewenste uitgangsspanning moet zijn. De meeste servostabilisatoren gebruiken een ingebouwde microcontroller of processor voor het regelcircuit om intelligente besturing te bereiken.

Deze stabilisatoren kunnen eenfasig, driefasig gebalanceerd type of driefasig ongebalanceerd zijn. In het enkelfasige type bereikt een servomotor die is gekoppeld aan de variabele transformator de spanningscorrectie. In het geval van een driefasig gebalanceerd type, is een servomotor gekoppeld aan drie autotransformatoren, zodat een gestabiliseerde output wordt geleverd tijdens fluctuaties door de output van de transformatoren aan te passen. In een ongebalanceerd type servostabilisatoren, drie onafhankelijke servomotoren gekoppeld aan drie autotransformatoren en ze hebben drie afzonderlijke besturingscircuits.

Het gebruik van servostabilisatoren heeft verschillende voordelen in vergelijking met stabilisatoren van het relaistype. Sommige hiervan zijn hogere correctiesnelheid, hoge precisie van gestabiliseerde output, bestand tegen inschakelstromen en hoge betrouwbaarheid. Deze hebben echter periodiek onderhoud nodig vanwege de aanwezigheid van motoren.

Statische spanningsstabilisatoren

Zoals de naam al doet vermoeden, heeft een statische spanningsstabilisator geen bewegende delen als servomotormechanisme in het geval van servostabilisatoren. Het maakt gebruik van een vermogenselektronica-omzettercircuit om spanningsregeling te bereiken in plaats van een variac in het geval van conventionele stabilisatoren. Het is mogelijk om met deze stabilisatoren een grotere nauwkeurigheid en uitstekende spanningsregeling te produceren in vergelijking met servostabilisatoren, en typisch is de regeling ± 1 procent.

Het bestaat in wezen uit een buck-boosttransformator, een IGBT-stroomomzetter (of wisselstroom-naar-wisselstroomomzetter) en een microcontroller, microprocessor of op DSP gebaseerde controller. Microprocessorgestuurde IGBT-converter genereert de juiste hoeveelheid spanning door middel van pulsbreedtemodulatietechniek, en deze spanning wordt geleverd aan de primaire van de buck-boosttransformator. De IGBT-converter produceert de spanning op een zodanige manier dat deze in fase of 180 graden uit fase kan zijn binnenkomende lijnspanning, om tijdens fluctuaties spanningen op te tellen en af ​​te trekken.

Telkens wanneer de microprocessor de spanningsdip detecteert, stuurt hij de PWM-pulsen naar de IGBT-converter zodat hij de spanning genereert die gelijk is aan die van de afwijking van de nominale waarde. Deze uitgang is in fase met de inkomende voeding en wordt geleverd aan de primaire of buck boost-transformator. Omdat de secundaire is aangesloten op de inkomende lijn, wordt de geïnduceerde spanning toegevoegd aan de inkomende voeding en wordt deze gecorrigeerde spanning aan de belasting geleverd.

Op dezelfde manier zorgt de spanningsstijging ervoor dat het microprocessorcircuit PWM-pulsen verzendt op zo'n manier dat de converter een afwijkende hoeveelheid spanning zal afgeven, die 180 graden uit fase is met de inkomende spanning. Deze spanning op de secundaire van de buck-boosttransformator wordt afgetrokken van de ingangsspanning zodat de buck-werking wordt uitgevoerd.

Deze stabilisatoren zijn erg populair in vergelijking met tapwissel- en servogestuurde stabilisatoren vanwege de grote verscheidenheid aan voordelen zoals compact formaat, zeer snelle correctiesnelheid, uitstekende spanningsregeling, geen onderhoud nodig tot de afwezigheid van bewegende delen, hoge efficiëntie en hoge betrouwbaarheid.

Verschil tussen spanningsstabilisator en spanningsregelaar

Hier wordt een belangrijke maar verwarrende vraag gesteld:wat is precies het verschil(len) tussen stabilisator en regelaar ? Nou.. Beide voeren dezelfde actie uit, namelijk het stabiliseren van de spanning, maar het belangrijkste verschil tussen spanningsstabilisator en spanningsregelaar is :

Spanningsstabilisator: Het is een apparaat of circuit dat is ontworpen om een ​​constante spanning aan de uitgang te leveren zonder veranderingen in de inkomende spanning.

Spanningsregelaar: Het is een apparaat of circuit dat is ontworpen om een ​​constante spanning aan de uitgang te leveren zonder veranderingen in de belastingsstroom.

Hoe kies je een spanningsstabilisator met de juiste maat?

Het is belangrijk om verschillende factoren in overweging te nemen voordat u een spanningsstabilisator voor een apparaat koopt. Deze factoren omvatten wattage vereist door het apparaat, niveau van spanningsschommelingen die worden ervaren in het installatiegebied, type apparaat, type stabilisator, werkbereik van stabilisator (waarop stabilisator de juiste spanningen gaat), overspanning/onderspanningsuitschakeling, type van regelcircuit, type montage en andere factoren. Hier hebben we basisstappen gegeven die u moet overwegen voordat u een stabilisator voor uw toepassing koopt.

• Controleer het vermogen van het apparaat dat u gaat gebruiken met een stabilisator, door de details van het naamplaatje te bekijken (hier zijn de voorbeelden:naamplaatje transformator, typeplaatje MCB, typeplaatje condensator enz.) of uit de gebruikershandleiding van het product.
• /li>
• Aangezien de stabilisatoren zijn beoordeeld in kVA (hetzelfde als het geval als de transformator in kVA in plaats van kW), is het ook mogelijk om het wattage te berekenen door eenvoudigweg de spanning van het apparaat te vermenigvuldigen met de maximale nominale stroom.
• Het wordt aanbevolen om een ​​veiligheidsmarge toe te voegen aan de stabilisatorclassificatie, meestal 20-25 procent. Dit kan handig zijn voor toekomstige plannen om meer apparaten aan de stabilisatoruitgang toe te voegen.
• Als het apparaat een vermogen heeft in watt, overweeg dan een vermogensfactor bij het berekenen van de kVA-waarde van de stabilisator. Integendeel, als stabilisatoren worden beoordeeld in kW in plaats van kVA, vermenigvuldig dan de arbeidsfactor met het spannings- en stroomproduct.

hieronder staat het live en opgeloste voorbeeld dat hoe de juiste spanningsstabilisator te selecteren voor uw elektrische apparaat(en)

Stel dat het apparaat (airconditioner of koelkast) een nominale waarde heeft van 1 kVA. Daarom is de veilige marge van 20 procent 200 watt. Door deze watts op te tellen bij het werkelijke vermogen, krijgen we 1200 VA wattage. Dus 1,2 kVA of 1200 VA stabilisator heeft de voorkeur voor het toestel. Voor thuisbehoeften hebben stabilisatoren van 200 VA tot 10 kVA de voorkeur. En voor commerciële en industriële toepassingen worden enkelfasige en driefasige stabilisatoren met grote classificatie gebruikt.

Hoop dat de verstrekte informatie informatief en nuttig is voor de lezer. We willen dat lezers hun mening over dit onderwerp kenbaar maken en deze eenvoudige vraag beantwoorden - wat is het doel van de RS232/RS485-communicatiefunctie in moderne spanningsstabilisatoren, in het commentaargedeelte hieronder.