простые и интересные  РАДИОСХЕМЫ сделанные своими руками

» ДАТАШИТ
Например: TDA2050


» РАДИОБЛОГИ
Цветомузыка на микросхеме индикаторе уровня
Генератор импульсов на микросхеме К174ХА11
Реставрация лабораторного БП
Зарубежные схемы FM трансмиттеров
Почему светодиоды надо питать током?
Последнее интервью Никола Теслы
Керамические конденсаторы К10-83
Использование старых спутниковых тюнеров
Шуруповёрт: вторая жизнь
Генератор импульсов с независимой регулировкой длительности и скважности


ВЧ стабилизаторы напряжения

Учитывая постоянный рост числа и мощности потребителей электроэнергии (котлы, бойлеры, электронагреватели, микроволновые печи и т.д.), большое значение приобретает проблема качества потребляемой электроэнергии. Наиболее часто встречающейся аварией в электросетях является пониженное напряжение. Однако, в отличие от кратковременных провалов напряжения, характерных для большинства развитых стран, для нас более характерны длительные просадки напряжения, имеющие ярко выраженный циклический или сезонный характер. Постоянно пониженное напряжение наблюдается в сельских и загородных сетях. 

Часто встречаются зоны или даже целые регионы с постоянно повышенным напряжением. Таким способом поставщики электроэнергии пытаются поддержать постоянство напряжения на уровне 220 В, в случае его падения в результате подключения мощных потребителей. 

Для защиты электрооборудования в случае маломощных нагрузок большое распространение получили ИБП — источники бесперебойного питания. Основное назначение ИБП — обеспечить электропитанием компьютерную систему или другое оборудование в то время, когда электрическая сеть не может это сделать. В силу ограниченности ресурса химического источника питания, используемого в ИБП, максимально возможная длительность его работы, в случае полного перерыва питания, варьируется (в зависимости от типа) от нескольких минут до нескольких часов. При длительных посадках напряжения, а также в проблемных сетях, использование ИБП ограничено, в силу ограниченности ресурса АКБ. 

Обычно для более длительного, чем несколько часов поддержания энергии, используются автономные энергоустановки мощностью от нескольких сотен ватт до сотен киловатт. Сегодня это, в первую очередь, бензиновые и дизель-генераторы. Их эксплуатация сопряжена с большими затратами на периодическую дозаправку топливом и сервисное обслуживание. Дополнительными негативными факторами являются выбросы продуктов сгорания в атмосферу, повышенный шум и вибрации. 

Как показывает практика, в подавляющем большинстве случаев нарушения качества электроэнергии, наиболее эффективным способом решения проблемы, является стабилизация сетевого напряжения: автоматическое поддержание уровня напряжения в определенных, заранее заданных пределах. Применение стабилизаторов становится совершенно необходимым в сетях с постоянно пониженным напряжением или для питания особо ответственных потребителей, где использование других средств поддержания качества электроэнергии не обеспечивает достаточной точности и качества выходного напряжения.

По принципу действия стабилизаторы напряжения можно подразделить на параметрические и компенсационные. 

Параметрические стабилизаторы — это устройства, в которых стабилизация осуществляется за счет использования свойств нелинейных элементов. В практической области наибольшее распространение получили феррорезонансные стабилизаторы, использующие нелинейные свойства насыщенного дросселя.

Компенсационные стабилизаторы — это устройства, в которых стабилизация осуществляется за счет воздействия изменения выходного напряжения на регулирующий орган через цепь обратной связи. Для широкого применения наибольшее распространение получили электромеханические (сервоприводные, электродинамические) стабилизаторы напряжения и ступенчатые корректоры напряжения (дискретные, ключевые стабилизаторы). 

У каждого типа стабилизаторов есть свои достоинства и недостатки. Поэтому большинство стабилизаторов напряжения, представленных на рынке (особенно для номиналов выше 1-2 кВА), относятся к компенсационному типу стабилизаторов. Это, прежде всего, сервоприводные и ступенчатые корректоры напряжения.
Рассмотрим основные достоинства и недостатки этих двух типов приборов.

Большая часть стабилизаторов компенсационного сервоприводного типа, произведена в Китае. Многие из них произведены под российскими или даже европейскими торговыми марками и реализуются на нашем рынке как «отечественные/европейские» изделия. Принцип работы этих приборов можно кратко описать как автотрансформаторная система с электродвигательным приводом. Электронная управляющая система отслеживает напряжение на выходе прибора и, управляя электродвигателем, регулирует работу автотрансформатора, отрабатывая изменения напряжения на входе прибора. Основным достоинством этого типа приборов является их низкая цена. Пожалуй, это самые дешевые стабилизаторы из всех, представленных на рынке. Второе важное достоинство заключается в высокой точности стабилизации выходного напряжения, которую обеспечивают приборы этого типа (до 1-2 В). 

Однако данный тип стабилизаторов имеет и целый ряд недостатков. Основным недостатком является низкая надежность, связанная с наличием механически движущихся деталей. Чаще всего у этого типа приборов возникают проблемы связанные с износом токосъемных щеток. Опыт показывает, что при активной работе подгорание щеток может начинаться уже после первого года работы стабилизатора.

Вторым недостатком сервоприводных стабилизаторов является низкая скорость реакции на скачки напряжения. Время реакции для большинства стабилизаторов этого типа, составляет, порядка 1 сек. Таким образом, сервоприводные стабилизаторы могут быть использованы лишь для коррекции плавных изменений напряжения и совершенно непригодны для компенсации резких «скачков». 

Очень большим недостатком представленных на рынке сервоприводных стабилизаторов является резкое падение их мощности при отклонении напряжения в сети от номинального. Это общая проблема всех низкочастотных стабилизаторов (как сервоприводных, так и ступенчатых), однако особенно этим отличается продукция китайских производителей, которые в техническом описании, как правило, указывают очень широкий диапазон входных рабочих напряжений. При этом они обычно «забывают» указать, что заявляемая ими мощность стабилизатора, как правило, приведена для напряжений, близких к номинальным (200-240 В). При снижении сетевого напряжения до 150 В мощность их стабилизаторов падает на 30-40%, а при напряжении в 120-130 В — более чем в два раза от заявленной. Так как дешевые стабилизаторы защиту по минимальному входному напряжению, как правило, не имеют, то падение напряжения на входе стабилизатора часто приводит к выходу его из строя из-за перегрузки. Чтобы избежать этого, желательно приобретать стабилизаторы с заявленным номиналом как минимум вдвое превышающим номинал нагрузки.

Ступенчатые стабилизаторы напряжения - большая часть отечественных стабилизаторов напряжения принадлежит именно к этому типу. Принцип их действия можно кратко описать как работу автотрансформатора с большим количеством отводов, каждый из которых повышает или понижает входное напряжение на заданную величину. В зависимости от величины отклонения входного напряжения, управляющая электронная схема переключает нагрузку на необходимый отвод автотрансформатора, обеспечивая минимальное отклонение выходного напряжения от номинального. Переключение осуществляется либо электромеханическими реле (в недорогих версиях), либо электронными ключами — симисторами. 

Достоинства и недостатки стабилизаторов данного типа опять таки обусловлены самой схемой их построения. Основным преимуществом является то, что эти приборы отрабатывают скачки сетевого напряжения намного быстрее, чем сервоприводные. Переключение с обмотки на обмотку даже в недорогих ступенчатых стабилизаторах, использующих электромеханические реле, происходит за время порядка всего нескольких десятков миллисекунд. Это значит, что ступенчатые стабилизаторы отрабатывают скачки сетевого напряжения в десятки раз быстрее сервоприводных.

Вторым преимуществом является отсутствие движущихся механических деталей. Как следствие, стабилизаторы данного типа менее подвержены износу в результате длительной эксплуатации. Особенно это относится к более дорогим моделям с симисторным переключением обмоток. 

Основной проблемой ступенчатых стабилизаторов является необходимость поиска компромисса между рабочим диапазоном входного напряжения, точностью стабилизации выходного напряжения и ценой прибора. Повышение точности стабилизации требует либо сужения рабочего диапазона входных напряжений, либо увеличения количества отводов и усложнения схемы управления. Последнее влечет за собой существенный рост цены стабилизатора. Чаще всего в качестве компромисса между этими параметрами выбирают точность стабилизации порядка ±10-15 В и рабочий диапазон входных напряжений 150-260 В. При этом увеличение точности стабилизации в два раза (при сохранении рабочего диапазона входных напряжений) ведет к удорожанию прибора приблизительно в полтора раза. Как уже упоминалось выше, общей проблемой всех низкочастотных стабилизаторов (и сервоприводных, и ступенчатых) является падение мощности при уменьшении входного напряжения. Вызвано это тем, что оба типа приборов, по сути, являются низкочастотными автотрансформаторами. При больших отклонениях от номинальных напряжений их работа требует использования сердечников большего сечения, что ведет к удорожанию стабилизатора и к существенному увеличению его веса.

Еще одной небольшой проблемой является сам момент переключения нагрузки с одной обмотки стабилизатора на другую. В этот момент неизбежно происходит кратковременный разрыв в питании, вызывающий при каждом переключении небольшой «токовый удар». Тем не менее, как показывает практика, большая часть бытовых приборов этот процесс переключения переносит нормально. 

В последние годы предпринимаются интенсивные попытки создания высокочастотных стабилизаторов на базе современных силовых транзисторов. Однако, вплоть до последнего времени, стабилизаторы не получили широкого распространения. Этому есть одна основная причина: практически все попытки построения ВЧ-стабилизаторов используют схему со звеном постоянного тока. Как следствие, такие приборы имеют КПД намного ниже традиционных приборов (т.к. используется двойное преобразование энергии). Кроме того, нагрузка при подключении к ВЧ-стабилизатору со звеном постоянного тока гальванически развязана от питания, что делает невозможным сброс реактивной энергии в сеть. Наконец, самый большой недостаток таких стабилизаторов — их очень высокая цена: они почти на порядок дороже, чем обычные низкочастотные компенсаторы. Тем не менее, в последнее время удалось создать ВЧ-стабилизатор без звена постоянного тока, цена которого практически не отличается от цены отечественных низкочастотных стабилизаторов. 

В основу работы стабилизатора положены схемы повышающего и понижающего импульсных регуляторов напряжения без гальванической развязки источника и нагрузки. В качестве ключей использованы IGBT транзисторы. Ключи синхронно управляются сигналом высокочастотной ШИМ с частотой 20кГц. Преимущество указанной схемы по сравнению с другими вариантами импульсных преобразователей переменного напряжения заключается в возможности рекуперации энергии в сеть переменного тока, что максимально сближает ее по свойствам с автотрансформаторным способом регулирования. Данное свойство достигается за счет инверсности используемых схем. Так, если нагрузка включена к схеме повышающего регулятора относительно сети, то сеть оказывается подключенной к схеме понижающего регулятора относительно нагрузки.

Их принцип работы - из сетевого напряжения высокочастотным способом формируется корректирующее синусоидальное напряжение и с помощью трансформатора суммируется с входным напряжением и стабилизированное напряжение подается на выход. Трансформатор в данном случае, используется как универсальный смеситель перемен­ного напряжения.

Таким образом, энергия запасенная в реактивной нагрузке, в качестве которой могут выступать двигатели, входные фильтры блоков питания, трансформаторы, конденсаторные блоки питания и т.д., беспрепятственно возвращается назад в сеть. В связи с этим требуется установка фильтров низких частот как на входе на выходе стабилизатора, что можно рассматривать как преимущество, т.к. это позволяет значительно снижать индустриальные помехи со стороны питающей сети. В данном стабилизаторе используются повышающий и понижающий регуляторы, что позволяет получить очень широкий диапазон входных напряжений (120-280В) без использования громоздких и тяжелых низкочастотных автотрансформаторов. 

Как показывают результаты сравнения, стабилизаторы LEGAT превосходят обычные низкочастотные стабилизаторы по всем основным параметрам. Кратко можно перечислить их следующие преимущества: 

 - Высокочастотные стабилизаторы почти в два раза легче традиционных. 

 - Обеспечивают очень высокую точность стабилизации выходного напряжения: ±1 В. 

 - Имеют высокую скорость реакции на скачки входного напряжения. 

 - Обеспечивают сохранение 100% мощности в очень широком диапазоне входных напряжений: 120-280 В. 

 - В диапазоне входных напряжений 100-120 В работают с некоторым падением мощности. 

 - Не имеют гальванической развязки, что позволяет подключать любые типы активных и реактивных нагрузок. 

 - Позволяют регулировать выходное напряжение (180-240 В) и задержку на повторный пуск. 

 - Обеспечивают кратковременное увеличение тока для обеспечения пуска электродвигательных нагрузок. 

 - Сохраняют работоспособность в широком диапазоне температур. 

Как видно из представленного перечня, ВЧ-стабилизаторы по любому из технических параметров превосходят любой из традиционных низкочастотных стабилизаторов: они легче, точнее, быстрее, функциональнее. При этом их цена не отличается от цены традиционных отечественных изделий. Пока что запущены в серию стабилизаторы мощностью 2 кВА (Legat-20). Выпущены опытные партии стабилизаторов на 0, 8 кВА (Legat-8), 4 кВА (Legat-40), 7 кВА (Legat-70), которые проходят заключительную стадию испытаний. В стадии разработки стабилизаторы на 14 (15) кВА и на более высокие мощности. 

В общем развитие стабилизаторов скорее всего будет происходить в сторону увеличения количества ВЧ-приборов. Определяющим здесь будет то, что цены на основное сырье для производства обычных низкочастотных стабилизаторов постоянно растут, что вызывает рост цены самих изделий. В то же время, стоимость электронных комплектующих только падает. Поэтому можно ожидать, что со временем ВЧ-стабилизаторы станут дешевле традиционных.

МЕХАНИКУС - 01.09.2013 - Прочитали: 2422

        
Ваши комментарии к материалу
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
» ПОИСК СХЕМ



» РАДИОЭЛЕМЕНТЫ

» МИКРОНАУШНИКИ

Группа вконтакте Канал ютуб Группа в фэйсбук Мобильная версия © 2010-2016, "Радиосхемы". Все права защищены. Почта