什么是稳压器_稳压器的工作原理

什么是稳压器?

  稳压器是一种设计用于在其输出端子向负载提供恒定电压的电器,而不管输入或输入电源电压的变化。它可以保护设备或机器免受过压、欠压和其他电压浪涌的影响。

  它也被称为自动电压调节器(AVR)。电压稳定器是昂贵且珍贵的电气设备的首选,以保护它们免受有害的低/高电压波动。其中一些设备是空调、胶印机、实验室设备、工业机器和医疗器械。

  电压稳定器在波动的输入电压被馈送到负载(或对电压变化敏感的设备)之前对其进行调节。从稳定的输出电压将保持在220V或230V的范围中的情况下,单相供电和380V或400V在的情况下,三相电源,输入电压的给定的波动范围之内。该调节由内部电路执行的降压和升压操作进行。

  当今市场上有种类繁多的自动电压调节器。根据应用类型和所需容量(KVA)的要求,它们可以是单相或三相装置。三相稳压器有平衡负载型号和不平衡负载型号两种版本。

  它们既可以作为电器的专用单元,也可以作为特定地方(例如整个房子)整个电器的大型稳定器单元。此外,这些可以是模拟或数字类型的稳定器单元。

  常见类型的稳压器包括手动或可切换稳压器、自动继电器式稳压器、固态或静态稳压器和伺服控制稳压器。除稳压功能外,大多数稳压器还具有输入/输出低压切断、输入/输出高压切断、过载切断、输出启停功能、手动/自动启动、电压切断显示、零电压切换等附加功能,等等。

  稳压器如何工作?

  稳压器执行降压和升压操作的基本原理

  在电压稳定剂,来自和电压条件下的电压校正是通过两个基本操作来执行,即b奥斯特和降压操作。这些操作可以通过手动来进行开关或通过电子电路自动。电压条件下时,升压操作的电压增加到额定电平,而降压操作降低过电压状况期间的电压电平。

  稳定化的概念涉及在加上或减去的电压和从电源。用于执行这样的任务稳定剂使用了变压器,其连接在不同的配置与开关继电器。一些稳压器在绕组上使用带有抽头的变压器来提供不同的电压校正,而伺服稳压器则使用自耦变压器来进行大范围的校正。

  要理解这个概念,让我们考虑简单的降压的230/12V等级变压器及其与这些操作下面给出的连接。

什么是稳压器_稳压器的工作原理

  上图说明了升压配置,其中次级绕组的极性以其电压直接添加到初级电压的方式定向。因此,在欠压情况下,变压器(无论是抽头变换器还是自耦变压器)由继电器或固态开关切换,从而将额外的电压附加到输入电压上。

什么是稳压器_稳压器的工作原理

  在上图中,变压器以降压配置连接,其中次级线圈的极性以其电压减去初级电压的方式定向。在过压条件下,开关电路将与负载的连接转换为这种配置。

什么是稳压器_稳压器的工作原理

  上图显示了两级稳压器,它使用两个继电器在过压和欠压情况下为负载提供恒定的交流电源。通过切换继电器,可以针对两种特定的电压波动(一种是欠压,例如195V,另一种是过压,例如245V)执行降压和升压操作。

  在抽头变压器型稳压器的情况下,根据所需的升压或降压电压量切换不同的抽头。但是,对于自耦变压器型稳压器,电机(伺服电机)与滑动触点一起使用,以从自耦变压器获得升压或降压电压,因为它只包含一个绕组。

  稳压器的类型

  稳压器已成为许多家用、工业和商业系统电器的组成部分。早些时候,手动操作或可切换的稳压器用于提升或降低输入电压,以提供所需范围内的输出电压。这种稳定器是用机电继电器作为开关设备构建的。

  后来,额外的电子电路使稳定过程自动化,并催生了分接开关自动电压调节器。另一种流行的稳压器是伺服稳压器,它在没有任何开关的情况下连续进行电压校正。让我们讨论三种主要类型的稳压器。

  继电器型稳压器

  在这种类型的稳压器中,电压调节是通过切换继电器以将变压器的多个抽头中的一个连接到负载(如以上讨论的方式)来实现的,无论是用于升压操作还是降压操作。下图说明了继电器式稳压器的内部电路。

  除了变压器(可以是环形或铁芯变压器,其次级设有抽头)之外,它还有电子电路和一组继电器。电子电路包括整流电路、运算放大器、微控制器单元等微小元件。

什么是稳压器_稳压器的工作原理

  电子电路将输出电压与内置参考电压源提供的参考值进行比较。每当电压上升或下降超过参考值时,控制电路就会切换相应的继电器以将所需的抽头连接到输出。

  这些稳定器通常会针对±15%至±6%的输入电压变化改变电压,输出电压精度为±5%至±10%。这种类型的稳定器最常用于住宅、商业和工业应用中的低额定值电器,因为它们重量轻且成本低。然而,这些都受到一些限制,例如电压校正速度慢、耐用性较差、可靠性较低、调节期间电源路径中断以及无法承受高压浪涌。

  伺服控制电压稳定器

  这些被简称为伺服稳定器(在伺服机构上工作,也称为负反馈),顾名思义,它使用伺服电机来实现电压校正。这些主要用于高输出电压精度,通常为±1%,输入电压变化高达±50%。下图显示了伺服稳定器的内部电路,它包含伺服电机、自耦变压器、降压升压变压器、电机驱动器和控制电路作为基本部件。

什么是稳压器_稳压器的工作原理

  在该稳压器中,降压升压变压器初级的一端连接到自耦变压器的固定抽头,另一端连接到由伺服电机控制的动臂。降压升压变压器的次级与输入电源串联连接,输入电源只是稳定器输出。

  电子控制电路通过将输入与内置参考电压源进行比较来检测电压骤降和电压上升。当电路发现错误时,它会运行电机,进而移动自耦变压器上的臂。这可以为降压升压变压器的初级供电,这样次级两端的电压应该是所需的电压输出。大多数伺服稳定器使用嵌入式微控制器或处理器作为控制电路来实现智能控制。

  这些稳定器可以是单相、三相平衡型或三相不平衡装置。在单相类型中,与可变变压器耦合的伺服电机实现电压校正。在三相平衡型的情况下,伺服电机与三个自耦变压器耦合,通过调整变压器的输出,在波动期间提供稳定的输出。在非平衡型伺服稳定器中,三个独立的伺服电机与三个自耦变压器耦合,它们具有三个独立的控制电路。

  与继电器型稳定器相比,使用伺服稳定器有多种优点。其中一些是更高的校正速度,稳定输出精度高,能够承受浪涌电流和高可靠性。然而,由于电机的存在,这些需要定期维护。

  静态电压稳定器

  顾名思义,静态稳压器没有任何运动部件作为伺服稳定器的伺服电机机构。它使用电力电子转换器电路来实现电压调节,而不是在传统稳压器的情况下使用自耦变压器。与伺服稳定器相比,这些稳定器可以产生更高的精度和出色的电压调节,通常调节为±1%。

  它主要由降压升压变压器、IGBT电源转换器(或AC到AC转换器)和微控制器、微处理器或基于DSP的控制器组成。微处理器控制的IGBT转换器通过脉宽调制技术产生适量的电压,并将该电压提供给降压升压变压器的初级。IGBT转换器产生的电压可以与进线电压同相或异相180度,以便在波动期间执行加减电压。

  每当微处理器检测到电压骤降时,它就会向IGBT转换器发送PWM脉冲,使其产生等于偏离标称值的电压。该输出与输入电源同相,并提供给降压升压变压器的初级。由于次级连接到输入线路,感应电压将添加到输入电源,并将该校正电压提供给负载。

  类似地,电压上升会导致微处理器电路发送PWM脉冲,这样转换器将输出一个偏离量的电压,该电压与输入电压的相位相差180度。降压升压变压器次级的这个电压从输入电压中减去,以便执行降压操作。

  与抽头变换和伺服控制稳定器相比,这些稳定器非常受欢迎,因为它具有多种优点,例如尺寸紧凑、校正速度非常快、电压调节出色、由于没有移动部件而无需维护、高效率和高可靠性。

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