Was ist ein Spannungsstabilisator und wie funktioniert er?

Was ist ein Spannungsstabilisator und warum brauchen wir ihn? Stabilisatorbetrieb, Typen und Anwendungen

Einführung in Stabilizer:

Die Einbettung von Mikroprozessorchiptechnologie und leistungselektronischen Geräten in das Design intelligenter Wechselspannungsstabilisatoren (oder automatische Spannungsregler (AVR)) führte zu einer qualitativ hochwertigen, stabilen Stromversorgung im Falle einer signifikanten und kontinuierlichen Abweichung der Netzspannung.

Als Weiterentwicklung der herkömmlichen Spannungsstabilisatoren vom Relaistyp verwenden moderne innovative Stabilisatoren digitale Hochleistungs-Steuerschaltungen und Festkörper-Steuerschaltungen, die Potentiometereinstellungen eliminieren und es dem Benutzer ermöglichen, Spannungsanforderungen einzustellen eine Tastatur mit Start- und Stoppfunktion für den Ausgang.

Dies führte auch dazu, dass das Auslöse-Timing oder Ansprechverhalten der Stabilisatoren auf eine sehr geringe Rate eingestellt wurde, typischerweise weniger als ein paar Millisekunden, zusätzlich kann dies mit einer variablen Einstellung angepasst werden. Heutzutage wurden Stabilisatoren zu einer optimierten Stromversorgungslösung für viele elektronische Geräte, die empfindlich auf Spannungsschwankungen reagieren, und sie haben gefunden, dass sie mit vielen Geräten wie CNC-Maschinen, Klimaanlagen, Fernsehgeräten, medizinischen Geräten, Computern, Telekommunikationsgeräten usw. funktionieren /P>

Was ist ein Spannungsstabilisator?

Es ist ein elektrisches Gerät, das darauf ausgelegt ist, eine konstante Spannung zu liefern an eine Last an seinen Ausgangsanschlüssen unabhängig von den Änderungen in der Eingangs- oder ankommenden Versorgungsspannung. Es schützt das Gerät oder die Maschine vor Überspannung, Unterspannung und anderen Überspannungen.

Er wird auch als automatischer Spannungsregler (AVR) bezeichnet . Spannungsstabilisatoren werden für kostspielige und wertvolle elektrische Geräte bevorzugt, um sie vor schädlichen Nieder-/Hochspannungsschwankungen zu schützen. Einige dieser Geräte sind Klimaanlagen, Offsetdruckmaschinen, Laborgeräte, Industriemaschinen und medizinische Geräte.

Spannungsstabilisatoren regulieren die schwankende Eingangsspannung, bevor sie der Last zugeführt werden kann (oder Geräten, die empfindlich auf Spannungsschwankungen reagieren). Die Ausgangsspannung des Stabilisators bleibt im Bereich von 220 V oder 230 V bei einphasiger Versorgung und 380 V oder 400 V bei dreiphasiger Versorgung innerhalb des gegebenen Schwankungsbereichs der Eingangsspannung. Diese Regulierung erfolgt durch Buck- und Boost-Operationen, die von internen Schaltungen durchgeführt werden.

Es gibt eine Vielzahl von automatischen Spannungsreglern auf dem heutigen Markt. Dies können ein- oder dreiphasige Einheiten sein, je nach Art der Anwendung und erforderlichen Leistung (KVA). Dreiphasenstabilisatoren gibt es in zwei Versionen als Modelle mit ausgeglichener Last und Modelle mit unausgeglichener Last.

Diese sind entweder als dedizierte Einheiten für Geräte oder als große Stabilisierungseinheit für ganze Geräte an einem bestimmten Ort, sagen wir, ein ganzes Haus, erhältlich. Außerdem können diese entweder analoge oder digitale Stabilisatoreinheiten sein.

Zu den üblichen Arten von Spannungsstabilisatoren gehören handbetätigte oder schaltbare Stabilisatoren, Stabilisatoren vom automatischen Relaistyp, Festkörper- oder statische Stabilisatoren und servogesteuerte Stabilisatoren. Neben der Stabilisierungsfunktion sind die meisten Stabilisatoren mit zusätzlichen Funktionen ausgestattet, wie z usw.

Warum Spannungsstabilisatoren benötigt werden?

Im Allgemeinen ist jedes einzelne elektrische Gerät oder Gerät für einen breiten Eingangsspannungsbereich ausgelegt. Je nach Empfindlichkeit ist der Arbeitsbereich der Geräte auf bestimmte Werte begrenzt, manche Geräte vertragen beispielsweise ± 10 Prozent der Nennspannung, andere ± 5 Prozent oder weniger.

Die Spannungsschwankungen (Anstieg oder Abfall der Größe der Nennspannung) sind in vielen Bereichen recht häufig, insbesondere bei abgeschlossenen Leitungen. Die häufigsten Gründe für Spannungsschwankungen sind Beleuchtung, elektrische Fehler, fehlerhafte Verkabelung und periodisches Abschalten des Geräts. Diese Schwankungen führen zu einem Missgeschick an den elektrischen Ausrüstungen oder Geräten.

Lange Zeitüberspannung wird resultieren

• Dauerhafter Schaden am Gerät
• Isolationsschaden an den Wicklungen
• Unerwünschte Unterbrechung der Ladung
• Erhöhte Verluste in Kabeln und zugehörigen Geräten
• Lebensdauerverringerung des Geräts

Lange Zeit unter Spannung wird resultieren

• Fehlfunktion der Ausrüstung
• Längere Betriebszeiten (wie bei Widerstandsheizungen)
• Reduzierte Leistung des Geräts
• Ziehen große Ströme, die weiter zu Überhitzung führen
• Rechenfehler
• Reduzierte Geschwindigkeit der Motoren

Die Spannungsstabilität und Genauigkeit entscheiden also über den korrekten Betrieb des Geräts. Spannungsstabilisatoren sorgen daher dafür, dass die Spannungsschwankungen an der ankommenden Stromversorgung nicht auf die Last oder das Elektrogerät wirken.

Wie funktioniert der Spannungsstabilisator?

Grundprinzip des Spannungsstabilisators zur Durchführung von Buck- und Boost-Operationen

In einem Spannungsstabilisator wird die Spannungskorrektur von Über- und Unterspannungsbedingungen durch zwei wesentliche Operationen durchgeführt, nämlich Boost- und Buck-Operationen . Diese Operationen können manuell durch Schalter oder automatisch durch elektronische Schaltungen ausgeführt werden. Während eines Unterspannungszustands erhöht der Boost-Betrieb die Spannung auf einen Nennwert, während der Abwärtsbetrieb den Spannungspegel während eines Überspannungszustands reduziert.

Das Konzept der Stabilisierung beinhaltet das Addieren oder Subtrahieren der Spannung zu und von der Netzversorgung. Zur Durchführung einer solchen Aufgabe verwendet der Stabilisator einen Transformator, der in verschiedenen Konfigurationen mit Schaltrelais verbunden ist. Einige Stabilisatoren verwenden einen Transformator mit Abgriffen an der Wicklung, um unterschiedliche Spannungskorrekturen bereitzustellen, während Servostabilisatoren einen automatischen Transformator verwenden, um einen großen Korrekturbereich zu haben.

Um dieses Konzept zu verstehen, betrachten wir einen einfachen Abwärtstransformator mit einer Nennleistung von 230/12 V und seine Verbindung mit diesen Operationen sind unten angegeben.

Die obige Abbildung zeigt die Boosting-Konfiguration, bei der die Polarität der Sekundärwicklung so orientiert ist, dass ihre Spannung direkt zur Primärspannung addiert wird. Daher wird im Fall einer Unterspannung der Transformator (ob Stufenschalter oder Spartransformator) durch die Relais oder Halbleiterschalter geschaltet, so dass zusätzliche Volt an die Eingangsspannung angehängt werden.

In der obigen Abbildung ist der Transformator in einer Bucking-Konfiguration angeschlossen, wobei die Polarität der Sekundärspule so ausgerichtet ist, dass ihre Spannung von der Primärspannung subtrahiert wird. Der Schaltkreis verschiebt die Verbindung zur Last während eines Überspannungszustands zu dieser Konfiguration.

Die obige Abbildung zeigt einen zweistufigen Spannungsstabilisator, der zwei Relais verwendet, um die Last bei Überspannung und Unterspannung konstant mit Wechselstrom zu versorgen. Durch Schalten der Relais können Buck- und Boost-Operationen für zwei bestimmte Spannungsschwankungen (eine für Unterspannung, z. B. 195 V und eine für Überspannung, z. B. 245 V) durchgeführt werden.

Im Falle von Stufentransformator-Stabilisatoren werden verschiedene Abgriffe basierend auf der erforderlichen Menge an Boost- oder Buck-Spannungen geschaltet. Aber im Fall von Autotransformator-Stabilisatoren werden Motoren (Servomotoren) zusammen mit Schleifkontakten verwendet, um Aufwärts- oder Abwärtsspannungen vom Autotransformator zu erhalten, da er nur eine Wicklung enthält.

Arten von Spannungsstabilisatoren

Spannungsstabilisatoren sind zu einem integralen Bestandteil vieler Elektrogeräte im Haushalt, in der Industrie und in kommerziellen Systemen geworden. Früher wurden manuell betriebene oder schaltbare Spannungsstabilisatoren verwendet, um die Eingangsspannung zu verstärken oder zu kompensieren, um eine Ausgangsspannung innerhalb eines gewünschten Bereichs zu liefern. Solche Stabilisatoren werden mit elektromechanischen Relais als Schaltgeräte gebaut.

Später automatisierten zusätzliche elektronische Schaltkreise den Stabilisierungsprozess und brachten die automatischen Spannungsregler für Stufenschalter hervor. Ein weiterer beliebter Spannungsstabilisatortyp ist der Servostabilisator, bei dem die Spannungskorrektur kontinuierlich ohne Schalter durchgeführt wird. Lassen Sie uns drei Haupttypen von Spannungsstabilisatoren diskutieren.

Relais-Spannungsstabilisatoren

Bei dieser Art von Spannungsstabilisatoren erfolgt die Spannungsregelung durch Schalten der Relais, um einen von mehreren Abgriffen des Transformators mit der Last zu verbinden (wie in der beschriebenen Weise oben), egal ob für Boost- oder Bucking-Betrieb. Die folgende Abbildung zeigt die interne Schaltung des Relais-Stabilisators.

Er hat neben dem Transformator (der ein Ringkern- oder Eisenkerntransformator mit Abgriffen auf seiner Sekundärseite sein kann) eine elektronische Schaltung und einen Relaissatz. Die elektronische Schaltung besteht aus einer Gleichrichterschaltung, einem Operationsverstärker, einer Mikrocontrollereinheit und anderen winzigen Komponenten.

Die elektronische Schaltung vergleicht die Ausgangsspannung mit einem Referenzwert, der von der eingebauten Referenzspannungsquelle bereitgestellt wird. Immer wenn die Spannung über den Referenzwert ansteigt oder abfällt, schaltet die Steuerschaltung das entsprechende Relais, um einen gewünschten Abgriff mit dem Ausgang zu verbinden.

Diese Stabilisatoren ändern normalerweise die Spannung für Eingangsspannungsschwankungen von ±15 Prozent bis ±6 Prozent mit einer Ausgangsspannungsgenauigkeit von ±5 bis ±10 Prozent. Diese Art von Stabilisatoren wird am häufigsten für Geräte mit niedriger Leistung in Wohn-, Gewerbe- und Industrieanwendungen verwendet, da sie ein geringes Gewicht und niedrige Kosten haben. Diese leiden jedoch unter mehreren Einschränkungen, wie z. B. langsamer Spannungskorrekturgeschwindigkeit, geringerer Haltbarkeit, geringerer Zuverlässigkeit, Unterbrechung des Strompfads während der Regulierung und Unfähigkeit, hohen Spannungsstößen standzuhalten.

Servogesteuerte Spannungsstabilisatoren

Diese werden einfach als Servostabilisatoren bezeichnet (Arbeiten am Servomechanismus, der auch als negative Rückkopplung bekannt ist) und der Name deutet darauf hin, dass ein Servomotor verwendet wird, um die Spannungskorrektur zu ermöglichen. Diese werden hauptsächlich für eine hohe Ausgangsspannungsgenauigkeit verwendet, typischerweise ±1 Prozent bei Eingangsspannungsänderungen von bis zu ±50 Prozent. Die folgende Abbildung zeigt die interne Schaltung eines Servostabilisators, der als wesentliche Komponenten einen Servomotor, einen Autotransformator, einen Buck-Boost-Transformator, einen Motortreiber und eine Steuerschaltung enthält.

In diesem Stabilisator ist ein Ende des primären Buck-Boost-Transformators mit dem festen Abgriff des Autotransformators verbunden, während das andere Ende mit dem beweglichen Arm verbunden ist, der vom Servo gesteuert wird Motor. Die Sekundärseite des Buck-Boost-Transformators ist in Reihe mit der Eingangsversorgung geschaltet, die nichts anderes als der Stabilisatorausgang ist.

Elektronische Steuerschaltung erkennt den Spannungseinbruch und Spannungsanstieg durch Vergleich des Eingangs mit der eingebauten Referenzspannungsquelle. Wenn die Schaltung den Fehler findet, betreibt sie den Motor, der wiederum den Arm am Spartransformator bewegt. Dies könnte die Primärseite des Buck-Boost-Transformators so speisen, dass eine Spannung über der Sekundärseite der gewünschte Spannungsausgang sein sollte. Die meisten Servostabilisatoren verwenden einen eingebetteten Mikrocontroller oder Prozessor für die Steuerschaltung, um eine intelligente Steuerung zu erreichen.

Diese Stabilisatoren können einphasige, dreiphasige symmetrische oder dreiphasige asymmetrische Einheiten sein. Beim einphasigen Typ erreicht ein mit dem Stelltransformator gekoppelter Servomotor die Spannungskorrektur. Im Fall eines dreiphasigen symmetrischen Typs ist ein Servomotor mit drei Spartransformatoren gekoppelt, so dass während Schwankungen eine stabilisierte Ausgabe bereitgestellt wird, indem die Ausgabe der Transformatoren angepasst wird. Bei einem unsymmetrischen Typ von Servostabilisatoren sind drei unabhängige Servomotoren mit drei Spartransformatoren gekoppelt und haben drei separate Steuerkreise.

Es gibt verschiedene Vorteile der Verwendung von Servostabilisatoren im Vergleich zu Relais-Stabilisatoren. Einige davon sind eine höhere Korrekturgeschwindigkeit, eine hohe Präzision des stabilisierten Ausgangs, die Fähigkeit, Einschaltströmen standzuhalten, und eine hohe Zuverlässigkeit. Diese erfordern jedoch aufgrund des Vorhandenseins von Motoren eine regelmäßige Wartung.

Statische Spannungsstabilisatoren

Wie der Name schon sagt, hat der statische Spannungsstabilisator keine beweglichen Teile als Servomotormechanismus im Falle von Servostabilisatoren. Es verwendet eine leistungselektronische Wandlerschaltung, um eine Spannungsregelung anstelle eines Variac im Falle herkömmlicher Stabilisatoren zu erreichen. Mit diesen Stabilisatoren ist es möglich, im Vergleich zu Servostabilisatoren eine höhere Genauigkeit und eine hervorragende Spannungsregelung zu erzielen, und die typische Regelung beträgt ±1 Prozent.

Es besteht im Wesentlichen aus einem Buck-Boost-Transformator, einem IGBT-Leistungswandler (oder AC-AC-Wandler) und einem Mikrocontroller, einem Mikroprozessor oder einem DSP-basierten Controller. Ein mikroprozessorgesteuerter IGBT-Wandler erzeugt die geeignete Spannungsmenge durch Pulsweitenmodulationstechnik, und diese Spannung wird der Primärseite des Abwärts-Aufwärts-Transformators zugeführt. Der IGBT-Wandler erzeugt die Spannung so, dass sie phasengleich oder um 180 Grad phasenverschoben ankommende Netzspannung sein kann, um bei Schwankungen Spannungen addieren und subtrahieren zu können.

Immer wenn der Mikroprozessor den Spannungseinbruch erkennt, sendet er die PWM-Impulse an den IGBT-Wandler, so dass dieser die Spannung erzeugt, die gleich der Abweichung vom Nennwert ist. Dieser Ausgang ist in Phase mit der eingehenden Versorgung und wird der Primärseite des Buck-Boost-Transformators zugeführt. Da die Sekundärseite mit der ankommenden Leitung verbunden ist, wird die induzierte Spannung zur ankommenden Versorgung addiert und diese korrigierte Spannung wird an die Last geliefert.

In ähnlicher Weise bewirkt der Spannungsanstieg, dass die Mikroprozessorschaltung PWM-Impulse so sendet, dass der Wandler eine abweichende Spannung ausgibt, die um 180 Grad phasenverschoben zur Eingangsspannung ist. Diese Spannung an der Sekundärseite des Buck-Boost-Transformators wird von der Eingangsspannung subtrahiert, sodass ein Buck-Betrieb durchgeführt wird.

Diese Stabilisatoren sind im Vergleich zu stufenlosen und servogesteuerten Stabilisatoren sehr beliebt, da sie eine Vielzahl von Vorteilen bieten, wie z. B. kompakte Größe, sehr schnelle Korrekturgeschwindigkeit, hervorragende Spannungsregelung, keine Wartung auf das Fehlen beweglicher Teile, hohe Effizienz und hohe Zuverlässigkeit.

Unterschied zwischen Spannungsstabilisator und Spannungsregler

Eine wichtige, aber verwirrende Frage wird hier aufgeworfen, nämlich was genau der Unterschied/die Unterschiede zwischen Stabilisator und Regler ist ? Nun, beide führen die gleiche Aktion aus, nämlich die Stabilisierung der Spannung, aber der Hauptunterschied zwischen Spannungsstabilisator und Spannungsregler ist :

Spannungsstabilisator: Es handelt sich um ein Gerät oder eine Schaltung, die so ausgelegt ist, dass sie eine konstante Spannung an den Ausgang liefert, ohne dass sich die Eingangsspannung ändert.

Spannungsregler: Es ist ein Gerät oder eine Schaltung, die dafür ausgelegt ist, eine konstante Spannung an den Ausgang zu liefern, ohne dass sich der Laststrom ändert.

Wie wähle ich einen Spannungsstabilisator in der richtigen Größe aus?

Vor dem Kauf eines Spannungsstabilisators für ein Gerät sollten vor allem mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Zu diesen Faktoren gehören die vom Gerät benötigte Wattleistung, das Niveau der Spannungsschwankungen, die im Installationsbereich auftreten, der Gerätetyp, der Stabilisatortyp, der Arbeitsbereich des Stabilisators (zu welchem ​​Stabilisator die richtigen Spannungen führen), Überspannungs-/Unterspannungsabschaltung, Art von Steuerkreis, Art der Montage und andere Faktoren. Hier haben wir grundlegende Schritte aufgeführt, die Sie berücksichtigen sollten, bevor Sie einen Stabilisator für Ihre Anwendung kaufen.

• Überprüfen Sie die Nennleistung des Geräts, das Sie mit einem Stabilisator verwenden möchten, indem Sie die Angaben auf dem Typenschild beachten (hier sind die Beispiele:Transformator-Typenschild, MCB-Typenschild, Kondensator-Typenschild usw.) oder aus dem Benutzerhandbuch des Produkts.
• Da die Stabilisatoren in kVA bewertet werden (wie bei Transformatoren, die in kVA statt in kW bewertet werden), ist es auch möglich, die Wattleistung zu berechnen, indem man einfach die Spannung des Geräts mit dem maximalen Nennstrom multipliziert.
• Es wird empfohlen, eine Sicherheitsmarge zur Stabilisatorbewertung hinzuzufügen, normalerweise 20–25 %. Dies könnte für zukünftige Pläne nützlich sein, weitere Geräte zum Stabilisatorausgang hinzuzufügen.
• Wenn das Gerät in Watt angegeben ist, berücksichtigen Sie bei der Berechnung der kVA-Nennleistung des Stabilisators einen Leistungsfaktor. Wenn dagegen Stabilisatoren in kW statt in kVA angegeben sind, multiplizieren Sie den Leistungsfaktor mit dem Produkt aus Spannung und Strom.

unten ist das Live- und Lösungsbeispiel, wie man einen Spannungsstabilisator in der richtigen Größe auswählt für Ihre Elektrogeräte

Angenommen, das Gerät (Klimaanlage oder Kühlschrank) hat eine Nennleistung von 1 kVA. Daher beträgt die sichere Spanne von 20 Prozent 200 Watt. Durch Hinzufügen dieser Watt zur tatsächlichen Nennleistung erhalten wir eine Wattleistung von 1200 VA. Daher ist ein Stabilisator mit 1,2 kVA oder 1200 VA für das Gerät vorzuziehen. Für den Heimbedarf werden Stabilisatoren mit 200 VA bis 10 kVA bevorzugt. Und für gewerbliche und industrielle Anwendungen werden ein- und dreiphasige Stabilisatoren mit großer Nennleistung verwendet.

Hoffnung, dass die bereitgestellten Informationen informativ und nützlich für den Leser sind. Wir möchten, dass die Leser ihre Meinung zu diesem Thema äußern und diese einfache Frage – was ist der Zweck der RS232/RS485-Kommunikationsfunktion in modernen Spannungsstabilisatoren – im Kommentarbereich unten beantworten.