Меню

Описание тиристорного стабилизатора напряжения

Тиристорный стабилизатор — плюсы и минусы устройства

Содержание статьи (ссылки кликабельны):

Использование различных электроприборов является одним из обязательных условий нашей жизни. Каждый из таких приборов предназначен для выполнения определенной функции, и осуществляя ее, упрощает и совершенствует нашу жизнь.

Однако всегда есть явление, которое создает препятствия в работе электрических приборов. Этим явлением являются перепады напряжения в линиях электропередач.

Такие перепады являются весьма неприятными для наших электроприборов, поскольку большой скачок тока в лучшем случае ухудшает качество их работы, а в худшем случае вызывает фатальные последствия для отдельных компонентов электроприборов.

Для того, чтобы такой скачок не мог повлиять на работу, а также на состояние наших электроприборов, необходимо использовать стабилизатор напряжения. Сегодня есть много видов стабилизаторов, однако наибольшей эффективностью могут похвастаться тиристорные стабилизаторы.

Эти стабилизаторы обеспечивают плавное выравнивание напряжения и по принципу работы являются похожими на релейные приборы. Главная особенность, которая отличает их от всех стабилизаторов, состоит в наличии тиристорных ключей. Эти ключи являются полупроводниками.

Внутреннее устройство

Для того чтобы понять, что представляет собой и каким образом работает этот стабилизатор, рассмотрим его устройство и опишем особенности работы его составных элементов.

Итак, сняв верхнюю крышку корпуса таких стабилизационных приборов, мы можем увидеть:

  1. Автоматический трансформатор.
  2. Электронные схемы, которые вместе образуют механизм управления.
  3. Собственно тиристорные ключи.
  4. А также различные светодиодные индикаторы.

Как работает трансформатор

Как и в большинстве стабилизаторов напряжения, так и в приборе нашего типа главным элементом является автоматический трансформатор. Именно он осуществляет процесс нормализации тока.

Схема простейшего трансформатора

Схема работы простейшего трансформатора

Для того, чтобы понять, каким образом трансформатор тиристорного стабилизатора стабилизирует ток, рассмотрим его строение. Этот главный элемент тиристорных приборов состоит из двух обмоток, а именно первичной и вторичной.

На первичную поступает входной ток. Далее этот ток проходит на вторичную обмотку и из нее попадает в любой электроприбор.

Обе обмотки представляют собой определенное количество витков проволоки. Количество витков на каждой из них может быть разным.

Рассмотрим работу обмоток на примере. Будем считать, что количество витков в обеих обмотках является равным 20. Если ток с напряжением в 200 вольт пройдет через 20 витков первичной обмотки и 20 витков вторичной обмотки, то на выходе он будет иметь такое же напряжение.

В том случае, когда он пройдет через 20 витков первой обмотки и 10 витков вторичной обмотки, напряжение на выходе будет не 200, а 100 вольт. Таким образом происходит уменьшение напряжения.

Для того, чтобы увеличить напряжение (в нашем случае 200 вольт до 220), нужно подключить еще один виток второй обмотки, т.е. ток должен проходить через 21 виток (в нашем примере это невозможно, поскольку вторая обмотка имеет только 20 витков). Таковым является общий принцип работы трансформатора.

На практике каждая обмотка имеет сотни витков. При этом максимальное количество витков во второй обмотке должно быть большим, чем количество витков в первой обмотке. Надобность этого отчетливо видна на вышеуказанном примере.

В вас может возникнуть вопрос, каким же образом можно подключать то или иное количество витков? Для того, чтобы можно было подключать определенное количество витков, производитель делает выводы от определенного витка второй обмотки.

Количество этих выводов может быть разным. Собственно на конце каждого такого вывода и находятся тиристоры. Они и осуществляют подключение определенного количества витков.

В результате получается так, что, когда нужно повысить напряжение, происходит подключение дополнительного количества витков. Когда стабилизатор напряжения, который относится к тиристорному типу, должен снизить напряжение, происходит отключение определенного количества витков.

Читайте также:  Подскочило напряжение что делать

витки в стабилизаторе

Стоит обратить внимание на тот факт, что все витки являются как бы поделенными на группы. Подсоединение каждой из группы осуществляется через выводы.

Грубо говоря, если количество витков равно цифре 100 и выводов пять, то подключение одного вывода означает, что ток проходит через 20 витков. В данном случае напряжение изменится на определенную фиксированную величину, то есть на определенную степень. Собственно такое изменение напряжения и называется ступенчатой стабилизацией.

На практике в некоторых стабилизаторах подключение одного определенного количества витков приводит к увеличению или уменьшению напряжения на 15-20 вольт. Чем больше выводов (то есть в отдельной группе становится меньше витков), тем на меньшую величину изменяется выходное напряжение при подключении одного вывода.

Подытоживая, отметим, что при росте/падении напряжения на входе происходит отключение/подключение определенного вывода второй обмотки благодаря работе тиристоров. Между переключениями обмоток наблюдается интересный факт: насколько меняется ток на входе, настолько же он меняется на выходе.

На практике выглядит так: на входе есть напряжение в 180 вольт и на выходе обеспечивается 220. Когда напряжение растет, например до 185, на выходе напряжение возрастает до 225-ти.

Далее происходит переключение обмотки и на выходе снова становится 220. Конечно, величина изменений выходного тока определяется особенностями различных моделей тиристорных стабилизаторов напряжения, которые используются дома.

Для этих стабилизаторов она может колебаться от 2 до 10 вольт.

Полезный совет: при переключении тиристоров можно будет заметить небольшое мерцание ламп накаливания. Данный факт является следствием вышеописанного процесса выравнивания тока и он не означает, что тиристорный стабилизатор сломался. Это стандартный режим его работы.
В общем, тиристорные стабилизаторы обеспечивают уровень выходного напряжения, который колеблется в пределах 214-226 вольт. Это является высоким показателем их работы.

Особенности работы тиристоров

Как уже отмечалось, главным отличием тиристорного стабилизатора напряжения от других приборов для стабилизации напряжения является наличие в его схеме тиристорных ключей. Их работа также сопровождается определенными особенностями.

Их включение/выключение может приводить к искажению синусоидальной формы тока. Учитывая это, микроконтроллер должен включать/выключать любой тиристор, когда ток находится в нулевой точке синусоиды.

Для осуществления этого алгоритм электронной схемы предусматривает проведение измерения напряжения в несколько десятков раз и определение момента включения тиристора. Сам процесс занимает не более одной микросекунды, поэтому он никоим образом не приводит к долгому выравниванию тока.

Также в это же время процессор определяет, является ли включенным, или выключенным тиристор, чтобы затем дать правильную команду.

Примечательным фактом является то, что тиристоры боятся перегрузки и во время таких ситуаций они перегорают. Для устранения такого сценария при появлении чрезмерной нагрузки микроконтроллер дает команду на выключение тока, то есть отключение стабилизатора.

Еще одна особенность кроется в том, что во время своей работы тиристоры сильно греются. Учитывая это, производители обязаны ставить радиаторы для охлаждения.

Такие особенности работы тиристоров и трансформатора приводят к тому, что тиристорные приборы должны обладать мощными электронными схемами.

Типы тиристорных стабилизаторов

Сегодня на рынке можно увидеть одно- и двухкаскадные тиристорные стабилизаторы напряжения. Однокаскадным стабилизатором является такой, который регулирует напряжение в один этап.

Двухкаскадные проводят нормализацию тока в два этапа. В течение первого происходит грубое выравнивание. На втором этапе выходной ток получает идеальные характеристики.

Читайте также:  Задерживающее напряжение постоянная планка кинетическая энергия

Двухкаскадная система регулирования позволяет использовать тиристоры с большей эффективностью, поскольку растет количество комбинаций их включения. Так, если на обоих каскадах находятся по четыре тиристоры, то их можно включать шестнадцатью способами.

Конечно, с ростом количества тиристоров на каскадах, растет количество их способов включения.

Двухкаскадный способ регулирования тока является несколько медленным однокаскадного. Он занимает до 20 миллисекунд, тогда как 1-каскадный длится 10 миллисекунд.

Преимущества и недостатки

Итак, зная детальное строение и особенности работы тиристорного стабилизатора можно определить, какими достоинствами и недостатками он обладает.
К преимуществам относятся:

  1. Отсутствие шума при нормализации тока.
  2. Один тиристор может сработать более 1 млрд. раз, что является очень высоким показателем.
  3. Во время размыкания не образуется дуговой разряд.
  4. Небольшой уровень энергопотребления.
  5. Небольшие габариты.
  6. Высокая скорость выравнивания напряжения.
  7. Высокий уровень точности нормализации напряжения (до ± 3 процентов).
  8. Возможность работы при очень низких или высоких уровнях напряжения (120-300 вольт).

Что касается недостатков тиристорного стабилизатора, то они кроются:

  • в ступенчатом способе стабилизации тока;
  • в микрокотроллерном управлении. Его осуществляет электронная схема, которая является аналогом процессора компьютера. Соответственно она также требует стабильного тока и может «подвисать»;
  • в высокой цене (она является следствием дорогих тиристоров и электронных схем управления).

Как подключить?

Использование тиристорных стабилизаторов напряжения в доме позволит уберечь технику от изменений тока в течение многих лет. Однако перед использованием его нужно подключить.

В зависимости от назначения тиристорные стабилизаторы могут подключаться после счетчика и распределительного щитка (то есть будут подавать стабильный ток на весь дом), или же перед отдельным прибором.

В первом случае тиристорные приборы имеют большую мощность и их подключают через клеммы. В этом случае к клеммам подключаются входные, выходные провода, а также заземляющий. При подключении как входящих, так и выходных проводов соблюдается правило: к фазной клемме подсоединяют фазный кабель, к нулевой — нулевой кабель. Также необходимым условием является осуществление заземления.

Большинство моделей, которые предназначены для подачи питания для одного прибора, имеют кабель и розетки. Благодаря кабелю стабилизатор подключается к сети. Далее к розетке, расположенной на нем, подсоединяют вилки кабелей подключаемых приборов.

Полезный совет: для того, чтобы заземлить такой тиристорный стабилизатор, вилку его кабеля всего-то нужно вставить в трехполюсную розетку.

Условия эксплуатации

Тиристорные стабилизаторы выгодны не только тем, что не создают шума, но и тем, что являются неприхотливыми к окружающим условиям. Так, многие модели могут работать в условиях, когда температура воздуха превышает -40 градусов Цельсия и является меньшей +40 градусов Цельсия.

Полезный совет: будет лучше, если тиристорный стабилизатор не использовать при морозной температуре, даже если он может работать в таких условиях. Идеальной температурой для работы будет такая, которая превышает +5 градусов Цельсия.

Тиристорный стабилизатор может отлично работать в помещении, уровень влажности в котором не является большим 80-ти процентов. Некоторые производители предлагают стабилизаторы с устойчивостью к высшим уровням влажности. Однако их делают на заказ.

Конечно, близ тиристорного устройства не должно находиться легковоспламеняющихся предметы, а также вокруг него должно быть пространство в как минимум пять сантиметров.

Техобслуживание сводится к очистке вентиляционных отверстий и проверке качества крепления входных и выходных проводов.

Источник



Тиристорные стабилизаторы

Тиристорные стабилизаторы напряжения дороже релейных и сервоприводных, но при этом набирают все большую популярность, в чем их плюсы разберемся вместе со СтабЭксперт.ру.

Читайте также:  Схема тиристорный регулятор переменного напряжения

Принцип работы

Тиристорные стабилизаторы работают по тому же ступенчатому принципу, что и релейные, рассмотренные ранее. Отличие заключается в том, что роль контактов электромеханических реле играют электронные управляемые ключи — тиристоры.

Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий три электрода — анод, катод и электрод управления. И в зависимости от наличия сигнала управления, он может находиться в закрытом или открытом состоянии. Проводимость в данной схеме имеет односторонний характер. В открытом состоянии движение электрического тока происходит от анода к катоду. Для использования этих электронных ключей в схемах переменного тока обычно поступают следующим образом. Два тиристора соединяют по так называемой встречно-параллельной схеме, то есть, анод одного прибора соединяют с катодом другого и наоборот.

В результате получается комбинированный ключ, обеспечивающий проводимость в обоих направлениях. Аналогично релейным приборам, каждый тиристорный ключ управляет только одной отпайкой вторичной обмотки автотрансформатора и одновременное открытие нескольких ключей не допускается.

Управление тиристорными ключами осуществляется электронным блоком. Алгоритм работы системы управления аналогичен тому, что применяется в релейных стабилизаторах. Система осуществляет постоянный контроль уровня напряжения и при его отклонении подаёт сигнал на открывание соответствующего ключа.

Топ-3 популярных марок

Плюсы и минусы

Тиристорные стабилизаторы напряжения обладают рядом преимуществ по сравнению с устройствами релейного типа, основными из которых являются:

  • более высокая скорость переключения ступеней, т.е. тиристоров по сравнению с электромеханическими реле. Благодаря этому качеству тиристорные приборы быстрее реагируют на изменение напряжения;
  • стабилизаторы с электронными ключами не имеют механических контактов и движущихся частей, что обеспечивает их бОльшую искробезопасность (не абсолютную!) и более длительный эксплуатационный ресурс.

Общим недостатком всех регуляторов ступенчатого типа, переключающих отводы вторичной обмотки автотрансформатора (и релейных в том числе), является неизбежность наличия определённой погрешности регулирования. Проблема заключается в следующем. СтабЭксперт.ру напоминает, что проектировщики при создании оборудования этого типа всегда ищут компромисс между пределами регулирования напряжения и погрешностью этого самого регулирования.

Предел регулирования зависит от количества витков между крайними выводами обмотки, подключаемыми к нагрузке контактами реле или электронными ключами. Точность же стабилизации определяется числом витков одной секции, составляющей ступень регулирования. Таким образом, при большом диапазоне регулирования получить низкую погрешность можно, если разделить этот диапазон на большое количество ступеней с малым числом витков. Однако стабилизатор с большим числом отводов обмотки автотрансформатора и ключевых элементов становится тяжёлым, громоздким и дорогим.

Для дома

Нужно понимать, что для дома даже погрешность релейных моделей в 8-10% является приемлемой и большинство приборов «переваривают» такие отклонения спокойно. У тиристорных точность работы выше, она обычно 3-5%, казалось бы, зачем это в быту? Но наряду с этим они реагирует быстрее, как писали ранее и перегрузки, в моменте, терпят гораздо бОльшие, а это важно при пусковых токах насосов, станков и пр. Ну и дорогая аудио- и видео-техника тяготеет к хорошему питанию.

Пример

В качестве примера, рассмотрим стабилизаторы от одного производителя: тиристорные Энергия Classic и Энергия Ultra имеют точность работы 5 и 3% соответственно, а перегрузку терпят в 180%. Представители релейного сегмента Энергия Voltron работают с точностью 5% и способны вытерпеть кратковременную перегрузку в 110%.

Тиристорные трехфазные стабилизаторы

Тиристорные стабилизаторы, на данный момент, выпускают только однофазные, но для сети 380 В приобретается модульный комплект из 3-х однофазных приборов, а если появляется прибор требующий ровно 380 В, то докупается блок контроля сети.

Источник