Раздел 8 - Стабилизаторы в цепи переменного тока
Требования, предъявляемые к стабилизаторам напряжения и, в частности, к допустимому отклонению напряжения электропитания потребителей промышленного и бытового назначения, определяются ГОСТ 13109-97 "Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения".
По принципу действия стабилизаторы переменного тока можно классифицировать следующим образом:
ступенчатые корректоры напряжения (стабилизаторы со ступенчатым регулированием);
феррорезонансные стабилизаторы;
электромеханические стабилизаторы с электроприводом;
стабилизаторы с подмагничиванием трансформатора;
системы с двойным преобразованием энергии;
высокочастотные транзисторные регуляторы (стабилизаторы с дискретным ВЧ регулированием).
1. Стабилизаторы напряжения со ступенчатым регулированием представляют наиболее широкий класс устройств, обеспечивающих поддержание выходного напряжения с определенной точностью. Принцип стабилизации основан на автоматической коммутации (переключении) секций (обмоток) автотрансформатора (или трансформатора) с помощью силовых ключей (реле, тиристоров, симисторов). В силу ряда достоинств, ступенчатые корректоры напряжения получили наибольшее распространение.
Достоинства:
быстродействие;
широкий диапазон входного напряжения;
возможность работы при холостом ходе;
отсутствие искажения формы выходного напряжения;
высокое значение КПД.
Недостатки:
ступенчатое изменение выходного напряжения, ограничивающее точность стабилизации.
2. Феррорезонансные стабилизаторы напряжения построены на основе использования феррорезонанса в нелинейном контуре трансформатор - конденсатор, который обеспечивает непрерывное регулирование выходного напряжения в определенных пределах изменения нагрузки. В настоящее время находят ограниченное применение из-за ряда недостатков.
Достоинства:
высокое быстродействие;
устойчивость к перегрузкам по напряжению и широкий диапазон температур;
большой ресурс работы.
Недостатки:
искажение формы входного напряжения;
недопустимость работы в режимах холостого хода и при перегрузках;
зависимость выходного напряжения от частоты питающей сети;
низкое значение КПД.
3. Электромеханические стабилизаторы напряжения представляют собой следящую систему с использованием электродвигателя, автотрансформатора и системы управления двигателем. Такие стабилизаторы позволяют непрерывно и плавно регулировать выходное напряжение без искажения синусоидальной формы.
Достоинства:
высокая точность регулирования;
отсутствие помех;
высокая перегрузочная способность;
широкий диапазон регулирования.
Недостатки:
низкое быстродействие;
ограниченный срок службы при наличии требования по проведению периодических регламентных работ;
наличие открытого скользящего электрического контакта, ограничивающее среду использования.
4. Стабилизаторы напряжения с подмагничиванием трансформатора основаны на компенсации изменения напряжения сети путем регулирования коэффициента трансформации за счет локального подмагничивания стержней автотрансформаторов со специально выполненным магнитопроводом и системой обмоток. Подмагничивание осуществляется с помощью тиристорного регулятора. Такие стабилизаторы характеризуются высокими перегрузочными способностями, но имеют ограниченный диапазон регулирования и существенный коэффициент искажения синусоидальной формы выходного напряжения по сравнению со ступенчатыми корректорами напряжения.
5. Стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием энергии содержат выпрямитель и транзисторный инвертор с ШИМ управлением, обеспечивающий стабильное синусоидальное напряжение с частотой 50 Гц. В настоящее время находятся в стадии промышленного освоения.
6. Стабилизаторы напряжения с высокочастотным транзисторным регулированием основаны на использовании быстродействующих силовых транзисторов, коммутируемых с высокой частотой на каждом периоде сетевого напряжения. Являются перспективным направлением в развитии стабилизаторов. В настоящее время находятся на стадии разработок, в промышленном производстве отсутствуют.