Параметрический стабилизатор — типичные расчеты схемы. Калькулятор расчёта мощности стабилизатора напряжения

Параметрический стабилизатор — основные параметры

Содержание

Схема стабилизатора

Базой этого прибора является схема подключения стабилитрона, применяющаяся и в других видах приборов вместо источника питания.

Параметрический стабилизатор

Схема включает в себя делитель напряжения из балластного сопротивления и стабилитрона, к которому параллельно подключена нагрузка. Устройство выравнивает напряжение на выходе при переменном питании и нагрузочном токе.

Действие схемы происходит следующим образом. Напряжение, повышающееся на входе прибора, вызывает повышение тока, который проходит через сопротивление R1 и стабилитрон VD. На стабилитроне напряжение остается постоянным из-за его вольтамперной характеристики. Поэтому не меняется и напряжение на нагрузке. В итоге все преобразованное напряжение будет приходить на сопротивление R1. Такой принцип действия схемы позволяет сделать расчет всех параметров.

Стабилизатор на микросхеме с 3-мя выводами

Инновационные варианты схем стабилизаторов последовательного вида выполнены на 3-выводной микросхеме. Вследствие того, что есть всего лишь три вывода, их проще использовать в практическом применении, так как они вытесняют остальные виды стабилизаторов в интервале 0,1-3 ампера.

  1. U вх – необработанное напряжение входа;
  2. U вых –напряжение выхода.

Можно не использовать емкости С1 и С2, однако они позволяют оптимизировать свойства стабилизатора. Емкость С1 применяется для создание стабильности системы, емкость С2 нужна по той причине, что внезапное повышение нагрузки нельзя отследить стабилизатором. В таком случае поддержка тока осуществляется емкостью С2. Практически часто применяются микросхемы серии 7900 от компании Моторола, которые стабилизируют положительную величину напряжения, а 7900 – величину со знаком минус.

Стабилизатор тока с диодным смещением

Как указывалось выше простой стабилизатор тока вследствие нестабильности напряжения питания, может иметь невысокую стабильность тока коллектора, кроме того через делитель напряжения R1R2 протекает достаточно большой ток, что приводит к потере мощности. Поэтому для уменьшения влияния этих факторов применяется диодная стабилизация (или диодное смещение) напряжения на базе. Схема, иллюстрирующая диодное смещение приведена ниже

Стабилизатор тока с диодным смещением.

Работает данная схема, как и предыдущая, но с учётом того, что напряжение на базе транзистора VT1 создается стабилитроном. Расчёт данной схемы выполняется также как и предыдущей, только с учётом параметров стабилитрона, то есть напряжения стабилизации UНОМ и ток стабилизации ICT. При выборе стабилитрона источника тока необходимо руководствоваться следующими ограничениями

  • максимальное напряжение стабилизации стабилитрона где EPIT – напряжение питания источника тока, I – расчётный ток источника тока RНmax – максимальное сопротивление коллекторной нагрузки.
  • минимальное напряжение стабилизации не должно быть меньше, чем напряжение насыщение база-эмиттер

В данной схеме по возможности необходимо использовать стабилитроны с небольшим значением напряжения стабилизации, потому что при напряжении стабилизации стабилитрона(UСТ.НОМ) близком к Ust уменьшается значение сопротивления резистора R1, что в свою очередь приводит к увеличению потребляемой мощности этим резистором.

Стабилитрон-2 (расчёт сопротивлений по заданным напряжению и току)


В этой схеме подстроечный резистор R3 своим верхним выводом соединён со средним и с выходом делителя, поэтому фактически он входит в состав R4 — нижнего плеча. Обрыв этих резисторов не так страшен — стабилитрон откроется полностью, и на выходе останется только 2,5 вольта. Всю тепловую нагрузку при этом на себя примет R1.


Поскольку регулировка делителя развёрнута, то и расчёты проводятся наоборот — по известному R2.

Инструкция:1. Задать входное и выходное напряжения Uвх, Uвых, ток нагрузки Iнагр, собственный ток стабилизатора Iстаб (1…2 мА).
2. Установить R3max и R3* в нули.
3. Выбрать R2 из таблицы стандартных номиналов и внести его в графу. Калькулятор выдаст расчётное значение суммы R3 и R4.
4. Задать стандартный номинал R4 — меньше, чем сумма R3+R4.
5. Указать максимальное сопротивление подстроечного резистора R3max. Итоговая сумма R4+R3max должна быть больше расчётного значения. Чем ближе R4 к сумме и чем меньше R3, тем уже будет диапазон регулировки Umin, Umax.
6. Сопротивление R1 и мощность PR1max рассчитываются по токам Iнагр, Iстаб, Iдел и максимальному напряжению на выходе Umax.
7. Мощность PVD1min рассеивается на TL431, когда к ней подключена нагрузка (штатный режим), мощность PVD1max — когда НЕ подключена. Следите, чтобы стабилизатор и R1 не перегревались, так как без нагрузки через них течёт сумма токов Iнагр, Iстаб, Iдел.
8. При сборке схемы R3* может быть постоянным. Если же техзадание требует делителя на двух резисторах R2 и R4, то R3max и R3* надо оставить на нулях.

Принцип действия стабилитрона

Если стабилитрон сравнивать с диодом, то при подключении диода в прямом направлении по нему может проходить обратный ток, который имеет незначительную величину в несколько микроампер. При повышении обратного напряжения до некоторой величины возникнет пробой электрический, а если ток очень велик, то произойдет и тепловой пробой, поэтому диод выйдет из строя. Конечно, диод может работать при электрическом пробое при снижении тока, проходящего через диод.

Стабилитрон спроектирован так, что его характеристика на участке пробоя имеет повышенную линейность, а разность потенциалов пробоя достаточно стабильна. Стабилизация напряжения с помощью стабилитрона выполняется при его функционировании на обратной ветви свойства тока и напряжения, а на прямой ветке графика стабилитрон работает как обычный диод. На схеме стабилитрон обозначается:

Параметрический стабилизатор

Parametric stabilizer

Инженерная программа, предназначенная для расчёта параметрических стабилизаторов на кремниевых или газоразрядных стабилитронах, используемых в источниках питания. Методика расчёта была разработана автором программы и опубликована в статье «Москатов Е. Расчет параметрических стабилизаторов. — Радиомир, 2006, №7, с. 22 — 25».

В справке по программе даны ответы на типовые вопросы, приведены справочные данные кремниевых и газоразрядных стабилитронов. Статус лицензии — donationware (класс freeware), то есть программу можно использовать свободно, и оплата не обязательна. Все представленные для скачивания материалы выполнены на русском языке.

Загрузить материалы

Дополнительная информация

В данной финальной версии программы были введены дополнительные проверки на переполнение исходных данных. Введено сохранение данных. Интерфейс программы стал более эргономичным. Все доступные рисунки, пиктограммы и значки были переделаны с целью удаления из исполняемого файла, файла справки и инсталлятора любых материалов, созданных другими авторами.

Программа создана в ОС Windows XP Home Edition с использованием лицензионного ПО. Были использованы программы: Borland C++Builder 6.0 personal (для написания части кода и отлаживания реализации алгоритма), Borland Turbo C++ 10.0 (для компиляции исполняемого файла), Microsoft Office Visio (для начертания принципиальных схем и рисунков), OpenOffice.org (для написания справки по программе), Sea Monkey (для создания html-файлов справки при помощи «компоновщика»), htm2chm (для компиляции html-файлов в chm-файл справки), IrfanView (для уменьшения числа цветов в растровых изображениях), Slow View (для придания эффекта 3D-кнопки на рисунках), Inno Setup (для создания инсталлятора), FET XP Authenticode (для электронной подписи файлов).

Расширение запакованного файла — EXE, размер — 782 Кбайт.

Известные проблемы и особенности работы.

1. В безопасном режиме текст меню на русском языке отображается не верно (спецсимволами); в остальных частях программы текст отображается корректно. Решение проблемы: не использовать программу в безопасном режиме или использовать англоязычную версию программы, если такая существует.

Калькулятор расчета вольтамперной характеристики стабилизатора напряжения
Калькулятор расчета вольтамперной характеристики стабилизатора напряжения
Калькулятор расчета вольтамперной характеристики стабилизатора напряжения
Калькулятор расчета вольтамперной характеристики стабилизатора напряжения
Калькулятор расчета вольтамперной характеристики стабилизатора напряжения
Калькулятор расчета вольтамперной характеристики стабилизатора напряжения
Калькулятор расчета вольтамперной характеристики стабилизатора напряжения
Калькулятор расчета вольтамперной характеристики стабилизатора напряжения
Калькулятор расчета вольтамперной характеристики стабилизатора напряжения
Калькулятор расчета вольтамперной характеристики стабилизатора напряжения

2. В Windows 95 программа работать будет, однако будет нельзя просмотреть файл справки встроенными в ОС средствами. Использование средства просмотра chm-файла решит данную проблему.

3. Если разрешение изображения монитора будет менее 800 × 600 точек, то элементы интерфейса программы будут сдвинуты на форме. Решение проблемы: не использовать программу при столь низком разрешении монитора.

Файл справки по программе «Parametric stabilizer 4.0.0.0». Его можно распечатать. Расширение файла — PDF, размер — 135 Кбайт.

Исходные тексты программы «Parametric stabilizer 4.0.0.0», которые можно проанализировать в среде Borland Developer Studio. Расширение файла — ZIP, размер — 134 Кбайт.

История основных версий программы «Parametric stabilizer». Расширение файла — TXT, размер — 3,5 Кбайт.

Рекомендуемые требования к оборудованию

Компьютер с процессором семейств Intel Pentium / Celeron или совместимым с ними процессором, тактовая частота которого составляет не менее 200 МГц, или более мощным.

Оперативная память: 32 Мбайт.

Свободное место на диске: 2 Мбайт.

Видеоплата и монитор с разрешением не менее 800 × 600 точек.

Клавиатура, мышь или другое указательное устройство.

Рекомендуемые требования к системному программному обеспечению

Операционная система Microsoft Windows 98 Second Edition, Microsoft Windows Millennium, Windows 2000 Professional, Windows XP Home Edition, Windows XP Professional, Windows 2003 Server, Windows Vista Starter, Windows Vista Home Basic, Windows Vista Home Premium, Windows Vista Business, Windows Vista Enterprise, Windows Vista Ultimate.

Так как программа имеет русскоязычный интерфейс, операционная система должна обеспечивать необходимую языковую поддержку.

Скриншот программы «Parametric stabilizer 4.0.0.0»

Стабилизатор напряжения с применением транзистора

Если нужно обеспечить более-менее значительный ток нагрузки и снизить его влияние на стабильность нужно усилить выходной ток стабилизатора при помощи транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя (рис.2).

Схема параметрического стабилизатора напряжения на одном транзисторе

Рис. 2. Схема параметрического стабилизатора напряжения на одном транзисторе.

Максимальный ток нагрузки данного стабилизатора определяется по формуле:

Ін = (Іст — Іст.мин)*h21э.

где Іст. — средний ток стабилизации используемого стабилитрона, h21э — коэффициент передачи тока базы транзистора VT1.

Например, если использовать стабилитрон КС212Ж (средний ток стабилизации = (0,013-0,0001) / 2 = 0,00645А), транзистор КТ815А с h21 э — 40) мы сможем получить от стабилизатора по схеме на рис.2 ток не более: (0,006645-0,0001) * 40 = 0,254 А.

К тому же, при расчетах выходного напряжения нужно учитывать, что оно будет на 0,65V ниже напряжения стабилизации стабилитрона, потому что на кремниевом транзисторе падает около 0,6-0,7V (примерно берут 0,65V).

Попробуем рассчитать стабилизатор по схеме на рисунке 2.

Возьмем такие исходные данные:

  • Входное напряжение Uвх = 15V,
  • выходное напряжение Uвых = 12V,
  • максимальный ток через нагрузку Ін = 0,5А.

Возникает вопрос, что выбрать — стабилитрон с большим средним током или транзистор с большим h21э?

Если у нас есть транзистор КТ815А с h21э = 40, то, следуя формуле Ін = (Іст -Іст.мин) * h21э, нам потребуется стабилитрон с разницей среднего тока и минимального 0,0125А.

По напряжению он должен быть на 0,65V больше выходного напряжения, то есть 12,65V. Попробуем подобрать по справочнику.

Вот, например, стабилитрон КС512А, напряжение стабилизации у него 12V, минимальный ток 1 мА, максимальный ток 67 мА. То есть средний ток 0,033А. В общем подходит, но выходное напряжение будет не 12V, а 11,35V.

Нам же нужно 12V. Остается либо искать стабилитрон на 12,65V, либо компенсировать недостаток напряжения кремниевым диодом, включив его последовательно стабилитрону как показано на рисунке 3.

Принципиальная схема параметрического стабилизатора напряжения, дополненного диодом

Рис.3. Принципиальная схема параметрического стабилизатора напряжения, дополненного диодом.

Теперь вычисляем сопротивление R1:

R = (15 -12) / 0,0125А = 240 Ом.

Несколько слов о выборе транзистора по мощности и максимальному току коллектора. Максимальный ток коллектора Ік.макс. должен быть не менее максимального тока нагрузки. То есть в нашем случае, не менее 0,5А.

А мощность должна не превышать максимально допустимую. Рассчитать мощность, которая будет рассеиваться на транзисторе можно по следующей формуле:

Р = (Uвх — Uвых) * Івых.

В нашем случае, Р = (15-12)*0,5=1,5W.

Таким образом, Ік.макс. транзистора должен быть не менее 0,5А, а Рмакс. не менее 1,5W. Выбранный транзистор КТ815А подходит с большим запасом (Ік.макс.=1,5А, Рмакс.=10W).

Читательское голосование

Нравится

Как подобрать модель стабилизатора?

Для определения подходящей по мощности модели необходимо сверить мощностной ряд предлагаемых производителем стабилизаторов с энергопотреблением нагрузки – ближайшее в большую сторону значение в мощностном ряду и будет необходимой мощностью стабилизатора.

Обратите внимание!

Выбор стабилизатора со значением мощности, ближайшим к энергопотреблению нагрузки в меньшую сторону либо снизит заложенный ранее запас по мощности, либо, в худшем случае, приведёт к приобретению стабилизатора с несоответствующими нагрузке выходными параметрами.

Обратите внимание!

Для трехфазного стабилизатора нагрузка на каждую фазу должна составлять не более 1/3 от номинальной. Например, трехфазный стабилизатор с номиналом 6000 ВА запитает трехфазную нагрузку в 4200 ВА (мощность потребляемая от одной фазы составит 1400 ВА), но подключение к отдельной фазе этого стабилизатора нагрузки в 2500 ВА вызовет перегрузку, так как максимально допустимое значение по одной фазе составляет: 6000/3=2000 ВА.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

Трансформатор R-core 30 Ватт 6V 9V 12V 15V 18V 24V 30V
Паяльная станция 80W SUGON T26, жала и ручки JBC!

Отличная прочная сумочка для инструмента и мелочей

Хороший кабель Display Port, DP1.4
Конденсаторы плёнка WIMA

Трансформатор-тор 30 Ватт, 12V 15V 18V 24V 28V 30V 36V

Настраиваемый держатель для удобной пайки печатных плат

Панельки для электронных ламп
 

Выясняем мощность подключенной к стабилизатору нагрузки

Мощность нагрузки равняется сумме мощностей всех подключённых к стабилизатору устройств. Перед расчетом суммарного значения мощности необходимо выяснить энергопотребление каждого из потребителей. Это сделать очень просто: мощность электроприборов обычно указывается в технической документации и дублируется на заводской табличке, прикреплённой к изделию.

Несмотря на видимую простоту действия, на данном этапе можно совершить несколько серьёзных ошибок, которые повлекут за собой выбор стабилизатора, не подходящего под ваши задачи.

Особое внимание стоит обратить на оборудование, для которого указывается несколько мощностей: насосы, обогревательная, звуковая, климатическая техника и т.д. Важно различать мощность электрическую и мощность, выдаваемую изделием при выполнении своих прямых задач, например, тепловую – для нагревательных котлов, охлаждения – для кондиционеров, звуковую – для аудиосистем.

Обратите внимание!

При выборе стабилизатора следует опираться исключительно на величину мощности, потребляемой нагрузкой от электросети! В паспорте электроприбора данный параметр может быть назван: «потребляемая мощность», «присоединительная мощность», «электрическая мощность» и т.п. Всё перечисленное является отражением одной величины – активной мощности, которая измеряется в Ваттах (Вт или W).

Обратите внимание!

Производители стабилизаторов обычно выстраивают модельный ряд своих стабилизаторов на основе другой величины – полной мощности, которая измеряется в Вольт-Амперах (ВА или VA). Важно понимать, что Ватты и Вольт-Амперы не одно и то же, и соответственно 1000 Вт не равны 1000 ВА!

У электроприборов, конструкция которых содержит ёмкостные компоненты или электродвигатели, активная и полная мощности могут существенно различаться. Поэтому приобретение рассчитанного на 1000 ВА стабилизатора при нагрузке в 1000 Вт может стать неверным решением – прибор окажется перегружен со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Во избежание данной ошибки, следует перевести Ватты в Вольт-Амперы и проанализировать не только активную, но и полную мощность нагрузки. Перевод из Ватт в Вольт-Амперы осуществляется делением значения в Ваттах на специальный параметр – коэффициент мощности или cos(φ): ВА=Вт/cos(φ).

Сos(φ) отражает зависимость активной мощности устройства от полной. Чем ближе величина cos(φ) к единице, тем меньше энергии рассеивается в виде электромагнитного излучения и тем больше преобразуется в полезную работу.

Численное значение cos(φ) обычно (но не всегда) указанно в технической документации прибора, потребляющего переменный ток (может обозначаться как «cos(φ)», «Power Factor» или «PF»). Если производитель не предоставил информацию о коэффициенте мощности своего изделия, то для бытовой техники допустимо принять cos(φ) в пределах 0,7-0,8, кроме устройств, преобразующих электроэнергию в свет и тепло (лампы накаливания, электрочайники, утюги и т.д.), для них интервал значений коэффициента мощности – 0,9-1.

Современная техника, в первую очередь компьютеры, часто оснащается блоком питания с коррекцией коэффициента мощности, которая приближает данный параметр к единице – 0,95-0,99. Если уверенности в наличии такой функции (обозначается «PFC» или «ККМ») нет, то для cos(φ) рекомендуется применить значение из указанного в предыдущем абзаце типового диапазона.

Полную мощность нагрузки следует рассчитывать с использованием только значения коэффициента мощности оборудования, соответствующего этой нагрузке, а не с использованием значения входного коэффициента мощности стабилизатора!

Обратите внимание!

Устройства, имеющие в своей конструкции электродвигатель, отличаются высокими пусковыми токами. К этой категории относятся: насосы, стиральные и посудомоечные машины, холодильники, кондиционеры, станки и компрессоры. Величина потребляемой из электросети энергии, в момент включения любого из названых приборов, может в несколько раз превысить величину, характерную для номинального режима работы.

Читайте также:  Воздействие электромагнитных полей и излучений на организм человека

Производители указанной техники иногда приводят максимальное энергопотребление непосредственно в характеристиках каждой модели, а иногда наоборот – дают только номинальное значение мощности, стараясь не привлекать внимание к неминуемым скачкам тока. Рекомендуем внимательно изучить сопутствующую любому оборудованию документацию и поискать информацию о фактической мощности, потребляемой устройством при пуске и в различных режимах работы. Мощность нагрузки определяется с использованием наибольшего из приведённых для каждого устройства значений!

Помимо механизмов с электродвигателями, высокие пусковые токи характерны и осветительным приборам. Причем не только с галогенными лампами и лампами накаливания, но и с популярным в последнее время светодиодными. Светодиоды не имеют пусковых токов, но большинство светильников, реализованных на их базе, снабжены конденсаторами, включение которых вызывает резкое увеличение потребляемого тока.

При выборе стабилизатора для защиты крупной светотехнической системы следует учесть, что значение мощности, возникающее при запуске такой системы, может многократно превышать номинальное.

Основные виды

Хоть все стабилизаторы используются с одинаковой целью – для нормализации подаваемого напряжения сети на электроприборы, принцип их работы может быть разным. Вид стабилизатора также прямым образом влияет и на его цену, но выбирать аппарат, руководствуясь по этому параметру – неправильно, так как для конкретных условий могут быть ограничения по использованию определенного вида или его работа окажется малоэффективной.

Стабилизатор напряжения
Для стабилизации напряжения в доме можно использовать:

Релейные

  • их можно считать одними из самых надежных, а цена их при этом является вполне доступной и оправданной;
  • принцип работы сводится к коммутации выводов электронными коммутаторами, что позволяет выполнить ступенчатую регулировку выходного напряжения;
  • скорость срабатывания высокая и составляет от 2 до 12 мсек – для прибора и 2-7 мсек – для самого реле;
  • точность аппарата определяется ступенчатостью его работы, чем их больше – тем выше точность и скорость срабатывания;
  • способны работать в условиях большого разбега входного напряжения сети, от 100-120В до 270-290 В, со стабильной выдачей и поддержания на выходе требуемого напряжения;
  • не оказывают негативного влияния на работу других электроприборов, не создают помех в сети, способны выдерживать кратковременные, но резкие подъемы напряжения в сети;
  • надежны и эффективны в плане профилактики и особенно защиты электроприборов в доме от короткого замыкания, помех в работе, особенно импульсной природы, перегрузок;
  • могут применяться как в системе комплексной защиты электросетей дома, так и локально, для отдельный приборов или их группы;
  • отличаются компактными размерами;
  • срок службы составляет около 8-15 лет и зависит, в первую очередь, не от самого прибора, а от состояния электросетей, в результате постоянных скачков напряжения перегрузок и других негативных факторов происходит механический износ реле и/или обгорание его контактной группы;
  • процент погрешности выдаваемой мощности в основном низкий, лишь некоторые аппараты имеют высокие показатели погрешности, равные 15%.

Стабилизаторы напряжения — обеспечивают постоянную регулировку и, соответственно, контроль выходного напряжения, подаваемого на электроприборы. Результат – электроника работает без перебоев, реже выходит из строя, кроме того, за счет стабильности сети удается даже несколько снизить электропотребление дома.

Тиристорные

Так же такие стабилизаторы называют — симисторные

  • самые долговечные аппараты, но и цена у них значительно выше, хотя это вполне оправдано, чем у других видов;
  • принцип работы сводится к коммутации, при помощи полупроводников-тиристоров (или симисторов) между обмотками;
  • скорость срабатывания является самой быстрой и составляет всего 20 мсек;
  • постоянные или периодические скачки входного напряжения не имеют прямого влияния на их ресурс и, соответственно, не влияют на их срок службы;
  • КПД высокий и приближается к 98%;
  • незаменимы в тех случаях, когда важно исключить любые перегрузки в сети во время старта (запуска) электроприборов или оборудования;
  • приборы этого вида могут иметь разный класс точности, который также сказывается на цене;
  • когда необходимо обеспечить узкий диапазон выходного напряжения, следует приобретать модели с встроенной системой для его корректировки;
  • компактны;
  • любые шумы от из работы исключены;
  • слабой стороной можно считать недостаточный теплообмен прибора и этот фактор особо следует учитывать при выборе места для их установки.

Электромеханические стабилизаторы

Электромеханические

Так же известны как сервомоторные

  • имеют автоматическую регулировку напряжения, обеспечиваемую редуктором и электродвигателем;
  • принцип их работы сводится к перемещению угольной щетки по трансформаторным обмоткам;
  • снабжены плавной регулировкой напряжения;
  • выходное напряжение, указанное в паспорте, почти всегда совпадает с реальным;
  • являются одним из самых доступных видов стабилизаторов по цене изделия;
  • скорость срабатывания невысокая и определяется конструктивными особенностями аппарата, так как этот процесс обеспечивается электродвигателем, который перемещается вдоль обмотки трансформатора;
  • полностью несовместимы с некоторыми электроприборами или оборудованием, например, электросваркой – в лучше случае, это скажется на их сроке службы, а в худшем – просто выведет из строя;
  • требуют регулярного обслуживания, а именно – чистки обмотки трансформатора и замены угольных щеток;
  • хорошо справляются с защитной функцией при их эксплуатации с большинством домашних электроприборов и компьютерной техникой;
  • при правильной эксплуатации – эти приборы долговечны;
  • имеют компактные размеры;
  • резкие скачки напряжения в сети приводят к его автоматическому отключению, последующее включение производится в ручном режиме;
  • отличаются шумностью, иногда даже повышенной, но если их эксплуатация будет происходит в изолированном помещении – это не является основной проблемой.

Специальные виды стабилизаторов

Такие приборы предназначены для сверхчувствительного оборудования и работы в особых условиях.

Приборы с двойным преобразованием напряжения

  • обладают высокой точностью, погрешность выходного напряжения не превышает 1%;
  • предназначены для обеспечения нормальной работы сверхточного или чувствительного оборудования, аналогичных приборов, мощность которых находится в диапазоне от 1 до 30 кВт;
  • обеспечивают широкий выходной диапазон напряжений – от 120 до 300В, при этом мощность прямо пропорциональна нагрузкам;
  • абсолютно бесшумны в работе, не создают помех в сети, а имеющиеся – подавляют;
  • имеют высокую скорость срабатывания;
  • цена их является высокой, но их использования для обслуживания определенных приборов является незаменимым;
  • отличаются малыми компактными размерами.

ШИМ (широтно-импульсной модуляции)

  • имеют принцип работы основанный на регулировании широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения;
  • этот эффект достигается применением на входе и выходе стабилизатора аналоговых фильтров, отвечающих за сглаживание и/или нивелирование помех импульсной природы в электросети;
  • конструктивно, стабилизаторы данного вида отличаются миниатюрными или небольшими размерами и небольшим весом;
  • имеют высокую скорость срабатывания;
  • точность корректировки выходного напряжения составляет не более 1%;
  • отличаются надежностью, особенно в ситуациях перманентных скачков напряжения, в том числе и с высокой амплитудой;
  • можно использовать даже в тандеме со сварочным аппаратом;
  • недостатком можно считать –ограничение по верхней границе входного напряжения – не выше 245 В;
  • высокая цена – еще один фактор, который, относительно, можно считать недостатком;
  • обеспечивают полностью бесшумную работу;
  • компактны.

Фазы

Стабилизатор напряжения для дома
Прежде всего, следует решить вопрос о том, какой тип стабилизатора – однофазный или трехфазный, потребуется. А так как в большинстве домов однофазная подача электроэнергии, то вопрос решается сам собой, но если для электроснабжения подведена трехфазная линия, то могут быть варианты.

Однофазные

Главная цель их использования – защита электрооборудования от возможных скачков напряжения, из-за которых приборы могут выйти из строя или даже сгореть. Обеспечивают постоянную регулировку и, соответственно, контроль выходного напряжения, подаваемого на электроприборы.

Результат – электроника работает без перебоев, реже выходит из строя, кроме того, за счет стабильности сети удается даже несколько снизить электропотребление дома. Среди характерных неудобств является их «шумность», а у некоторых моделей время срабатывания на входящее напряжение может быть немного замедленным.

Трехфазные

Предназначены для электрических сетей в 380 В и рассчитаны на большие нагрузки. Используются на промышленных объектах, а также в коттеджах, в которых существуют автономные системы отопления, различного оборудования компрессорного типа.

Одной из главных проблем использования трехфазных стабилизаторов является невозможность их эксплуатации в случае выхода одной фазы и строя.

Как продлить срок службы стабилизатора напряжения?

Чтобы ваш стабилизатор прослужил долгое время его не рекомендуется часто перегружать. При покупке важно правильно подобрать мощность стабилизатора. Мощность аппарата должна быть на 30 % больше, чем суммарная нагрузка, подключённой техники с учётом пусковых токов. При выборе модели аппарата нужно, хотя бы в общих чертах, знать насколько сильно напряжение отличается от нормы. Дело в том, что при больших просадках или всплесках сетевого напряжения, выходная мощность стабилизатора снижается, в этом случае важно брать устройство с запасом по мощности. Как узнать напряжение в сети? Самый простой способ купить вольтметр и измерить напряжение в розетке. Напряжение лучше смотреть на пиках потребления электричества: в сильные морозы, вечером, в выходные дни.

Читайте также:  Можно ли подключить стабилизатор напряжения к генератору

Параметры стабилитрона

Его главные параметры можно увидеть по характеристике напряжения и тока.

Параметрический стабилизатор

  • Напряжение стабилизации является напряжением на стабилитроне при прохождении тока стабилизации. Сегодня производятся стабилитроны с таким параметром, равным 0,7-200 вольт.
  • Наибольший допустимый ток стабилизации. Он ограничен величиной наибольшей допустимой мощности рассеивания, которая зависит от температуры внешней среды.
  • Наименьший ток стабилизации, рассчитывается наименьшей величиной тока, протекающего через стабилитрон, при этом сохраняется действие стабилизатора.
  • Дифференциальное сопротивление – это величина, равная отношению приращения напряжения к малому приращению тока.

Стабилитрон, подключенный в схеме как простой диод в прямом направлении, характеризуется величинами постоянного напряжения и наибольшим допустимым прямым током.

Онлайн калькулятор мощности стабилизатора напряжения

Используйте онлайн калькулятор мощности стабилизатора напряжения для расчета потребления тока каждого бытового прибора. Для аппаратуры, Вы можете посмотреть потребление энергии в паспорте, а так же эта информация дублируется и на самом приборе (на задней стенке прибора). Так же необходимо учитывать различные типы нагрузки. Нагрузка существует как активная, так и реактивная.

Онлайн калькулятор мощности позволяет правильно учесть активную нагрузку. Активная нагрузка, потому и называется активной, что вся потребляемая электроэнергия преобразуется в другие виды энергии (тепловую, световую и др.). Многие приборы и устройства имеют только активную нагрузку. К таким приборам и устройствам можно отнести лампы накаливания, обогреватели, электроплиты, утюги и т.д. Если их указанная потребляемая мощность составляет 1 кВт, для их питания достаточно стабилизатора мощностью 1кВт. Реактивные нагрузки. К таким устройствам можно отнести приборы и изделия имеющие электродвигатель. Среди бытовой техники, таких устройств очень много – почти вся электронная и бытовая техника. Они имеют полную мощность и активную.

Читайте также:  Передача электроэнергии: популярные способы и альтернативные варианты

Подводим итог

Во избежание ошибок при определении мощности стабилизатора и траты денег на прибор, который в итоге окажется бесполезным, необходимо:

  • использовать при расчёте мощности нагрузки значение мощности, потребляемой электроприбором из сети, а не значение мощности, характеризующей полезную работу этого электроприбора;
  • использовать при расчёте полной мощности нагрузки коэффициент мощности, соответствующий этой нагрузке, а не входной коэффициент мощности стабилизатора;
  • рассчитывать мощность нагрузки с обязательным учётом пусковых токов для всех устройств, характеризующихся их высоким значением;
  • при необходимости переводить Вт в ВА и анализировать мощность нагрузки в единицах измерения соответствующих единицам, на основе которых выстроен мощностной ряд стабилизаторов;
  • выбирать мощность стабилизатора с учетом необходимого запаса;
  • выбирать стабилизатор с номинальной мощностью выше, чем расчётная мощность нагрузки (допустимо лишь небольшое округление нагрузочной мощности в меньшую сторону, при условии наличия предварительно заложенного запаса мощности);
  • выбирать трехфазный стабилизатор для однофазной нагрузки, анализируя не только номинальную выходную мощность устройства, но и мощность отдельной фазы.

Внимательность при расчетах и соблюдение всех вышеприведённых правил поможет подобрать модель стабилизатора, отвечающую требованиям вашей нагрузки. В случае возникновения любых сложностей и вопросов рекомендуем проконсультироваться со специалистами!

Пример определение точной суммарной мощности однофазного и трехфазного напряжения

Прежде чем приобрести стабилизирующее устройство для сети с одной фазой, следует определить суммарную мощность всех энерго потребителей, которые будут подключены к стабилизатору. Допустим, планируется осуществить его установку прямо на входе, обеспечив энергией весь дом. В таком случае следует выяснить величину активной мощности каждого устройства, после чего все значения сложить.

Стандартный набор устройств:

(Мощность современных устройств может быть больше, в таком случае нужно делать подсчет исходя из ваших показателей)

• Телевизор — 300 В;

• Компьютер — 300;

• Холодильник — 400;

• Пылесос — 1000;

• Утюг — 550;

• Освещение — 450.

Общая активная мощность — 3000 В.

При этом пылесос и холодильник имеют электродвигатели. Для запуска двигателей требуется ток, величина которого превышается номинальное значение в 3-5 раз. Поэтому их мощность (пылесоса 1000 и холодильника 400) нужно умножить на это число 3 = 4200 В).

После этого необходимо найти полную мощность, которая отличается от активной на величину коэффициента мощности (cosф). Данное значение указывается в технических паспортах устройств, однако в среднем оно равняется 0,75, для утюгов и прочего нагревательного оборудования — 1, для энергосберегающих лампочек — 0,9. Для пересчета активную мощность нужно разделить на cosф.

Пересчет:

• Телевизор — 300 / 0,75 = 400 ВА;

• Компьютер — 300 / 0,75 = 660 ВА;

• Холодильник — (400×3) / 0,75 = 1600 ВА;

• Пылесос — (1000×3) / 0,75 = 4000 ВА;

• Утюг — 550 / 1 = 550 ВА;

• Освещение — 450 / 0,9 = 500 ВА.

Общая мощность равняется 7450 ВА = 7,5 кВт.

На следующем этапе с помощью мультиметра необходимо определить величину минимального сетевого напряжения в наиболее загруженный период.

К примеру, это число равняется 180 В.

Нормальное функционирование стабилизатора возможно лишь, если при его выборе учитывался нижний предел напряжения.

Бытовые электроприборы потребляют не только активную мощность, но и реактивную. Это возникает в результате индуктивности. Если электроприбор оборудован мощным двигателем, то при его включении резко возрастает напряжение. Учитывайте это. Если выбирать стабилизатор по мощности самого электроприбора, которая указана в документации, то в момент такого пика стабилизатор напряжения может попросту не справиться с нагрузкой. Также учитывается коэффициент трансформации. При идеальных условиях он равен нулю. Если происходит просадка или скачок в сети, то стабилизатор его выравнивает. Эта зависимость отображена в таблице.

НапряжениеКоэффициент
130 1,77
150 1,55
170 1,35
210 1,10
220 1,05
230 1,10
250 1,35
270 1,55

В данном случае минимальное напряжение равняется 180 В, что соответствует коэффициенту 1,2. Если же значение равняется 170 В, используется коэффициент 1,3.

Определяем мощность:

7,5 умножить на 1,2 = 9 кВт

Однако всегда необходимо оставлять запас мощности. Поэтому полученное число умножаем на коэффициент запаса, который равняется 1,25:

9 умножить на 1,25 = 11,25 кВт

При таких показателях нужно выбирать стабилизатор с мощностью от 12 кВт.

Нюансы расчета стабилизатора тока

Расчет стабилизатора производится на основании напряжения стабилизации U и тока (среднего) I. К примеру, напряжение входного делителя составляет 25 В, на выходе нужно получить 9 В. Вычисления предусматривают:

  1. Подбор по справочнику стабилитрона. Ориентируются на напряжение стабилизации: Д814В.
  2. Поиск среднего тока I по таблице. Он равен 5 мА.
  3. Вычисление подающего напряжения как разности стабильного напряжения входа и выхода: UR1 = Uвx — Uвых, или 25-9=16 В.
  4. Деление полученного значение по закону Ома на ток стабилизации по формуле R1 = UR1 / Iст, или 16/0,005=3200 Ом, или 3,2 кОм. Номинал элемента будет 3,3 кОм.
  5. Вычисление максимальной мощности по формуле РR1 = UR1 * Iст, или 16х0,005=0,08.

Через резистор проходит ток стабилитрона и выходной, поэтому его мощность должна быть в 2 раза больше (0,16 кВт). На основании таблицы данному номиналу соответствует 0,25 кВт.

Читайте также:  Закон Ома для замкнутой цепи

Самостоятельная сборка стабилизатора для светодиодных устройств возможна только при знании схемы. Начинающим мастерам рекомендовано использовать простые алгоритмы. Рассчитать элемент по мощности можно на основании формул из школьного курса физики.

↑ Пример анализа №1

Проанализируем номиналы балластных резисторов R3 и R4 компенсационных стабилизаторов напряжения усилителя «Ланзар» [7-9] в зависимости от используемого напряжения питания.

Заявлен диапазон питающих напряжений усилителя от Uп=±30 В до ±65 В, в то время как на принципиальной схеме указаны сопротивления балластных резисторов R=R3=R4=2,2 кОм (1 Вт) [8].

В другой публикации [9] рекомендуется выбирать величину сопротивления балластных резисторов в зависимости от напряжения питания усилителя по формуле R=(Uп-15)/I, где I=8…10 мА. В таблице 1 выполнен расчет по указанной формуле для диапазона питающих напряжений усилителя с шагом в 5 В.

Исходные данные для анализа: стабилизированное напряжение на нагрузке Uн=15 В, ток в нагрузке Iн=(15-0,5)/R5=14,5/6,8=2,13 мА, ΔIн=0,213 мА, изменение входного напряжения ΔUвх=10%.

Выберем стабилитрон 1N4744A, имеющий следующие параметры: Uст= Uн=15 В; rд=14 Ом; Iст max=61 мА; Iст min=5 мА.

Анализ работы параметрических стабилизаторов в усилителе «Ланзар» показал, что минимальный ток стабилизатора Iст р min выбран на пределе с запасом всего 3…14% вместо требуемых 20% (рис. 5).

Используя средство анализа данных электронной таблицы Microsoft Excel «Подбор параметра», уточним сопротивления балластных резисторов. Для этого перейдем в ячейку с формулой для Iст р min (ячейка C26

) и в меню выберем
Данные
-> «
Анализ «что-если
»->
Подбор параметра
.

Установим в ячейке C26

значение 6,0 (запас 20% от Iст min), изменяя значение ячейки, в которой занесено сопротивление балластного резистора (
$C$15
).

Получим R=1,438 кОм. Занесем в эту ячейку ближайшее значение сопротивления из стандартного ряда R=1,3 кОм.

Проведя в таблице указанную операцию для всех значений питающих напряжений, получим следующий результат (рис. 6).

Итоги анализа сведены также в таблицу 2.

Мощность резисторов для напряжений питания усилителя от ±30 В до ±40 В – 0,5 Вт, для остальных напряжений – 1 Вт.

Необходим расчет даже такого простого устройства как параметрический стабилизатор напряжения. Выбор значения сопротивления балластного резистора «на глазок» может вызвать ошибки проектирования, которые не сразу будут замечены.

Перед сборкой понравившейся конструкции целесообразно проанализировать и при необходимости уточнить режим работы стабилитрона параметрического стабилизатора с помощью предлагаемых электронных таблиц в Microsoft Excel.

Источники

  • http://ostabilizatore.ru/parametricheskij-stabilizator.html
  • https://strop-snab.ru/teoriya/raschet-rezistora-dlya-stabilitrona.html
  • https://rentps3.ru/tehnika/raschet-stabilizatora-napryazheniya.html
  • https://odstroy.ru/kalkulator-rasceta-voltampernoj-harakteristiki-stabilizatora-naprazenia-s-razasneniami/
  • https://RadioStorage.net/4667-raschet-parametricheskogo-stabilizatora-napryazheniya-na-tranzistorah.html
  • https://datagor.ru/theory/bez-pajalnika/3002-raschet-i-analiz-parametricheskogo-stabilizatora-napryazheniya.html
  • https://StBel.ru/po-teorii/raschet-stabilizatora-onlajn.html
  • https://kupitstabilizator.ru/kalkulyator-rascheta-moschnosti-stabilizatora-napryazhenija.html

[свернуть]

Related Posts