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在电压稳压器中,电压过高和电压过底的修正通过两个基本操作实现,即升压和降压操作。这些操作可以通过开关手动执行,也可以通过电子电路自动实现。在电压下状态下,升压工操作将电压提升至额定水平,而降压操作则在过压条件下降低电压水平。
稳定的概念涉及对市电电源的电压进行加减。为此,稳压器使用变压器,变压器以不同配置连接开关继电器。有些稳压器使用带抽头绕组的变压器,以提供不同的电压校正,而伺服稳压器则使用自耦变压器,提供广泛的校正范围。
为了理解这一概念,我们考虑380/12V额定的简单降压变压器及其与这些操作的关系,具体如下。
一.电压稳压器的增压操作:
升压配置,其中次级绕组的极性方向使其电压直接加到初级电压中。因此,在电压下状态下,变压器(无论是抽头变压器还是自耦变压器)由继电器或固态开关切换,使输入电压附加额外的电压。
二.电压稳压器的降压操作:
变压器以屈服配置连接,其中次级线圈的极性方向使其电压从一次电压中减去。开关电路在过压状态下将负载连接调整至此配置。
三.执行降压和升压操作的基本原理:
两级电压稳压器,利用两个继电器在过压和电压条件下为负载提供恒定的交流电源。通过切换继电器,可以针对两种特定电压波动(例如电压下,比如195V,另一种电压过压,比如245V)进行降压和升压操作。
对于抽头变压器类型的稳压器,不同的分接点会根据所需的升压或降压电压进行切换。但在自耦变压器类型的稳压器中,电机(伺服电机)与滑动触点一起使用,以获得自动变压器的升压或降压电压,因为它只有一个绕组。
四.电压稳压器的类型:
电压稳压器已成为许多家庭、工业和商业系统电气设备的重要组成部分。早期,手动操作或可切换的电压稳压器用于提升或降压输入电压,以使输出电压处于所需范围内。此类稳压器采用机电继电器操作为开关装置。
后来,额外的电子电路自动化了稳定过程,催生了分接开关自动电压调节器。另一种流行的电压稳压器类型是伺服稳压器,其电压校正在无开关的情况下持续进行。让我们讨论三种主要类型的电压稳压器。
1.继电器型电压稳压器:
在这种类型的电压稳压器中,电压调节通过切换继电器实现,使变压器的多个抽头之一连接到负载(如上所述),无论是用于升压还是降压操作。下图展示了继电器型稳压器的内部电路。
它除了变压器外,还配备了电子电路和一组继电器(变压器可以是环形变压器或铁芯变压器,次级线路提供分接)。电子电路由整流电路、运算放大器、微控制器单元及其他微小元件组成。
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。每当电压升高或下降超过参考值时,控制电路会切换相应继电器,将所需的抽头连接到输出端。
这些稳压器通常在输入电压变化时改变电压范围为±15%至±6%,输出电压精度为±5%至±10%。这种类型的稳压器最常用于住宅、商业和工业应用中的低额定电器,因为它们重量轻且成本低廉。然而,这些设备存在若干限制,如电压校正速度慢、耐用性较低、可靠性较低、调节过程中电力路径中断以及无法承受高电压浪涌。
2.伺服控制电压稳压器:
这些通常称为伺服稳压器(操作用于伺服机构,也称为负反馈),其名称表明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,通常可达到±1%,输入电压变化可达±50%。下图展示了伺服稳压器的内部电路,该电路包含伺服电机、自耦变压器、降压增压变压器、电机驱动器和控制电路操作为关键部件。
在该稳压器中,降压增压变压器初级端连接到自动变压器的固定抽头,另一端连接由伺服电机控制的运动臂。降压增压变压器的次级端串联连接到输入电源,供电仅为稳压器输出。
电子控制电路通过比较输入与内置参考电压源来检测电压的下降和电压上升。当电路发现错误时,它会驱动电机,电机又推动自耦变压器的臂。这可以给初级或降压变压器供电,使得次级两端的电压应当是期望的输出电压。大多数伺服稳压器使用嵌入式微控制器或处理器操作为控制电路,以实现智能控制。
这些稳压器可以是单相、三相平衡型或三相不平衡型。单相型中,伺服电机与可变变压器耦合实现电压校正。对于三相平衡型,伺服电机与三个自耦变压器结合,通过调节变压器输出,在波动时提供稳定输出。在不平衡类型的伺服稳压器中,三个独立的伺服电机与三个自耦变压器耦合,每个变压器都有自己的控制电路。
三相伺服稳压器:
与继电器型稳压器相比,使用伺服稳压器有多种优势。其中包括更高的校正速度、高精度的稳定输出、能够承受涌入电流以及高可靠性。但由于有电机,这些需要定期维护。
3.静态电压稳压器:
顾名思义,静压稳压器在伺服稳压器中没有任何运动部件操作为伺服电机机构。它采用电力电子变换电路实现电压调节,而非传统稳压器的变异。在这类稳压器中,与伺服稳压器相比,这些稳压器能够实现更高的精度和优异的电压调节,通常调节率为±1%。
它本质上由降压升压变压器、IGBT功率转换器(或交流转交流转换器)以及基于微控制器、微处理器或数字信号处理的控制器组成。微处理器控制的IGBT变换器通过脉宽调制技术产生适当电压,并将该电压供给降压升压变压器的初级。IGBT转换器以一种电压方式产生电压,使其可以与输入线电压同相或180度相差,以便在波动时进行加减电压。
每当微处理器检测到电压下降时,它会向IGBT转换器发送PWM脉冲,使其产生的电压与标称值相差的电压相等。该输出与输入电源同相,供电给降压增压器初级。由于次级接入线,感应电压会加入输入电源,并将修正后的电压供给负载。
同样,电压上升使微处理器电路以一种方式发送PWM脉冲,使转换器输出一个偏离的电压,与输入电压相位相差180度。降压升压变压器次级电压从输入电压中减去,从而实现降压操作。
与分接开关和伺服控制稳定面相比,这些稳压器因其多种优点而广受欢迎,如体积紧凑、修正速度极快、电压调节优异、无活动部件、高效且可靠性高。
五.电压稳压器和电压调节器的区别:
这里提出了一个重要但令人困惑的问题:稳压器和调节器之间到底有什么区别?两者执行相同的工操作,即稳定电压,但电压稳压器和电压调节器的主要区别是:
电压稳压器:它是一种设计用来向输出恒定电压且不改变输入电压的装置或电路。
电压调节器:它是一种设计用来向输出端提供恒定电压且负载电流不变化的器件或电路。
如何选择一个合适尺寸的电压稳压器?
在购买家电电压稳压器之前,首先要考虑几个因素。这些因素包括设备所需的功率、安装区域内出现的电压波动程度、电器类型、稳压器类型、稳压器的工操作范围(稳压器接向的电压正确)、过压/电压下切断、控制电路类型、安装方式及其他因素。这里我们提供了在购买稳定剂前应考虑的基本步骤。
通过查看标牌细节(这里有变压器名牌、MCB名牌、电容名牌等)或产品用户手册,检查你将要与稳压器一起使用的设备的功率额定值。
由于稳压器额定为kVA(与变压器额定kVA而非千瓦相同),也可以通过将电器电压乘以最大额定电流来计算瓦数。
建议在稳定剂评级中增加安全余裕,通常为20-25%。这对未来增加稳压器输出设备可能有帮助。
如果电器额定为瓦特,计算稳压器的kVA额定时考虑功率因数。相反,如果稳压器额定为千瓦而非千瓦,则将功率因数乘以电压和电流乘积。
值得知道的是:给稳压器定型就像给发电机定型或找合适逆变器尺寸一样。
以下是如何为你的电器选择合适尺寸电压稳压器的示例
示例:
假设该设备(空调或冰箱)额定为1kVA。因此,20%的安全余裕为200瓦。将这些瓦数加到实际额定功率后,我们得到1200 VA瓦数。因此,1.2 kVA或1200 VA稳压器更适合使用该设备。对于家庭需求,优先使用200 VA至10 kVA的稳定剂。在商业和工业应用中,也使用单相和三相的大额定稳压器。