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冰箱、空调、电视、炉子设备、微烤箱、音乐系统、洗衣机等设备中常见配有电压稳压器。使用电压稳压器的主要目的是保护设备免受电压波动的影响。这是因为每一个电器都设计成在特定电压下工作以获得理想的性能。如果电压低于或高于某个值,电器可能会故障,或者运行状况更差,甚至可能损坏。
在家庭和工业应用中,通常使用自动电压调节器以保持设备的电压恒定。请详细介绍这些电压稳压器。
一.什么是电压稳压器?
顾名思义,电压稳压器在电源电压在一定范围内变化或波动时,用于稳定或调节电压。
它是一种在过压和过压条件下向负载供电恒定电压的电器。该装置检测这些电压状况,相应地将电压提升到所需范围。
电压稳压器提供了调节负载供电电压的方法。这些设备并非旨在提供恒定电压输出;相反,它会在可接受的电压范围内作负载或系统。稳压器的内部电路如下图所示。它由自耦变压器/变压器、整流器单元、比较器、开关电路和继电器组成。
在现代数字字体稳压器中,使用微控制器或微处理器作为中央控制单元。
如今市场上有不同类型的电压稳压器,来自不同制造商。稳压器在正常范围(输出200-240V,输入范围180-270V时有20-35V升压降压)以及宽范围(输出190-240V,输入范围140-300V时有50-55V升压降压)的KVA额定值。
这些设备既可作为专用稳压器,适用于各种家庭以及空调、液晶/LED电视、冰箱、音乐系统、洗衣机等工业电器,也可作为一个大型单元提供,适用于所有电器。
稳压器耗电非常少,通常仅占最大负载(即稳压器额定值)的2%到5%。这些都是高效设备,通常为95%到98%。
这些可以是单相或三相电压稳压器。非数字和数字自动电压稳压器均由知名制造商提供。
现代稳压器还提供一些额外功能,包括高压保护、过载保护、零电压开关、频率变化保护、电压切断显示等。
二.电压稳压器的必要性:
电压波动不过是电压的大小变化,通常超过或低于某些标准规定的稳态电压范围。
在一些国家,电力配电为单相230伏,三相电力为415伏。在这种情况下,所有设计为220至240V电压范围内的电气设备(尤其是单相电器)。
根据电力标准,某些国家(包括印度)允许的电压范围为220±10伏。而且,许多电器都能承受这种电压波动范围。
但在大多数地方,电压波动很常见,通常在170到270V之间。这些电压波动对电器产生显著不良影响。
对于照明设备来说,低电压降会减少流明输出(照明),从而进一步缩短灯泡的使用寿命。
交流电机在低压下产生的扭矩较小,因此速度较慢,在过电压时产生的速度也超过了预期。这会降低电机寿命,并在高压下造成绝缘损伤。
在感应加热中,低电压会减少热量输出,导致负载在不理想的温度下工作。
在电视和广播传输中,电压降会降低传输质量,并导致其他电子元件故障。
冰箱是交流电机驱动的电器,在电压降条件下会吸取大电流,可能导致绕组过热。
为了克服上述电压变化的影响,需要电压稳压器。
三.电压稳压器基本工作原理:
电压调节需满足两种不同需求:过压和欠压条件。从欠压状态提升电压的过程称为升压操作,而从过压状态降低电压则称为降压操作。
这两种主要操作在每台电压稳定器中都至关重要。
电压稳压器的组件包括变压器、继电器和电子电路。若稳压器检测到输入电压下降,它会激活电磁继电器以从变压器中增加更多电压,从而补偿电压损失。
当输入电压超过正常值时,稳压器会启动另一个电磁继电器,以降低电压并保持其正常值。
降压变压器(通常在次级线上配备抽头)、整流器、运算放大器/微控制器单元和一组继电器的电压稳压器工作模型。
运算放大器调谐时能够感知不同设定电压,如较低截止电压、升压条件电压、正常工作电压、更高截止电压和降压工作电压。
一组继电器以一种方式连接,在高低截止电压时触发负载电路跳闸,同时切换降压和升压电压到负载电路。
降压抽头变压器具有不同的次级电压抽头,这有助于在不同电压下作运算放大器,以及分别用于升压和降压作时的加减电压。
整流电路将交流电源转换为直流电,以驱动整个电子控制电路以及继电器线圈。
假设这是一个1 KVA的单相稳压器,能在200至245的电压范围内提供稳定,输入电压为180至270 V时提供20-35 V的升压-降压电压。
如果输入电源电压为195伏,则运算放大器会给升压继电器线圈通电,使负载电压为195 + 25 = 220伏。如果输入电源是260 V,相应的运算放大器会给降压继电器线圈通电,使负载输出260-30 = 225 V。
如果输入电压低于180 V,相应的运放开关会降低继电器截止线圈,使负载与电源断开。
如果电源电压超过270伏,相应的运放会给更高的截止继电线圈通电,从而将负载终止于电源端。
这些数值均为近似值;具体情况可能因应用而异。通过这种方式,稳压器在不同的电压条件下工作。
四.如何为家庭需求选择合适的稳定器?
电压稳压器的尺寸取决于将要使用稳定设备的额定值。因此,购买电压稳压器时,最重要的是考虑所有由稳压器提供的电器(或特定电器)的功率。此类功率额定通常以VA或KVA表示。还需要考虑它是单相还是三相电源。
电器的功率额定通常显示在该电器的铭牌上;如果没有功率额定值,只需计算该设备的电压和电流的乘积即可获得功率额定值。
建议始终考虑负载的真实有效值电压。
另一个重要因素是,考虑到负荷的未来扩展。因此,确定总额定功率需要未来可能的扩展,通常需要比实际功率需求多20%,以便长期连接负载。
对于家庭需求,200VA、300 VA、500 VA、1 KVA、2 KVA、3 KVA、4 KVA、5 KVA、8 KVA和10 KVA额定电压稳压器都适用。对于工业和商业用途,需要高功率额定伺服稳压器。