Электромеханический стабилизатор напряжения принцип работы

Выбираем электромеханический стабилизатор напряжения: принцип работы и особенности

Электромеханический стабилизатор напряжения является наиболее популярным вариантом защиты потребителей электроэнергии от аномалий входного напряжения в сетях питания различного назначения.

Устройства этого класса осуществляют нормализацию параметров тока последовательной активацией или отключением витков автотрансформатора с помощью регулирующего электромеханического шагового сервопривода (электродвигателя).

Высокое качество напряжения на выходе сервоприводного устройства стабилизации реализуется за счёт плавности и равномерности нормализации с погрешностью в рамках всего 1-3%, а также отсутствия искажений токовой синусоиды.

Кроме того, стабилизаторы электромеханического типа проявляют невысокую чувствительность к внешним помехам, а также входным характеристикам тока. В результате они прекрасно подходят для сетей с регулярными скачками или проседаниями напряжения и обеспечивают стабильный режим работы питающегося от сети оборудования.

Схема устройства и главные особенности

Основу схемы сервоприводного стабилизирующего устройства составляет пара силовых элементов:

1. Автоматический трансформатор с тороидальным ферромагнитным сердечником;
2. Вольтодобавочный вспомогательный транформатор.

Компенсация отклонений входного напряжения от нормативного выходного показателя выполняется путём наращивания или уменьшения коэффициента трансформации.

Управляет работой устройства микропроцессорный блок. Он анализирует параметры тока на входе, вычисляет изменения, необходимые для их нормализации, и отдаёт команды сервоприводу. Последний имеет специальный подвижный контакт, который в соответствии с указаниями блока управления перемещается по трансформаторным обмоткам, отключая или активируя определённое количество их витков для поддержки заданного выходного напряжения.

По типу исполнения сервоприводные стабилизаторы напряжения могут быть:

• Напольными (стационарными);
• Переносными.

В зависимости от количества фаз сетевого питания и параметров стабилизации, нормализаторы, принадлежащие классу электромеханических, бывают:

• Однофазными;
• Трёхфазными со среднефазной регулировкой выходного напряжения;
• Трёхфазными с независимой стабилизации параметров тока на каждой фазе.

Разновидностью электромеханических стабилизаторов напряжения являются так называемые электродинамические устройства. В отличие от первых, вторые имеют не щёточный, а роликовый подвижный контакт, выполненный из графита. Это обеспечивает снижение уровня шума при работе, снижает риск выхода системы из строя при отклонениях параметров входного тока за рамки критического диапазона и в целом обеспечивает высокую стабильность работы устройства стабилизации и увеличивает срок его службы.

Принцип действия и область применения

Работает однофазный электромеханический стабилизатор напряжения по следующему принципу:

1. При подключении устройства к сети, блок управления устанавливает фактическую величину входного напряжения и рассчитывает коэффициент трансформации, необходимый для достижения требуемого на выходе показателя;
2. В соответствии с выполненными расчётами, управляющий блок подаёт сигнал электродвигателю, который приводит в движение щёточные или роликовые коммутационные контакты;
3. Посредством сервоприводной коммутации последовательно активируется или отключается определённое число витков основной и вторичной (вольтодобавочной) трансформаторных обмоток. В результате достигается необходимый коэффициент трансформации и на выход стабилизатора подаётся стабильное без помех напряжение 220В.

Трёхфазное устройство стабилизации сервоприводного типа включает 3 однофазных стабилизирующих устройства с одинаковыми техническими характеристиками, совместная работа которых обеспечивается посредством опции синхронизации. Трёхфазные системы стабилизации применяются для защиты от аномалий входного сетевого тока потребителей с соответствующим количеством фаз и низкими требованиями к скорости стабилизации.

Однофазные стабилизаторы с электромеханическим принципом работы широко применяются в быту с целью обеспечения стабильного напряжения питания для:

• Холодильников;
• Отопительных котлов;
• Радиаторных систем обогрева;
• Телевизионной и радиотехники;
• Музыкальной аппаратуры (усилителей, звуковых процессоров, акустики и пр.);
• Компьютеров и серверных систем;
• Сетей освещения и отдельного осветительного оборудования;
• Стиральных машин;
• Бытовых и кухонных электроприборов и т.д.

К правильной синусоиде входного тока проявляют высокую чувствительность электромоторы и электрическое оборудование с трансформаторами. Именно поэтому электромеханический стабилизатор является оптимальным вариантом для защиты таких устройств от искажений частоты и других характеристик выходного напряжения. Также стоит отметить, что стабилизаторы этого класса идеально подходят для подключения к сетям питания со стабильным характером отклонений параметров тока от нормативного значения.

Плюсы и минусы

В сравнении с другими типами систем нормализации параметров сетевого тока, электромеханический стабилизатор напряжения обладает рядом преимуществ:

1. Плавность регулировки параметров выходного тока;
2. Высокая точность выравнивания характеристик напряжения на выходе (погрешность до 3%);
3. Устойчивость к перегрузкам (500-1000%);
4. Широкий диапазон температуры окружающей среды (-25…+50°C);
5. Большой рабочий ресурс функциональной;
6. Сравнительно невысокая стоимость.

Есть у сервоприводных стабилизаторов и свои недостатки, в список которых можно включить:

1. Быстрый износ движущихся компонентов (требуют замены минимум раз в год);
2. Высокий уровень шума при работе;
3. Большой вес;
4. Сравнительно невысокий КПД (около 97% в сравнении с электронными стабилизаторами, эффективность которых превышает 99%);
5. Малая скорость реакции на изменения входных характеристик тока (в 5 раз меньше, чем у релейных, и в 25 раз меньше, чем у электронных стабилизаторов).

Минусы сервоприводных устройств стабилизации очень важно учитывать при подборе модели для защиты конкретных потребителей электроэнергии. Неправильное решение может привести к выходу из строя как самого стабилизирующего устройства, так и подключённого к нему оборудования.

Стабилизатор напряжения электромеханического типа рекомендуется выбирать в соответствии с:

• Характером аномалий входного тока обслуживаемой сети (интенсивность, частота, величина всплесков или проседаний напряжения);
• Суммарной мощностью, потребляемой подключенным к нормализатору оборудованием.

При грамотном расчёте потребляемой мощности и более-менее точном определении характеристик тока в сети, сервоприводные приборы обеспечивают стабильную и бесперебойную работу подключённого оборудования, являясь наиболее экономичным вариантом его защиты от перебоев питания и перегрузок.

Электромеханический стабилизатор напряжения

Электромеханический стабилизатор напряжения (ЭМС) – устройство, которое необходимо иметь в каждом доме. Особенно он нужен там, где электроснабжение «страдает» провалами и всплесками уровня напряжения в сети. Современные электрические и электронные бытовые приборы чутко реагируют на малейшие изменения характеристик тока. ЭМС успешно справляется с этими недостатками электропитания.

Схема устройства и главные особенности

Главная особенность электромеханического стабилизатора – это регулировка входящего тока ползунковым контактором. Ползунок передвигается по поверхности катушки, тем самым меняя количество рабочих витков обмотки трансформатора. Токосъёмник приводится в движение шаговым электродвигателем.

Обмотка тороидального трансформатора покрыта изолированным проводом. На рабочем участке изоляция удалена. Шаговый электромотор поворачивает токосъёмник точно на определённый угол, заданный электросхемой прибора. Ниже приведены 2 электронные схемы ЭМС.

Принцип действия и область применения

В основе устройства ЭМС положен принцип действия автотрансформатора. С его применением прибор достигает высокого уровня КПД. Приводом бегунка служит небольшой электродвигатель с редуктором. Скорость вращения ползунка составляет от 10 до 20 сек./об. Передвижением рычага управляет электронная схема. При изменении уровня напряжения в сети схема включает двигатель, и бегунок встаёт в такую позицию, при которой параметр тока восстанавливается до 220 в.

Важно! Электромеханические стабилизаторы пользуются особым спросом в тех местах, где районные сети электроснабжения, в силу несовершенного оснащения трансформаторных станций, не могут стабильно поддерживать стандартные параметры тока. Особенно эти недостатки сказываются в сельской местности. Через ЭМС подключают телевизоры, компьютеры и прочую чувствительную электронную и бытовую технику в домах индивидуальной застройки.

Плюсы и минусы

Устройство однофазных сервоприводных стабилизаторов напряжения обладает рядом достоинств, которые принесли большую популярность этому виду электрооборудования. Повышенный спрос на ЭМС стимулирует многих производителей изготавливать их различные модификации. Преимущества данной конструкции заключаются в следующем:

• высокий КПД прибора;
• погрешность точности стабилизации напряжения – 2%;
• отсутствие искажений выходных параметров тока;
• широкий диапазон стабилизации отклонений уровня входного напряжения;
• тороидальная форма катушки трансформатора сводит до минимума поле рассеивания;
• габариты и большая площадь сечения провода обмотки допускают высокий порог мощности нагрузки;
• невысокая стоимость стабилизаторов.

Наряду с достоинствами, ЭМС имеет недостатки:

• Замедленная реакция сервопривода на изменение напряжения входного тока. Всему виной – механический привод щёточного узла. Например, для сглаживания всплеска напряжения величиной 50 вольт прибору потребуется около 5 секунд. За это время чувствительная электроника может получить значительные повреждения.
• Низкая износостойкость щёточного узла требует регулярной замены графитовых контакторов. Этот фактор не даёт конкурировать ЭМС с релейными и тиристорными аналогами.
• Работа щёточного узла при определённом износе щёток может вызывать искрение внутри стабилизаторов. Поэтому применять его категорически нельзя в условиях высокой пожарной опасности.

Одно,- или двухфазные ЭМС

Электромеханические стабилизаторы в основном применяются для регулировки напряжения однофазного тока. Приборы используют в домашних условиях, офисах и там, где эксплуатируется электрооборудование, подключённое к бытовой электросети напряжением 220 вольт.

Двухфазные стабилизаторы устанавливают в тех помещениях, где нужно подключать мощных потребителей. Например, двухфазные ЭМС применяют для питания электросварочного оборудования, станков и прочих установок.

Основные характеристики прибора

Основной характеристикой электромеханических стабилизаторов является величина активной мощности. Мощность бытовой модели ЭМС колеблется в пределах 5-7 кВт. Есть более мощные аппараты, у которых этот показатель достигает 22 кВт.

Немаловажное значение имеет такой показатель, как диапазон стабилизации. Это величина напряжения между низким значением и наибольшим порогом напряжения, где прибор может осуществлять свою функцию. Наилучшие модели ЭМС работают в диапазоне от 130 до 280 вольт.

К следующим важным характеристикам относятся точность и скорость стабилизации. Лучший показатель точности – это отклонения в пределах 1,5-3%. Что касается скорости реакции, то показатель колеблется от 5 до 10 в/сек.

Устройство и основные узлы

В быту часто используют недорогие однофазные стабилизаторы. Наряду с ними, существуют более совершенные приборы, оснащённые цифровым дисплеем. Все модели имеют одно и то же принципиальное устройство. Конструкция ЭМС состоит из нескольких основных узлов:

• автотрансформатор;
• щёточный узел;
• сервопривод;
• блок электроники.

Автотрансформатор

Основное устройство стабилизатора занимает самое большое пространство внутри прибора. Его мощность может достигать нескольких десятков кВт. Автотрансформаторы не имеют раздельных первичных и вторичных обмоток. Они представляют собой тороидальные катушки изолированных проводов.

Щёточный узел

Токосъёмники имеют вид щёток, которые контактируют с оголёнными витками катушки автотрансформатора. Щеточный узел состоит из двух и более графитовых брусочков, в которые впаяны медные провода. Графит обладает высокой износостойкостью и способностью к скольжению, не создавая трения о витки катушки. Благодаря этому, щёточный узел стабилизатора может прослужить без замены щёток несколько лет. В мощных ЭМС токосъёмник сделан в виде графитовых роликов.

Обратите внимание! Графитовые элементы обладают низким сопротивлением. Несмотря на это, щётки часто перегреваются, что ведёт к быстрому их износу.

Чтобы щётки равномерно изнашивались, не создавая перепадов рельефа контактной поверхности, их делают в виде колёсиков. Оголённые витки трансформатора в тех местах, где щётки редко бывают, могут покрываться оксидной плёнкой. В результате резкого изменения уровня напряжения в сети щётки попадают на эти участки. Возрастает высокое переходное сопротивление, что сопровождается обильным тепловыделением. Для отвода излишнего тепла щёточные узлы снабжены дюралевыми радиаторами.

Сервопривод

Устройство состоит из соосного с катушкой шагового двигателя со щёточным узлом. Электромотор обладает высокооборотным валом. Его мощность позволяет преодолевать усилие прижимных пружин щёточного узла. Чем больше мощность ЭМС, тем больше контактная площадь токосъёмника. Следовательно, сервопривод должен преодолевать высокое трение щеток об обмотку автотрансформатора.

Блоки электроники

Электронная схема осуществляет управление сервоприводом. Чутко реагируя на изменения напряжения входного тока, электронный блок подаёт команды электродвигателю, который перемещает щёточный узел в нужное место контакта с катушкой трансформатора.

По достижении заданного уровня выходного напряжения сервопривод замирает. Данные об изменении параметров тока отражаются на цифровом интерфейсе или стрелочном табло прибора. В случае превышения допустимых показателей напряжения сетевого тока защитное устройство отключает стабилизатор от электросети и нагрузки. Электронный блок запитан от своего малогабаритного маломощного трансформатора. Его первичная обмотка рассчитана на определённый диапазон допустимого входного напряжения.

Правила пользования стабилизатором

ЭМС нельзя использовать в помещениях с высоким уровнем влажности. Прибор сначала подключают к сети, только затем стабилизатор подсоединяют к нагрузке. Устройство должно находиться на безопасном расстоянии от источников индуктивности и магнитных полей.

Советы по выбору стабилизатора

Выбор стабилизатора зависит от того, какая нагрузка будет приходиться на прибор. Для этого делают расчёт совокупной нагрузки всех подключённых электроустройств. Отсюда выводится требуемая активная мощность ЭМС.

Дополнительная информация. Для подстраховки следует прибавлять к расчётному параметру ещё 20-25%. Определив окончательное значение активной мощности, приобретают прибор с соответствующей характеристикой.

Примеры удачных моделей электромеханических стабилизаторов

Рынок электротехники насыщен различными моделями ЭМС. На основании исследований независимых экспертов были определены наиболее удачные модели сервоприводных стабилизаторов.

РЕСАНТА АСН-50000-ЭМ

Эта модель считается самым лучшим отечественным сервоприводным стабилизатором. Прибор обладает хорошими показателями точности регулировки. Он показал себя как надёжное стабилизационное оборудование в условиях часто повторяющихся скачков напряжения. Стабилизатор оснащён двумя стрелочными табло.

RUCELF SDWII-6000

• Однофазный сервоприводный стабилизатор напряжения обладает превосходными техническими характеристиками:
• Мощность – 5 кВт;
• Диапазон входного напряжения – от 140 до 260 вольт;
• Точность стабилизации – 1,5 %.

ЭНЕРГИЯ NEW LINE 5000

Электромеханический стабилизатор отечественного производства ЭНЕРГИЯ NEW LINE 5000 пользуется особой популярностью у населения страны. Компактный напольный вариант отличается привлекательным дизайном. Срок службы – 10 лет.

Электромеханические стабилизаторы надёжно предохраняют потребителей электроэнергии от внезапных скачков напряжения электросети. Тем самым создаются условия безопасной эксплуатации чувствительного электронного и электрического оборудования.

Видео

Выбор электромеханического стабилизатора напряжения: особенности, преимущества и недостатки

В списке стабилизаторов напряжения эта конструкция занимает особое место. По сути это обычный автотрансформатор, только регулировка напряжения осуществляется не вращением ручки, а с помощью электродвигателя. Электромеханический стабилизатор напряжения обеспечивает очень высокую точность установки напряжения, но его применение ограничивается низкой скоростью выравнивания.

Конструкция электромеханического стабилизатора

Электромеханический, или сервоприводный, стабилизатор напряжения может считаться самым простым по конструкции. В его основе лежит обычный автотрансформатор лабораторного типа, в котором, поворачивая рукоятку можно было изменять величину напряжения от нуля до 240 вольт.

В современном стабилизаторе этот принцип сохранился, только ручка автотрансформатора поворачивается не рукой, а электрическим серводвигателем. Трансформатор имеет тороидальную конструкцию. Его обмотка выполнена из медного провода, и верхняя её часть очищена от изолирующего покрытия.

По обмотке трансформатора перемещается ползунковый контакт-щётка или ролик, который закреплен на оси электродвигателя. Двигатель оборудован сервоприводом. Это значит, что его ротор не вращается, а по импульсным сигналам, поступающим из блока управления, может поворачиваться на определённый угол. Щётка может быть изготовлена из графита или иметь роликовую конструкцию.

Электромеханический стабилизатор состоит из следующих узлов:

• Входной сетевой фильтр;
• Силовой автотрансформатор;
• Блок контроля и управления;
• Электродвигатель;
• Контактный узел;
• Блок индикации.

Сетевой фильтр обеспечивает подавление высокочастотных и импульсных электрических помех. Пассивный фильтр собран по индуктивно-ёмкостной схеме. После фильтра напряжение подаётся на схему контроля, которая фиксирует отклонения напряжения сети от номинала и вырабатывает сигналы для управления электродвигателем.

Жёстко закреплённый на роторе контактный узел с графитовым контактом перемещается по обмотке трансформатора. В зависимости от девиаций сети, серводвигатель получает сигналы управления для увеличения или уменьшения напряжения на выходе. Для надёжности контактный узел может иметь две щётки, или более стабильный в работе роликовый узел.

Блок индикации, располагающийся на передней панели устройства, состоит из светодиодных индикаторов режимов работы и, у отдельных моделей, цифрового универсального дисплея. Цифровой дисплей может показывать напряжение на входе и выходе устройства, ток и частоту сети.

Достоинства и применение сервоприводного стабилизатора

Стабилизатор напряжения, работающий по принципу плавного регулирования сетевого напряжения с применением серводвигателя, обладает определёнными положительными параметрами, которые определяют сферу его использования.

Основными достоинствами сервоприводного стабилизатора, являются следующие характеристики:

• Высокая точность установки напряжения на выходе устройства;
• Возможность работы с большими нагрузками;
• Большой допустимый разброс напряжения на входе устройства;
• Способность выдерживать большие перегрузки;
• Чистая синусоида на выходе прибора.

Поскольку графитовая щётка или роликовый узел плавно перемещаются по обмотке трансформатора, то на выходных контактах стабилизатора напряжения не будет никаких перерывов в энергоснабжении потребителя. Поэтому сервоприводный стабилизатор можно использовать для электропитания практически любых электрических приборов.

Так как мощность нагрузки определяется только обмоткой трансформатора, то электромеханические стабилизаторы это единственный тип устройств, которые могут использоваться при нагрузках свыше 50 кВт, поэтому они часто применяются в качестве промышленных стабилизаторов.

В схеме сервоприводного стабилизатора отсутствуют нелинейные элементы, которые могут внести искажения синусоидальной формы выходного напряжения. Гладкая синусоида, которую обеспечивает электродинамический стабилизатор на выходе, позволяет использовать его для работы в системах с применением электродвигателей.

Асинхронные электродвигатели, применяемые для работы циркуляционных насосов, корректно работают только при синусоидальной форме питающего напряжения, которую может обеспечить электромеханический стабилизатор. Схема устройства, основанная на применении мощного силового трансформатора, позволяет обеспечивать большие токи на нагрузке.

Недостатки электромеханического стабилизатора

Несмотря на серьёзные достоинства, данное устройство обладает не менее серьёзными недостатками:

• Низкая скорость стабилизации;
• Невозможность эксплуатации при низких температурах;
• Низкая надёжность;
• Сложность ремонта;
• Определённый шум при работе.

Сервоприводной механизм, который перемещает щётки по обмотке тороидального трансформатора, не может мгновенно переместиться на требуемый участок. Поэтому между определением необходимости изменения напряжения и его реальной установкой проходит определённое время. Обычно в паспортах на электромеханические стабилизаторы указывается температурный режим его эксплуатации, нарушение которого обязательно приведёт к отказу сервоприводного механизма.

Невысокая надёжность устройства обусловлена наличием подвижного узла, который имеет определённый срок наработки. Кроме того, графитовые контактные щётки подгорают при работе и требуют замены примерно через 2-4 года эксплуатации. Замена их достаточно продолжительный и трудоёмкий процесс. Изношенные щетки могут искрить при работе, поэтому сервоприводные стабилизаторы не рекомендуется использовать с газовым оборудованием.

Однофазный стабилизатор от компании «Энергия»

Одной из интересных моделей на рынке, является однофазный электромеханический стабилизатор напряжения «Энергия HYBRID СНВТ 10 000». Стабилизатор напряжения высокой точности представляет собой удачное техническое решение, где в одном устройстве, объединены электромеханический стабилизатор и дополнительный релейный узел. Это позволяет прибору работать при большом разбросе напряжения сети. Он обеспечивает выдачу напряжения 220В ± 3% при входных величинах от 105 до 280В.

Стабилизатор имеет систему «Байпас» и защиту от перегрузки и превышения напряжения на входе выше критической. Однофазный стабилизатор «Энергия HYBRID СНВТ 10 000» может использоваться как в быту, так и на производственных объектах. При подключении прибора к системам освещения отсутствует эффект мерцания ламп, так как не происходит разрыва фазы.

Выбирая электромеханический стабилизатор напряжения, следует обращать внимание на технические характеристики устройства, на качество электричества в месте эксплуатации и температурный режим.

Электромеханический стабилизатор напряжения

Качество питающей сети бытового напряжения порой оставляет желать лучшего. Особенно это заметно в удаленных от городов населенных пунктах. Вызывается это, в основном, низким качеством линий электропередач и неравномерной нагрузкой. Часто значение нестабильного напряжения выходит за пределы допустимых значений для бытовой техники. Понижение напряжения может вызвать неработоспособность или некачественную работу техники, низкую яркость осветительных ламп, а превышение чревато перегоранием предохранителей и выходом из строя устройств различной сложности и стоимости.

Существует возможность привести значение напряжения к нормальному значению – это использование стабилизатора напряжения. Стабилизаторы переменного напряжения могут быть различной конструкции и использовать несколько принципов стабилизации:

• Феррорезонансные. Практически не используются из-за искажений формы напряжения и высокого уровня электромагнитных помех, хотя имеют наилучшие параметры стабилизации и высокую надежность;
• С переключающимися обмотками. Могут быть на основе электромагнитных реле или полупроводниковых элементов, тиристоров;
• Электромеханические.

Принцип работы электромеханического стабилизатора

В основу данного устройства входит автотрансформатор с изменяемым коэффициентом трансформации. Выглядит это следующим образом.

На тороидальный трансформатор намотана обмотка изолированным проводом. На одном из торцов трансформатора изоляция с обмотки удалена. По этому участку передвигается токосъемный узел. Перемещая токосъемник по обмотке, добавляют или удаляют из работы часть витков. Благодаря этому меняется коэффициент трансформации. Точно так же устроен лабораторный автотрансформатор – ЛАТР.

Основное отличие автоматического стабилизатора заключается в том, что привод узла регулировки осуществляется при помощи электродвигателя, в качестве которого используется шаговый электромотор. Почему нельзя применять обычный двигатель? У простого электродвигателя невозможно контролировать угол поворота подвижной части – ротора или якоря. Шаговый же электропривод поворачивается на строго заданный угол в соответствии с количеством поданных импульсов.

Устройство

Однофазный электромеханический стабилизатор напряжения состоит из следующих узлов:

• Собственно автотрансформатор;
• Щеточный узел;
• Сервопривод;
• Блок контроля и управления;
• Блок индикации;
• Устройство внутреннего питания;
• Устройство защиты.

В качестве дополнительных опций производители могут включать также фильтрующие элементы для защиты потребителей от помех, распространяющихся по сети переменного тока.

Автотрансформатор

Это самый габаритный и тяжелый узел. Мощность автотрансформатора определяет величину нагрузки, которая может достигать десятков киловатт. Достоинством автотрансформатора является то, что он не имеет раздельных первичных и вторичных обмоток. Вторичная обмотка является частью первичной. При равенстве входного и выходного напряжений трансформатор не играет никакой роли, лишь добавляя нагрузку в сеть в виде незначительного тока холостого хода.

Щеточный узел

Благодаря щеткам образуется контакт с витками обмотки трансформатора. Требованиями к щеточному узлу являются низкое трение для облегчения передвижения по обмотке, низкое переходное сопротивление и стойкость к износу.

Щетки являются самым ненадежным элементом сервоприводного стабилизатора напряжения. Срок службы токосъемных элементов даже при умеренной эксплуатации составляет несколько лет, после чего они подлежат замене.

Для изготовления щеток используется материал на основе графита. Свойствами графита являются его низкий коэффициент трения и низкое электрическое сопротивление. В то же время графит – довольно мягкий материал, и со временем щетки изнашиваются. Для равномерной выработки и снижения износа часто щетки выполняют в виде колес, которые перекатываются по виткам автотрансформатора.

Наличие переходного сопротивления между материалом щеток и витками трансформатора вызывает повышенное тепловыделение в месте контакта. Особенно велико сопротивление в тех частях обмотки, где щетки оказываются нечасто, например, при большом снижении или повышении входного напряжения, поскольку оголенные витки медного провода покрываются пленкой окислов от контакта с воздухом.

Для отвода излишков тепла щеточный узел снабжается ребристым радиатором охлаждения.

Сервопривод

Шаговый двигатель, который используется для привода щеточного узла, должен обладать высокой скоростью вращения и мощностью, достаточной для преодоления силы трения щеток, прижатых пружинами к обмотке. Разумеется, что чем выше мощность стабилизатора, тем габаритнее щетки и выше их трение об обмотки. Соответственно, мощность сервопривода должна быть также выше.

Блоки электроники

Электронно-управляющий блок осуществляет контроль величин входного и выходного напряжений. Чем больше величина рассогласования, тем большее количество импульсов должно быть подано на обмотку шагового электродвигателя. По мере проворачивания щеточного узла выходное напряжение все более приближается к номинальному значению. При точном совпадении подача управляющих импульсов прекращается полностью.

Блок индикации позволяет визуально контролировать состояние входного и выходного напряжений. Данные выводятся на цифровой индикатор или стрелочный прибор в дешевых моделях.

Устройство защиты производит отключение устройства от сети и нагрузки при выходе напряжения за пределы допустимых значений, а также при превышении допустимой нагрузки потребителей.

Для питания внутренней электронной схемы используется малогабаритный маломощный трансформатор, первичная обмотка которого рассчитана на весь допустимый диапазон входного напряжения.

Достоинства и недостатки

Однофазный электромеханический стабилизатор обладает целым рядом достоинств, благодаря которым пользуется спросом и выпускается различными производителями:

• Один из самых высоких показателей точности стабилизации – может доходить до 2%;
• Плавность регулировки и отсутствие скачков выходного напряжения, как в релейных и тиристорных стабилизаторах;
• Отсутствие искажений формы питающего тока, что позволяет использовать стабилизатор для питания любых типов нагрузки;
• Широкий диапазон значений входного напряжения;
• Отсутствие электромагнитных помех. Тороидальные трансформаторы обладают минимальным полем рассеивания;
• Высокие значения допустимой мощности нагрузки, которая определяется, в основном, габаритами и сечением провода обмотки автотрансформатора;
• Средний ценовой диапазон.

Широкому распространению данного типа устройств препятствует крайне низкая скорость реакции на изменение напряжения. Это связано с использованием подвижных устройств. К примеру, изменение напряжения на 50 В потребует около 5 секунд для того, чтобы выходное напряжение стало равным номинальному. Такая величина в несколько раз выше, чем у релейного стабилизатора, не говоря о тиристорном.

Следует отметить и низкую надежность, которая определяется надежностью щеточного узла. Как уже было сказано, износ щеток вынуждает производить их периодическую замену. Надежность щеток даже ниже, чем у контактов реле в релейных стабилизаторах.

Важно! Наличие механического контакта щеток с обмотками может вызвать искрение, что приводит к образованию помех и не допускает применение электромеханических регуляторов в пожароопасных помещениях и взрывоопасной атмосфере.

Остальные элементы по своей надежности такие же, как и в остальных стабилизаторах.

Использование того или иного типов стабилизаторов определяется требованиями нагрузки и характеристиками сети. Электромеханический сервоприводный стабилизатор напряжения незаменим в тех случаях, когда недопустимы скачкообразные изменения напряжения, искажения его формы, но нестабильность по входу не предполагает резких изменений.

Видео

Устройство и принцип работы электромеханического стабилизатора

Широкое распространение в применении стабилизаторов этого типа в бытовом и промышленном использовании связано с эффективностью их работы, хорошими техническими характеристиками и относительно невысокой стоимостью.

Первые стабилизатора напряжения появились во второй половине прошлого века; многие из нас наверняка помнят устройство со стрелочным вольтметром, по которому, вращая вручную ручку регулятора приходилось настраивать выходное напряжение.

Современные электромеханические стабилизаторы — это уже полностью автоматические устройства, не требующие никаких вмешательств в работу, значительно превосходящие свои более ранние аналоги по надежности, эффективности работы и функциональным возможностям.

Объединяют сравниваемые устройства используемый принцип преобразования напряжения, основанный на явлении электромагнитной индукции — при помощи автотрансформатора, а также способ снятия выходного напряжения с его витков.

Основой конструкции является регулируемый автотрансформатор тороидальной формы, сервопривод — исполнительный механизм, перемещающий токосъемные контакты и электронный блок управления этим приводным механизмом.

Принцип работы электромеханического стабилизатора

Изменение входного напряжения при помощи автотрансформатора осуществляется снятием напряжения с разных витков его вторичной обмотки (т. е. изменением коэффициента трансформации). Вторичное напряжение снимается скользящей по очищенной от изоляции верхней части витков обмотки токосъемной щетк

Если в старых образцах устройств для перемещения щетки необходимо было вручную крутить ручку пока вольтметр не покажет номинальное (или близкое к нему) ой (она может быть выполнена в виде ролика). значение, то в современных сервоприводных стабилизаторах (альтернативное название устройств) перемещение щеток в нужное положение выполняется сервоприводом.

Из приведенной выше схемы можно понять общий принцип работы устройства. Напряжение сети проходя через сетевой фильтр на входе поступает на блок управления и контроля, вольтметром постоянно осуществляется контроль его значения. При отклонении напряжения от нормы с платы управления подается сигнал на сервопривод, приводящий его в движение, что приводит перемещение токосъемного контакта по обмотке автотрансформатора.

Перемещение — изменение количества витков (а по сути, коэффициента трансформации) будет выполняться до тех пор, пока на выходе не будет достигнуто значение напряжения соответствующее номинальному.

Плюсы и минусы сервоприводных стабилизаторов

Плюсы. Очевидными преимуществами использования можно назвать:

— высокая точность коррекции напряжения;
— плавность регулировки;
— не вносят изменений в форму выходного (чистая синусоида);
— достаточно высокий КПД;
— хорошая устойчивость к токовым перегрузкам;
— невысокая стоимость (на сегодня уступают лишь устройствам релейного типа).

Минусы. Большинство недостатков “электромеханики” обусловлено наличием сервопривода и большого количества движущихся и вращающихся деталей:

— низкая скорость коррекции напряжения (серьезно ограничена скоростью передвижения токосъемных контактов);
— необходимость проведения регулярного обслуживания, контроля состояния и замены “расходников” (чаще всего, графитовых щеток);
— довольно узкий диапазон рабочих температур (при средних значениях -5. 40°C требуется установка в отапливаемых помещениях);
— возможно наличие шума в работе — что не всегда делает возможным их установку в жилых комнатах.

• Главная
• Электротехнические устройства
• Устройство и принцип работы электромеханического стабилизатора

Перейти на форум

Данный сайт создан исключительно в ознакомительных целях. Материалы ресурса носят справочный характер.

При цитировании материалов сайта активная гиперссылка на l220.ru обязательна.

Документ, определяющий правила устройства, регламентирующий принципы построения и требования как к отдельным системам, так и к их элементам, узлам и коммуникациям ЭУ, условиям размещения и монтажа.

ПТЭЭП

Требования и обязанности потребителей, ответственность за выполнение, требования к персоналу, осуществляющему эксплуатацию ЭУ, управление, ремонт, модернизацию, ввод в эксплуатацию ЭУ, подготовке персонала.

ПОТЭУ

Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок — документ, созданный на основе недействующих в настоящее время Межотраслевых правил по охране труда (ПОТ Р М-016-2001, РД 153-34.0-03.150).