穩(wěn)壓器簡(jiǎn)介及其工作原理

穩(wěn)定器簡(jiǎn)介：

在智能交流穩(wěn)壓器（或自動(dòng)穩(wěn)壓器（AVR））的設(shè)計(jì)中嵌入微處理器芯片技術(shù)和電力電子設(shè)備，導(dǎo)致在市電電壓出現(xiàn)顯著和連續(xù)偏差的情況下產(chǎn)生高質(zhì)量、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

作為傳統(tǒng)繼電器式穩(wěn)壓器的進(jìn)步，現(xiàn)代創(chuàng)新穩(wěn)壓器使用高性能數(shù)字控制電路和固態(tài)控制電路，無(wú)需調(diào)整電位器，并允許用戶通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置電壓要求，并具有輸出啟動(dòng)和停止功能。

這也導(dǎo)致穩(wěn)定器的跳閘時(shí)間或響應(yīng)速度非常低，通常小于幾毫秒，此外這可以通過(guò)可變?cè)O(shè)置進(jìn)行調(diào)整。如今，穩(wěn)定器成為許多對(duì)電壓波動(dòng)敏感的電子設(shè)備的優(yōu)化電源解決方案，并且它們已發(fā)現(xiàn)與許多設(shè)備一起使用，例如CNC機(jī)器，空調(diào)，電視機(jī)，醫(yī)療設(shè)備，計(jì)算機(jī)，電信設(shè)備等。

什么是穩(wěn)壓器？

它是一種電器，設(shè)計(jì)用于在其輸出端子上向負(fù)載提供恒定電壓，而不管輸入或輸入電源電壓的變化如何。它可以保護(hù)設(shè)備或機(jī)器免受過(guò)壓、欠壓和其他電壓浪涌的影響。

它也被稱為自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）。穩(wěn)壓器是昂貴而珍貴的電氣設(shè)備的首選，以保護(hù)它們免受有害的低/高電壓波動(dòng)的影響。其中一些設(shè)備是空調(diào)，膠印機(jī)，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，工業(yè)機(jī)器和醫(yī)療設(shè)備。

穩(wěn)壓器在將波動(dòng)的輸入電壓饋送到負(fù)載（或?qū)﹄妷鹤兓舾械脑O(shè)備）之前對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。在給定的輸入電壓波動(dòng)范圍內(nèi)，穩(wěn)定器的輸出電壓在單相電源的情況下將保持在220V或230V的范圍內(nèi)，在三相電源的情況下將保持在380V或400V的范圍內(nèi)。該調(diào)節(jié)由內(nèi)部電路執(zhí)行的降壓和升壓操作執(zhí)行。

當(dāng)今市場(chǎng)上有各種各樣的自動(dòng)穩(wěn)壓器。這些可以是單相或三相單元，具體取決于所需的應(yīng)用類(lèi)型和容量（KVA）。三相穩(wěn)定器有兩個(gè)版本，分別是平衡負(fù)載模型和非平衡負(fù)載模型。

這些既可以作為電器的專(zhuān)用單元，也可以作為特定地方（例如整個(gè)房屋）中整個(gè)電器的大型穩(wěn)定器單元。此外，這些可以是模擬或數(shù)字類(lèi)型的穩(wěn)定器單元。

常見(jiàn)的電壓穩(wěn)定器類(lèi)型包括手動(dòng)或可切換的穩(wěn)定器、自動(dòng)繼電器式穩(wěn)定器、固態(tài)或靜態(tài)穩(wěn)定器以及伺服控制穩(wěn)定器。除了穩(wěn)定功能外，大多數(shù)穩(wěn)定器還具有輸入/輸出低壓切斷、輸入/輸出高壓切斷、過(guò)載切斷、輸出啟動(dòng)和停止功能、手動(dòng)/自動(dòng)啟動(dòng)、電壓切斷顯示、零電壓開(kāi)關(guān)等附加功能。

為什么需要穩(wěn)壓器？

通常，每個(gè)電氣設(shè)備或裝置都設(shè)計(jì)用于寬范圍的輸入電壓。根據(jù)靈敏度的不同，設(shè)備的工作范圍被限制在特定的值，例如，一些設(shè)備可以承受±額定電壓的10%，而另一些設(shè)備可以承受±5%或更低。

電壓波動(dòng)（額定電壓大小的上升或下降）在許多領(lǐng)域都很常見(jiàn)，尤其是在端接線路上。電壓波動(dòng)的最常見(jiàn)原因是照明、電氣故障、接線故障和定期關(guān)閉設(shè)備。這些波動(dòng)會(huì)給電氣設(shè)備或電器帶來(lái)事故。

會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電壓

對(duì)設(shè)備的永久性損壞

繞組絕緣損壞

負(fù)載中不必要的中斷

電纜和相關(guān)設(shè)備的損耗增加

降低設(shè)備的使用壽命

長(zhǎng)時(shí)間欠壓會(huì)導(dǎo)致

設(shè)備故障

更長(zhǎng)的工作時(shí)間（如電阻加熱器）

設(shè)備性能下降

吸收大電流，進(jìn)一步導(dǎo)致過(guò)熱

計(jì)算錯(cuò)誤

電機(jī)轉(zhuǎn)速降低

因此，電壓穩(wěn)定性和精度決定了設(shè)備的正確運(yùn)行。因此，穩(wěn)壓器可確保輸入電源的電壓波動(dòng)不會(huì)影響負(fù)載或電器。

穩(wěn)壓器的工作原理是什么？

穩(wěn)壓器的基本原理，用于執(zhí)行降壓和升壓操作

在穩(wěn)壓器中，過(guò)壓和欠壓條件下的電壓校正通過(guò)兩個(gè)基本操作執(zhí)行，即b oost和降壓操作 。這些操作可以通過(guò)開(kāi)關(guān)手動(dòng)進(jìn)行，也可以通過(guò)電子電路自動(dòng)進(jìn)行。在欠壓條件下，升壓操作將電壓增加到額定電平，而降壓操作在過(guò)壓條件下降低電壓電平。

穩(wěn)定的概念涉及增加或減去主電源的電壓。為了執(zhí)行此類(lèi)任務(wù)，穩(wěn)定器使用變壓器，該變壓器以不同的配置與開(kāi)關(guān)繼電器連接。一些穩(wěn)定器使用繞組上帶有抽頭的變壓器來(lái)提供不同的電壓校正，而伺服穩(wěn)定器使用自動(dòng)變壓器進(jìn)行廣泛的校正。

為了理解這個(gè)概念，讓我們考慮230/12V額定值的簡(jiǎn)單降壓變壓器及其與這些操作的連接，如下所示。

上圖說(shuō)明了升壓配置，其中次級(jí)繞組的極性定向使其電壓直接添加到初級(jí)電壓中。因此，在欠壓條件下，變壓器（無(wú)論是分接開(kāi)關(guān)還是自耦變壓器）由繼電器或固態(tài)開(kāi)關(guān)切換，以便在輸入電壓后附加額外的伏特。

在上圖中，變壓器以降壓配置連接，其中次級(jí)線圈的極性定向使其電壓從初級(jí)電壓中減去。在過(guò)壓條件下，開(kāi)關(guān)電路將與負(fù)載的連接轉(zhuǎn)換為此配置

上圖顯示了兩級(jí)穩(wěn)壓器，它使用兩個(gè)繼電器在過(guò)壓和欠壓條件下為負(fù)載提供恒定的交流電源。通過(guò)切換繼電器，可以針對(duì)兩種特定的電壓波動(dòng)（一種是欠壓，例如195V，另一種是過(guò)壓，例如245V）執(zhí)行降壓和升壓操作。

對(duì)于分接變壓器型穩(wěn)定器，根據(jù)所需的升壓或降壓電壓量切換不同的抽頭。但是，在汽車(chē)變壓器型穩(wěn)定器的情況下，電機(jī)（伺服電機(jī)）與滑動(dòng)觸點(diǎn)一起使用，以從自動(dòng)變壓器獲得升壓或降壓電壓，因?yàn)樗话粋€(gè)繞組。

穩(wěn)壓器的種類(lèi)

穩(wěn)壓器已成為許多家用、工業(yè)和商業(yè)系統(tǒng)電器不可或缺的一部分。以前，手動(dòng)操作或可切換的穩(wěn)壓器用于升壓或降壓輸入電壓，以便在所需范圍內(nèi)提供輸出電壓。這種穩(wěn)定器由機(jī)電繼電器作為開(kāi)關(guān)設(shè)備制造。

后來(lái)，額外的電子電路使穩(wěn)定過(guò)程自動(dòng)化，并催生了分接開(kāi)關(guān)自動(dòng)穩(wěn)壓器。另一種流行的電壓穩(wěn)定器類(lèi)型是伺服穩(wěn)定器，其中電壓校正連續(xù)進(jìn)行，無(wú)需任何開(kāi)關(guān)。讓我們討論三種主要類(lèi)型的穩(wěn)壓器。

繼電器型穩(wěn)壓器

在這種類(lèi)型的穩(wěn)壓器中，電壓調(diào)節(jié)是通過(guò)切換繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以便將變壓器的多個(gè)抽頭之一連接到負(fù)載（如上所述），無(wú)論是用于升壓還是降壓操作。下圖顯示了繼電器型穩(wěn)定器的內(nèi)部電路。

除了變壓器外，它還具有電子電路和繼電器組（可以是環(huán)形或鐵芯變壓器，其次級(jí)上設(shè)有分接頭）。電子電路包括整流電路、運(yùn)算放大器、微控制器單元和其他微小元件。

電子電路將輸出電壓與內(nèi)置基準(zhǔn)電壓源提供的參考值進(jìn)行比較。每當(dāng)電壓上升或下降超過(guò)參考值時(shí)，控制電路就會(huì)切換相應(yīng)的繼電器，將所需的分路器連接到輸出端。

這些穩(wěn)定器通常根據(jù)輸入電壓變化改變±15%至±6%的電壓，輸出電壓精度為±5%至±10%。這種類(lèi)型的穩(wěn)定器最常用于住宅、商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中的低額定電器，因?yàn)樗鼈冎亓枯p，成本低。然而，它們存在一些限制，例如電壓校正速度慢、耐用性較差、可靠性較低、調(diào)節(jié)期間電源路徑中斷以及無(wú)法承受高壓浪涌。

伺服控制穩(wěn)壓器

這些被簡(jiǎn)單地稱為伺服穩(wěn)定器（伺服機(jī)構(gòu)的工作，也稱為負(fù)反饋），名稱表明它使用伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓校正。它們主要用于高輸出電壓精度，通常為±1%，輸入電壓變化高達(dá)±50%。下圖顯示了伺服穩(wěn)定器的內(nèi)部電路，該穩(wěn)定器將伺服電機(jī)、自耦變壓器、降壓升壓變壓器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和控制電路作為基本組件。

在該穩(wěn)定器中，降壓升壓變壓器初級(jí)的一端連接到自耦變壓器的固定抽頭，而另一端連接到由伺服電機(jī)控制的移動(dòng)臂。降壓升壓變壓器的次級(jí)與輸入電源串聯(lián)，輸入電源只不過(guò)是穩(wěn)定器輸出。

電子控制電路通過(guò)將輸入與內(nèi)置基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)電壓驟降和電壓上升。當(dāng)電路發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，它操作電機(jī)，電機(jī)又移動(dòng)自耦變壓器上的臂。這可以為降壓升壓變壓器的初級(jí)饋電，使得次級(jí)兩端的電壓應(yīng)該是所需的電壓輸出。大多數(shù)伺服穩(wěn)定器使用嵌入式微控制器或處理器作為控制電路，以實(shí)現(xiàn)智能控制。

這些穩(wěn)定器可以是單相、三相平衡型或三相不平衡裝置。在單相型中，連接到可變變壓器的伺服電機(jī)可實(shí)現(xiàn)電壓校正。在三相平衡型的情況下，伺服電機(jī)與三個(gè)自耦變壓器耦合，以便在波動(dòng)期間通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器的輸出來(lái)提供穩(wěn)定的輸出。在不平衡類(lèi)型的伺服穩(wěn)定器中，三個(gè)獨(dú)立的伺服電機(jī)與三個(gè)自耦變壓器耦合，它們具有三個(gè)獨(dú)立的控制電路。

與繼電器式穩(wěn)定器相比，使用伺服穩(wěn)定器具有多種優(yōu)點(diǎn)。其中一些是更高的校正速度、高精度的穩(wěn)定輸出、能夠承受浪涌電流和高可靠性。但是，由于電機(jī)的存在，這些需要定期維護(hù)。

靜態(tài)穩(wěn)壓器

顧名思義，在伺服穩(wěn)定器的情況下，靜態(tài)穩(wěn)壓器沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)部件作為伺服電機(jī)機(jī)構(gòu)。它使用電力電子轉(zhuǎn)換器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，而不是傳統(tǒng)穩(wěn)定器的變化。與伺服穩(wěn)定器相比，這些穩(wěn)定器可以產(chǎn)生更高的精度和出色的電壓調(diào)節(jié)，通常調(diào)節(jié)率為±1%。

它主要由降壓升壓變壓器、IGBT 功率轉(zhuǎn)換器（或交流到交流轉(zhuǎn)換器）以及微控制器、微處理器或基于 DSP 的控制器組成。微處理器控制的IGBT轉(zhuǎn)換器通過(guò)脈寬調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生適量的電壓，并將該電壓提供給降壓升壓變壓器的初級(jí)。IGBT轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生電壓的方式可以是同相或180度異相輸入線電壓，以便在波動(dòng)期間執(zhí)行加減電壓。

每當(dāng)微處理器檢測(cè)到電壓驟降時(shí)，它就會(huì)將PWM脈沖發(fā)送到IGBT轉(zhuǎn)換器，使其產(chǎn)生的電壓等于與標(biāo)稱值的偏差量。該輸出與輸入電源同相，并提供給降壓升壓變壓器的初級(jí)。由于次級(jí)連接到輸入線路，感應(yīng)電壓將添加到輸入電源，并將該校正電壓提供給負(fù)載。

類(lèi)似地，電壓上升導(dǎo)致微處理器電路以這樣的方式發(fā)送PWM脈沖，轉(zhuǎn)換器將輸出一個(gè)偏離量的電壓，該電壓與輸入電壓異相180度。降壓升壓變壓器次級(jí)的電壓從輸入電壓中減去，從而執(zhí)行降壓操作。

與分接開(kāi)關(guān)和伺服控制穩(wěn)定器相比，這些穩(wěn)定器非常受歡迎，因?yàn)樗鼈兙哂卸喾N優(yōu)點(diǎn)，例如體積小、校正速度非?？?、電壓調(diào)節(jié)出色、由于沒(méi)有移動(dòng)部件而無(wú)需維護(hù)、高效率和高可靠性。

穩(wěn)壓器和穩(wěn)壓器的區(qū)別

這里提出了一個(gè)主要但令人困惑的問(wèn)題，穩(wěn)定器和調(diào)節(jié)器之間的確切區(qū)別是什么？?jī)烧叨紙?zhí)行相同的動(dòng)作，即穩(wěn)定電壓，但穩(wěn)壓器和穩(wěn)壓器之間的主要區(qū)別是：

穩(wěn)壓器： 它是一種設(shè)備或電路，旨在在不改變輸入電壓的情況下向輸出提供恒定電壓。

穩(wěn)壓器： 它是一種設(shè)備或電路，旨在在不改變負(fù)載電流的情況下向輸出提供恒定電壓。

如何選擇正確尺寸的穩(wěn)壓器？

在為電器購(gòu)買(mǎi)穩(wěn)壓器之前，首先要考慮幾個(gè)因素。這些因素包括設(shè)備所需的功率、安裝區(qū)域經(jīng)歷的電壓波動(dòng)水平、設(shè)備類(lèi)型、穩(wěn)定器類(lèi)型、穩(wěn)定器的工作范圍（穩(wěn)定器正確電壓）、過(guò)壓/欠壓截止、控制電路類(lèi)型、安裝類(lèi)型和其他因素。在這里，我們給出了在為您的應(yīng)用購(gòu)買(mǎi)穩(wěn)定劑之前要考慮的基本步驟。

通過(guò)觀察銘牌詳細(xì)信息（以下是示例：變壓器銘牌、MCB 銘牌、電容器銘牌等）或產(chǎn)品用戶手冊(cè)，檢查您將與穩(wěn)定器一起使用的設(shè)備的額定功率。

由于穩(wěn)定器的額定值為 kVA（與額定值為 kVA 而不是 kW 的變壓器相同），因此也可以通過(guò)將設(shè)備的電壓乘以最大額定電流來(lái)計(jì)算瓦數(shù)。

建議在穩(wěn)定器額定值上增加安全裕度，通常為 20-25%。這對(duì)于未來(lái)向穩(wěn)定器輸出添加更多設(shè)備的計(jì)劃很有用。

如果設(shè)備的額定值以瓦特為單位，請(qǐng)?jiān)谟?jì)算穩(wěn)定器的 kVA 額定值時(shí)考慮功率因數(shù)。相反，如果穩(wěn)定器的額定值為千瓦而不是千伏安，則將功率因數(shù)乘以電壓和電流乘積。

以下是解決的實(shí)時(shí)和示例，如何為您的電器選擇合適尺寸的穩(wěn)壓器

假設(shè)設(shè)備（空調(diào)或冰箱）的額定值為 1kVA。因此，20% 的安全裕量為 200 瓦。通過(guò)將這些瓦特添加到實(shí)際額定值中，我們得到 1200 VA 瓦數(shù)。因此，1.2 kVA 或 1200 VA 穩(wěn)定器更適合設(shè)備。對(duì)于家庭需求，首選200 VA至10 kVA穩(wěn)定器。對(duì)于商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用，使用單相和三相大額定值穩(wěn)定器。