穩(wěn)壓器的原理是什么？

隨著社會的快速發(fā)展，電力的使用越來越多。但由于輸配電設(shè)施的陳舊、發(fā)展落后、設(shè)計落后、供電不足等原因，導(dǎo)致終端用戶的電壓偏低，而線路端用戶往往電壓偏高，對用電設(shè)備，尤其是對電壓要求很高的高技術(shù)、高精度設(shè)備來說，就像是一顆定時炸彈。電力系統(tǒng)是由數(shù)以千計的負(fù)荷組成的公用電網(wǎng)，這些負(fù)荷中的某些大型負(fù)荷，如感性負(fù)荷、電容負(fù)荷、開關(guān)負(fù)荷等，不但從電網(wǎng)中獲取電力，而且還會對電網(wǎng)自身產(chǎn)生干擾，使電網(wǎng)或局域網(wǎng)的供電質(zhì)量下降，導(dǎo)致市電電壓波形失真或頻率偏移。此外，諸如地震、雷擊、輸變電線路斷線、短路等突發(fā)事件等突發(fā)事件，都會危及供電，嚴(yán)重影響負(fù)荷運行。

穩(wěn)壓器是指在電子工程中，為了自動維持一定的電壓而設(shè)計的裝置。穩(wěn)壓器可能包含簡單的“前饋”設(shè)計或負(fù)反饋控制電路。穩(wěn)壓器可能還使用機電機構(gòu)和電子模塊。根據(jù)設(shè)計，穩(wěn)壓器分為直流穩(wěn)定和交流穩(wěn)定。穩(wěn)壓器常用于電源供應(yīng)系統(tǒng)，與整流器、電子濾波器等協(xié)同工作，提供微處理器和其他部件所需的工作電壓等穩(wěn)定的輸出電壓。

穩(wěn)壓器的工作原理是利用電路的調(diào)壓和對電路控制來進電流的控制，一般在電壓輸入發(fā)生變化時，穩(wěn)壓器的就會通過控制電路來進行采樣比對，在驅(qū)動伺服電機的旋轉(zhuǎn)，從而改變調(diào)壓器碳刷的位置，通過自動調(diào)節(jié)線圈，使得輸出的電壓更加的穩(wěn)定，讓電器可以在電壓不穩(wěn)定的情況下正常的使用。

在電壓穩(wěn)定器、來自和電壓的條件下的電壓校正通過兩個基本操作來執(zhí)行，即升壓和降壓操作。這些操作可以通過電子電路手動或自動切換。在電壓條件下，升壓操作的電壓增加到額定水平，而降壓操作在過壓條件下降低電壓水平。

穩(wěn)定的概念包括增加或減少電源電壓。用于執(zhí)行此類任務(wù)的穩(wěn)定器使用變壓器，變壓器以不同的配置與開關(guān)繼電器連接。一些電壓調(diào)節(jié)器使用繞組上有抽頭的變壓器來提供不同的電壓校正，而伺服調(diào)節(jié)器使用自耦變壓器來進行大范圍的校正。

常見的穩(wěn)壓器種類：

繼電器型穩(wěn)壓器

在這種類型的穩(wěn)壓器中，電壓調(diào)節(jié)是通過切換繼電器以將變壓器的多個抽頭中的一個連接到負(fù)載(如以上討論的方式)來實現(xiàn)的，無論是用于升壓操作還是降壓操作。下圖說明了繼電器式穩(wěn)壓器的內(nèi)部電路。

除了變壓器(可以是環(huán)形或鐵芯變壓器，其次級設(shè)有抽頭)之外，它還有電子電路和一組繼電器。電子電路包括整流電路、運算放大器、微控制器單元等微小元件。

電子電路將輸出電壓與內(nèi)置參考電壓源提供的參考值進行比較。每當(dāng)電壓上升或下降超過參考值時，控制電路就會切換相應(yīng)的繼電器以將所需的抽頭連接到輸出。

這些穩(wěn)定器通常會針對±15%至±6%的輸入電壓變化改變電壓，輸出電壓精度為±5%至±10%。這種類型的穩(wěn)定器最常用于住宅、商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中的低額定值電器，因為它們重量輕且成本低。然而，這些都受到一些限制，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法承受高壓浪涌。

伺服控制電壓穩(wěn)定器

這些被簡稱為伺服穩(wěn)定器(在伺服機構(gòu)上工作，也稱為負(fù)反饋)，顧名思義，它使用伺服電機來實現(xiàn)電壓校正。這些主要用于高輸出電壓精度，通常為±1%，輸入電壓變化高達±50%。下圖顯示了伺服穩(wěn)定器的內(nèi)部電路，它包含伺服電機、自耦變壓器、降壓升壓變壓器、電機驅(qū)動器和控制電路作為基本部件。

在該穩(wěn)壓器中，降壓升壓變壓器初級的一端連接到自耦變壓器的固定抽頭，另一端連接到由伺服電機控制的動臂。降壓升壓變壓器的次級與輸入電源串聯(lián)連接，輸入電源只是穩(wěn)定器輸出。

電子控制電路通過將輸入與內(nèi)置參考電壓源進行比較來檢測電壓驟降和電壓上升。當(dāng)電路發(fā)現(xiàn)錯誤時，它會運行電機，進而移動自耦變壓器上的臂。這可以為降壓升壓變壓器的初級供電，這樣次級兩端的電壓應(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來實現(xiàn)智能控制。

靜態(tài)電壓穩(wěn)定器

顧名思義，靜態(tài)穩(wěn)壓器沒有任何運動部件作為伺服穩(wěn)定器的伺服電機機構(gòu)。它使用電力電子轉(zhuǎn)換器電路來實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，而不是在傳統(tǒng)穩(wěn)壓器的情況下使用自耦變壓器。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)為±1%。

它主要由降壓升壓變壓器、IGBT電源轉(zhuǎn)換器(或AC到AC轉(zhuǎn)換器)和微控制器、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。IGBT轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓可以與進線電壓同相或異相180度，以便在波動期間執(zhí)行加減電壓。

每當(dāng)微處理器檢測到電壓驟降時，它就會向IGBT轉(zhuǎn)換器發(fā)送PWM脈沖，使其產(chǎn)生等于偏離標(biāo)稱值的電壓。該輸出與輸入電源同相，并提供給降壓升壓變壓器的初級。由于次級連接到輸入線路，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。