Рубрики
Составляющие силовой электроники

Поможет ли стабилизатор напряжения?

Поможет ли стабилизатор напряжения? Наталья Воронцова Николай Воронцов Если вы нашли, что у вас на дому, к примеру, в пригородном особняке, пониженное напряжение в сети, то навязывается

Поможет ли стабилизатор напряжения? Наталья Воронцова Николай Воронцов

Если вы нашли, что у вас на дому, к примеру, в пригородном особняке, пониженное напряжение в сети, то навязывается обычное решение этой трудности — поставить стабилизатор напряжения. Но, оказывается, стабилизатор может поправить ситуацию не во всех случаях.

И конкретно в коттеджах (имеющих завышенную нагрузку) стабилизатор не всегда помогает, потому приходится находить другие методы поправить положение. Дело в том, что подводящая линия имеет сопротивление. Оно очень малюсенькое, но оно есть. А при огромных токах употребления на этой полосы напряжение приметно падает. Согласно закону Ома падение напряжения на подводящей полосы можно рассчитать по формуле:

Поможет ли стабилизатор напряжения?

Существенное падение напряжения происходит в тех случаях, когда к потребителю тянется длинноватая линия. На промышленных предприятиях таковой трудности нет: там трансформаторная подстанция находится на местности предприятия либо практически рядом с ним.

Создатели пару раз сталкивались с таковой ситуацией. Без нагрузки напряжение на входном автоматическом выключателе было 220 В. При включении нагрузки оно падало до 170 В. После установки стабилизатора напряжение на входе оказалось ниже 150 В, и он отключился по нижнему предельному напряжению. Казалось бы, что не хватает каких-либо 10 В. И, чтоб поднять напряжение, перед стабилизатором был установлен автотрансформатор, поднимающий напряжение на 32 В. Стабилизатор опять отключился по нижнему напряжению, потому что напряжение на входном автоматическом выключателе оказалось ниже 120 В. Померить его точно было нереально, так как когда стабилизатор увеличивал напряжение на выходе, оно снижалось на входе, и при достижении нижнего предела происходило отключение устройства.

Оказалось, что зависимо от сопротивления подводящей полосы к ней можно подключить какуюто критическую нагрузку (поднимая напряжение при помощи стабилизатора до 220 В).

На рис. 1а показана выходная обмотка трансформатора на подстанции (выдающая 220 В), сопротивление полосы (Rл) и сопротивление нагрузки (Rн). На рис. 1б изображена та же схема с включенным стабилизатором напряжения перед нагрузкой.

Поможет ли стабилизатор напряжения?

Рис. 1. Схема питания нагрузки: а) без стабилизатора; б) со стабилизатором

Многие характеристики, справедливые для трансформатора, справедливы и для стабилизатора, потому что главным его элементом является один либо несколько трансформаторов.

  1. Мощность на входе трансформатора равна мощности на выходе трансформатора:

    Поможет ли стабилизатор напряжения?

    Отсюда выходит, что, если при помощи трансформатора нужно в два раза повысить напряжение на нагрузке, то при всем этом в два раза возрастет потребление тока из подводящей полосы (чтоб сохранился баланс входной и выходной мощности).

  2. Трансформатор преобразовывает не только лишь ток и напряжение, да и сопротивление. Если трансформатор имеет коэффициент трансформации Кпер, то имеют место последующие соотношения:

Поможет ли стабилизатор напряжения?

К примеру: пусть подводящая линия имеет сопротивление 0,65 Ом. Рассчитаем поведение полосы и стабилизатора при подключении нагрузки 2 Ом (при 220 В она будет потреблять 220/2 = 110 А, нагрузка составит P = 220 В x 110 А = 24 200 Вт).

Смоделируем процесс работы стабилизатора при сопротивлении полосы Rл = 0,4 Ом и сопротивлении полосы Rл = 0,65 Ом.

Модель работает последующим образом.

В исходный момент коэффициент передачи стабилизатора равен единице.

Поможет ли стабилизатор напряжения?

R1 = Rнагр (R1 — входное сопротивление стабилизатора и напряжение на выходе трансформаторной подстанции равно 220 В).

  1. Рассчитаем коэффициент передачи стабилизатора для текущего шага, умножая коэффициент передачи (Кпер) предшествующего шага на коэффициент корректировки (Ккор) предшествующего шага. Для первой строки таблицы Кпер = 1.
  2. Пересчитаем сопротивление нагрузки, приведенное к входу стабилизатора R1 = Rнагр / К2пер.
  3. Находим напряжение на входе стабилизатора с учетом делителя напряжения, состоящего из значений сопротивления полосы и сопротивления нагрузки, пересчитанных по отношению к входу стабилизатора:

    Поможет ли стабилизатор напряжения?

  4. Рассчитаем коэффициент корректировки (другими словами во сколько раз нужно поднять напряжение на выходе стабилизатора, чтоб оно стало равно 220 В): Ккор = 220 / Uвых.

Дальше расчеты повторяются для каждой из строчек таблицы в том же порядке.

В таблице 1 приведен итог такового расчета (для Rл = 0,4 Ом), показывающий, как стабилизатор поочередно, за пару шажков увеличивает напряжение.

Таблица 1. Модель работы стабилизатора при Rл = 0,4 Ом

№ шага R1 Uвх Кпер Uвых Кпер2 1 2 183,33333 1,0000000 183,33333 1,2000000 2 1,3888900 170,80745 1,2000000 204,96890 1,0733333 3 1,2055860 165,19135 1,2880000 212,76646 1,0339975 4 1,1276109 162,39371 1,3317890 216,27412 1,0172276 5 1,0897404 160,92930 1,3547323 218,01612 1,0090997 6 1,0701752 160,14319 1,3670599 218,92534 1,0049088 7 1,0597455 159,71552 1,3737706 219,41248 1,0026780 8 1,0540929 159,48117 1,3774491 219,67719 1,0014695 9 1,0510018 159,35225 1,3794732 219,82215 1,0008091 10 1,0493032 159,28117 1,3805893 219,90187 1,0004462 11 1,0483674 159,24193 1,3812054 219,94581 1,0002464

1-ый столбик показывает порядковый номер шага стабилизатора. В первой строке таблицы отражена ситуация, когда прибор находится в нейтральном состоянии (напряжение проходит впрямую без увеличения и снижения, коэффициент передачи равен единице). Потом стабилизатор определяет, во сколько раз ему нужно повысить напряжение, чтоб оно оказалось в норме. Данная величина отражена в 6-м столбике в виде коэффициента корректировки (Ккор).

Во 2-м столбике приведены сопротивления нагрузки пересчитаные ко входу стабилизатора(R1). Для этого сопротивление нагрузки делится на квадрат значения коэффициента передачи.

Потом выполнен расчет (Uвх), другими словами какое напряжение будет на входе стабилизатора с учетом падения напряжения на подводящей полосы (3-ий столбик таблицы).

В четвертом столбике — расчет значения коэффициента передачи стабилизатора (Кпер). В исходный момент (1-ая строка) стабилизатор пропускает напряжение впрямую. Для следующего шага этот коэффициент можно высчитать, умножив значение текущего коэффициента передачи на значение коэффициента корректировки (Ккор).

В 5-ом столбике показано выходное напряжение стабилизатора. Для этого входное напряжение множится на коэффициент передачи.

Из приведенного примера следует, что стабилизатор совладал с корректировкой напряжения на 5-ом шаге. Выходное напряжение стало 220 В (с точностью наименее 1%), коэффициент корректировки стал равен единице (с точностью до второго знака после запятой). При всем этом довольно, чтоб стабилизатор имел коэффициент передачи более 1,37 и, означает, мог повысить напряжение со 160 В.

В последующем примере изменим сопротивление подводящей полосы с 0,4 на 0,65 Ом. Результаты расчетов показаны в таблице 2. В этой таблице выделена 4-ая строчка.

Таблица 2. Модель работы стабилизатора при Rл = 0,65 Ом

№ шага R1 Uвх Кпер Uвых Кпер2 1 2 166,037736 1 166,037736 1,325 2 1,13919544 140,075808 1,325 185,600446 1,18534198 3 0,81079947 122,1008079 1,57057813 191,780278 1,14714611 4 0,61613153 107,057548 1,80168259 192,883719 1,14058356 5 0,4736082 92,7314382 2,05496954 190,560281 1,15449032 6 0,35533552 77,7589304 2,37244244 184,478587 1,19255033 7 0,24985336 61,0852182 2,82925702 172,825783 1,27295822 8 0,15419024 42,181379 3,60152598 151,917332 1,44815602 9 0,0735235 22,3561091 5,21557154 116,599886 1,88679429 10 0,02065271 6,77488722 9,84071062 66,669705 3,29984963 11 0,00189666 0,64007771 32,4728653 20,785157 10,5844762

В ней представлены критичные значения, потому что при увеличении коэффициента передачи стабилизатора с каждой последующей строчкой до этих значений выходное напряжение вырастает (1–4 строчки), а при предстоящем увеличении Кпер (5–11 строчки) — падает. В случае, если стабилизатор еще не отключится по низкому входному напряжению и сумеет обеспечить рассчитанные коэффициенты передачи, то падение напряжения на подводящей полосы начнет возрастать резвее, чем вырастает напряжение на выходе стабилизатора.

Проанализируем данные, приведенные ниже четвертой, «критической» строчки. Сопротивление нагрузки становится меньше сопротивления полосы. Потому и изменение падения напряжения на полосы будет больше конфигурации падения напряжения на входе стабилизатора. Другими словами напряжение на входе стабилизатора будет падать резвее, чем он поднимает напряжение на нагрузке.

Критичным становится коэффициент передачи, при котором пересчитанное сопротивление нагрузки становится меньше сопротивления подводящей полосы. А сейчас определим сопротивление подводящей полосы, и какую мощность к таковой полосы можно подключить? Чтоб найти сопротивление подводящей полосы, нужно:

  1. Измерить напряжение на входном автоматическом выключателе (U1).
  2. Измерить ток через входной автоматический выключатель (I1).
  3. Включить дополнительно нагрузку (2–3 кВт).
  4. Измерить напряжение на входном автоматическом выключателе (U2).
  5. Измерить ток через входной автоматический выключатель (I2).
  6. Высчитать сопротивление подводящей полосы

Поможет ли стабилизатор напряжения?

Критичным будет приведенное сопротивление нагрузки (R1), когда оно станет меньше либо равно сопротивлению полосы (Rл).

Сейчас рассчитаем наивысшую мощность, которую может пропустить такая линия.

Потому что трансформаторная подстанция выдает 220 В и мы желаем получить с полосы наивысшую мощность, то Rкр должно быть равно Rлин. Потому что два этих сопротивления равны, то они образуют делитель напряжения. Напряжение на Rкр будет 110 В.

Поможет ли стабилизатор напряжения?

Определим мощность на приведенном сопротивлении нагрузки (она же будет равна мощности на реальной нагрузке согласно (1) P = U2 / Rкр).

В первом случае при Rл = 0,4 Ом; P= 1102 / 0,4 = 30 250 Вт.

Во 2-м случае при Rл = 0,65 Ом; P = 1102 / 0,65 = 18 615 Вт.

Наша нагрузка составляла 24 200 Вт. Она меньше очень допустимой для первого варианта (сопротивление полосы Rл = 0,4 Ом) — стабилизатор совладал с корректировкой напряжения. Но та же нагрузка больше очень допустимой во 2-м случае (сопротивление полосы Rл = 0,4 Ом) — означает, стабилизатор не совладал с корректировкой напряжения.

Для определения мощности, которую можно подключить к вашей полосы, можно пользоваться последующей формулой:

Поможет ли стабилизатор напряжения?

Стабилизатор обязан иметь коэффициент передачи менее 2, чтоб поднять напряжение со 110 В до 220 В. Делать коэффициент передачи больше 2 — не целенаправлено, потому что при увеличении тока в полосы (при поднятии напряжения со 110 В и ниже ) на Rлин на падение напряжения будет возрастать больше, чем на Rкр, и стабилизации напряжения не будет.

В данном случае нужно перебегать на 3-фазную сеть. Если проложить четыре таких же провода и умеренно распределить нагрузку по фазам (ток не будет течь по нейтрали), то действенное сопротивление полосы по каждой фазе уменьшится в два раза. Для второго варианта Rнаг =0,65/2 = 0,325 Ом и P = 1102 / 0,325 = 37 230 Вт по каждой фазе. А 3 фазы можно нагрузить до 100 Квт (выигрыш в 6 раз).