什么是穩壓器_穩壓器的工作原理_穩壓器類型和應用

穩壓器也稱為AVR（自動電壓調節器）。穩壓器的使用不僅限于從外部供電的家庭/辦公設備/工業生產設備。即使是擁有柴油交流發電機形式的內部供電裝置的船舶，也嚴重依賴這些 AVR 來保證設備的安全。

穩壓器的應用已成為解決電壓波動頻繁不穩定的必需品。隨著科學技術的發展，用電設備的多樣化，現在有不同類型的穩壓器，具有不同的功能和工作原理。微處理器芯片和電力電子設備等技術的最新進步改變了我們看待穩壓器的方式。它們現在是全自動、智能的，并且具有許多附加功能。它們還對電壓波動具有超快速響應，并允許用戶遠程調整電壓要求，包括輸出的啟動/停止功能等。

一、什么是穩壓器：

穩壓器是一種電氣設備，用于在其輸出端子向負載提供恒定電壓輸出，而不管輸入（即輸入電源）有任何變化/波動，它都能把這些不穩定的電壓轉換為額定的電壓輸送給設備，以保障設備能正常使用。

二、穩壓器的作用：

穩壓器的基本目的是保護電氣/電子設備（例如空調、冰箱、電視等）免受電壓浪涌/波動、過壓和欠壓條件造成的可能損壞。而后隨著工業生產力的不斷發展，工業設備越來越大型化，復雜化，穩壓器也隨之越來越大型化，工業化。目前在中國，穩壓器已走向工業級。面向國內業設備，功率也從10KVA到3000KVA。

三、穩壓器的分類：

我們可以看到市場上有不同類型的穩壓器。許多制造商都提供模擬和數字自動電壓穩定器。由于競爭的加劇和人們對安全裝置的認識不斷提高。根據應用類型的需要，這些穩壓器可以是單相（輸出 220-230 伏）或三相（輸出 380/400 伏）。所需穩定輸出的調節是通過其內部電路執行的降壓和升壓方法來完成的。三相穩壓器有兩種不同的型號，即平衡負載和不平衡負載。

它們也有不同的 KVA 額定值和范圍。正常范圍的穩壓器可以確保 200-240 伏的穩定輸出電壓，并從 180 伏到 270 伏的輸入電壓饋送提供 20-35 伏升壓/降壓。而寬范圍穩壓器可以確保 190-240 伏的穩定輸出電壓，并從 140 伏到 300 伏的輸入電壓范圍內提供 50-55 伏升壓降壓。

它們還可用于各種應用，例如用于電視、冰箱、微波爐等小型設備的專用穩壓器，到用于整個家用電器的單個大型設備。

除了基本的穩壓功能外，現有的穩壓器還具有許多有用的附加功能，如過載保護、零電壓切換、頻率變化保護、電壓切斷顯示、輸出啟動和停止設施、手動/自動啟動、電壓切斷等。

穩壓器是非常高能效的設備（效率為 95-98%）。它們消耗的功率非常少，通常為最大負載的 2% 到 5%。

四、使用穩壓器的重要性：

所有電氣/電子設備的設計和制造都是為了在典型的電源電壓（稱為標稱工作電壓）下以最大效率運行。根據設計的安全操作極限，電氣/電子設備的工作范圍（最佳效率）可能被限制在±5%、±10%或更大。

由于許多問題，我們得到的輸入電壓電源總是容易波動，導致輸入電壓電源不斷變化。這種變化的電壓是降低設備效率以及增加故障率的主要因素。

1．電壓波動引起的問題:

請記住，對于電氣/電子設備來說，沒有什么比經過過濾、受保護且穩定的電源饋送更重要的了。為了使設備以最優化的方式執行其預期功能，非常需要正確且穩定的電壓供應。穩壓器可以確保無論波動有多大，設備都能獲得所需的穩定電壓。因此，對于任何希望獲得最佳性能并保護其設備免受電源中存在的不可預測的電壓波動、浪涌和噪聲影響的人來說，穩壓器是一種非常有效的解決方案。

與UPS一樣，穩壓器也是保護電氣和電子設備的資產。無論您住在哪里，電壓波動都很常見。造成電壓波動的原因可能有多種，例如電氣故障、接線錯誤、雷擊、短路等。這些波動可能以過壓或欠壓的形式出現。

2．持續/反復出現的過電壓對家用電器的影響：

它可能會對所連接的設備造成永久性損壞；

否則可能會損壞繞組絕緣；

這可能會導致不必要的負載中斷；

它可能會導致電纜或設備過熱；

它可能會降低設備的使用壽命。

3．持續/反復欠壓對家用電器的影響：

否則可能會導致設備故障；

這可能會導致設備效率低下；

在某些情況下，設備可能需要額外的時間才能執行相同的功能；

它可能會降低設備的性能；

它可能會導致設備消耗大電流，從而進一步導致過熱。

五、穩壓器降壓和升壓操作的工作原理：

穩壓器的基本工作是執行兩個必要的功能，即降壓和升壓功能。降壓和升壓功能只不過是在過壓和欠壓情況下調節恒定電壓。該降壓和升壓功能可以借助選擇器開關手動執行，或者借助附加電子電路自動執行。

在過壓情況下，降壓功能會進行必要的電壓強度降低。同樣，在欠壓情況下，升壓功能會增加電壓強度。這兩個功能作為一個整體的想法是保持相同的電壓輸出。

電壓穩定涉及從初級電壓源增加或減少電壓。為了執行此功能，穩壓器使用變壓器連接到各種所需配置的開關繼電器。很少有電壓穩定器使用在其繞組上具有各種抽頭的變壓器來提供各種電壓校正，而少數電壓穩定器（例如伺服電壓穩定器）包含自耦變壓器以提供所需的校正范圍。

六、降壓和升壓功能在穩壓器中的工作原理：

1．穩壓器中的降壓功能：

穩壓器中降壓功能的電路圖

上圖描述了“降壓”功能中變壓器的連接。在降壓功能中，變壓器次級線圈的極性以這樣的方式連接，即施加到負載的電壓是初級線圈和次級線圈電壓相減的結果。

穩壓器中有開關電路。每當檢測到主電源過壓時，負載的連接就會在開關/繼電器的幫助下手動/自動切換到“降壓”模式配置。

2．穩壓器中的升壓功能：

穩壓器升壓功能電路圖

上圖描述了升壓功能中變壓器的連接。在升壓功能中，變壓器次級線圈的極性連接方式使得施加到負載的電壓是初級線圈和次級線圈電壓相加的結果。

七、降壓和升壓配置如何自動工作：

這是 02 級穩壓器的示例。該穩壓器使用 02 個繼電器（繼電器 1 和繼電器 2）在過壓和欠壓情況下為負載提供穩定的交流電源。

穩壓器中自動降壓和升壓功能的電路圖

在02級穩壓器電路圖中（如上所示），繼電器1和繼電器2用于在不同的電壓波動情況（即過壓和欠壓）下提供降壓和升壓配置。例如 – 假設交流輸入為 230 伏交流電，所需輸出也是恒定的 230 伏交流電。現在，如果您具有 +/- 25 伏降壓和升壓穩定性，則意味著您的穩壓器可以在輸入交流電源的 205 伏（欠壓）和 255 伏（過壓）之間提供恒定的所需電壓（230 伏） 。

在使用抽頭變壓器的穩壓器中，抽頭點是根據需要降壓或升壓的電壓量來選擇的。在這種情況下，我們有不同的電壓范圍可供選擇。而在使用自耦變壓器的穩壓器中，伺服電機和滑動觸點一起用于獲得所需的降壓或升壓電壓。由于自耦變壓器只有一個繞組，因此需要滑動接觸。

八、穩壓器的分類：

最初，手動操作/選擇開關操作的穩壓器進入市場。這些類型的穩定器使用機電繼電器來選擇所需的電壓。隨著技術的進步，附加的電子電路出現，電壓穩定器變得自動化。然后是基于伺服的電壓穩定器，它能夠連續穩定電壓，無需任何手動干預。現在，還可以使用基于 IC/微控制器的穩壓器，它們也可以執行附加功能。

電壓穩定器大致可分為三種類型。他們是：繼電器式穩壓器、伺服電機（碳刷式）穩壓器、（可控硅）無觸點穩壓器。

1．繼電器式穩壓器：

在繼電器型穩壓器中，電壓是通過開關繼電器來調節的。繼電器用于連接不同配置的次級變壓器以實現降壓和升壓功能。

繼電器式穩壓器它有一個帶抽頭的變壓器、繼電器和電子電路板。電路板包含整流電路、放大器、微控制器單元及其他配套元件。

電子電路板將輸出電壓與參考電壓源進行比較。一旦它檢測到輸入電源超出參考值的任何上升或下降，它就會切換相關繼電器以連接降壓/升壓功能所需的抽頭。

繼電器型穩壓器通常可穩定±15%的輸入波動，輸出精度在±5%至±10%之間。

A．繼電器式穩壓器的用途/優點：

繼電式穩定器主要用于住宅/商業/工業用途的低額定功率電器/設備。

它們的成本更低。

它們尺寸緊湊。

B．繼電器型穩壓器的局限性

與其他類型的穩壓器相比，它們對電壓波動的響應有點慢；

不耐用、可靠性低；

無法承受高壓浪涌，因為它們的波動容限較小；

在電壓穩定的同時，供電路徑的轉換可能會造成供電的輕微中斷。

2．伺服電機（碳刷式）穩壓器：

伺服電機穩壓器中，電壓調節是在伺服電機的幫助下完成的。它們也稱為伺服穩定器。它們是閉環系統。

A．伺服電機（碳刷式）穩壓器工作原理：

在閉環系統中，輸出保證負反饋（也稱為誤差饋送），以便系統可以確保實現所需的輸出。這是通過比較輸出和輸入信號來完成的。如果所需輸出高于/低于所需值，則輸入源調節器將收到錯誤信號（輸出值-輸入值）。然后，該調節器將再次生成信號（正信號或負信號，具體取決于所實現的輸出值）并將其饋送到執行器，以使輸出達到精確值。

由于其閉環特性，基于伺服的電壓穩定器用于非常敏感并且需要精確的輸入電源（±01%）來執行預期功能的電器/設備。

伺服電機（碳刷式）穩壓器，它有伺服電機、自耦變壓器、“降壓和升壓”（抽頭）變壓器、電機、電子電路板和其他支撐部件。

在伺服穩壓器中，“降壓和升壓”（抽頭）變壓器的初級線圈的一端連接到自耦變壓器的固定抽頭，初級線圈的另一端連接到移動臂，該移動臂是由伺服電機控制。“降壓和升壓”變壓器的次級線圈的一端連接到輸入電源，另一端連接到穩壓器的輸出。

電子電路板將輸出電壓與參考電壓源進行比較。一旦它檢測到輸入電源超出參考值的任何上升或下降，它就會開始操作電機，進一步移動自耦變壓器上的臂。

隨著自耦變壓器上的臂移動，“降壓和升壓”變壓器初級線圈的輸入電壓將變為所需的電壓輸出。伺服電機將繼續旋轉，直到參考電壓值與穩定器輸出之間的差異變為零。這個完整的過程在幾毫秒內發生。今天的基于伺服的穩壓器配備了基于微控制器/微處理器的控制電路，為用戶提供智能控制。

B．伺服電機（碳刷式）穩壓器的類型：

單相伺服電壓穩定器：在基于單相伺服的穩壓器中，電壓穩定是通過連接到可變變壓器的伺服電機來實現的。

三相平衡式伺服穩壓器：在三相平衡型伺服電壓穩定器中，電壓穩定是通過連接到03自耦變壓器的伺服電機和公共控制電路來實現的。改變自耦變壓器的輸出以實現穩定。

三相不平衡型伺服穩壓器：在三相不平衡型伺服穩壓器中，電壓穩定是通過連接到 03 個自耦變壓器和 03 個獨立控制電路（每個自耦變壓器一個）的伺服電機來實現的。

C．伺服穩壓器的用途/優點：

它們對電壓波動有快速響應；

它們具有高穩壓精度；

他們非常可靠；

它們可以承受高壓浪涌。

D．基于伺服的穩壓器的局限性：

他們需要定期維護；

為了消除誤差，需要對準伺服電機。伺服電機的對中需要熟練的雙手。

3．無觸點（可控硅）穩壓器：

無觸點（可控硅）穩壓器基于伺服電機（碳刷式）穩壓器和繼電器式穩壓器的基礎，無觸點（可控硅）穩壓器沒有機械移動部件和繼電器跳轉部件。它使用電力電子轉換器電路來穩定電壓。無觸點（可控硅）穩壓器具有非常高的精度，電壓穩定度在±1%以內。

無觸點（可控硅）穩壓器包含“降壓和升壓”變壓器、絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 電源轉換器、微控制器、微處理器和其他重要組件。

A．無觸點（可控硅）穩壓器工作原理：

微控制器/微處理器使用“脈寬調制”技術控制 IGBT 功率轉換器產生所需的電壓電平。在“脈寬調制”技術中，開關模式電源轉換器使用功率半導體開關（例如 MOSFET）來驅動變壓器以獲得所需的輸出電壓。然后將生成的電壓施加到“降壓和升壓”變壓器的初級線圈。IGBT 功率轉換器還控制電壓的相位。它可以生成與輸入電源同相或 180 度異相的電壓，從而使其能夠根據輸入電源電平的上升或下降來控制是否需要增加或減少電壓。

一旦微處理器檢測到電壓電平下降，它就會向 IGBT 功率轉換器發送脈寬調制信號。IGBT功率轉換器相應地產生與輸入電源減小的電壓差相似的電壓。該產生的電壓與輸入電源同相。然后該電壓被饋送到“降壓和升壓”變壓器的初級線圈。由于“降壓&升壓”變壓器的次級線圈連接到輸入電源，因此次級線圈中感應的電壓將添加到輸入電源。因此，穩定的升高電壓將提供給負載。

同樣，一旦微處理器檢測到電壓電平上升，它就會向 IGBT 功率轉換器發送脈寬調制信號。IGBT功率轉換器相應地產生與輸入電源減小的電壓差相似的電壓。但這一次，產生的電壓將與輸入電源異相 180 度。然后該電壓被饋送到“降壓和升壓”變壓器的初級線圈。由于“降壓和升壓”變壓器的次級線圈連接到輸入電源，因此現在將從輸入電源中減去次級線圈中感應的電壓。因此，穩定的降低電壓將被提供給負載。

B．靜態穩壓器的用途/優點：

尺寸緊湊；

對電壓波動的響應速度極快；

具有非常高的穩壓精度；

由于沒有機械移動部件，因此無需維護；

質量可靠；

效率高。

C．靜態穩壓器的局限性

與同行相比，它們的成本較高。

九、穩壓器和穩壓器的區別：

嗯..兩者聽起來都一樣。它們也執行相同的穩定電壓的功能。然而，他們的做法帶來了差異。

穩壓器和電壓調節器的主要功能區別是：穩壓器是一種向輸出提供恒定電壓而輸入電壓沒有任何變化的設備。然而，電壓調節器是一種在負載電流不發生任何變化的情況下向輸出提供恒定電壓的裝置。

十、如何選擇最佳的穩壓器：

購買穩壓器時需要考慮各種因素。否則，您可能會得到性能不佳或性能過高的穩壓器。性能過度不會造成傷害，但會花費額外的錢。那么為什么不選擇一個既能滿足您的要求又能節省錢的穩壓器呢？

1．在選擇穩壓器時起著重要作用的各種因素：

設備（或一組設備）的功率要求；

電器類型；

您所在地區的電壓波動水平；

穩壓器類型；

您需要的穩壓器工作范圍；

過壓/欠壓切斷；

穩定/控制電路類型；

穩壓器的安裝類型。

2．穩壓器的分步選擇購買指南：

以下是為擇最佳穩壓器必須遵循的基本步驟：

檢查您需要穩壓器的設備額定功率。額定功率以貼紙或銘牌的形式顯示在設備背面。單位為千瓦 (KW)。一般情況下，穩壓器的額定功率以KVA為單位。將其轉換為千瓦 (KW)。

（千瓦=千伏安×功率因數）

考慮保持穩定器額定功率 25-30% 的附加功率。這將為以后提供額外的選擇，以便將來添加任何設備。

檢查電壓波動范圍限值內。如果穩壓器的穩壓范圍適合您的需要，就可以繼續。

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