Гибридный стабилизатор напряжения. Принцип работы, виды

Гибридный стабилизатор напряжения появился в 2012 году. Он представляет электромеханический прибор, в устройство которого добавлены два преобразователя релейного вида. Основным его элементом является электромеханическое устройство. Релейные компоненты начинают свое действие только тогда, когда электромеханическое устройство уже не способно выдать 220 В. Это обычно происходит, если входное напряжение очень мало, или очень высоко. Электромеханическое устройство действует в диапазоне от 144 до 256 вольт. А релейный прибор включается в работу, когда величина снижается менее чем 144 вольт, либо повышается более 256 вольт. Наибольший диапазон равен от 105 до 280 В. Гибридные устройства подходят для постоянного снабжения электрической энергией потребителей электрического тока в квартирах, загородных домах, офисах или торговых центрах. Срок эксплуатации и качество таких устройств зависит от характеристики подаваемой электрической энергии. При внезапных перепадах питания, провалах или обрывах сети устройства могут выйти из строя. Предотвратить такие ситуации может только непрерывное снабжение электрической энергией с величиной питания заданных параметров. Такие свойства дают возможность получить стабилизирующие устройства, без которых не обойтись в современном мире.

Стабилизаторы напряжения Энергия Hybrid

Не так давно в торговых сетях появился новый модельный ряд стабилизаторов под названием «Энергия». Он был занесен в категорию гибридных устройств. В этой категории находятся стабилизаторы серии СНВТ. Интервал напряжений входа этих электрических приборов теперь составляет 105-280 вольт. Это значительно отличается от приборов с электромеханическим принципом работы. Такой прибор действует в двух рабочих режимах: релейный и электромеханический. Стабилизирующие устройства Энергия Гибрид производятся для 1-фазной и 3-фазной сетей, имеют мощность в диапазоне 500-30000 ватт. Они могут предъявить идеальную точность, которая находится в границах 3%.

Быстродействие регулировки напряжения таких устройств не превышает 20 миллисекунд на вольт, что означает не менее 50 вольт за секунду. Этот прибор может выдерживать чрезмерные нагрузки до 30% в течение 10 минут. В стабилизаторах малой мощности от 500 до 1500 вольт-ампер защита от большой нагрузки по току производится термореле, а в устройствах с большей мощностью блокировка выполняется электрическим автоматом. Также, стабилизаторы снабжены цифровыми дисплеями, позволяющими осуществлять полный контроль главных параметров сети. Уровень шума при эксплуатации прибора не более 30 децибел. Устройства спроектированы на постоянный режим эксплуатации в электрических сетях нашей страны.

Преимущества стабилизаторов Энергия HYBRID

Фирма «Энергия» превзошла своих конкурентов в 2012 году. Она выпустила для отечественного потребителя приборы нового уровня – гибридные стабилизаторы напряжения. В этих устройствах совмещены оптимальные технические характеристики электромеханических и релейных устройств. Главным достоинством  этих гибридных моделей стало совмещение в прибое сразу двух видов работы:

• Электромеханические приборы имеют несколько преимуществ: плавность настройки напряжения и повышенная точность характеристик.
• Релейные элементы, включенные в этот прибор, действуют как обычные электромеханические приборы при входящем питании от 144 до 256 вольт, и плавно переходит в условия работы релейного прибора при уменьшении, либо увеличении напряжения.

Также к преимуществам гибридных стабилизаторов можно отнести:

• Небольшие габаритные размеры.
• Наименьший уровень шумовых показателей.
• Долгий срок работы.
• Широкий интервал рабочих температур.
• Устойчивость к действию внешних помех.
• Высокая устойчивость к кратковременным чрезмерным нагрузкам.
• Повышенная точность напряжения на выходе с допустимым отклонением не выше 3%.

Сфера использования гибридных стабилизаторов HYBRID фирмы Энергия

• Городские квартиры, загородные дома и дачи. В городском жилье проблемы скачков напряжения электрического питания также далеко не редкость, поэтому, если требуется обеспечить свое жилье непрерывным освещением и предотвратить неисправности бытовых электрических устройств: телевизоров, микроволновок, холодильников или кондиционеров, то следует приобретать гибридные стабилизаторы выравнивания напряжения.
• Офисные помещения. Компьютерная техника, в которой в современное время хранится различная рабочая информация, а также другая оргтехника нуждаются в непрерывной защите, которую способны создать гибридные устройства.
• Супермаркеты и крупные магазины. Различные большие помещения нуждаются в гибридных стабилизаторах мощностью, зависящей от количества подключаемых потребителей.
• Медицина. Контроль жизнедеятельности больных пациентов, проведение операций требует от медицинских устройств постоянной качественной работы, где даже на мгновение отсутствующее напряжение может угрожать жизни человека.
• Строительные работы. Кроме создания качественного обеспечения электрической энергией, гибридные стабилизирующие устройства дают гарантию защиты от различных помех, создаваемых эксплуатацией сварочных аппаратов, циркулярных пил и другого оборудования.
• Промышленные объекты. Гибридные стабилизаторы могут обеспечить качественным снабжением электроэнергией оборудование малых предприятий и производственных цехов, которые требуют повышенное качество поставляемого электрического питания.

Стабилизаторы Энергия превосходят зарубежные образцы

Гибридные устройства, выравнивающие перепады питания в сети, имеются в большинстве зарубежных изготовителей. Однако имеется два достоинства, которые позволят определить выбор для российских заводов изготовителей:

1. Приспособленность стабилизаторов под отечественные сети питания, о работе которых зарубежные специалисты вряд ли что-то знают.
2. Малая стоимость таких устройств, по сравнению с зарубежными стабилизаторами, имеющими аналогичные характеристики.

Если вы приобретете, гибридный стабилизатор Энергия, то будете уверены в качестве электроснабжения вашего дома или офиса.

Гибридные стабилизаторы напряжения

Все модели стабилизаторов напряжения способны нормализовать электрический сигнал, формируя чистую синусоиду и очищая его от высокочастотных помех. Благодаря этому, стабилизаторы могут использоваться для защиты чувствительной бытовой техники, промышленной автоматики, медицинского и другого профессионального оборудования.

Настенный однофазный стабилизатор напряжения гибридного типа для защиты кассовых аппаратов, компьютеров, телевизоров или другой электроники мощностью до 0,5 кВт.

Тип стабилизатора: гибридный
Тип сети: однофазная
Полная мощность: 0,5 кВA
Подключение: вилка, розетка
Размеры (ВхШхГ): 235x240x180 мм
Масса: 5 кг

6 400 ₽

В наличии
Доставка, самовывоз

Купить

Настенный однофазный стабилизатор напряжения гибридного типа для защиты электроники мощностью до 1 кВт.

Тип стабилизатора: гибридный
Тип сети: однофазная
Полная мощность: 1 кВA
Подключение: вилка, розетка
Размеры (ВхШхГ): 235x240x180 мм
Масса: 7 кг

7 600 ₽

В наличии
Доставка, самовывоз

Купить

Настенный однофазный стабилизатор напряжения гибридного типа для защиты электроники мощностью до 1,5 кВт.

Тип стабилизатора: гибридный
Тип сети: однофазная
Полная мощность: 1,5 кВA
Подключение: вилка, розетка
Размеры (ВхШхГ): 235x240x180 мм
Масса: 8 кг

10 500 ₽

В наличии
Доставка, самовывоз

Купить

Настенный однофазный стабилизатор напряжения гибридного типа для защиты дорогостоящей электроники суммарной мощностью до 2 кВт.

Тип стабилизатора: гибридный

Тип сети: однофазная
Полная мощность: 2 кВA
Подключение: клеммная колодка
Размеры (ВхШхГ): 280x330x205 мм
Масса: 11 кг

11 100 ₽

В наличии
Доставка, самовывоз

Купить

Гибридный симисторно-релейный стабилизатор с мягким переключением ступеней, электронным анализатором сети и микропроцессорным управлением

Напряжение входа, В: 130 — 295
Напряжение выхода, В: 220 ± 7. 5%
Мощность, кВА: 2.2

7 980 ₽

Нет в наличии

Доставка, самовывоз

Заказать

Настенный однофазный стабилизатор напряжения гибридного типа для защиты электронных приборов суммарной мощностью до 3 кВт.

Тип стабилизатора: гибридный
Тип сети: однофазная
Полная мощность: 3 кВA
Подключение: клеммная колодка
Размеры (ВхШхГ): 280x330x205 мм
Масса: 14 кг

17 400 ₽

В наличии
Доставка, самовывоз

Купить

Гибридный симисторно-релейный стабилизатор с мягким переключением ступеней, электронным анализатором сети и микропроцессорным управлением

Напряжение входа, В: 130 — 295
Напряжение выхода, В: 220 ± 7.5%
Мощность, кВА: 3.5

10 980 ₽

Нет в наличии
Доставка, самовывоз

Заказать

Настенный однофазный стабилизатор напряжения гибридного типа для частных домов, коттеджей или других объектов суммарной мощностью до 5 кВт.

Тип стабилизатора: гибридный
Тип сети: однофазная
Полная мощность: 5 кВA
Подключение: клеммная колодка
Размеры (ВхШхГ): 370x280x220 мм
Масса: 17 кг

26 900 ₽

В наличии
Доставка, самовывоз

Купить

Гибридный симисторно-релейный стабилизатор с мягким переключением ступеней, электронным анализатором сети и микропроцессорным управлением

Напряжение входа, В: 120 — 295
Напряжение выхода, В: 220 ± 7.5%
Мощность, кВА: 5.5

21 980 ₽

Нет в наличии
Доставка, самовывоз

Заказать

Гибридный симисторно-релейный стабилизатор с мягким переключением ступеней, электронным анализатором сети и микропроцессорным управлением

Напряжение входа, В: 120 — 295
Напряжение выхода, В: 220 ± 7.5%
Мощность, кВА: 7

22 980 ₽

В наличии
Доставка, самовывоз

Купить

Настенный однофазный стабилизатор напряжения гибридного типа для частных домов, коттеджей или других объектов суммарной мощностью до 8 кВт.

Тип стабилизатора: гибридный
Тип сети: однофазная
Полная мощность: 8 кВA
Подключение: клеммная колодка
Размеры (ВхШхГ): 415x350x225 мм
Масса: 26 кг

35 200 ₽

В наличии
Доставка, самовывоз

Купить

Гибридный симисторно-релейный стабилизатор с мягким переключением ступеней, электронным анализатором сети и микропроцессорным управлением

Напряжение входа, В: 120 — 295
Напряжение выхода, В: 220 ± 7.5%
Мощность, кВА: 9

24 980 ₽

В наличии
Доставка, самовывоз

Купить

Настенный однофазный стабилизатор напряжения гибридного типа для частных домов, коттеджей или других объектов суммарной мощностью до 10 кВт.

Тип стабилизатора: гибридный
Тип сети: однофазная
Полная мощность: 10 кВA
Подключение: клеммная колодка
Размеры (ВхШхГ): 415x350x225 мм
Масса: 29 кг

41 900 ₽

В наличии
Доставка, самовывоз

Купить

Трехфазный стабилизатор напряжения гибридного типа для промышленного применения суммарной мощностью до 9 кВт.

Тип стабилизатора: гибридный
Тип сети: трехфазная
Полная мощность: 9 кВA
Подключение: клеммная колодка
Размеры (ВхШхГ): 380x230x545 мм
Масса: 39 кг

79 500 ₽

В наличии
Доставка, самовывоз

Купить

Трехфазный стабилизатор напряжения гибридного типа для промышленного применения суммарной мощностью до 15 кВт.

Тип стабилизатора: гибридный
Тип сети: трехфазная
Полная мощность: 15 кВA
Подключение: клеммная колодка
Размеры (ВхШхГ): 380x230x545 мм
Масса: 46 кг

97 900 ₽

В наличии
Доставка, самовывоз

Купить

Трехфазный стабилизатор напряжения гибридного типа для промышленного применения суммарной мощностью до 25 кВт.

Тип стабилизатора: гибридный
Тип сети: трехфазная
Полная мощность: 25 кВA
Подключение: клеммная колодка
Размеры (ВхШхГ): 500x350x700 мм
Масса: 79 кг

132 500 ₽

В наличии
Доставка, самовывоз

Купить

Трехфазный стабилизатор напряжения гибридного типа для промышленного применения суммарной мощностью до 30 кВт.

Тип стабилизатора: гибридный
Тип сети: трехфазная
Полная мощность: 30 кВA
Подключение: клеммная колодка
Размеры (ВхШхГ): 500x350x700 мм
Масса: 84 кг

149 200 ₽

В наличии
Доставка, самовывоз

Купить

Трехфазный гибридный стабилизатор для бытовых и промышленных сетей, обладающий высокой точностью, плавной регулировкой и широким диапазоном входных напряжений

Напряжение входа, В: 140 — 476 / 80 — 275
Напряжение выхода, В: 380 ± 3% / 220 ± 3%
Полная мощность, кВА: 45

266 200 ₽

Нет в наличии
Доставка, самовывоз

Заказать

Трехфазный гибридный стабилизатор для бытовых и промышленных сетей, обладающий высокой точностью, плавной регулировкой и широким диапазоном входных напряжений

Напряжение входа, В: 140 — 476 / 80 — 275
Напряжение выхода, В: 380 ± 3% / 220 ± 3%
Полная мощность, кВА: 60

328 300 ₽

Нет в наличии
Доставка, самовывоз

Заказать

Мощный трехфазный гибридный стабилизатор для промышленных сетей, обладающий высокой точностью, плавной регулировкой и широким диапазоном входных напряжений

Напряжение входа, В: 140 — 476 / 80 — 275
Напряжение выхода, В: 380 ± 3% / 220 ± 3%
Полная мощность, кВА: 100

501 500 ₽

Нет в наличии
Доставка, самовывоз

Заказать

Мощный трехфазный гибридный стабилизатор для промышленных сетей, обладающий высокой точностью, плавной регулировкой и широким диапазоном входных напряжений

Напряжение входа, В: 140 — 476 / 80 — 275
Напряжение выхода, В: 380 ± 3% / 220 ± 3%
Полная мощность, кВА: 150

692 900 ₽

Нет в наличии
Доставка, самовывоз

Заказать

Стабильное напряжение электропитания как залог исправной работы электрических приборов

Только представьте, сколько электроприборов могут выйти из строя, если вовремя не применить к ним правильное средство защиты. Купив стабилизатор напряжения, Вы получите надежное средство для поддержания напряжения электропитания на уровне 220 В или 380 В. Даже при нестабильной подаче электроэнергии все ваши электроприборы будут работать исправно.

Каскадные и гибридные концепции преобразования напряжения

к Фредерик Досталь Скачать PDF

Существуют различные решения для приложений, требующих преобразования высокого входного напряжения в очень низкое выходное напряжение. Одним из интересных примеров является преобразование 48 В в 3,3 В. Такая спецификация распространена не только в серверных приложениях для рынка информационных технологий, но и в телекоммуникациях.

Если для этого единственного шага преобразования используется понижающий преобразователь (buck), как показано на рис. 1, возникает проблема малых рабочих циклов. Рабочий цикл представляет собой соотношение между временем включения (когда главный выключатель включен) и временем выключения (когда главный выключатель выключен). Понижающий преобразователь имеет рабочий цикл, который определяется по следующей формуле:

 

 

 

Рис. 1. Преобразование напряжения с 48 В до 3,3 В за один шаг преобразования.

При входном напряжении 48 В и выходном напряжении 3,3 В коэффициент заполнения составляет примерно 7%.

Это означает, что при частоте коммутации 1 МГц (1000 нс на период коммутации) ключ Q1 включается только на 70 нс. Затем переключатель Q1 выключается на 930 нс и включается Q2. Для такой схемы необходимо выбрать импульсный регулятор, обеспечивающий минимальное время включения 70 нс или менее. Если такой компонент выбран, возникает еще одна проблема. Обычно очень высокая эффективность преобразования мощности понижающего регулятора снижается при работе с очень короткими рабочими циклами. Это связано с тем, что для накопления энергии в катушке индуктивности доступно очень короткое время. Катушка индуктивности должна обеспечивать питание в течение длительного периода времени в выключенном состоянии. Обычно это приводит к очень высоким пиковым токам в цепи. Чтобы снизить эти токи, индуктивность L1 должна быть относительно большой. Это связано с тем, что во время включения на L1 на рис. 1 прикладывается большая разность напряжений.0006

В примере мы видим около 44,7 В на дросселе во время включения, 48 В на стороне коммутационного узла и 3,3 В на выходе. Ток дросселя рассчитывается по следующей формуле:

При наличии высокого напряжения на катушке индуктивности ток возрастает в течение фиксированного периода времени и при фиксированной индуктивности. Чтобы уменьшить пиковые токи индуктора, необходимо выбрать более высокое значение индуктивности. Однако катушка индуктивности с более высоким значением увеличивает потери мощности. В этих условиях напряжения эффективный LTM8027 µModule 9Регулятор 0026 ® от Analog Devices обеспечивает энергоэффективность всего 80 % при выходном токе 4 А.

Сегодня очень распространенным и более эффективным схемным решением для повышения энергоэффективности является генерация промежуточного напряжения. Каскадная установка с двумя высокоэффективными понижающими (понижающими) стабилизаторами показана на рисунке 2. На первом этапе напряжение 48 В преобразуется в 12 В. Затем это напряжение понижается до 3,3 В на втором этапе преобразования. . Регулятор LTM8027 µModule имеет общий КПД преобразования более 92% при переходе с 48 В на 12 В. Второй шаг преобразования с 12 В на 3,3 В, выполненный с помощью LTM4624, имеет эффективность преобразования 90%. Это дает общий КПД преобразования энергии 83%. Это на 3% выше, чем прямое преобразование на рисунке 1.

 

 

 

Рис. 2. Преобразование напряжения с 48 В до 3,3 В в два этапа, включая промежуточное напряжение 12 В.

Это может быть довольно неожиданно, поскольку вся мощность на выходе 3,3 В должна проходить через две отдельные схемы импульсного регулятора. Эффективность схемы на рис. 1 ниже из-за короткого рабочего цикла и, как следствие, высоких пиковых токов дросселя.

При сравнении архитектуры с одинарной понижающей шиной и архитектуры с промежуточной шиной помимо эффективности энергопотребления необходимо учитывать еще много аспектов.

Еще одним решением этой основной проблемы является новый LTC7821, гибридный понижающий контроллер от Analog Devices. Он сочетает в себе действие подкачивающего насоса с понижающей регулировкой. Это обеспечивает коэффициент заполнения 2×V _IN /V _OUT и, таким образом, может быть достигнут очень высокий коэффициент понижения при очень высокой эффективности преобразования энергии.

На рис. 3 показана схема LTC7821. Это гибридный понижающий синхронный контроллер. Он сочетает в себе зарядовый насос для уменьшения входного напряжения вдвое с синхронным понижающим преобразователем, использующим топологию buck. С его помощью возможна эффективность преобразования более 97% для преобразования 48 В в 12 В при частоте коммутации 500 кГц. В других архитектурах такая высокая эффективность была бы достижима только при гораздо более низких частотах переключения. Для них потребуются катушки индуктивности большего размера.

 

 

 

Рис. 3. Схема гибридного понижающего преобразователя.

Активированы четыре внешних переключающих транзистора. Во время работы конденсаторы C1 и C2 создают функцию подкачки заряда. Генерируемое таким образом напряжение преобразуется в точно регулируемое выходное напряжение с помощью функции синхронного понижающего преобразователя. Для оптимизации характеристик ЭМС нагнетательный насос используется с операциями плавного переключения.

Комбинация подкачивающей и понижающей топологии дает следующие преимущества. Благодаря оптимальному сочетанию зарядового насоса и синхронного импульсного регулятора эффективность преобразования очень высока. Внешние МОП-транзисторы M2, M3 и M4 должны выдерживать только низкие напряжения. Схема тоже компактная. Катушка меньше и дешевле, чем в однокаскадном преобразователе. Для этого гибридного контроллера рабочий цикл переключателей M1 и M3 равен D = 2 × V _ВЫХ /V _ВХОД . Для M2 и M4 рабочий цикл рассчитывается как D = (V _IN – 2 × V _OUT )/V _IN .

Для зарядовых насосов многие разработчики предполагают ограничение выходной мощности примерно в 100 мВт. Коммутатор гибридного преобразователя с LTC7821 рассчитан на выходной ток до 25 А. Для еще большей производительности можно подключить несколько контроллеров LTC7821 в параллельной многофазной конфигурации с синхронизированной частотой для распределения общей нагрузки.

На рис. 4 показан типичный КПД преобразования для входного напряжения 48 В и выходного напряжения 5 В при различных токах нагрузки. Примерно при 6 А достигается эффективность преобразования более 90%. Между 13 А и 24 А эффективность даже выше 94%.

 

 

 

Рис. 4. Типовой КПД преобразования 48 В в 5 В при частоте коммутации 500 кГц.

Гибридный понижающий контроллер обеспечивает очень высокую эффективность преобразования в компактном корпусе. Он представляет собой интересную альтернативу дискретному двухступенчатому импульсному стабилизатору с промежуточным напряжением на шине и одноступенчатому преобразователю, вынужденному работать с очень низким рабочим циклом. Одни дизайнеры предпочитают каскадную архитектуру, другие — гибридную. С этими двумя доступными вариантами каждый дизайн должен быть успешным.

Автор

Фредерик Досталь

Фредерик Досталь — эксперт по управлению питанием с более чем 20-летним опытом работы в этой отрасли. После изучения микроэлектроники в Университете Эрлангена, Германия, он присоединился к National Semiconductor в 2001 году, где работал инженером по полевым приложениям, приобретая большой опыт внедрения решений по управлению питанием в проекты клиентов. Во время работы в National он также провел четыре года в Фениксе, штат Аризона (США), работая над импульсными источниками питания в качестве инженера по приложениям. В 2009, он присоединился к Analog Devices, где с тех пор занимал различные должности, работая над линейкой продуктов и европейской технической поддержкой, и в настоящее время привносит свои обширные знания в области проектирования и приложений в качестве эксперта по управлению питанием. Фредерик работает в офисе ADI в Мюнхене, Германия.

Моделирование стабилизатора переменного напряжения на базе гибридного трансформатора с матричным преобразователем — Архив электротехники

Детали

PDF БИБТЕКС РУБ

Название

Моделирование стабилизатора переменного напряжения на основе гибридного трансформатора с матричным преобразователем

Название журнала

Архив электротехники

Ежегодник

2017

Том

том. 66

Выпуск

№ 2 июнь

Авторы

Щесняк, Павел

Отделы PAS

Nauki Techniczne

Издательство

Польская академия наук

Дата

2017

Идентификатор

9010 6 DOI: 10. 1515/aee-2017-0028 ; ISSN: 1427-4221 ; eISSN: 2300-2506

Источник

Архив электротехники; 2017; об. 66; № 2, июнь

Ссылки

(2009 г.), Стандартная рекомендуемая практика мониторинга качества электроэнергии, IEEE, 1159. ; Чой (2009 г.), Управление зоной нечувствительности трансформатора LTC на распределительной подстанции, том № стр., IEEE Transactions Power Systems, 24. ; Родригес (2012 г.), методов управления и модуляции для матричных преобразователей, том № стр., Обзор IEEE Transactions Industrial Electronics, 14, 59.. ; Каневский (2014), Трехфазный гибридный трансформатор с использованием матрицы-прерывателя в качестве интерфейса между двумя источниками переменного напряжения vol no pp, Архив электротехники, 17, 63. ; Бенисек (2007), Улучшение качества доставки электроэнергии с помощью систем, ноль. ; Щесняк (ноль), преобразователи без накопления энергии постоянного тока в электрической сети будущего, Силовая электроника, Исследование электрических энергетических систем, 16, 129. ; Szcześniak (null), электронные преобразователи без накопителя и, обзор электроэнергии Energy Conversion Management, 15, 483. ; Aeoliza (2003) и разработка нового компенсатора провала напряжения для критических нагрузок в системах распределения электроэнергии Transactions on Industrial Applications vol no pp, Analysis IEEE, 19, 39. ; Хурадо (2004), Обнаружение стабильности переходного напряжения и провала напряжения The for and in and vol no pp, COMPEL International Journal Computation Mathematics Electrical Electronic Engineering, 23, 392. ; Монтеро (2000 г.), Применение повышающего преобразователя для компенсации провалов напряжения в системах распределения электроэнергии Конференция специалистов, Силовая электроника, 18, 470. ; Nielsen (2005), Подробное сравнение системных топологий для динамических восстановителей напряжения, Transactions on Industrial Applications, том № стр., IEEE, 1272. ; Щесняк (2016), Гибридный преобразователь с матричным преобразователем в томе № стр., IEEE Transactions Power Delivery, 12, 31.