電圧安定器とは何ですか？どのように機能しますか？

電圧安定装置とは何ですか？なぜそれが必要なのですか？スタビライザーの操作、種類、用途

スタビライザーの概要：

インテリジェントなAC電圧安定装置の設計へのマイクロプロセッサチップテクノロジーとパワーエレクトロニクスデバイスの組み込み （または自動電圧調整器（AVR））は、主電源電圧の大幅かつ継続的な偏差が発生した場合に、高品質で安定した電源を生成することにつながりました。

従来のリレータイプの電圧スタビライザーの進歩として、最新の革新的なスタビライザーは、高性能デジタル制御回路とソリッドステート制御回路を使用して、ポテンショメータの調整を排除し、ユーザーが電圧要件を設定できるようにします。出力開始および停止機能を備えたキーパッド。

これにより、スタビライザーのトリップタイミングまたは応答性が非常に低くなり、通常は数ミリ秒未満になります。さらに、これは可変設定で調整できます。今日、スタビライザーは、電圧変動に敏感な多くの電子機器の最適化された電源ソリューションになり、CNCマシン、エアコン、テレビ、医療機器、コンピューター、通信機器などの多くのデバイスで動作することがわかりました。

電圧安定器とは何ですか？

これは、定電圧を供給するように設計された電気器具です。 入力または入力電源電圧の変化に関係なく、出力端子の負荷に接続します。過電圧、低電圧、その他の電圧サージから機器や機械を保護します。

これは自動電圧調整器（AVR）とも呼ばれます 。電圧安定器は、有害な低/高電圧変動からそれらを保護するために、高価で貴重な電気機器に好まれます。これらの機器には、エアコン、オフセット印刷機、実験装置、産業用機械、医療機器などがあります。

電圧スタビライザーは、変動する入力電圧を、負荷（または電圧変動に敏感な機器）に供給する前に調整します。スタビライザーからの出力電圧は、与えられた変動する入力電圧の範囲内で、単相電源の場合は220Vまたは230Vの範囲に、三相電源の場合は380Vまたは400Vの範囲に留まります。この調整は、内部回路によって実行されるバックおよびブースト操作によって実行されます。

今日の市場では、多種多様な自動電圧レギュレータが利用可能です。これらは、必要なアプリケーションと容量（KVA）のタイプに応じて、単相または三相ユニットにすることができます。三相スタビライザーには、平衡負荷モデルと不平衡負荷モデルの2つのバージョンがあります。

これらは、アプライアンス専用のユニットとして、または特定の場所、たとえば家全体のアプライアンス全体用の大きなスタビライザーユニットとして利用できます。さらに、これらはアナログまたはデジタルタイプのスタビライザーユニットのいずれかです。

電圧スタビライザーの一般的なタイプには、手動または切り替え可能なスタビライザー、自動リレータイプのスタビライザー、ソリッドステートまたはスタティックスタビライザー、およびサーボ制御スタビライザーが含まれます。安定化機能に加えて、ほとんどのスタビライザーには、入力/出力低電圧カットオフ、入力/出力高電圧カットオフ、過負荷カットオフ、出力開始および停止機能、手動/自動開始、電圧カットオフ表示、ゼロ電圧スイッチングなどの追加機能が付属しています、など。

電圧安定装置が必要な理由

一般に、すべての電気機器またはデバイスは、広範囲の入力電圧用に設計されています。感度に応じて、機器の動作範囲は特定の値に制限されます。たとえば、一部の機器は定格電圧の±10％を許容できますが、他の機器は±5％以下を許容できます。

電圧変動（定格電圧の大きさの上昇または下降）は、多くの領域、特に終端されたラインで非常に一般的です。電圧変動の最も一般的な理由は、照明、電気的障害、配線不良、およびデバイスの定期的な電源オフです。これらの変動は、電気機器や電気器具に事故を引き起こします。

長時間の過電圧が発生します

• 機器の恒久的な損傷
• 巻線の絶縁損傷
• 負荷の不要な中断
• ケーブルおよび関連機器の損失の増加
• アプライアンスの寿命の低下

長時間の電圧不足が発生します

• 機器の誤動作
• より長い動作期間（抵抗膜方式ヒーターの場合など）
• 機器のパフォーマンスの低下
• さらに過熱につながる大電流を流す
• 計算エラー
• モーターの速度の低下

したがって、電圧の安定性と精度によって、機器の正しい動作が決まります。したがって、電圧安定装置は、入力電源での電圧変動が負荷や電気器具に影響を与えないようにします。

電圧安定装置の仕組み

降圧および昇圧動作を実行するための電圧安定器の基本原理

電圧安定器では、過電圧状態と低電圧状態からの電圧補正は、2つの重要な操作、つまり、ブースト操作とバック操作によって実行されます。 。これらの操作は、スイッチによって手動で実行することも、電子回路を介して自動的に実行することもできます。低電圧状態では、ブースト操作で電圧が定格レベルまで上昇し、バック動作では過電圧状態で電圧レベルが低下します。

安定化の概念には、主電源への電圧の加算または主電源からの電圧の減算が含まれます。このようなタスクを実行するために、スタビライザーは、さまざまな構成でスイッチングリレーに接続された変圧器を使用します。一部のスタビライザーは、巻線にタップが付いた変圧器を使用してさまざまな電圧補正を提供しますが、サーボスタビライザーは自動変圧器を使用して広範囲の補正を行います。

この概念を理解するために、230/12V定格の単純な降圧変圧器とこれらの動作との関係を以下に示します。

上の図は、二次巻線の極性が一次電圧に直接加算されるように方向付けられたブースト構成を示しています。したがって、低電圧状態の場合、変圧器（タップ変更または単巻変圧器）は、入力電圧に追加の電圧が追加されるように、リレーまたはソリッドステートスイッチによって切り替えられます。

上の図では、変圧器はバッキング構成で接続されており、2次コイルの極性はその電圧が1次電圧から差し引かれるように方向付けられています。スイッチング回路は、過電圧状態のときに負荷への接続をこの構成にシフトします。

上の図は、2段の電圧安定器を示しています。この安定器は、2つのリレーを使用して、過電圧時および低電圧状態で負荷に一定のAC電源を供給します。リレーを切り替えることにより、2つの特定の電圧変動（1つは低電圧、たとえば195V、もう1つは過電圧、たとえば245V）に対するバックおよびブースト操作を実行できます。

変圧器タイプのスタビライザーをタップする場合、必要なブースト電圧またはバック電圧の量に基づいて、さまざまなタップが切り替えられます。ただし、単巻変圧器タイプのスタビライザーの場合、巻線が1つしかないため、単巻変圧器からブースト電圧またはバック電圧を取得するために、モーター（サーボモーター）がスライド接点とともに使用されます。

電圧安定装置の種類

電圧安定装置は、家庭、産業、および商用システムの多くの電化製品の不可欠な部分になっています。以前は、手動または切り替え可能な電圧安定器を使用して、入力電圧をブーストまたはバックして、出力電圧を目的の範囲内に収めていました。このようなスタビライザーは、スイッチングデバイスとして電気機械式リレーを使用して構築されています。

後で、追加の電子回路が安定化のプロセスを自動化し、タップ切換器の自動電圧レギュレーターを生み出しました。もう1つの一般的なタイプの電圧スタビライザーは、スイッチなしで電圧補正が継続的に実行されるサーボスタビライザーです。電圧安定器の3つの主要なタイプについて説明しましょう。

リレータイプの電圧安定装置

このタイプの電圧安定装置では、電圧調整は、変圧器のいくつかのタッピングの1つを負荷に接続するようにリレーを切り替えることによって行われます（説明した方法のように）上記）ブーストまたはバッキング操作用かどうか。下の図は、リレータイプのスタビライザーの内部回路を示しています。

変圧器のほかに電子回路とリレーのセットがあります（二次側にタッピングが付いたトロイダルまたは鉄芯変圧器にすることができます）。電子回路は、整流回路、オペアンプ、マイクロコントローラユニット、およびその他の小さなコンポーネントで構成されています。

電子回路は、出力電圧を内蔵の基準電圧源によって提供される基準値と比較します。電圧が基準値を超えて上昇または下降するたびに、制御回路は対応するリレーを切り替えて、目的のタッピングを出力に接続します。

これらのスタビライザーは通常、入力電圧の変動に対して電圧を±15％から±6％、出力電圧の精度を±5から±10％変化させます。このタイプのスタビライザーは、軽量で低コストであるため、住宅、商業、および産業用アプリケーションの低定格アプライアンスに最も一般的に使用されています。ただし、これらには、電圧補正速度の低下、耐久性の低下、信頼性の低下、調整中の電力経路の中断、高電圧サージに耐えられないなどのいくつかの制限があります。

サーボ制御電圧安定装置

これらは単にサーボスタビライザー（負帰還とも呼ばれるサーボ機構に作用）と呼ばれ、その名前は、サーボモーターを使用して電圧補正を可能にすることを示唆しています。これらは主に高い出力電圧精度のために使用され、通常は±1％で、入力電圧の変化は最大±50％です。下の図は、サーボモーター、単巻変圧器、降圧ブースト変圧器、モータードライバー、および制御回路を必須コンポーネントとして組み込んだサーボスタビライザーの内部回路を示しています。

このスタビライザーでは、バックブーストトランスのプライマリの一方の端が自動トランスの固定タップに接続され、もう一方の端がサーボによって制御される可動アームに接続されていますモーター。バックブーストトランスの2次側は、スタビライザー出力に他ならない入力電源と直列に接続されています。

電子制御回路は、入力を内蔵の基準電圧源と比較することにより、電圧ディップと電圧上昇を検出します。回路がエラーを検出すると、モーターを作動させ、モーターが単巻変圧器のアームを動かします。これにより、降圧ブーストトランスの1次側に給電して、2次側の両端の電圧を目的の電圧出力にすることができます。ほとんどのサーボスタビライザーは、インテリジェントな制御を実現するために、制御回路に組み込みのマイクロコントローラーまたはプロセッサーを使用しています。

これらのスタビライザーは、単相、三相平衡型、または三相不平衡ユニットにすることができます。単相タイプでは、可変変圧器に接続されたサーボモーターが電圧補正を実現します。三相平衡型の場合、サーボモータを3台のオートトランスと組み合わせ、トランスの出力を調整することで変動時に安定した出力が得られるようにしています。不平衡タイプのサーボスタビライザーでは、3つの独立したサーボモーターが3つの自動変圧器と結合され、3つの別個の制御回路があります。

リレータイプのスタビライザーと比較して、サーボスタビライザーを使用することにはさまざまな利点があります。これらのいくつかは、より高い補正速度、安定した出力の高精度、突入電流に耐えることができ、高い信頼性です。ただし、モーターが存在するため、定期的なメンテナンスが必要です。

静的電圧安定装置

名前が示すように、静電圧スタビライザーには、サーボスタビライザーの場合のサーボモーターメカニズムとしての可動部品はありません。従来のスタビライザーの場合のバリアックではなく、パワーエレクトロニクスコンバーター回路を使用して電圧レギュレーションを実現します。これらのスタビライザーは、サーボスタビライザーと比較して、より高い精度と優れた電圧レギュレーションを生成することが可能であり、通常、レギュレーションは±1％です。

基本的に、バックブーストトランス、IGBT電力コンバーター（またはACからACへのコンバーター）、およびマイクロコントローラー、マイクロプロセッサー、またはDSPベースのコントローラーで構成されます。マイクロプロセッサ制御のIGBTコンバータは、パルス幅変調技術によって適切な量の電圧を生成し、この電圧は降圧ブーストトランスの1次側に供給されます。 IGBTコンバータは、変動時に電圧の加算と減算を実行するために、入力ライン電圧と同相または180度位相がずれるように電圧を生成します。

マイクロプロセッサが電圧ディップを検出すると、PWMパルスをIGBTコンバータに送信して、公称値からの偏差量に等しい電圧を生成します。この出力は入力電源と同相であり、降圧ブーストトランスの1次側に供給されます。二次側は入力ラインに接続されているため、誘導電圧が入力電源に追加され、この補正された電圧が負荷に供給されます。

同様に、電圧の上昇により、マイクロプロセッサ回路はPWMパルスを送信し、コンバータが入力電圧と180度位相がずれた偏差量の電圧を出力します。降圧ブーストトランスの2次側のこの電圧が入力電圧から差し引かれ、降圧動作が実行されます。

これらのスタビライザーは、コンパクトなサイズ、非常に高速な補正速度、優れた電圧レギュレーション、メンテナンス不要など、さまざまな利点があるため、タップ交換やサーボ制御のスタビライザーと比較して非常に人気があります。可動部品がないため、高効率と高信頼性があります。

電圧安定装置と電圧調整器の違い

ここでは、スタビライザーとレギュレーターの正確な違いは何であるかという、大きな、しかし紛らわしい質問が提起されています。 ？ええと..どちらも電圧を安定させるという同じアクションを実行しますが、電圧安定器と電圧レギュレータの主な違いは ：

電圧安定装置： これは、入力電圧を変化させることなく出力に定電圧を供給するように設計されたデバイスまたは回路です。

電圧レギュレータ： これは、負荷電流を変化させることなく出力に定電圧を供給するように設計されたデバイスまたは回路です。

正しいサイズの電圧安定器を選択する方法

アプライアンスの電圧安定器を購入する前に、いくつかの要素を考慮することが何よりも重要です。これらの要因には、アプライアンスに必要なワット数、設置エリアで発生する電圧変動のレベル、アプライアンスのタイプ、スタビライザーのタイプ、スタビライザーの動作範囲（スタビライザーが正しい電圧になる）、過電圧/不足電圧カットオフ、タイプが含まれます。制御回路、取り付けの種類、およびその他の要因。ここでは、アプリケーション用のスタビライザーを購入する前に考慮すべき基本的な手順を示しました。

• 銘板の詳細（変圧器の銘板、MCBの銘板、コンデンサの銘板など）を確認するか、製品のユーザーマニュアルから、スタビライザーで使用する装置の定格電力を確認してください。
• スタビライザーの定格はkVA（kWではなくkVAの変圧器の定格と同じ）であるため、アプライアンスの電圧に最大定格電流を掛けるだけでワット数を計算することもできます。
• スタビライザーの評価に安全マージンを追加することをお勧めします。通常は20〜25パーセントです。これは、スタビライザー出力にデバイスを追加する将来の計画に役立つ可能性があります。
• アプライアンスの定格がワットの場合、スタビライザーのkVA定格を計算する際に力率を考慮してください。逆に、スタビライザーの定格がkVAではなくkWの場合は、力率に電圧と電流の積を掛けます。

以下は、適切なサイズの電圧安定器を選択する方法の実際の解決済みの例です。 電化製品用

アプライアンス（エアコンまたは冷蔵庫）の定格が1kVAであるとします。したがって、20パーセントの安全マージンは200ワットです。これらのワットを実際の定格に追加すると、1200VAワットが得られます。したがって、アプライアンスには1.2kVAまたは1200VAのスタビライザーが適しています。家庭のニーズには、200 VA〜10kVAの安定装置が推奨されます。また、商用および産業用アプリケーションでは、単相および三相の大型定格安定装置が使用されます。

提供された情報が読者にとって有益で役立つことを願っています。読者にこのトピックについての見解を表明し、この簡単な質問に答えてもらいたい–最新の電圧安定装置のRS232 / RS485通信機能の目的は、以下のコメントセクションで。