Qu'est-ce que le stabilisateur de tension et comment ça marche ?

Qu'est-ce que le stabilisateur de tension et pourquoi en avons-nous besoin ? Fonctionnement, types et applications du stabilisateur

Introduction au stabilisateur :

L'intégration de la technologie des puces à microprocesseur et des dispositifs électroniques de puissance dans la conception de stabilisateurs de tension CA intelligents (ou régulateurs de tension automatiques (AVR)) conduit à produire une alimentation électrique de haute qualité et stable en cas de déviation importante et continue de la tension du secteur.

Cela a également conduit à rendre le temps de déclenchement ou la réactivité des stabilisateurs à une vitesse très inférieure, généralement inférieure à quelques millisecondes, de plus cela peut être ajusté avec un réglage variable. De nos jours, les stabilisateurs sont devenus une solution d'alimentation optimisée pour de nombreux appareils électroniques sensibles aux fluctuations de tension et ils fonctionnent avec de nombreux appareils tels que les machines CNC, les climatiseurs, les téléviseurs, les équipements médicaux, les ordinateurs, les équipements de télécommunication, etc. /P>

Qu'est-ce qu'un stabilisateur de tension ?

Il s'agit d'un appareil électrique conçu pour délivrer une tension constante à une charge à ses bornes de sortie, quelles que soient les variations de la tension d'alimentation d'entrée ou entrante. Il protège l'équipement ou la machine contre les surtensions, les sous-tensions et autres surtensions.

Il est également appelé régulateur de tension automatique (AVR) . Les stabilisateurs de tension sont préférés pour les équipements électriques coûteux et précieux afin de les protéger des fluctuations nocives de basse/haute tension. Certains de ces équipements sont des climatiseurs, des machines d'impression offset, des équipements de laboratoire, des machines industrielles et des appareils médicaux.

Les stabilisateurs de tension régulent la tension d'entrée fluctuante avant qu'elle ne puisse être transmise à la charge (ou à l'équipement sensible aux variations de tension). La tension de sortie du stabilisateur restera dans la plage de 220V ou 230V en cas d'alimentation monophasée et de 380V ou 400V en cas d'alimentation triphasée, dans une plage fluctuante donnée de tension d'entrée. Cette régulation est réalisée par des opérations buck et boost effectuées par des circuits internes.

Il existe d'énormes variétés de régulateurs de tension automatiques disponibles sur le marché actuel. Il peut s'agir d'unités monophasées ou triphasées selon le type d'application et la capacité (KVA) nécessaires. Les stabilisateurs triphasés sont disponibles en deux versions en tant que modèles à charge équilibrée et modèles à charge déséquilibrée.

Ceux-ci sont disponibles soit en tant qu'unités dédiées pour les appareils, soit en tant que grande unité de stabilisation pour des appareils entiers dans un endroit particulier, disons toute la maison. De plus, il peut s'agir d'unités de stabilisation de type analogique ou numérique.

Les types courants de stabilisateurs de tension comprennent les stabilisateurs à commande manuelle ou commutables, les stabilisateurs de type relais automatique, les stabilisateurs à semi-conducteurs ou statiques et les stabilisateurs asservis. En plus de la fonction de stabilisation, la plupart des stabilisateurs sont livrés avec des fonctionnalités supplémentaires telles que la coupure basse tension d'entrée/sortie, la coupure haute tension d'entrée/sortie, la coupure de surcharge, la fonction de démarrage et d'arrêt de sortie, le démarrage manuel/automatique, l'affichage de coupure de tension, la commutation de tension zéro , etc.

Pourquoi les stabilisateurs de tension sont-ils nécessaires ?

Généralement, chaque équipement ou appareil électrique est conçu pour une large gamme de tension d'entrée. Selon la sensibilité, la plage de fonctionnement des équipements est limitée à des valeurs spécifiques, par exemple, certains équipements peuvent tolérer ± 10 % de la tension nominale tandis que d'autres ± 5 % ou moins.

Les fluctuations de tension (augmentation ou diminution de l'amplitude de la tension nominale) sont assez courantes dans de nombreux domaines, en particulier sur les lignes terminées. Les raisons les plus courantes des fluctuations de tension sont l'éclairage, les pannes électriques, le câblage défectueux et l'arrêt périodique de l'appareil. Ces fluctuations créent des dysfonctionnements aux équipements ou appareils électriques.

Une surtension prolongée en résultera

• Dommages permanents à l'équipement
• Endommagement de l'isolation des enroulements
• Interruption indésirable du chargement
• Pertes accrues dans les câbles et les équipements associés
• Durée de vie de déclassement de l'appareil

Une longue période sous tension en résultera

• Dysfonctionnement de l'équipement
• Des périodes de travail plus longues (comme dans le cas des résistances chauffantes)
• Performance réduite de l'équipement
• Aspirer des courants importants qui entraînent une surchauffe supplémentaire
• Erreurs de calcul
• Réduction de la vitesse des moteurs

Ainsi, la stabilité et la précision de la tension décident du bon fonctionnement de l'équipement. Les stabilisateurs de tension garantissent donc que les fluctuations de tension au niveau de l'alimentation électrique entrante n'affectent pas la charge ou l'appareil électrique.

Comment fonctionne le stabilisateur de tension ?

Principe de base du stabilisateur de tension pour effectuer des opérations Buck et Boost

Dans un stabilisateur de tension, la correction de tension des conditions de surtension et de sous-tension est effectuée via deux opérations essentielles, à savoir les opérations boost et buck . Ces opérations peuvent être effectuées manuellement par des interrupteurs ou automatiquement via des circuits électroniques. Pendant une condition de sous-tension, le fonctionnement boost augmente la tension à un niveau nominal tandis que le fonctionnement abaisseur réduit le niveau de tension pendant une condition de surtension.

Le concept de stabilisation consiste à ajouter ou à soustraire la tension vers et depuis l'alimentation secteur. Pour effectuer une telle tâche, le stabilisateur utilise un transformateur qui est connecté dans différentes configurations avec des relais de commutation. Certains stabilisateurs utilisent un transformateur avec des prises sur l'enroulement pour fournir différentes corrections de tension, tandis que les servo-stabilisateurs utilisent un transformateur automatique pour avoir une large plage de correction.

Pour comprendre ce concept, considérons un simple transformateur abaisseur de 230/12 V et sa connexion avec ces opérations est donnée ci-dessous.

La figure ci-dessus illustre la configuration d'amplification dans laquelle la polarité de l'enroulement secondaire est orientée de manière à ce que sa tension s'ajoute directement à la tension primaire. Par conséquent, en cas de sous-tension, le transformateur (qu'il s'agisse d'un changement de prise ou d'un autotransformateur) est commuté par les relais ou les interrupteurs à semi-conducteurs de sorte que des volts supplémentaires soient ajoutés à la tension d'entrée.

Dans la figure ci-dessus, le transformateur est connecté en configuration de coupure, dans laquelle la polarité de la bobine secondaire est orientée de telle manière que sa tension se soustrait de la tension primaire. Le circuit de commutation déplace la connexion à la charge vers cette configuration pendant une condition de surtension.

La figure ci-dessus montre un stabilisateur de tension à deux étages qui utilise deux relais pour fournir une alimentation CA constante à la charge pendant les surtensions et dans des conditions de tension. En commutant les relais, des opérations buck et boost pour deux fluctuations de tension spécifiques (l'une est sous tension, par exemple 195 V et l'autre pour la surtension, disons 245 V) peuvent être effectuées.

En cas de prises de stabilisateurs de type transformateur, différentes prises sont commutées en fonction de la quantité requise de tensions élévatrices ou abaisseuses. Mais, dans le cas de stabilisateurs de type autotransformateur, des moteurs (servomoteur) sont utilisés avec un contact glissant pour obtenir des tensions élévatrices ou abaisseuses de l'autotransformateur car il ne contient qu'un seul enroulement.

Types de stabilisateurs de tension

Les stabilisateurs de tension font désormais partie intégrante de nombreux appareils électriques domestiques, industriels et commerciaux. Auparavant, des stabilisateurs de tension à commande manuelle ou commutables étaient utilisés pour augmenter ou réduire la tension entrante afin de donner une tension de sortie dans une plage souhaitée. Ces stabilisateurs sont construits avec des relais électromécaniques comme dispositifs de commutation.

Plus tard, des circuits électroniques supplémentaires automatisent le processus de stabilisation et ont donné naissance aux régulateurs de tension automatiques des changeurs de prises. Un autre type populaire de stabilisateur de tension est le servo-stabilisateur dans lequel la correction de tension est effectuée en continu sans aucun interrupteur. Discutons de trois principaux types de stabilisateurs de tension.

Stabilisateurs de tension de type relais

Dans ce type de stabilisateurs de tension, la régulation de la tension est réalisée en commutant les relais de manière à connecter l'une des nombreuses prises du transformateur à la charge (comme dans la manière décrite ci-dessus), qu'il s'agisse d'une opération de suralimentation ou de dévoltage. La figure ci-dessous illustre le circuit interne du stabilisateur de type relais.

Il a un circuit électronique et un ensemble de relais en plus du transformateur (qui peut être un transformateur toroïdal ou à noyau de fer avec des prises fournies sur son secondaire). Le circuit électronique comprend un circuit redresseur, un amplificateur opérationnel, un microcontrôleur et d'autres composants minuscules.

Le circuit électronique compare la tension de sortie avec une valeur de référence fournie par la source de tension de référence intégrée. Chaque fois que la tension monte ou descend au-delà de la valeur de référence, le circuit de commande commute le relais correspondant pour connecter une prise souhaitée à la sortie.

Ces stabilisateurs modifient généralement la tension pour des variations de tension d'entrée de ±15 % à ±6 % avec une précision de tension de sortie de ±5 à ±10 %. Ce type de stabilisateurs est le plus couramment utilisé pour les appareils à faible puissance dans les applications résidentielles, commerciales et industrielles, car ils sont légers et peu coûteux. Cependant, ceux-ci souffrent de plusieurs limitations telles qu'une vitesse de correction de tension lente, une durabilité moindre, une fiabilité moindre, une interruption du chemin d'alimentation pendant la régulation et une incapacité à résister aux surtensions élevées.

Stabilisateurs de tension à servocommande

Ceux-ci sont simplement appelés stabilisateurs d'asservissement (travail sur le servomécanisme également appelé rétroaction négative) et le nom suggère qu'il utilise un servomoteur pour permettre la correction de tension. Ceux-ci sont principalement utilisés pour une précision de tension de sortie élevée, généralement ± 1 % avec des changements de tension d'entrée jusqu'à ± 50 %. La figure ci-dessous montre le circuit interne d'un servo-stabilisateur qui intègre un servomoteur, un autotransformateur, un transformateur abaisseur-élévateur, un pilote de moteur et des circuits de commande en tant que composants essentiels.

Dans ce stabilisateur, une extrémité du primaire du transformateur abaisseur-élévateur est connectée à la prise fixe de l'autotransformateur, tandis que l'autre extrémité est connectée au bras mobile contrôlé par le servo moteur. Le secondaire du transformateur buck boost est connecté en série avec l'alimentation entrante qui n'est rien d'autre que la sortie du stabilisateur.

Le circuit de commande électronique détecte la chute de tension et l'augmentation de tension en comparant l'entrée avec la source de tension de référence intégrée. Lorsque le circuit trouve l'erreur, il actionne le moteur qui à son tour déplace le bras sur l'autotransformateur. Cela pourrait alimenter le primaire du transformateur abaisseur-élévateur de sorte qu'une tension aux bornes du secondaire soit la tension de sortie souhaitée. La plupart des servo-stabilisateurs utilisent un microcontrôleur ou un processeur intégré pour le circuit de contrôle afin d'obtenir un contrôle intelligent.

Ces stabilisateurs peuvent être de type monophasé, triphasé équilibré ou triphasé déséquilibré. Dans le type monophasé, un servomoteur couplé au transformateur variable réalise la correction de tension. Dans le cas d'un type triphasé équilibré, un servomoteur est couplé à trois autotransformateurs de sorte qu'une sortie stabilisée est fournie pendant les fluctuations en ajustant la sortie des transformateurs. Dans un type de servo-stabilisateurs déséquilibrés, trois servomoteurs indépendants couplés à trois autotransformateurs et ils ont trois circuits de commande séparés.

L'utilisation de servo-stabilisateurs présente divers avantages par rapport aux stabilisateurs de type relais. Certains d'entre eux sont une vitesse de correction plus élevée, une haute précision de sortie stabilisée, capable de résister aux courants d'appel et une grande fiabilité. Cependant, ceux-ci nécessitent un entretien périodique en raison de la présence de moteurs.

Stabilisateurs de tension statique

Comme son nom l'indique, le stabilisateur de tension statique n'a pas de pièces mobiles en tant que mécanisme de servomoteur dans le cas de servo-stabilisateurs. Il utilise un circuit convertisseur électronique de puissance pour obtenir une régulation de tension plutôt qu'un variac dans le cas de stabilisateurs conventionnels. Il est possible de produire une plus grande précision et une excellente régulation de tension par ces stabilisateurs par rapport aux servo-stabilisateurs, et généralement la régulation est de ± 1 %.

Il se compose essentiellement d'un transformateur abaisseur-élévateur, d'un convertisseur de puissance IGBT (ou d'un convertisseur CA à CA) et d'un microcontrôleur, d'un microprocesseur ou d'un contrôleur basé sur DSP. Le convertisseur IGBT contrôlé par microprocesseur génère la quantité appropriée de tension par la technique de modulation de largeur d'impulsion, et cette tension est fournie au primaire du transformateur abaisseur-élévateur. Le convertisseur IGBT produit la tension de telle sorte qu'elle puisse être en phase ou déphasée de 180 degrés de tension de ligne entrante, afin d'effectuer des additions et des soustractions de tensions lors des fluctuations.

Chaque fois que le microprocesseur détecte la baisse de tension, il envoie les impulsions PWM au convertisseur IGBT de sorte qu'il génère la tension qui est égale à celle de la quantité déviée de la valeur nominale. Cette sortie est en phase avec l'alimentation entrante et est fournie au primaire du transformateur abaisseur-élévateur. Puisque le secondaire est connecté à la ligne entrante, la tension induite sera ajoutée à l'alimentation entrante et cette tension corrigée est fournie à la charge.

De même, l'augmentation de la tension amène le circuit du microprocesseur à envoyer des impulsions PWM de telle manière que le convertisseur produira une tension déviée, qui est déphasée de 180 degrés par rapport à la tension entrante. Cette tension au secondaire du transformateur abaisseur-élévateur est soustraite de la tension d'entrée afin que le fonctionnement abaisseur soit effectué.

Ces stabilisateurs sont très populaires par rapport aux stabilisateurs à changement de prise et asservis en raison de la grande variété d'avantages tels que la taille compacte, la vitesse de correction très rapide, l'excellente régulation de la tension, l'absence de maintenance à l'absence de pièces mobiles, à un rendement élevé et à une grande fiabilité.

Différence entre le stabilisateur de tension et le régulateur de tension

Une question majeure mais déroutante est soulevée ici :quelle est exactement la différence(s) entre le stabilisateur et le régulateur ? Eh bien .. Les deux effectuent la même action qui consiste à stabiliser la tension, mais la principale différence entre le stabilisateur de tension et le régulateur de tension est :

Stabilisateur de tension : Il s'agit d'un appareil ou d'un circuit conçu pour fournir une tension constante à la sortie sans modification de la tension entrante.

Régulateur de tension : Il s'agit d'un appareil ou d'un circuit conçu pour fournir une tension constante à la sortie sans modification du courant de charge.

Comment choisir un stabilisateur de tension de taille correcte ?

Il est avant tout important de prendre en compte plusieurs facteurs avant d'acheter un stabilisateur de tension pour un appareil. Ces facteurs incluent la puissance requise par l'appareil, le niveau de fluctuations de tension rencontrées dans la zone d'installation, le type d'appareil, le type de stabilisateur, la plage de travail du stabilisateur (vers quel stabilisateur va les tensions correctes), la coupure de surtension/sous-tension, le type de circuit de commande, type de montage et autres facteurs. Ici, nous avons donné les étapes de base à considérer avant d'acheter un stabilisateur pour votre application.

• Vérifiez la puissance nominale de l'appareil que vous allez utiliser avec un stabilisateur, en observant les détails de la plaque signalétique (Voici les exemples :Plaque signalétique du transformateur, Plaque signalétique du MCB, Plaque signalétique du condensateur, etc.) ou dans le manuel d'utilisation du produit.
• Étant donné que les stabilisateurs sont évalués en kVA (comme dans le cas du transformateur évalué en kVA au lieu de kW), il est également possible de calculer la puissance en multipliant simplement la tension de l'appareil par le courant nominal maximum.
• Il est recommandé d'ajouter une marge de sécurité à la cote du stabilisateur, généralement de 20 à 25 %. Cela pourrait être utile pour les plans futurs visant à ajouter d'autres appareils à la sortie du stabilisateur.
• Si l'appareil est évalué en watts, tenez compte d'un facteur de puissance lors du calcul de la puissance nominale en kVA du stabilisateur. Au contraire, si les stabilisateurs sont évalués en kW au lieu de kVA, multipliez le facteur de puissance par le produit tension et courant.

ci-dessous l'exemple en direct et résolu qui comment sélectionner un stabilisateur de tension de taille appropriée pour votre(vos) appareil(s) électrique(s)

Supposons que l'appareil (climatiseur ou réfrigérateur) ait une puissance nominale de 1 kVA. Par conséquent, la marge de sécurité de 20 % est de 200 watts. En ajoutant ces watts à la puissance nominale, nous obtenons une puissance de 1200 VA. Un stabilisateur de 1,2 kVA ou 1200 VA est donc préférable pour l'appareil. Pour les besoins domestiques, les stabilisateurs de 200 VA à 10 kVA sont préférés. Et pour les applications commerciales et industrielles, des stabilisateurs monophasés et triphasés de grande puissance sont utilisés.

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