¿Qué es el estabilizador de voltaje y cómo funciona?

¿Qué es el estabilizador de voltaje y por qué lo necesitamos? Operación, tipos y aplicaciones de estabilizadores

Introducción al Estabilizador:

La incorporación de tecnología de chip de microprocesador y dispositivos electrónicos de potencia en el diseño de estabilizadores de voltaje de CA inteligentes (o reguladores automáticos de voltaje (AVR)) para producir un suministro de energía eléctrica estable y de alta calidad en caso de una desviación significativa y continua del voltaje de la red.

Como avance de los estabilizadores de voltaje de tipo relé convencionales, los estabilizadores innovadores modernos utilizan circuitos de control digital de alto rendimiento y circuitos de control de estado sólido que eliminan los ajustes del potenciómetro y permiten al usuario establecer los requisitos de voltaje a través de un teclado, con función de arranque y parada de salida.

Esto también condujo a que el tiempo de disparo o la capacidad de respuesta de los estabilizadores tuvieran una velocidad muy inferior, normalmente menos de unos pocos milisegundos, además, esto se puede ajustar con una configuración variable. Hoy en día, los estabilizadores se convirtieron en una solución de energía optimizada para muchos aparatos electrónicos que son sensibles a las fluctuaciones de voltaje y se han encontrado trabajando con muchos dispositivos como máquinas CNC, acondicionadores de aire, televisores, equipos médicos, computadoras, equipos de telecomunicaciones, etc. /P>

¿Qué es un estabilizador de tensión?

Es un aparato eléctrico que está diseñado para suministrar un voltaje constante a una carga en sus terminales de salida, independientemente de los cambios en el voltaje de suministro de entrada o de entrada. Protege el equipo o la máquina contra sobrevoltaje, bajo voltaje y otras sobretensiones.

También se le llama regulador automático de voltaje (AVR) . Los estabilizadores de voltaje son los preferidos para equipos eléctricos costosos y preciosos para protegerlos de las dañinas fluctuaciones de voltaje bajo/alto. Algunos de estos equipos son acondicionadores de aire, máquinas de impresión offset, equipos de laboratorio, máquinas industriales y aparatos médicos.

Los estabilizadores de voltaje regulan el voltaje de entrada fluctuante antes de que pueda ser alimentado a la carga (o al equipo que es sensible a las variaciones de voltaje). El voltaje de salida del estabilizador permanecerá en el rango de 220 V o 230 V en caso de suministro monofásico y 380 V o 400 V en caso de suministro trifásico, dentro del rango fluctuante dado de voltaje de entrada. Esta regulación se lleva a cabo mediante operaciones reductoras y elevadoras realizadas por circuitos internos.

Hay una gran variedad de reguladores de voltaje automáticos disponibles en el mercado actual. Estas pueden ser unidades monofásicas o trifásicas según lo requiera el tipo de aplicación y la capacidad (KVA) necesaria. Los estabilizadores trifásicos vienen en dos versiones como modelos de carga balanceada y modelos de carga desbalanceada.

Están disponibles como unidades dedicadas para electrodomésticos o como una gran unidad estabilizadora para electrodomésticos completos en un lugar particular, por ejemplo, toda la casa. Además, estos pueden ser de tipo analógico o digital de unidades estabilizadoras.

Los tipos comunes de estabilizadores de voltaje incluyen estabilizadores de operación manual o conmutables, estabilizadores de tipo relé automático, estabilizadores de estado sólido o estáticos y estabilizadores servocontrolados. Además de la función de estabilización, la mayoría de los estabilizadores vienen con características adicionales como corte de bajo voltaje de entrada/salida, corte de alto voltaje de entrada/salida, corte de sobrecarga, función de inicio y parada de salida, inicio manual/automático, pantalla de corte de voltaje, cambio de voltaje cero , etc.

¿Por qué se necesitan estabilizadores de voltaje?

Por lo general, todos y cada uno de los equipos o dispositivos eléctricos están diseñados para una amplia gama de voltajes de entrada. Dependiendo de la sensibilidad, el rango de trabajo de los equipos está limitado a valores específicos, por ejemplo, algunos equipos pueden tolerar ± 10 por ciento del voltaje nominal mientras que otros ± 5 por ciento o menos.

Las fluctuaciones de voltaje (aumento o descenso de la magnitud del voltaje nominal) son bastante comunes en muchas áreas, especialmente en líneas terminadas. Las razones más comunes de las fluctuaciones de voltaje son la iluminación, las fallas eléctricas, el cableado defectuoso y el apagado periódico del dispositivo. Estas fluctuaciones crean percances a los equipos o aparatos eléctricos.

Se producirá un sobrevoltaje durante mucho tiempo

• Daño permanente al equipo
• Daños en el aislamiento de los devanados
• Interrupción no deseada en la carga
• Aumento de pérdidas en cables y equipos asociados
• Reducción de la vida útil del aparato

Resultará mucho tiempo bajo voltaje

• Mal funcionamiento del equipo
• Períodos de trabajo más prolongados (como en el caso de los calentadores resistivos)
• Reducción del rendimiento del equipo
• Extracción de grandes corrientes que conducen aún más al sobrecalentamiento
• Errores de cálculo
• Reducción de la velocidad de los motores

Por lo que la estabilidad y precisión del voltaje deciden el correcto funcionamiento del equipo. Por lo tanto, los estabilizadores de voltaje aseguran que las fluctuaciones de voltaje en la fuente de alimentación entrante no afecten la carga o el aparato eléctrico.

¿Cómo funciona el estabilizador de voltaje?

Principio básico del estabilizador de voltaje para realizar operaciones de reducción y elevación

En un estabilizador de voltaje, la corrección de voltaje de las condiciones de sobrevoltaje y bajo voltaje se realiza a través de dos operaciones esenciales, a saber, operaciones de aumento y reducción . Estas operaciones se pueden realizar manualmente mediante interruptores o automáticamente a través de circuitos electrónicos. Durante la condición de bajo voltaje, la operación de refuerzo aumenta el voltaje a un nivel nominal, mientras que la operación reductora reduce el nivel de voltaje durante la condición de sobrevoltaje.

El concepto de estabilización implica sumar o restar el voltaje hacia y desde la red eléctrica. Para realizar dicha tarea, el estabilizador utiliza un transformador que está conectado en diferentes configuraciones con relés de conmutación. Algunos estabilizadores usan un transformador con derivaciones en el devanado para proporcionar diferentes correcciones de voltaje, mientras que los servoestabilizadores usan un transformador automático para tener un amplio rango de corrección.

Para comprender este concepto, consideremos un transformador reductor simple de 230/12 V nominales y su conexión con estas operaciones se indica a continuación.

La figura anterior ilustra la configuración de refuerzo en la que la polaridad del devanado secundario está orientada de tal manera que su voltaje se suma directamente al voltaje primario. Por lo tanto, en caso de una condición de bajo voltaje, el transformador (ya sea un cambio de toma o un autotransformador) es conmutado por los relés o interruptores de estado sólido de manera que se agregan voltios adicionales al voltaje de entrada.

En la figura anterior, el transformador está conectado en configuración de tronzado, donde la polaridad de la bobina secundaria está orientada de tal manera que su voltaje se resta del voltaje primario. El circuito de conmutación cambia la conexión a la carga a esta configuración durante la condición de sobretensión.

La figura anterior muestra un estabilizador de voltaje de dos etapas que utiliza dos relés para proporcionar un suministro de CA constante a la carga durante condiciones de sobrevoltaje y bajo voltaje. Al cambiar los relés, se pueden realizar operaciones de reducción y elevación para dos fluctuaciones de voltaje específicas (una bajo voltaje, por ejemplo, digamos 195 V y otra para sobrevoltaje, digamos 245 V).

En caso de utilizar estabilizadores de tipo transformador, se conmutan diferentes tomas en función de la cantidad requerida de voltajes de refuerzo o reducción. Pero, en el caso de los estabilizadores del tipo de autotransformador, los motores (servomotor) se utilizan junto con el contacto deslizante para obtener voltajes de refuerzo o reducción del autotransformador, ya que contiene solo un devanado.

Tipos de estabilizadores de tensión

Los estabilizadores de tensión se han convertido en parte integral de muchos aparatos eléctricos del hogar, industrias y sistemas comerciales. Anteriormente, los estabilizadores de voltaje conmutables o operados manualmente se usaban para aumentar o reducir el voltaje de entrada a fin de proporcionar un voltaje de salida dentro de un rango deseado. Dichos estabilizadores están construidos con relés electromecánicos como dispositivos de conmutación.

Más tarde, los circuitos electrónicos adicionales automatizan el proceso de estabilización y dieron origen a los reguladores automáticos de voltaje del cambiador de tomas. Otro tipo popular de estabilizador de voltaje es el servoestabilizador en el que la corrección de voltaje se realiza continuamente sin ningún interruptor. Discutamos tres tipos principales de estabilizadores de voltaje.

Estabilizadores de voltaje tipo relé

En este tipo de estabilizadores de voltaje, la regulación de voltaje se logra cambiando los relés para conectar una de varias tomas del transformador a la carga (como se explicó arriba) ya sea para la operación de refuerzo o tronzado. La siguiente figura ilustra el circuito interno del estabilizador tipo relé.

Cuenta con circuito electrónico y juego de relés además del transformador (que puede ser toroidal o de núcleo de hierro con tomas previstas en su secundario). El circuito electrónico comprende un circuito rectificador, un amplificador operacional, una unidad de microcontrolador y otros componentes diminutos.

El circuito electrónico compara el voltaje de salida con un valor de referencia proporcionado por la fuente de voltaje de referencia incorporada. Cada vez que el voltaje sube o baja más allá del valor de referencia, el circuito de control cambia el relé correspondiente para conectar una derivación deseada a la salida.

Estos estabilizadores generalmente cambian el voltaje para variaciones de voltaje de entrada de ±15 por ciento a ±6 por ciento con una precisión de voltaje de salida de ±5 a ±10 por ciento. Este tipo de estabilizadores se usa más popularmente para aparatos de baja calificación en aplicaciones residenciales, comerciales e industriales, ya que son de bajo peso y bajo costo. Sin embargo, estos sufren varias limitaciones, como una velocidad de corrección de voltaje lenta, menos durabilidad, menos confiabilidad, interrupción de la ruta de alimentación durante la regulación e incapacidad para soportar picos de alto voltaje.

Estabilizadores de voltaje servocontrolados

Estos simplemente se denominan servoestabilizadores (funcionan en un servomecanismo que también se conoce como retroalimentación negativa) y el nombre sugiere que usa un servomotor para habilitar la corrección de voltaje. Estos se utilizan principalmente para una alta precisión de voltaje de salida, típicamente ±1 por ciento con cambios de voltaje de entrada de hasta ± 50 por ciento. La siguiente figura muestra el circuito interno de un servoestabilizador que incorpora un servomotor, un autotransformador, un transformador reductor de impulso, un controlador de motor y un circuito de control como componentes esenciales.

En este estabilizador, un extremo del primario del transformador reductor de impulso está conectado a la toma fija del autotransformador, mientras que el otro extremo está conectado al brazo móvil controlado por el servo motor. El secundario del transformador buck boost está conectado en serie con el suministro de entrada, que no es más que una salida del estabilizador.

El circuito de control electrónico detecta la caída y el aumento de voltaje al comparar la entrada con la fuente de voltaje de referencia incorporada. Cuando el circuito encuentra el error, acciona el motor que a su vez mueve el brazo del autotransformador. Esto podría alimentar el primario del transformador elevador de tal manera que un voltaje a través del secundario debería ser el voltaje de salida deseado. La mayoría de los servoestabilizadores utilizan un microcontrolador o procesador incorporado para el circuito de control para lograr un control inteligente.

Estos estabilizadores pueden ser monofásicos, trifásicos del tipo balanceado o trifásicos desbalanceados. En el tipo monofásico, un servomotor acoplado al transformador variable logra la corrección de tensión. En el caso de un tipo balanceado trifásico, un servomotor está acoplado con tres autotransformadores de manera que se proporciona una salida estabilizada durante las fluctuaciones ajustando la salida de los transformadores. En un tipo desequilibrado de servoestabilizadores, tres servomotores independientes acoplados con tres autotransformadores y tienen tres circuitos de control separados.

Hay varias ventajas de usar servoestabilizadores en comparación con los estabilizadores de tipo relé. Algunos de estos son mayor velocidad de corrección, alta precisión de salida estabilizada, capaz de soportar corrientes de irrupción y alta confiabilidad. Sin embargo, estos requieren un mantenimiento periódico debido a la presencia de motores.

Estabilizadores de voltaje estáticos

Como sugiere el nombre, el estabilizador de voltaje estático no tiene partes móviles como un mecanismo de servomotor en el caso de los servoestabilizadores. Utiliza un circuito convertidor electrónico de potencia para lograr la regulación de voltaje en lugar de un variador en el caso de los estabilizadores convencionales. Es posible producir una mayor precisión y una excelente regulación de voltaje con estos estabilizadores en comparación con los servoestabilizadores y, por lo general, la regulación es de ±1 por ciento.

Básicamente consta de un transformador de refuerzo, un convertidor de potencia IGBT (o un convertidor de CA a CA) y un microcontrolador, un microprocesador o un controlador basado en DSP. El convertidor IGBT controlado por microprocesador genera la cantidad adecuada de voltaje mediante la técnica de modulación de ancho de pulso, y este voltaje se suministra al primario del transformador elevador reductor. El convertidor IGBT produce el voltaje de tal manera que puede estar en fase o desfasado 180 grados del voltaje de la línea de entrada, para poder sumar y restar voltajes durante las fluctuaciones.

Cada vez que el microprocesador detecta la caída de voltaje, envía los pulsos PWM al convertidor IGBT de modo que genera el voltaje que es igual a la cantidad desviada del valor nominal. Esta salida está en fase con el suministro entrante y se suministra al primario del transformador elevador reductor. Dado que el secundario está conectado a la línea de entrada, el voltaje inducido se agregará al suministro de entrada y este voltaje corregido se suministrará a la carga.

Del mismo modo, el aumento de voltaje hace que el circuito del microprocesador envíe pulsos PWM de tal manera que el convertidor generará una cantidad de voltaje desviado, que está 180 grados fuera de fase con el voltaje entrante. Este voltaje en el secundario del transformador elevador reductor se resta del voltaje de entrada para que se realice la operación reductora.

Estos estabilizadores son muy populares en comparación con los estabilizadores de cambio de toma y controlados por servo debido a la amplia variedad de ventajas, como tamaño compacto, velocidad de corrección muy rápida, excelente regulación de voltaje, sin necesidad de mantenimiento. a la ausencia de partes móviles, alta eficiencia y alta confiabilidad.

Diferencia entre estabilizador de voltaje y regulador de voltaje

Aquí surge una pregunta importante pero confusa:¿cuál es exactamente la diferencia(s) entre el estabilizador y el regulador? ? Bueno... Ambos realizan la misma acción que es estabilizar el voltaje pero la principal diferencia entre el estabilizador de voltaje y el regulador de voltaje es :

Estabilizador de voltaje: Es un dispositivo o circuito que está diseñado para entregar un voltaje constante a la salida sin cambios en el voltaje de entrada.

Regulador de voltaje: Es un dispositivo o circuito que está diseñado para entregar voltaje constante a la salida sin cambios en la corriente de carga.

¿Cómo elegir un estabilizador de voltaje del tamaño correcto?

Lo más importante es considerar varios factores antes de comprar un estabilizador de voltaje para un electrodoméstico. Estos factores incluyen el vataje requerido por el aparato, el nivel de fluctuaciones de voltaje que se experimentan en el área de instalación, el tipo de aparato, el tipo de estabilizador, el rango de trabajo del estabilizador (a qué estabilizador va el voltaje correcto), corte de sobrevoltaje/bajo voltaje, tipo de circuito de control, tipo de montaje y otros factores. Aquí le damos los pasos básicos a considerar antes de comprar un estabilizador para su aplicación.

• Verifique la potencia nominal del aparato que va a utilizar con un estabilizador, observando los detalles de la placa de identificación (aquí están los ejemplos:placa de identificación del transformador, placa de identificación del MCB, placa de identificación del capacitor, etc.) o del manual del usuario del producto.
• Dado que los estabilizadores están clasificados en kVA (igual que el caso del transformador clasificado en kVA en lugar de kW), también es posible calcular la potencia simplemente multiplicando el voltaje del aparato por la corriente nominal máxima.
• Se recomienda agregar un margen de seguridad a la calificación del estabilizador, generalmente un 20-25 por ciento. Esto podría ser útil para planes futuros para agregar más dispositivos a la salida del estabilizador.
• Si el electrodoméstico está clasificado en vatios, considere un factor de potencia al calcular la clasificación de kVA del estabilizador. Por el contrario, si los estabilizadores están clasificados en kW en lugar de kVA, multiplique el factor de potencia por el producto de voltaje y corriente.

a continuación se muestra el ejemplo en vivo y resuelto de cómo seleccionar un estabilizador de voltaje del tamaño adecuado para su(s) electrodoméstico(s)

Suponga que el electrodoméstico (acondicionador de aire o refrigerador) tiene una potencia nominal de 1 kVA. Por lo tanto, el margen seguro del 20 por ciento es de 200 vatios. Al agregar estos vatios a la clasificación real, obtenemos una potencia de 1200 VA. Por lo tanto, es preferible un estabilizador de 1,2 kVA o 1200 VA para el aparato. Para las necesidades del hogar, se prefieren los estabilizadores de 200 VA a 10 kVA. Y para aplicaciones comerciales e industriales, se utilizan estabilizadores monofásicos y trifásicos de gran capacidad.

Espero que la información proporcionada sea informativa y útil para el lector. Queremos que los lectores expresen sus puntos de vista sobre este tema y respondan a esta simple pregunta:¿cuál es el propósito de la función de comunicación RS232/RS485 en los estabilizadores de voltaje modernos? En la sección de comentarios a continuación.