Стабілізатор напруги з синусоїдальним виходом

Abstract

У кваліфікаційній роботі розглянуто процес розроблення електромеханічного стабілізатора змінної напруги з підвищеними показниками надійності та точності регулювання. Актуальність теми зумовлена необхідністю забезпечення якісного та безперебійного електроживлення в умовах нестабільної напруги в електромережах, що особливо важливо для критично важливого обладнання та побутових споживачів. Використання традиційних стабілізаторів часто не забезпечує необхідної точності регулювання або не відповідає вимогам енергоефективності, що підкреслює доцільність розробки нових технічних рішень на основі систем автоматичного керування. Метою роботи є підвищення ефективності стабілізації змінної напруги шляхом розроблення конструкції електромеханічного стабілізатора з оптимізованою схемою керування, який забезпечить надійну компенсацію коливань вхідної напруги у широкому діапазоні. Основними завданнями дослідження є аналіз сучасного стану проблеми, вибір та обґрунтування структурної схеми стабілізатора, розробка алгоритмів регулювання, моделювання системи та її техніко-економічне обґрунтування. Об’єктом дослідження є система стабілізації змінної напруги в умовах нестабільного електропостачання. Предметом дослідження є електромеханічний стабілізатор змінної напруги з системою автоматичного керування, що реалізує принцип керування за відхиленням. У роботі здійснено аналітичний огляд існуючих підходів до стабілізації змінної напруги, визначено їхні переваги та недоліки. Обґрунтовано вибір електромеханічної структури стабілізатора з перемикачами обмоток трансформатора та електродвигуном як виконавчим

`

2

механізмом. Здійснено вибір елементної бази, розроблено структурну схему та описано принцип її роботи. Запропонована система керування базується на принципі автоматичної компенсації відхилення напруги на основі заданого еталонного значення, що дозволяє підтримувати стабільну напругу на виході з високою точністю. Практична частина роботи включає розрахунок основних параметрів трансформатора, електродвигуна та логіки керування. Проведене моделювання показало відповідність основних параметрів заданим технічним умовам і підтвердило правильність обраної структури стабілізатора. У п’ятому розділі роботи наведено економічне обґрунтування доцільності впровадження розробленого пристрою. Розраховано орієнтовну вартість виготовлення стабілізатора, витрати на обслуговування та очікуваний економічний ефект у порівнянні з існуючими аналогами. Отримані результати свідчать про економічну вигідність запропонованого рішення завдяки зниженню втрат енергії, підвищенню ресурсу роботи та зменшенню вартості простоїв обладнання через перенапруги. Наукова новизна полягає у вдосконаленні схеми електромеханічного стабілізатора за рахунок впровадження адаптивної системи керування, що дозволяє зменшити час реакції системи на коливання напруги. Запропонований підхід дозволяє підвищити точність стабілізації до 2-3%, що значно покращує характеристики приладу в порівнянні з традиційними пристроями. Практична цінність полягає у можливості реального впровадження стабілізатора в системах електропостачання як промислових, так і побутових об’єктів. Розроблена конструкція має високий рівень уніфікації, що полегшує її адаптацію під різні технічні умови та знижує витрати на виробництво і обслуговування.This qualification thesis presents the development of an electromechanical AC voltage stabilizer with enhanced reliability and voltage regulation accuracy. The relevance of the topic stems from the need to ensure high-quality and uninterrupted power supply under unstable grid conditions, which is especially critical for sensitive equipment and household consumers. Traditional stabilizers often fail to meet precision or energy efficiency requirements, highlighting the necessity for new technical solutions based on automatic control systems. The aim of this work is to improve the efficiency of AC voltage stabilization by designing an electromechanical stabilizer with an optimized control scheme that ensures reliable compensation for input voltage fluctuations over a wide range. The main objectives include analyzing the current state of the problem, selecting and justifying the structural diagram of the stabilizer, developing control algorithms, system modeling, and providing a technical and economic justification. The object of the research is the voltage stabilization system under conditions of unstable power supply. The subject of the research is an electromechanical AC voltage stabilizer with an automatic control system based on deviation control principles. The study includes an analytical review of existing approaches to AC voltage stabilization, outlining their strengths and weaknesses. The choice of an electromechanical stabilizer structure with transformer winding switches and an electric motor as an actuator is substantiated. The element base is selected, a structural scheme is developed, and the principle of operation is described. The proposed control system is based on automatic compensation of voltage deviations using a reference value, allowing high output voltage stability. The practical part of the study includes calculations of the key parameters for the transformer, the electric motor, and the control logic. Simulation results confirmed compliance with the defined technical requirements and validated the efficiency of the stabilizer design. The fifth chapter presents the economic feasibility of implementing the proposed device. The approximate cost of production, maintenance expenses, and the

`

4

expected economic effect are estimated. The results confirm the cost-effectiveness of the proposed solution, thanks to reduced energy losses, increased operating life, and decreased equipment downtime caused by voltage fluctuations. The scientific novelty lies in the improvement of the electromechanical stabilizer design through the implementation of an adaptive control system, which reduces response time to voltage fluctuations. The proposed approach enhances voltage stabilization accuracy to 2–3%, which significantly improves the device’s performance compared to conventional solutions. The practical value of the work is the possibility of real implementation of the stabilizer in both industrial and residential power supply systems. The developed design is highly unified, making it easily adaptable to different technical requirements while reducing production and maintenance costs.