» »

Виды стабилизаторов. Какой стабилизатор напряжения лучше: основные виды и их особенности

02.08.2020


Сейчас в магазинах можно увидеть множество стабилизаторов разных типов. Каждый тип стабилизатора имеет свой способ стабилизации напряжения. Каждый из способов стабилизации напряжения имеет свои достоинства и свои недостатки. Если классифицировать стабилизаторы напряжения по способу стабилизации, получиться следующая таблица:

Стабилизаторы напряжения бывают


Ступенчатые корректоры напряжения » являются на сегодняшний день самым распространенным типом стабилизаторов. Поэтому мы достаточно подробно опишем их принцип работы.
Внутри стабилизатора находиться трансформатор. Для простоты понимания трансформатор можно представить в виде стопки железных пластинок, вокруг которых намотаны несколько мотков проволоки.

Принцип стабилизации напряжения очень прост. Он основан на эффекте «электромагнитной индукции». Для нас важно понять, что одним из проявлений этого эффекта будет следующая ситуация:
  • Например, на первичной обмотке трансформатора 10 витков проволоки, к этим виткам подключено напряжение из городской сети в 220 вольт.
  • Если на вторичной обмотке в это время будет тоже 10 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, будет тоже 220 вольт.
  • Если на вторичной обмотке в это время будет только 5 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, будет уже 110 вольт.
То есть, возникает полезный эффект, который заключается в том, что если менять количество витков на вторичной обмотке, то можно менять напряжение, которое проходит через стабилизатор .

Зависимость изменений напряжения от изменения количества витков можно представить следующим образом:
На самом деле, и первичная и вторичная обмотка трансформатора состоят из сотен витков. Стабилизатор, подключая и отключая обмотки, может легко стабилизировать напряжение до нормы. Упрощая, можно сказать, что если к вторичной обмотке добавить 3 витка, это увеличит напряжение на 1 вольт, если убрать 3 витка - уменьшит напряжение на 1 вольт .

Пример:

Допустим, напряжение в сети упало до 200 вольт, чтобы оно стало нормальным (220 вольт), стабилизатору надо добавить еще 20 вольт, что означает, что нужно к вторичной обмотке добавить ещё (3 х 20) = 60 витков.
Допустим, напряжение в сети повысилось до 250 вольт, чтобы оно стало нормальным (220 вольт), стабилизатору надо убавить его на 30 вольт, что означает, что от вторичной обмотки нужно убрать ещё (30 х 3) = 90 витков.

Теперь стало понятно, как трансформатор стабилизирует напряжение, он просто подключает и отключает обмотки на трансформаторе.

Но как происходит это подключение и отключение?
Это происходит благодаря специальному устройству, которое называется «реле». Это простое устройство выполняет только одну функцию: оно как «выключатель» замыкает, или размыкает электрическую цепь. Разница между «реле» и обычным «выключателем» в том, что реле можно управлять.

В упрощенном виде процесс управления можно представить так:
Послала плата управления стабилизатора «сигнал» реле, реле включилось, и замкнуло обмотку. Послала плата управления ещё один «сигнал» реле, реле выключилось и разомкнуло обмотку.

Теперь мы вплотную подошли, к ответу на вопрос, почему же этот тип стабилизаторов называется «ступенчатым корректором». Для начала вспомним, что допустимым напряжением по Российским и Международным стандартам является напряжение в интервале от 200 до 240 вольт. То есть, для нормальной и безопасной работы бытовых приборов напряжение ровно в 220 вольт не требуется. Исходя из этого норматива, был спроектирован такой вид стабилизаторов как «ступенчатые корректоры напряжения».

Большинство стабилизаторов данного типа имеют «шаг» в 15 вольт. Это означает, что если напряжение понизиться, например, более чем на 15 вольт, то есть, в сети было напряжение 220 вольт и вдруг упало до 205. Тогда стабилизатор подключит ещё одну обмотку, которая будет состоять из (3 витка х 15 вольт) = 45 витков, в этом случае напряжение, которое будет выходить из стабилизатора, станет 220 вольт. Если напряжение в сети опять упадет с 205 вольт уже до 190 вольт, тогда стабилизатор подключит ещё одну обмотку, ещё дополнительно 45 витков, тогда напряжение из стабилизатора опять станет 220 вольт и так далее. Соответственно, если напряжение в сети было 220 вольт, а стало 235 вольт, тогда стабилизатор отключит обмотку, и, тем самым, уменьшит напряжение до нормы.

Многие стабилизаторы имеют интервал входящих напряжений от 160 до 260 вольт. Это означает, если в вашей городской сети в вашей розетке будет напряжение от 160 до 260 вольт, тогда стабилизатор, пропуская напряжение через себя (через трансформатор), обязан скорректировать его до нормы, при этом нормой будет считаться напряжение от 200 до 240 вольт.
В реальности это будет выглядеть так. Допустим, напряжение в вашей розетке по причинам перегруженности по вечерам (все приходят домой с работы включают бытовые электроприборы и свет) будет понижаться с 220 до 176 вольт.

Стабилизатор «выравнивает» напряжение только после того как оно опуститься ниже определенного значения. В данном случае этим значением является 208 вольт. Как только напряжение опускается ниже нормы, стабилизатор подключает обмотку и выравнивает напряжение. Поэтому этот тип стабилизаторов получил название ступенчатый корректор.

Сразу возникает вопрос, а почему нельзя сделать много отдельных обмоток, и много реле, чтобы напряжение, которое выходит из стабилизатора, было всегда около 220 вольт, и не опускалось до 208? Сделать можно, но возникают следующие трудности:

1) Если сделать больше 5 отдельных обмоток, тогда при включении стабилизатора будет раздаваться очень сильный дребезжащий звук, который будет очень сильно нервировать. Причина этого явления в том, что многие обмотки, как правило, при включении не задействованы, они вносят дисбаланс в магнитное поле трансформатора.

2) Если сделать много реле, потребуется гораздо более сложная плата управления и много дополнительных реле, которые удорожат стабилизатор на столько, что цена для стабилизатора такой же мощности вырастет в 1.5 -2 раза, а какой смысл удорожать, если напряжение и так находиться в пределах нормы.

3) Существует зависимость, что чем ниже входящее напряжение, тем больше увеличивается ток. Об этом будет подробнее рассказано дальше, в данном случае это означает, что при пониженных напряжениях в сети (ниже 180 вольт), чем ближе выходящее напряжение из стабилизатора будет к значению 220 вольт, тем больше будет ток. Чем больше ток, тем мощнее требуется трансформатор.

При прочих равных условиях, потребуется на 25 % более мощный трансформатор, а это в свою очередь ещё больше удорожит стабилизатор.

Все типы стабилизаторов, относящиеся к ступенчатым корректорам, работают по этому принципу. В свою очередь, этот тип стабилизаторов подразделяется на два больших подвида, а именно.

Стабилизаторы на механических реле, и на твердотельных реле (тиристорах). Хотя обычные механические реле и тиристоры совершенно разные устройства, функция, выполняемая ими в стабилизаторах, у них абсолютно одинакова. Эта функция, как вы уже знаете, подключать и отключать обмотки , то есть, и механическое реле (электромагнитное) и твердотельное реле (тиристор) по команде, полученной от платы управления стабилизатором, либо размыкают, либо замыкают обмотки трансформатора между собой. Важно понять, несмотря на то, что принципы работы у них абсолютно разные, на работу стабилизатора это никак не влияет. Если говорить о бытовых стабилизаторах для дома (мощностью до 10 киловатт), принципиально тиристоры имеют только одно неоспоримое преимущество перед механическими реле, а именно, тиристоры в отличие от механических реле работают абсолютно бесшумно, в остальном «высоко технологичность» тиристоров для потребителя никак не проявляется. Остальные плюсы и минусы механических и твердотельных реле (только в контексте использования их в стабилизаторах) можно увидеть в следующей таблице.

Механическое реле (электромагнитное)
  1. Относительно низкая стоимость самих реле.
  2. Возможность использовать простую недорогую и надежную аналоговую плату управления (без микроконтроллеров), благодаря которой стабилизатор может выдерживать десятки перепадов напряжения подряд, при этом он будет стабилизировать напряжение.
  3. Сбалансированная скорость переключения реле (10 миллисекунд), позволяет переключать обмотки со скоростью достаточной, чтобы напряжение не пропало, и одновременно не позволяет им замкнуть более двух обмоток одновременно, если это произойдет, будет короткое замыкание.
  4. Не вносят помех в момент переключения.
  1. Максимальная мощность стабилизатора 10 кв. Это связанно с тем, что самое мощное из существующих реле пригодное для использования в стабилизаторах, не может выдерживать больше 10 кв. (около 12 000 вольт-ампер)
  2. Шум (щелчки) в момент переключения реле.
  3. Ресурс работы 10 тыс. циклов включения выключения (около 2 лет работы)
  4. Из-за возникновения дугового разряда при переключении реле их нельзя использовать во взрывоопасной среде.
Твердотопливное реле (тиристор)
  1. Ресурс работы более 1 млрд. срабатываний.
  2. Отсутствие шума при работе
  3. Отсутствие дугового разряда при размыкании. (Применение во взрывоопасной среде. Например, на заправке).
  4. Относительно малое энергопотребление.
  5. Возможность изготавливать стабилизаторы напряжения до 500 киловатт.

-

  1. Высокое быстродействие (время переключения близкое к нулю), применительно к стабилизаторам является проблемой, потому что скоростисрабатывания почти мгновенны, возникает большой риск, что тиристоры замкнут несколько обмоток одновременно, в результате чего сгорит либо самстабилизатор, либо то что в него включено. Чтобы этого не произошло нужна сложная и дорогая микропроцессорная плата управления, которая искусственно «тормозит» и синхронизирует работу тиристоров. Поэтому фактическая скорость срабатывания в стабилизаторах тиристоров обычно сопоставима или ниже чем скорость срабатывания механических реле.
  2. Микроконтроллерное управление (работой управляет микроконтроллер, можно представить как очень упрощенный вид процессора, стоящего в вашем компьютере), в стабилизаторах имеет большой минус.
По мимо того, что такая плата будет относительно дорогой. Самой большой проблемой будет то, что такая плата при скачках напряжения будет «подвисать», так как, например, подвисает компьютер. Ведь микропроцессор, чтобы переключить тиристор, должен узнать какое сейчас напряжение в сети. 4-5 перепадов напряжения подряд, приводят либо к включению защиты, которая выключает стабилизатор, либо, если эта защита не сработает, плата управления стабилизатором просто сгорит, или в ней собьются настройки синхронизации и тогда сгорят тиристоры. Аналоговая плата управления практически нечувствительна к перепадам напряжения. После срабатывания защиты стабилизатор можно перезапустить только вручную (заново выключить и включить стабилизатор), что достаточно неудобно.

Микроконтроллерное управление, в случае использования тиристоров является необходимостью и слабым местом стабилизатора, так как оно, к сожалению, несет с собой сопутствующие проблемы. Так происходит, потому что никакой другой прибор, кроме стабилизаторов напряжения не предназначен для постоянной работы в сети с постоянными колебаниями (не постоянном напряжении, а именно, колебаниями) напряжения от 120 до 280 вольт.

Сильное удорожание тиристорных стабилизаторов возникает не из-за того что напряжение становиться «качественнее», оно такое же как и у всех ступенчатых корректоров плавает в определенном диапазоне, а из-за того, что тиристоры сами по себе очень дороги, и ещё требуют дорогую и сложную плату управления с использованием очень качественных комплектующих. Из этого вывод, что использование тиристорных стабилизаторов, имеет смысл в трех случаях:

1) Требуемая мощность более 10 киловатт
2) Необходимо использовать стабилизатор во взрывоопасной среде
3) Требуется абсолютная тишина.

Поскольку, первый и второй пункт как правило в быту (дома) не требуется, то как мы уже и говорили, остается только плюс «тишины». Плюс, за который придется заплатить в 2.5 - 3 раза больше, по сравнения со стоимостью аналогичного по мощности стабилизатора на обычных электромагнитных реле.
Как отмечалось, срок службы тиристоров в сотни раз превосходит срок службы реле, но, к сожалению, у других элементов платы управления стабилизатором, как и у трансформатора, срок службы намного скромнее.
Тиристорные стабилизаторы твердо занимают рыночную нишу, в стабилизаторах мощностью от 10 до 100 киловатт, так как не имеют в этом диапазоне прямых аналогов. Для такой мощности тиристорный стабилизатор будет лучшим по соотношению цена - качество.

Стоит отметить, что общим «минусом» всех ступенчатых корректоров, является то, что в момент переключения реле (или тиристоров) происходит небольшой перепад напряжения в 10 - 15 вольт, при этом ваши лампочки накаливания будут слегка менять интенсивность свечения. Обычно это не заметно, но если такое обнаружиться, это является особенностью конструкции (ступенчатой коррекции), а не браком.

«Электромеханические стабилизаторы » - большой класс стабилизаторов, в свое время очень широко распространенных на рынке, но в последние годы очень сильно потесненные «ступенчатыми корректорами», которые в обиходе и для удобства обычно называют «релейными».
Принцип их работы такой же, как и у «релейных», то есть стабилизатор, чтобы скорректировать напряжение меняет количество обмоток, но делает он это весьма специфическим образом:


Принцип работы очень прост, плата управления (аналоговая) проверяет какое в данный момент напряжение попадает в стабилизатор. Затем, если оно выходит за пределы допустимого, дает команду электродвигателю, электродвигатель в свою очередь в зависимости от команды двигает угольный контакт (щетку) в нужную сторону.
Если нужно понизить напряжение (допустим, оно у вас в сети 240 вольт) - контакт перемещается влево, уменьшая количество обмоток, тем самым снижая напряжение. Если нужно повысить напряжение (допустим, оно у вас в сети 160 вольт) - контакт перемещается вправо, увеличивая количество обмоток, тем самым повышая напряжение, которые выходит из стабилизатора. Этот тип стабилизаторов напряжения имеет следующие плюсы и минусы.

+ПЛЮСЫ:

  • Возможность изготавливать стабилизаторы практически без ограничений по мощности, то есть, теоретически можно изготовить сколь угодно мощный стабилизатор, что ценно для промышленного использования (но совершенно не ценно для использования в быту).
  • Очень высокая точность напряжения, которое выходит из стабилизатора,nbsp;максимальное отклонение от 220 вольт, обычно не превышает +\- 5 вольт.
  • Возможность настраивать уровень напряжения, которое выходит из стабилизатора, обычно есть переключатель, которым можно выставить нужное напряжение, например, 110 вольт или 220 вольт. Или для импортной техники 230 или 240 вольт.
  • Высокая надежность электронных компонентов стабилизатора, так как они очень простые и надежные по конструкции.
-МИНУСЫ:
  • Удорожание на 20 - 25 % по сравнению со стабилизаторами на механических реле, связанное с тем, что по конструкции требуется гораздо более мощный трансформатор, чем потребовался бы на «релейный стабилизатор» такой же мощности.
  • Наличие механических частей (электродвигателя и трущихся частей), угольного контакта, приводит к относительно быстрому износу прибора (первые поломки могут начаться после полугода использования, зачастую, это не брак, а особенности конструкции). Двигатель (особенно если он китайского производства) начинает заклинивать от частых скачков напряжения, а, следовательно, частых перемещений щетки. Стирается угольный контакт, что в лучшем случае приводит к сильному искрения, а в худшем - к короткому замыканию. Эти стабилизаторы для безопасного использования необходимо регулярно (раз в полгода минимум) обслуживать, осматривать состояние механических (трущихся) частей и чистить от пыли.
  • Движения «щетки» при работе (поворотам вправо \ влево по катушке) зачастую сопровождаются неприятным звуком.
  • Очень низкая скорость быстродействия (при резких изменениях напряжения сети стабилизатор не успевает срабатывать), и очень низкое/высокое напряжение кратковременно подается на вашу бытовую технику.
Это связанно с тем, что максимальная скорость перемещения контакт 40 вольт \ секунда. Это означает, что если в вашей сети было, например, 160 вольт, а вдруг стало 220 (где-то отключили мощный потребитель энергии), то у вас, пока щетка «доедет» до нужной обмотки, стабилизатор будет выдавать напряжение до 280 - 300 вольт, в течение примерно двух секунд. Если не дай бог ваш сосед из частного дома напротив или в гараже подключенного к сети дома «балуется» сварочный аппаратом (или есть постоянные большие перепады напряжения) тогда, ваш механический стабилизатор принесет больше вреда, чем пользы. Так как на нем не стоит защита от высоковольтных скачков. (А на 90 % механических стабилизаторов она, почему-то, не стоит. Не путать с защитой от повышенного напряжения, это другое.) Тогда, в случае мгновенного перепада со 160 до 220 вольт, ваш стабилизатор на пару секунд добавит (220 - 160) = 60 вольт сверху (всего станет 280 вольт), этого может быть достаточно, чтобы почти гарантированно «убить» всю бытовую технику в доме. Качественный механический стабилизатор должен в таком случае отключиться на время, чтобы такое повышенное напряжение не попало в ваши приборы.
  • Механический стабилизатор очень не желательно использовать с электродвигателями (особенно мощными), так как при включении таких двигателей на несколько секунд возникает такое явление как пусковые токи, которые приводят к тому, что на 1-2 секунды нагрузка на стабилизатор вырастает примерно в два раза. Что может привезти к разрушению угольного контакта и короткому замыканию.
Как резюме, механические стабилизаторы для бытового применения имеет смысл использовать в случаях:
  1. Если у вас нет больших и регулярных перепадов напряжения, например, у вас в городской сети постоянно пониженное напряжение около 170 - 180 вольт, или постоянно повышенное более 240, тогда использование механического стабилизатора будет оптимальным. Так как напряжение, которое он будет выдавать, будет наиболее качественным (близким к 220 вольтам).
  2. Если вам хочется, чтобы лампочки никогда «не моргали», механический стабилизатор будет также лучшим решением, так как регулировка (подключение и отключение витков) происходит очень плавно.
«Феррорезонансные стабилизаторы ».
Были разработаны в середине 60 годов прошлого века. В то время бытовые феррорезонансные стабилизаторы получили очень широкое распространение в СССР. Обычно через них подключали телевизоры, имевшие на тот момент очень несовершенные блоки питания, которые часто не справлялись даже с небольшими колебаниями напряжения.
Феррорезонансный стабилизатор это очень простое устройство, которое состоит из двух и более катушек проволоки, намотанных на металлические стержни, (по сути это те же трансформаторы) и одного или нескольких больших конденсаторов, и работает на основе принципа феррорезонанса. Стержни должны быть разделены и должны находиться на определенном расстоянии друг от друга.
Феррорезонанс - это явление, при котором возникает резонанс (усиленное колебание электромагнитного поля) между трансформаторами.

Полезный эффект этого явления состоит в том, что в такой конструкции стабилизатора напряжение, попадающее на трансформатор «А» из вашей сети, практически не влияет на напряжение, которое становится в трансформаторе «Б», из которого напряжение попадает в ваши приборы, при этом напряжение на трансформаторе «Б» практически не отклоняется от заданной величины .


+ПЛЮСЫ:
  • Высокая точность выходного напряжения, отклонение не более 1-3%.
  • Высокая скорость регулирования, практически мгновенная.
  • Высочайшая надежность, поскольку внутри прибора нет электронных компонентов.
  • Срок работы более 20 лет.
-МИНУСЫ:
  • Повышенный уровень шума.
  • Зависимость качества стабилизации от величины нагрузки.
  • Низкий коэффициент полезного действия
  • Очень большие габариты
  • Очень высокая цена, по сравнению с любыми другими типами стабилизаторов.
Подобный тип стабилизатор до сих пор используется в аэропортах, метро, больницах, стратегических объектах, поскольку является самым надежным из существующих в мире стабилизаторов напряжения. Использование данного типа стабилизаторов гарантирует стабильную работу, а кроме того самое высокое качество напряжение.

«Стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием » - по объективным причинам очень мало распространенный тип стабилизаторов напряжения не только в России, но и в мире.
Свое название этот прибор получил из-за своего принципа работы, а именно, потому, что прибор стабилизирует напряжение методом двойного преобразования электрического тока. Все знают, или во всяком случае слышали, что электрический ток бывает постоянный и переменный.

Если вы забыли, что такое электрический ток, можете посмотреть в начале нашей статьи. Самое главное это вспомнить, что ток по сути - это поток (как поток воды) электронов.

Переменным током называют такой ток, который периодически изменяется по величине, частоте и направлению. В нашей обычной розетке дома переменный ток, в высоковольтных электрических сетях тоже переменный ток.

Постоянным током называют такой ток, который никак не изменяется. Такой ток есть в обычных батарейках, в аккумуляторе вашей машины. Практически все электронные приборы (электронные схемы) работают на постоянном токе. Поэтому во всех устройствах есть блоки питания - внешние или внутренние, (например, как у вашего ноутбука или сотового телефона), которые как раз и преобразуют переменный ток в постоянный.

Два принципиальных отличия переменного и постоянного Ответы на, безусловно, интересные вопросы, почему же электроны движутся именно от «минуса» к «плюсу» и зачем люди используют два вида тока, можно найти в любом школьном учебнике физики.
Теперь, когда стало понятно, что же такое постоянный и переменный ток, рассмотрим принцип работы стабилизатора напряжения с двойным предобразованием.
Хотя в интернете можно найти много сложных схем подобных стабилизаторов, в большинстве своем трудных для понимания. Тем не менее, принцип работы таких стабилизаторов очень прост.

Схема работы стабилизатора с системой двойного преобразования:


По сути, переменный ток, попадая в стабилизатор, преобразуется в постоянный. В момент преобразования можно легко регулировать напряжение переменного тока. То есть, если напряжение в сети будет меняться от 160 до 240 вольт, то после преобразования в выпрямители, напряжение будет постойной величиной, допустим, напряжение станет 220 вольт, но уже постоянного тока.
Для многих приборов и бытовой техники постоянный ток не подходит, например, не подходит для электродвигателей и ламп накаливания. Они попросту сгорят, если подать на них постоянный ток. Поэтому, постоянный ток перед тем, как он выйдет из стабилизатора и попадет в ваши приборы надо преобразовать в переменный ток. Для этого используется устройство под названием инвертор, которое преобразует постоянный ток в переменный. (Про инверторы более подробно будет написано в других статьях).
В результате, на выходе из стабилизатора мы получаем напряжение, которое почти равно 220 вольтам переменного тока, то есть, такое, какое и было в городской сети.

+ПЛЮСЫ:

  • Высокая точность выходного напряжения, отклонение не более 1%.
  • Высокая скорость регулирования
-МИНУСЫ:
  • Очень высокая цена, сопоставимая с ценой феррорезонансных стабилизаторов. Это связанно с тем, что самой проблемной деталью такого стабилизатора является инвертор. Устройство очень сложное и очень дорогое, предназначенное для работы очень ограниченное время, от получаса до пары суток. А стабилизатор напряжения, должен работать непрерывно - годы. Так как в процессе преобразования постоянного тока в переменный, инвертор (а конкретно транзисторы в нем) очень сильно перегревается, если прибор не отключится, он просто сгорит. Чтобы этого не произошло, для использования в стабилизаторах инвертор надо делать с очень большим запасом по мощности, а также ставить мощную систему охлаждения. В результате чего получается очень сложное и крайне ненадежное устройство.
  • Максимальная мощность ограниченна 5 киловаттами, можно сделать больше, но цена будет такая, что проще будет купить автономный генератор и запас солярки на 3 года вперед.
  • Прибор очень сильно греется, поэтому требует постоянной работы охлаждающих систем. В случае их выхода их поломки прибор очень быстро выйдет из строя.
  • Крайне низкая надежность, сопоставимая с электромеханическими стабилизаторами. Так как в приборе очень много электронных компонентов, очень сложная система управления. В этом приборе огромная нагрузка на детали, которая требует очень качественных и очень дорогих комплектующих.
  • Зачастую, хоть это и отрицается или замалчивается производителями, данный тип стабилизатора существенно искажает форму синусоиды переменного тока, в результате чего получается нечто среднее между нормальным «волной» переменного тока и ровной линией постоянного. Такой ток быстро выводит из строя электродвигатели или любую другую аппаратуру или бытовую технику, рассчитанную на переменный ток. В очень дорогих моделях форма синусоиды наиболее приближенна к оригинальной, но, естественно, не является полностью идентичной.
Данный тип стабилизаторов используется, как правило, для защиты очень дорогой профессиональной музыкальной аппаратуры и дорогого медицинского оборудования. Из-за цены и прочих проблем обычно не используется в быту.

«Компенсационные стабилизаторы напряжения » производятся, как правило, большой мощности - от 75 киловатт и выше (до 2000 киловатт). И используются для промышленности. В очень редких случаях люди покупают их для использования в коттеджах.
Этот тип стабилизатора можно отнести к дальним родственникам механических стабилизаторов, о которых рассказывалось ранее, но в отличие от них имеет несколько иное конструктивное исполнение, а самое главное избавлен от одного очень важно недостатка.

Вы помните, что одним из самых больших недостатков механических стабилизаторов является их быстродействие, то есть, если напряжение быстро изменится, за то время, пока «щетка» доедет до нужной обмотки, стабилизатор будет выдавать либо очень высокое, либо очень низкое напряжение. Компенсационный стабилизатор лишен этого недостатка. В его конструкции предусмотрен ещё один дополнительный трансформатор и емкости, которые в то время, пока «щетка» доезжает до нужной обмотки, на какое-то время сглаживает или компенсирует перепад напряжения. Поэтому этот тип стабилизатора и получил название «компенсационный».
Этот тип стабилизаторов имеет все плюсы и минусы электромеханических стабилизаторов, кроме одного большего минуса, а именно, минуса «скорости стабилизации».

Для стабилизации напряжения используется целый ряд устройств, работающих на разных технических принципах. Несмотря на конструкцию, стабилизаторы должны выполнять одну функцию – обеспечивать потребителя качественным напряжением, не зависящим от колебаний сети. В критических ситуациях должны автоматически и очень быстро отключать нагрузку от сети и сами отключаться во избежание аварии.

Какие бывают стабилизаторы

Стабилизация напряжения может быть реализована различными способами.

По конструкции стабилизирующие устройства можно разделить на две группы:

  • Электромеханические устройства;
  • Электронные устройства;

К первой группе относятся стабилизаторы с серводвигателем. Ко второй группе относятся следующие приборы:

  • Устройства на полупроводниковых ключах (тиристоры, симисторы);
  • Приборы с двойным преобразованием;
  • Феррорезонансные стабилизаторы.

Каждое устройство обладает определёнными достоинствами и недостатками. Они хорошо заметны при сравнении технических параметров, поэтому для выбора конкретной модели нужно знать принцип работы каждого или дома.

Стабилизатор с релейным переключением

Релейный стабилизатор напряжения выравнивает сетевое напряжение путём коммутации обмоток силового трансформатора. Принцип его работы крайне прост. Входное напряжение поступает на первичную обмотку силового трансформатора и одновременно на плату контроля и управления. Вторичная обмотка разделена на одинаковые секции и число витков в ней больше, чем в первичной. То есть трансформатор в случае необходимости может повышать или понижать подаваемое напряжение. Плата управления включает в себя выпрямитель, контроллер и транзисторные ключи, управляющие электромагнитными реле.

Если напряжение сети отклонилось от номинала на определённую величину, контроллер через транзисторный ключ включает реле. Оно своими контактами изменяет коэффициент трансформации, то есть переключает вторичную обмотку на повышение или понижение. В результате напряжение на выходе постоянно удерживается в допуске, но оно никогда не будет равно 220В, поскольку, переключая секции обмотки, устройство допускает ступенчатое, а не плавное изменение напряжения. Но чем большее количество реле применяется в схеме устройства, тем выше его точность.

Релейный стабилизатор обладает следующими положительными качествами:

  • Хорошая скорость переключения;
  • Неискажённая форма напряжения;
  • Доступная цена.

Недостатки релейного устройства:

  • Ступенчатое переключение;
  • Низкая точность;
  • Шум при работе;
  • Возможное подгорание контактов.

Релейные стабилизаторы так же имеют ограничение по мощности, что определяется невозможностью контактов реле коммутировать слишком большие токи.

Выбор производителя. При выборе стабилизатора напряжения также обращайте внимание на производителя. Например, много стабилизаторов напряжения якобы отечественных марок производятся в Китае, и имеют завышенные показатели, отличающиеся от реальности. Но есть и те, которые отличаются своей надежностью и хорошим сроком службы. В качестве положительного примера можно привести стабилизаторы от компании «Энергия», которые пользуются большой популярностью среди покупателей, и имеют множество положительных отзывов, которые легко можно найти на страницах в интернете. Весь ассортимент вы можете найти на сайте официального представителя компании по этой ссылке .

Стабилизатор с серводвигателем

К преимуществам сервоприводного стабилизатора можно отнести следующие параметры:

  • Высокая точность установки;
  • Большой интервал входных напряжений;
  • Низкая цена.

Но критичные особенности сервоприводных стабилизаторов – медленное выравнивание напряжения, шум при работе и необходимость регулярного обслуживания, существенно снижают область их применения.

Определить, какой стабилизатор лучше, релейный или электромеханический, достаточно сложно. Если для потребителя важна высокая точность установки, а изменения в сети происходят нечасто и в небольших пределах, то оптимальным вариантом будет применение электромеханического стабилизатора. Здесь главным критерием выбора будет точность и невысокая стоимость. Релейный стабилизатор обеспечивает очень хорошую скорость срабатывания, но при этом точность установки напряжения на выходе будет не такой высокой.

Сетевое напряжение, поступающее в жилые дома, регламентируется стандартом, при котором отклонение от 220В должно составлять не более ± 10%. При этом некоторые бытовые устройства допускают нормальную работу с отклонениями сети от номинала до 15% так, что напряжение, на выходе релейного стабилизатора, изменяющееся в пределах 198-242 вольта, можно считать нормой.

Скорость переключения обмоток трансформатора релейного стабилизатора составляет 15-20 мс, что вполне нормально для большинства бытовых электронных устройств. Стоимость релейного стабилизатора невысока, а срок его службы обычно соответствует сроку службы реле, равному числу срабатываний, которое в большинстве случаев превышает 1 000 000.

Электронный стабилизатор напряжения

К этой группе относятся для выравнивания напряжения, а так же приборы, использующие двойное преобразование или инверторы. Феррорезонансные стабилизаторы уже давно не используются для питания домашней техники, и могут применяться только на производстве.

Электронный стабилизатор напряжения, выполненный на полупроводниковых ключах, работает на том же принципе, что и релейный прибор, только в качестве коммутирующих элементов в нём используются тиристоры или симисторы.

По сути, эти полупроводниковые приборы представляют собой электронные реле, управляемые напряжением. Они так же переключают обмотки трансформатора по аналогии с реле. Вместо реле в используется два тиристора или один симистор. Отсутствие механических деталей обеспечивает длительный срок службы, а возможность полупроводниковых приборов коммутировать большие токи позволяет таким устройствам работать с мощными нагрузками.

Недостатки тиристорных стабилизаторов:

  • Сильно искажённая форма напряжения на выходе;
  • Высокая стоимость;
  • Невысокая точность.

Самым перспективным классом электронных стабилизаторов можно считать устройства, работающие с двойным преобразованием сетевого напряжения. Кроме высокой цены, они не имеют серьёзных недостатков. При решении вопроса, какой стабилизатор лучше релейный или электронный, предпочтение отдаётся , полностью собранному на полупроводниках, если цена не играет существенной роли.

– проблема весьма актуальная и решить ее лучше всего одним способом – приобрести стабилизатор напряжения (СН), который защитит всю технику в доме от выхода из строя. Чтобы правильно выбрать устройство, сначала нужно разобраться с его разновидностями, а также принципом работы каждого варианта исполнения. Далее мы рассмотрим плюсы и минусы основных типов стабилизаторов напряжения для дома, а именно: релейных, электронных, электромеханических, феррорезонансных и инверторных.

Релейные

Релейные или как их еще называют ступенчатые стабилизаторы, считаются самыми популярными для применения в доме и на даче. Связано это с низкой стоимостью устройств, а также высокой точностью регулирования. Принцип работы релейной модели заключается в переключении обмоток на трансформаторе при помощи силового реле, которое срабатывает в автоматическом режиме. Основными недостатками данного типа СН считается ступенчатое изменение напряжения (не плавное), искажение синусоиды и ограниченная мощность на выходе. Однако судя по отзывам в интернете, большинство покупателей довольны устройствами, т.к. цена в разы меньше более усовершенствованных моделей. Представителем стабилизаторов релейного типа для дома является Ресанта АСН-5000Н/1-Ц , который Вы можете увидеть на картинке ниже:

Электронные

Электронные СН могут быть симисторными и тиристорными. Принцип работы первых построен на переключении между обмотками автотрансформатора с помощью симистора, благодаря чему данный тип стабилизаторов напряжения имеет высокий КПД и быструю реакцию на срабатывание. Помимо этого симисторные модели бесшумно работают, что является еще одним плюсом СН данной разновидности. Что касается тиристорных, они также себя хорошо зарекомендовали и пользуются популярностью в быту. Единственный недостаток устройств электронного типа – более высокая стоимость.

Электромеханические

Электромеханические СН также принято называть сервомоторными или же сервоприводными. Работают такие стабилизаторы за счет передвижения угольного электрода по обмоткам автотрансформатора благодаря электроприводу. Электромеханические устройства также могут использоваться для защиты бытовых приборов в доме, квартире и на даче. Преимущество такого типа стабилизаторов – низкая стоимость, плавная регулировка напряжения и компактные размеры. Из минусов можно выделить повышенный шум при работе и низкое быстродействие.

Феррорезонансные

Принцип работы таких СН построен на эффекте феррорезонанса напряжения в цепи конденсатор-трансформатор. Данный тип защитных устройств не пользуется большой популярностью среди потребителей из-за шумности в работе, крупных габаритов (а, соответственно, и значительного веса), а также отсутствия возможности работать при перегрузках. Плюсами феррорезонансных стабилизаторов считаются длительный срок службы, точность регулировки и способность работать в помещениях с повышенной влажностью/температурой.

Инверторные

Наиболее дорогостоящий тип стабилизаторов напряжения, которые применяются не только в доме, но и на производстве. Принцип работы инверторных моделей заключается в преобразовании переменного тока в постоянный (на входе) и назад в переменный (на выходе) благодаря микроконтроллеру и кварцевому генератору. Безусловным плюсом инверторных СН с двойными преобразованием считается широкий диапазон входного напряжения (от 115 и до 290 Вольт), а также высокая скорость регулирования, бесшумность работы, компактные размеры и наличие дополнительных функций. Что касается последнего, то СН инверторного типа могут дополнительно защищать бытовые приборы от , а также остальных помех внешней электрической сети. Основным недостатком устройств считается самая высокая цена.

Узнать больше о разновидностях СН Вы можете на видео ниже:

Какие бывают типы стабилизаторов?

Вот мы и рассмотрели основные типы стабилизаторов напряжения. Хотелось бы также отметить, что бывают такие виды СН, как однофазные и трехфазные. В этом случае Вы должны выбрать модель, в зависимости от того, какое напряжение у Вас в сети – 220 или же 380 Вольт.

Существуют различные возможности защиты электроприборов при отклонении параметров электрической линии от номинальных. По сетевой линии передаётся синусоидальный сигнал с величиной 220 вольт, отклонения этого значения допустимы в пределах 15 процентов и нормально воспринимаются бытовой техникой. Для поддержания величины напряжения, не выходящего из этого предела, проще всего применить стабилизатор напряжения.

Виды и принцип работы стабилизатора

В торговых точках можно встретить разного вида и принципа действия стабилизаторы напряжения, по-другому их называют нормализаторы. Но несмотря на разнообразие, задачи у них одинаковые - поддерживать номинальное напряжение в питающей сети. Требования, предъявляемые к ним, заключаются в обеспечении быстродействия реагирования на изменение сигнала, высокого значения коэффициента полезного действия (КПД), передачи правильной синусоиды и надёжности контроля входного и выходного сигналов.

Перед тем как определиться, какой стабилизатор напряжения выбрать, необходимо знать их различия. Классификация стабилизаторов напряжения происходит согласно их принципу действия, они бывают:

  • релейные;
  • тиристорные;
  • электромеханические;
  • феррорезонансные;
  • двойного преобразования.

Кроме этого, их различают по техническим характеристикам, включающих в себя значения номинальной мощности, диапазона стабилизируемого напряжения, вида используемой сети.

Устройство релейного типа

Это наиболее популярный вид устройств, характеризующийся низкой ценой. Основными элементами, используемыми в релейном типе устройств, являются:

  • реле;
  • трансформатор;
  • блок управления.

В основе конструкции лежит способность реле подключать или отключать, используя свои контакты, ответвления со вторичной обмотки трансформатора. Реле выполняются в герметичном корпусе, что защищает их от попадания пыли. Какую обмотку подключать анализируется блоком управления.

Работа устройства заключается в следующем. Блок управления отслеживает изменение уровня сигнала на входе стабилизатора и сравнивает его с эталонным напряжением 220 вольт. При уменьшении напряжения с помощью реле подключается дополнительная обмотка трансформатора, добавляющая величину напряжения , необходимую для сравнения его уровня с эталонным. При увеличении, наоборот, отключает одна из обмоток. Из-за такого характера работы, применяемый трансформатор называется вольтодобавочным.

Сам трансформатор работает по следующему принципу: напряжение сети попадает на его первичную обмотку. При прохождении по ней тока переменной величины образовывается переменный магнитный поток. Этот поток пронизывает сердечник и все обмотки, в которых наводится электродвижущая сила (ЭДС). Если к вторичной обмотке подсоединена нагрузка, то под действием ЭДС через неё начинает протекать переменный ток. При этом вторичная обмотка имеет несколько ответвлений, выполненных в разных её местах. Для увеличения напряжения количество подключённых витков увеличивается, а для уменьшения снижается.

Количество дополнительных обмоток зависит от модели устройства и влияет на точность выходного сигнала. Чем их больше, тем более приближенным к величине 220 вольт будет выходное значение. Из-за ступенчатой формы управления при переключении обмоток происходят всплески напряжения, при этом нормой выходного сигнала будет величина от 203 до 237 вольт.

Преимуществами такого типа стабилизации , кроме цены, является высокая способность выдерживать перегрузки и широкий диапазон рабочей температуры от -40 до +40 градусов по Цельсию. Такие нормализаторы практически нечувствительны к форме частоты сигнала на входе. К недостаткам относятся: возникающий при срабатывании реле шум, низкая мощность и надёжность. Надёжность зависит от качества исполнения реле. Ступенчатый способ регулировки сигнала приводит к кратковременным всплескам уровня напряжения, что негативно сказывается на подключённой к стабилизатору технике.

Тиристорный нормализатор напряжения

Работа этого типа стабилизатора не отличается по принципу действия от релейного. Только вместо ненадёжных и шумных реле, используется полупроводниковый элемент, тиристор. Это радиоэлемент с двумя устойчивыми состояниями, обладающий тремя или более p-n переходами. По своей работе он напоминает электронный ключ.

Такие устройства называют ещё симисторные, различия заключаются лишь в том, что тиристор пропускает сигнал только в одном направлении, а симистор в оба. Включённые параллельно и навстречу друг другу два тиристора образовывают симистор. Стабилизация происходит подключением или отключение дополнительных обмоток с помощью открывания или закрывания тиристора.

Тиристорные стабилизаторы выпускаются как с одним , так и двумя этапами преобразования. Во втором случае, на первом этапе, происходит грубое выставление уровня сигнала, а на втором точное. Это позволяет достигать высокой точности уровня выходного напряжения. К преимуществам относят:

  • отсутствие шума;
  • высокую надёжность;
  • низкое энергопотребление;
  • высокое быстродействие;
  • малые физические размеры.

Кроме этого, из-за применения микропроцессорного управления, тиристорный стабилизатор не вносит искажения в форму выходного сигнала.

Недостатки заключаются в высокой цене из-за применения дорогостоящих тиристоров и сложной электронной схемы управления. А также тиристорные нормализаторы не лишены недостатка стабилизации релейного типа, а именно ступенчатой регулировки. Например, при точности стабилизации 2% шаг напряжения на выходе составляет 6 вольт.

Сервоприводный тип нормализации

Другое название сервоприводного нормализатора - стабилизатор электромеханического типа или сервомоторный. Такой прибор состоит из трёх основных элементов:

  • автотрансформатора;
  • электродвигателя;
  • платы управления.

Принцип действия лежит в плавном перемещении с помощью двигателя угольных щёток, замыкающих вторичные обмотки автотрансформатора. Его обмотки соединены между собой, и за счёт этого возникает как магнитная, так и электрическая связь. Вторичная обмотка автотрансформатора имеет не менее четырёх ответвлений, на каждой из которых своё значение напряжения.

Работа мотора управляется платой электроники с микропроцессором. Благодаря такому подходу, стабилизация напряжения происходит без переходных процессов и форма выходного сигнала не изменяется. Правильная синусоида важна для приборов, использующих в своей конструкции двигатели, которые перегреваются при большой зашумлённости сигнала.

Недостатком сервомоторных регуляторов является низкая скорость быстродействия. Например, при отклонении величины входного сигнала на 5% время срабатывания составляет 0,2 секунды. Кроме того, при работе такой стабилизатор создаёт повышенный шум.

Прибор с эффектом феррорезонанса

Этот тип нормализатора использует в своей работе эффект феррорезонанса , возникающего в связке трансформатор-конденсатор. Благодаря чему он и получил своё название: феррорезонансный стабилизатор. Конструктивно, этот вид нормализатора похож на трансформаторный тип. Но тут используемый трансформатор не симметричен, вторичная обмотка размещена на магнитопроводе с большим поперечным сечением, что не позволяет находиться ей в состоянии насыщения.

В таком трансформаторе возникают три магнитных потока изменения мощности, величина которых и приводит к выравниванию напряжения на выходе. Параллельно вторичной обмотке и, соответственно, нагрузке подключается конденсатор. Добавление конденсатора стабилизирует напряжение при небольших токах намагничивания, увеличивая коэффициент мощности.

Основной минус такого типа устройства - в малом значении коэффициент мощности. Кроме того, стабилизатор обладает большим весом и размером, шумностью при работе. Плюсы его в точности регулировки и высокой надёжности.

Инверторный нормализатор питания

Принцип работы основан на двойном преобразовании входного сигнала сначала в постоянную величину, а затем снова в переменную. Неоспоримое его достоинство - использование в основе конструкции не громоздких 50 герцовых трансформаторов, а комплекса программно-аппаратной реализации. Это позволяет достичь КПД более 90% и при этом обеспечить отличную точность стабилизации напряжения.

В состав инверторного стабилизатора входят:

  • формирователь напряжения;
  • микроконтроллер;
  • ёмкость;
  • выпрямитель;
  • корректор мощности.

Переменный ток, попадая на выпрямитель и проходя через частотный фильтр, преобразуется в постоянное значение. Высоковольтный стабилизированный сигнал, поступает на инвертор, накапливаясь на конденсаторах шины постоянного тока. Блок инвертора собирается на микросхеме с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и силовых транзисторах IGBT. ШИМ контроллер формирует высокочастотный сигнал, около 20 кГц, который управляет открытием IGBT транзисторов. Затем, при помощи ёмкостно-индуктивного фильтра и образовывается переменный выходной сигнал.

Из-за применения такого подхода устройство плавно регулирует сигнал и выдаёт синусоиду отличного качества, что важно, например, для работы газовых котлов. Недостаток заключается в использовании дорогих радиокомпонентов, это приводит к самой высокой цене из всех видов стабилизаторов. Силовые ключи IGBT нуждаются в защите от перегрева , поэтому они устанавливаются на кулеры, что добавляет уровень шума.

Выбор стабилизатора напряжения

Выбирая стабилизатор для работы с конкретным устройством или для использования его на вводе электроэнергии в дом, критерии выбора остаются одинаковые.

В зависимости от типа сети выбирается для 220 вольт однофазное, а для 380 вольт трёхфазное устройство. Немаловажный параметр - диапазон входного напряжения, так как при выходе из этого предела стабилизатор будет отключать подсоединённую к нему нагрузку или выключаться сам. Чтобы его правильно выбрать, необходимо знать разброс напряжения в электрической сети. Узнать его можно с помощью замеров величины сигнала в разное время суток на протяжении нескольких дней.

При выборе стабилизатора напряжения для дома учитывается не только тип приборов, нуждающихся в защите, но и их пиковая мощность. Её значение берётся с запасом не менее пятнадцати процентов и высчитывается путём сложения мощности всех приборов, подключённых к стабилизатору. Активная мощность всегда указывается в ваттах (Вт), а полная в вольт-амперах (ВА). Соотносятся они между собой как 1ВА=0,6 - 0,8 Вт. Необходимо понимать, что двигатели имеют пусковые токи и мощность устройств стабилизации при использовании асинхронных электродвигателей, компрессоров, насосов, должна в 3−4 раза превышать рабочую мощность потребителей.

Отдавая предпочтения виду устройства, учитывается, что электромеханические модели подойдут для защиты высокоточной техники. Релейные и тиристорные для линий, на которых возникают значительные скачки напряжения, а требования к точности стабилизации не является основным фактором. Например, это чувствительные к отклонениям значений напряжения узлы электроники, устанавливаемые в холодильниках, морозильниках и тому подобной технике, имеющей в своей конструкции пусковые двигатели.

Согласно статистике, к наиболее востребованным приборам на рынке, заслужившим доверие покупателей, относят следующих производителей:

  • Luxeon;
  • Ресанта;
  • Powercom;
  • RUCELF;
  • Энергия;
  • Logicpower.

Приобретая устройство от известных брендов, потребитель получает не только соответствие заявленных параметров с реальными характеристиками , но и обеспечение гарантийной и послегарантийной сервисной поддержки. Почти все устройства стабилизации напряжения оснащаются информативными экранами, на которые может выводиться: величина входного и стабилизированного напряжения, значение потребляемой мощности, форма сигнала и тому подобное.