1. Линейные стабилизаторы напряжения с высоким КПД

Линейные стабилизаторы напряжения с высоким КПД

Основным недостатком линейных стабилизаторов средней и большой мощности является их низкий КПД. Причем, чем меньше выходное напряжение источника питания, тем меньше становится его КПД. Это объясняется тем, что в режиме стабилизации силовой транзистор источника питания обычно включен последовательно с нагрузкой, а для нормальной работы такого стабилизатора на регулирующем транзисторе должно действовать напряжение коллектор-эмиттер (Uкэ) не менее 3…5 В. При токах более 1 А это дает значительные потери мощности за счет выделения тепловой энергии, рассеиваемой на силовом транзисторе. Что приводит к необходимости увеличивать площадь теплоотводящего радиатора или применять вентилятор для принудительного охлаждения.

Широко распространенные благодаря низкой стоимости интегральные линейные стабилизаторы напряжения на микросхемах из серии 142ЕН(5…14) обладают таким же недостатком.

В последнее время в продаже появились импортные микросхемы из серии «LOW DROP» (SD, DV, LT1083/1084/1085). Эти микросхемы могут работать при пониженном напряжении между входом и выходом (до 1…1.3 В) и обеспечивают на выходе стабилизированное напряжение в диапазоне 1,25…30 В при токе в нагрузке 7,5/5/3 А соответственно. Ближайший по параметрам отечественный аналог типа КР142ЕН22 имеет максимальный ток стабилизации 5 А.

При максимальном выходном токе режим стабилизации гарантируется производителем при напряжении вход-выход не менее 1,5 В. Микросхемы также имеют встроенную защиту от превышения тока в нагрузке допустимой величины и тепловую защиту от перегрева корпуса.

Данные стабилизаторы обеспечивают нестабильность выходного напряжения 0,05%/В, нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока от 10 мА до максимального значения не хуже 0,1%/В.

Типовая схема включения таких стабилизаторов напряжения приведена на рис. 4.1.

Конденсаторы С2…С4 должны располагаться вблизи от микросхемы и лучше, если они будут танталовые. Емкость конденсатора С1 выбирается из условия 2000 мкФ на 1 А тока.

Микросхемы выпускаются в трех видах конструктивного исполнения корпуса, показанных на рис. 4.2. Вид корпуса задается последними буквами в обозначении. Более подробная информация по данным микросхемам имеется в справочной литературе, например Л19.

Такие стабилизаторы напряжения экономически целесообразно применять при токе в нагрузке более 1 А, а также в случае недостатка места в конструкции.

На дискретных элементах также можно выполнить экономичный источник питания. Приведенная на рис. 4.3 схема рассчитана для выходного напряжения 5 В и тока нагрузки до 1 А. Она обеспечивает нормальную работу при минимальном напряжении на силовом

транзисторе (0.7…1,3 В). Это достигается за счет использования в качестве силового регулятора транзистора (VT2) с малым напряжением и«э в открытом состоянии. Что позволяет обеспечить работу схемы стабилизатора при меньших напряжениях вход-выход.

Схема имеет защиту (триггерного типа) в случае превышения тока в нагрузке допустимой величины, а также превышения напряжения на входе стабилизатора величины 10,8 В.

Узел защиты выполнен на транзисторе VT1 и тиристоре VS1. При срабатывании тиристора он отключает питание микросхемы DA1 (вывод 7 закорачивается на общий провод). В этом случае транзистор VT3, а значит и VT2 закроются и на выходе будет нулевое напря-

жение. Вернуть схему в исходное состояние после устранения причины, вызвавшей перегрузку, можно только выключением и повторным включением блока питания.

Конденсатор СЗ обычно не требуется — его задача облегчить запуск схемы в момент включения.

Топология печатной платы для монтажа элементов показана на рис. 4.4 (она содержит одну объемную перемычку).

Транзистор VT2 устанавливается на радиатор.

При изготовлении использованы детали: подстроенный резистор R8 типа СПЗ-19а, остальные резисторы любого типа; конденсаторы С1 —К50-29Вна 16 В, С2…С5 — К-10-17, С5 — К52-1 на 6,3 В.

Схему можно дополнить светодиодным индикатором срабатывания защиты (HL1). Для этого потребуется установить дополнительные элементы: диод VD3 и резистор R10, как это показано на рис. 4.5.

Как выбрать стабилизатор напряжения? — Обзор

Стабилизатор напряжения — необходимое устройство, если вы пользуетесь электроникой в условиях очень нестабильной электросети. Во многих деревнях можно столкнуться с тем, что напряжение тока в розетке сильно варьируется и «скачет», а стабилизатор обезопасит ваши электроприборы, и они не пострадают от случайного повышения или понижения вольтажа.

В продаже представлены как профессиональные модели, так и модели для использования в быту, и нужно четко понимать разницу между ними, чтобы не переплатить за ненужные функции.

Следующая часть нашей статьи будет посвящена важным техническим характеристикам стабилизаторов напряжения, на которые нужно обратить внимание при выборе. Затем мы предложим вам выбрать из десяти отличных моделей, которые можно купить у магазинов в нашем каталоге.

Основные характеристики, на которые стоит обратить внимание

Тип

Типов стабилизаторов напряжения несколько, но в быту почти всегда используются два — релейные и электромеханические.

Релейные модели очень быстро срабатывают и имеют высокий КПД (о нем позже), благодаря чему и популярны в обычных условиях. Их недостаток — ступенчатая регулировка выходного напряжения, что в быту не слишком важно. Кроме того, релейные стабилизаторы обычно имеют широкий диапазон входного напряжения. Их вариант — электронные стабилизаторы, которые для переключения вольтажа используют более надежные полупроводники, а не реле. Стоят электронные модели заметно дороже.

Электромеханические стабилизаторы регулируют напряжение очень точно и отлично защищены от перегрузок, но срабатывают медленнее из-за своего механического устройства. Кроме того, они требуют бережного обслуживания из-за износа щеток. Такие модели используются для работы с большим количеством электроприборов и мощным оборудованием.

Полная мощность (ВА)

Полная мощность в Вольт∙Амперах складывается из реактивной (для нагрузки с входящими элементами индуктивности и конденсаторами (лампочки, утюги)) и активной (для нагрузки с резистивными элементами (бытовая техника)) мощностей стабилизатора.

Мощность стабилизатора всегда должна превышать мощность нагрузки хотя бы на 20% — чтобы на всякий случай был запас. Перед покупкой конкретной модели посчитайте максимальную активную и реактивную нагрузки в вашей сети и сопоставьте их с характеристиками выбранного стабилизатора.

Эффективная мощность (Вт)

Эффективная мощность определяет максимальную мощность нагрузки, которую стабилизатор может выдержать. Именно этот показатель должен быть выше, чем общий показатель мощности вашей сети. Эффективная мощность всегда ниже полной.

Тип входного напряжения

В большинстве случаев используются стабилизаторы для 220-вольтных однофазных сетей, но иногда требуется покупка специальной модели для 380-вольтной трехфазной сети — например, для использования в гараже. Трехфазные сети нужны для питания мощного оборудования с большой нагрузкой.

Рабочее и предельное напряжение

Чем больше диапазон рабочего напряжения стабилизатора, тем большие перепады он сможет спокойно выдержать. Выбирать конкретную модель нужно с учетом того, насколько стабильна электросеть там, где вы будете его использовать — проконсультируйтесь с местным электриком или представителями компании, которая занимается обеспечением электроэнергией.

Предельное напряжение выше рабочего, но стабилизатор не рассчитан на работу в таких условиях на протяжении долгих периодов времени — если предельное или близкое к нему напряжение держится долго, он быстро выйдет из строя.

Точность стабилизации

Чем точнее стабилизатор, тем ближе этот показатель к нулю. Для использования в квартире или на даче достаточно отклонения 5-8%, которое обеспечивают даже бюджетные модели. Бытовая техника, правда, гораздо лучше переживает отклонения в 2-5%. Высокоточные стабилизаторы (меньше 2%) нужны для работы медицинских приборов, профессиональной видео- и аудиотехники и прочего профессионального оборудования.

КПД

Коэффициент полезного действия определяет количество энергии, которое теряется при стабилизации. Чем он выше, тем меньше дополнительный расход энергии, и тем больше вы на ней сэкономите. КПД в 95% и выше — это вполне приемлемо.

Размещение

Стабилизаторы напряжения могут устанавливаться на пол или на стену. Первые чаще всего используются в быту, а вторые (с небольшим весом и компактными размерами) — например, для обеспечения безопасного питания котла в подвале, где ограничена площадь.

Существуют и универсальные модели, которые могут как работать, стоя на полу, так и работать, вися на стене. Крепления, как правило, поставляются в комплекте.

Охлаждение

Чаще всего стабилизаторы охлаждаются естественно (пассивно) — с помощью радиаторов внутри корпуса и вентиляционных отверстий на нем. Такая система охлаждения обеспечит более тихую работу, но может не справиться со своей задачей при высокой температуре окружающей среды.

Принудительное (активное) охлаждение обеспечивается вентиляторами. Такой тип охлаждения гораздо эффективнее, но дороже и приводит к более высокому уровню шума в работе стабилизатора.

Задержка запуска

Стабилизаторы с этой функцией нужны для работы с приборами, которые используют двигатели асинхронного типа. После внезапного отключения тока такие приборы должны полностью остановить свою работу, для чего на выходе стабилизатора полностью отключается подача напряжения.

Bypass

Режим bypass позволяет обойти стабилизацию и подключить электросеть напрямую. Это может помочь тогда, когда стабилизатор не требуется, когда он сломан или не может выполнять свою работу (например, в сильную жару).

Контроль и защита

Защитой от короткого замыкания, перегрева и повышенного напряжения оснащены практически все модели. Очень полезна и более редко встречающаяся защита от помех, но ее необходимость обусловлена параметрами конкретной электросети — опять-таки, по этому поводу лучше поговорить с местным электриком, который обязательно даст нужные советы.

Также обратите внимание на диапазоны влажности и температуры воздуха, в котором может штатно работать стабилизатор. В Беларуси это особенно важно — зимы у нас бывают весьма холодные, а летом температура и влажность на протяжении нескольких дней тоже могут держаться на высоком уровне.

Топ-10 стабилизаторов напряжения

Очень доступный вариант, который поможет обезопасить, к примеру, газовый котел. Особенности: тип стабилизатора: релейный полная мощность: 2000 ВА эффективная мощность: 1000 Вт минимальное рабочее напряжение: 176 В максимальное рабочее напряжение: 264 В точность стабилизации: 5% КПД: 95% размещение: напольное охлаждение: естественное световые индикаторы 4 розетки защита от КЗ защита от повышенного напряжения

Популярная бюджетная модель из Латвии. Особенности: тип стабилизатора: релейный полная мощность: 1000 ВА эффективная мощность: 750 Вт минимальное рабочее напряжение: 140 В максимальное рабочее напряжение: 260 В точность стабилизации: 8% КПД: 97% размещение: напольное охлаждение: естественное цифровая индикация 1 розетка защита от КЗ защита от перегрева защита от помех защита от повышенного напряжения

Отличный стабилизатор с высоким КПД для сетей с большой нагрузкой (много бытовой техники в доме). Особенности: тип стабилизатора: релейный полная мощность: 12000 ВА эффективная мощность: 10000 Вт минимальное рабочее напряжение: 140 В максимальное рабочее напряжение: 260 В точность стабилизации: 3.5% КПД: 98% размещение: настенное охлаждение: естественное цифровая индикация задержка запуска bypass защита от КЗ защита от перегрева защита от повышенного напряжения защита от помех

Популярная «дачная» модель латвийской компании, но китайского производства. Особенности: тип стабилизатора: релейный полная мощность: 5000 ВА эффективная мощность: 4000 Вт минимальное рабочее напряжение: 140 В максимальное рабочее напряжение: 260 В точность стабилизации: 8% КПД: 97% размещение: напольное охлаждение: естественное цифровая индикация bypass защита от КЗ защита от перегрева защита от повышенного напряжения защита от помех

Среднебюджетный стабилизатор напряжения, которого вполне хватит на не слишком большую квартиру. Особенности: тип стабилизатора: релейный полная мощность: 9000 ВА эффективная мощность: 7000 Вт минимальное рабочее напряжение: 140 В максимальное рабочее напряжение: 260 В точность стабилизации: 3.5% КПД: 98% размещение: настенное охлаждение: естественное цифровая индикация задержка запуска bypass защита от КЗ защита от перегрева защита от повышенного напряжения защита от помех

Еще одна недорогая «дачная» модель от проверенного производителя. Особенности: тип стабилизатора: релейный полная мощность: 5000 ВА эффективная мощность: 4000 Вт минимальное рабочее напряжение: 140 В максимальное рабочее напряжение: 260 В точность стабилизации: 8% размещение: настенное охлаждение: естественное цифровая индикация задержка запуска защита от КЗ защита от перегрева защита от повышенного напряжения защита от помех

Дешевая модель для тех случаев, когда обезопасить от скачков напряжения нужно одно не слишком «прожорливое» устройство. Особенности: тип стабилизатора: релейный полная мощность: 1000 ВА эффективная мощность: 320 Вт минимальное рабочее напряжение: 175 В максимальное рабочее напряжение: 285 В точность стабилизации: 10% размещение: напольное охлаждение: естественное световые индикаторы 2 розетки защита от КЗ защита от перегрева защита от повышенного напряжения защита от помех

Качественная и не слишком дорогая модель с высоким показателем эффефктивной мощности. Особенности: тип стабилизатора: релейный полная мощность: 10000 ВА эффективная мощность: 6700 Вт минимальное рабочее напряжение: 140 В максимальное рабочее напряжение: 275 В размещение: настенное охлаждение: принудительное цифровая индикация задержка запуска защита от КЗ защита от перегрева защита от повышенного напряжения защита от помех

Отличный вариант для установки в загородном доме без мощного электрооборудования. Особенности: тип стабилизатора: релейный полная мощность: 10000 ВА минимальное рабочее напряжение: 140 В максимальное рабочее напряжение: 270 В точность стабилизации: 8% КПД: 95% размещение: настенное охлаждение: принудительное цифровая индикация задержка запуска bypass защита от КЗ защита от перегрева защита от повышенного напряжения защита от помех

Мощная напольная модель для использования с электродвигателями и другим оборудованием. Особенности: тип стабилизатора: электромеханический полная мощность: 20000 ВА минимальное рабочее напряжение: 160 В максимальное рабочее напряжение: 260 В точность стабилизации: 3% КПД: 97% размещение: напольное охлаждение: естественное цифровая индикация bypass защита от КЗ защита от повышенного напряжения

Стабилизаторы напряжения. Словарь терминов.

31.05.2018

Самостоятельный выбор стабилизатора не обходится без ознакомления с различными информационными материалами и инструкциями, которые, как правило, насыщены технической терминологией, не всегда понятной далеким от электротехники людям.

В этой статье мы постарались собрать и объяснить самые распространённые термины, связанные со стабилизаторами напряжения. Для удобства они сгруппированы в алфавитном порядке.

А

Автоматический выключатель (автомат) – контактный коммутационный блок, устанавливаемый в электрической цепи для защиты от токов перегрузки и токов короткого замыкания. В случае превышения током допустимого значения (номинала автомата) нагрузка, например, стабилизатор, будет автоматически обесточена. При необходимости автоматический выключатель может быть включен/отключен вручную.

Автотрансформатор – основной элемент ряда стабилизаторов, представляет собой трансформатор, первичная и вторичная обмотка которого связанны напрямую и имеют несколько выводов, отличающихся между собой значением напряжения.

Активная мощность – вид мощности, фактически являющийся скоростью потребления электроэнергии и характеризующий процесс её преобразования в другие виды энергии: тепловую, световую, механическую и т.д. Активная мощность измеряется в Ваттах (Вт) и обычно указывается в технических характеристиках различного оборудования.

Активная нагрузка – совокупность электроприборов, потребляющих только активную мощность и не имеющих в своём составе индуктивных и ёмкостных элементов. К таким изделиям относится большинство устройств, преобразующих электрическую энергию в свет и тепло, например, электрообогреватели, утюги, лампы накаливания, электрочайники. При подсчете суммарной мощности для подобного оборудования полную мощность можно принять равной активной.

Асинхронный двигатель – наиболее распространённый в бытовой технике преобразователь электрической энергии переменного тока в механическую. Его надёжность и долговечность напрямую зависит от качества питающего напряжения. Дополнительно стоит отметить, что асинхронные двигатели отличаются высокими пусковыми токами.

Б

Байпас – функция стабилизатора, позволяющая пустить сетевое напряжение в обход его электронных блоков. Иными словами, в режиме байпас питание нагрузки, при работающем стабилизаторе, осуществляется напрямую от сети. Байпас может включаться как автоматически, например, при поломке одного из узлов стабилизатора, так и вручную с помощью выключателя или через функциональное меню.

Быстродействие – один из важнейших параметров стабилизатора, складывается из двух показателей: времени реакции и скорости стабилизации. Фактически. быстродействие — это время, затрачиваемое стабилизатором на выравнивание скачков сетевого напряжения или, иначе, время, необходимое для установления номинального (максимально приближенного к номинальному) значения выходного напряжения при отклонениях входного. Надежность защиты и спектр допустимого для подключения оборудования увеличивается пропорционально росту быстродействия стабилизатора.

В

Время реакции (срабатывания) – время, требуемое стабилизатору для реагирования на изменение сетевого напряжения, измеряется в миллисекундах. Чем ниже время реакции, тем меньше риск повреждения защищаемого стабилизатором оборудования при сетевом перепаде.

Выходная мощность – значение мощности, которую стабилизатор может отдать подключенным потребителям. Если потребляемая нагрузкой мощность окажется больше выходной мощности стабилизатора, он отключится вследствие перегрузки или вообще выйдет из строя.

Д

Двойное преобразование энергии – способ стабилизации электрической энергии, заключается в двукратном видоизменении напряжения: из входного переменного – в промежуточное постоянное, а затем вновь в выходное переменное. Такой алгоритм работы отлично зарекомендовал себя в источниках бесперебойного питания, после чего был использован в передовых инверторных стабилизаторах.

Дискретное (ступенчатое) регулирование – способ стабилизации напряжения за счёт переключения обмоток автотрансформатора и выбора той, напряжение на которой наиболее близко к номинальному. Основное преимущество такого способа – минимальное время срабатывания. Главные недостатки: ступенчатые скачки выходного напряжения, невысокая точность стабилизации и сохранение искажений входного сигнала в выходном.

Дискретный (электронный) стабилизатор – устройство, построенное на базе дискретного принципа стабилизации напряжения. Коммутация контуров автотрансформатора в таких аппаратах осуществляется с помощью электронных ключей. Дискретные модели обладают хорошими показателями быстродействия, но не могут гарантировать максимальную точность стабилизации и безразрывное электропитание с напряжением идеальной синусоидальной формы.

З

Заземление – соединение разъёма «РЕ» или, при его отсутствии, корпусного контакта стабилизатора с заземляющим проводником. Производится с целью защиты от возможного попадания электрического тока на металлический корпус устройства.

Запас мощности – величина, закладываемая сверх расчётной мощности нагрузки и позволяющая защитить стабилизатор от возможных эксплуатационных перегрузок. Рекомендуемое значение запаса – 20-30% от мощности, фактически требуемой подключаемому электрооборудованию.

И

Искажение синусоидальной формы напряжения – отклонение графика изменений переменного напряжения с течением времени от графика идеальной синусоиды.

Инверторный стабилизатор – инновационное устройство, принцип работы которого построен на базе двойного преобразования энергии. Конструктивно инверторные стабилизаторы кардинально отличаются от приборов других типов и, превосходя их по всем техническим характеристикам, являются эталоном защиты для любого оборудования. Кроме того, уникальная электронная схема инверторных моделей не имеет недостатков, осложняющих применение других видов стабилизаторов.

К

Качество электроэнергии – степень соответствия сетевой электроэнергии установленным значениям. В Российской Федерации допускаются отклонения не более ±10 % по напряжению и ±0,2 Гц по частоте.

Класс защиты (IP — Ingress Protection) – характеристика, отражающая уровень защиты устройства от попадания внутрь корпуса твердых частиц (пыли, грязи) и влаги.

Короткое замыкание (КЗ) – контакт двух точек цепи с разными потенциалами, например, вследствие ошибочного соединения фазного проводника с нейтральным. Сопровождается КЗ резким и многократным увеличением силы тока, что не только нарушает функционирование электрической сети и выводит из строя различную технику, но и опасно для человека, а также может послужить причиной пожара.

Коэффициент мощности (сos(φ)) – величина, характеризующая любое потребляющее переменный ток устройство с точки зрения наличия в нем реактивной мощности. Численное значение cos(φ), равное отношению активной мощности к полной мощности, обычно указывается в технической документации, сопутствующей электрооборудованию (может обозначаться как Power Factor или PF).

Коэффициент полезного действия (КПД) – величина, указывающая на эффективность работы стабилизатора. Определяется как соотношение полезно использованной энергии к суммарному использованному количеству энергии. По данному параметру определяется экономичность стабилизатора – чем КПД выше, тем меньше потребляемой устройством электроэнергии (а значит и денег за её оплату) рассеивается в процессе работы.

Л

Линейное напряжение – напряжение между двумя фазными проводниками, в стандартной сети переменного тока равняется 380/400 В.

Н

Навесной стабилизатор – стабилизатор, предназначенный для навесного размещения на вертикальной поверхности.

Нагрузка – для стабилизатора это понятие можно рассматривать как совокупность подключаемых к нему устройств, либо как совокупность вообще всех устройств, требующих стабилизации питающего их напряжения.

Напольный стабилизатор – стабилизатор, подразумевающий установку на горизонтальную плоскость.

Нейтральный (нулевой) проводник – в электрической сети переменного тока проводник, имеющий нулевой потенциал относительно источника питания и фазного проводника. Напряжение между нейтральным и фазным проводниками стандартной сети составляет 220/230 В. Согласно требованиям цветовой маркировки нейтральный провод должен быть синего или бело-синего цвета. Буквенное обозначение – «N».

О

Однофазный стабилизатор – устройство, рассчитанное на подключение к однофазной сети (220/230 В) и предназначенное для защиты однофазных нагрузок (большинство бытовых электроприборов).

П

Перегрузочная способность – промежуток времени, в котором стабилизатор функционирует, несмотря на превышение мощностью нагрузки его номинальной выходной мощности.
,

Перепад (скачок) напряжения – резкое уменьшение или увеличение значения напряжения в электрической сети.

Полная мощность – мощность, на основе значения которой строится номенклатура (модельные ряды) большинства производителей стабилизаторов напряжения. Измеряется в Вольт-Амперах (ВА) и не равна активной мощности в Ваттах (кроме случая активной нагрузки). Зависимость полной мощности от активной выражается по формуле: ВА=Вт/cos(φ).

Предельный диапазон входного напряжения – минимальное и максимальное значения входного напряжения, при которых стабилизатор функционирует, но с выходным напряжением отличным от номинального. Разница между фактическим напряжением и номинальным в такой ситуации зависит от отклонения сетевого сигнала относительно рабочего диапазона.

Пусковые токи – токи, потребляемые некоторыми электроприборами в момент запуска и превышающие номинальное значение в несколько (до 8) раз. Характерны в первую очередь для электродвигателей и, соответственно, для всего оборудования, имеющего в своём составе электродвигатель: насосы, компрессоры, стиральные машинки, холодильники, пылесосы и т.п. Необходимую для защиты таких потребителей модель стабилизатора следует определять исходя из максимального пускового значения мощности (указывается в техническом паспорте изделия).

Р

Рабочий диапазон входного напряжения – пределы сетевых значений, при которых стабилизатор обеспечивает номинальное выходное напряжение.

Реактивная мощность – доля полной мощности, которая в процессе работы электрооборудования не передается в нагрузку, а тратится на электромагнитное излучение. Чем выше коэффициент мощности (cos(φ)) прибора, тем ниже его реактивная мощность и тем больше энергии он преобразует в полезную работу.

Реактивная нагрузка – совокупность устройств, характеризующихся наличием высокого значения реактивной мощности, как следствие их полная и активная мощность существенно различаются. При выборе стабилизатора для такой техники следует обязательно перевести Вт в ВА. К реактивным нагрузкам в первую очередь относятся электродвигатели и приборы, имеющие в своём составе ёмкостные или индуктивные элементы.

Релейный стабилизатор – распространённый тип дискретного стабилизатора, в котором переключение обмоток автотрансформатора осуществляется с помощью электронных реле. Имеет ряд серьёзных недостатков, делающих его применение с современным чувствительным оборудованием не самым лучшим решением.

С

Сервопривод – блок, перемещающий подвижный контакт в электромеханическом стабилизаторе, состоит из механического привода, электромотора и платы управления.

Симисторный стабилизатор – дискретный стабилизатор, в котором для переключения обмоток автотрансформатора используются полупроводниковые ключи – симисторы. Стабилизаторы данного типа превосходят большинство релейных и электромеханических аналогов, но сохраняют основной недостаток дискретного способа регулирования: ступенчатые скачки напряжения, снижающие точность стабилизации.

Синусоидальная форма напряжения – колебания напряжения в сети переменного тока, имеющие форму синусоиды (плоская кривая функции синуса). Проще говоря, это форма переменного напряжения, графическое изображение которой соответствует графику синуса.
Корректное и устойчивое функционирование большей части современного электрооборудования может гарантировать только электропитание с формой напряжения максимально приближенной к идеальной синусоиде – рис. 1.

Рис. 1.

Скорость стабилизации – величина, измеряемая в вольтах в секунду (В/с) и указывающая на время, необходимое стабилизатору для выравнивания выходного напряжения при искажениях входного. С ростом скорости стабилизации увеличивается и быстродействие устройства. Обратите внимание – инверторные стабилизаторы не имеют параметра «скорость стабилизации», так как в них, благодаря двойному преобразованию энергии, выходное напряжение имеет номинальное значение постоянно, независимо от сетевого сигнала.

Стоечный (Rack) стабилизатор – стабилизатор, предназначенный для монтажа в стандартные телекоммуникационные 19-дюймовые шкафы и стойки.

Т

Тиристорный стабилизатор – стабилизатор со схемой подобной симисторному, главное различие заключается в том, что функцию полупроводниковых ключей, переключающих обмотки трансформатора, выполняют не симисторы, а тиристоры. Тиристорные модели сохраняют как преимущества дискретного регулирования напряжения, так и все его недостатки.

Точность стабилизации – максимально возможное отклонение выходного напряжения стабилизатора от установленного номинального значения, измеряется в процентах. Большинство современных стабилизаторов имеют показатели точности от 3% до 8%. Выделяются инверторные модели, их точность – 2%.

Трехфазный стабилизатор – устройство, рассчитанное на подключение к трехфазной сети (380/400 В). Может использоваться как для защиты мощных трехфазных потребителей, так и для защиты однофазных – при условии их равномерного распределения между питающими фазами. Стоит отметить что существуют стабилизаторы, называемые «3 в 1», они включаются в трехфазную сеть, но имеют однофазный выход.

Ф

Фаза – проводник в цепи переменного тока, по которому электроэнергия следует от источника к потребителю. Обозначается буквой «L».

Фазное напряжение – напряжение между фазным и нейтральным проводником, используется в быту и в стандартной сети переменного тока, равняется 220/230 В.

Феррорезонансный стабилизатор – тип устройств, стабилизация напряжения в которых осуществляется за счет электромагнитного взаимодействия между дросселем с ненасыщенным сердечником и дросселем с насыщенным сердечником – эффекте феррорезонанса. Такие стабилизаторы практически не встречаются в наше время и считаются морально устаревшими.

Ц

Централизованное подключение стабилизатора – подключение мощного стабилизатора к общему сетевому вводу в квартиру, коттедж или офис, гарантирующее защиту всей электросети, а не отдельного потребителя.

Э

Электромеханический стабилизатор – стабилизатор, корректирующий напряжение специальным контактом, который, за счёт механического перемещения по обмотке, уменьшает или увеличивает коэффициент трансформации автотрансформатора. В современных устройствах передвижение указанного контакта осуществляет сервопривод с электронным управлением. Преимущество электромеханических моделей – плавная стабилизация с высокой точностью, недостаток – пониженное быстродействие, недостаточное для защиты многих видов современного оборудования.

Ознакомиться подробнее с модельным рядом стабилизаторов «Штиль»:

Инверторные стабилизаторы напряжения «Штиль». Каталог.

Как выбрать стабилизатор напряжения (2018) | Офисная техника и мебель | Блог

Вместо привычного с детства числа 220 в маркировке современных электроприборов все чаще попадается 230. С недавних пор именно 230 В является стандартным напряжением в России и многих других странах. Впрочем, для большинства электроприборов разницы между 230 и 220 В нет никакой. Стандартом допускаются отклонения напряжения сети на ±10%, т.е. от 207 до 253 В. Производители бытовой техники ориентируются именно на эти показатели. 

Однако в реальности напряжение в этих рамках удерживается не всегда. В новых микрорайонах, в деревнях и поселках часто к старой подстанции, рассчитанной на определенную нагрузку, подключается много новых потребителей. Это приводит к падению напряжения до 190 В и даже ниже, что бывает хорошо заметно по горящим в полнакала лампочкам. К сожалению, снижением яркости лампочек проблема не исчерпывается. Возрастают токи в обмотках электродвигателей насосов, холодильников, стиральных машин, посудомоек и пр. Это может привести к выходу двигателя из строя. 

Бывает в сети и повышенное напряжение, также довольно частое в загородных домах – иногда подстанции намеренно подстраиваются на выдачу повышенного напряжения, чтобы на удаленных потребителях оно поднялось до нормального. При этом на потребителях, близких к подстанции, оно может быть около 250 В. Если при этом еще и нулевой провод окажется не заземлен, то из-за перекоса фаз напряжение может подняться еще выше – до 260 В и даже больше. Ну и не так уж редки случаи, когда электрики случайно подключают в щитке вместо нулевого провода – еще одну фазу, выдавая потребителям 400 В вместо 230. Повышенное напряжение вредно всем потребителям без исключения, поскольку ведет к увеличению выделения тепла, перегреву деталей, выходу их из строя и даже воспламенению. 

Можно защитить все электроприборы в доме, установив во входном щитке реле напряжения, но это не решит проблему полностью – при выходе напряжения за установленные рамки оно просто обесточит потребителей. Чтобы защититься от длительных просадок или повышений напряжения, следует ставить стабилизатор. 

Конечно, можно поставить мощный стабилизатор на входе в дом и защитить всю технику скопом, но это будет стоить весьма недешево. Тем более что особой надобности в этом и нет – различные электроприборы по-разному реагируют на повышенное или пониженное напряжение. Вполне возможно, что не всей вашей технике нужна защита стабилизатором.

Защита электроприборов

Холодильники, морозильники и кондиционеры требуют защиты в первую очередь – пониженное напряжение в сети может стать причиной поломки компрессора и дорогостоящего ремонта.

Но еще одна особенность этой техники в том, что многие модели могут выйти из строя при быстром выключении-включении. Дело в том, что при выключении компрессора давление в системе выравнивается в течение некоторого времени (1-3 минуты). Если запустить компрессор раньше, его двигатель будет работать с повышенной нагрузкой (или вообще не сможет запуститься), что может привести к поломке. Современные холодильники и кондиционеры большей частью имеют встроенное реле задержки, но если у вас есть сомнения, или в руководстве указано, что перед повторным пуском следует выждать некоторое время, то стабилизатор обязательно должен иметь функцию задержки запуска минимум на 1 минуту. 

Насосы, как погружные, так и поверхностные также требуют защиты от пониженного/повышенного напряжения и им тоже нужна задержка запуска. При пуске двигатель насоса в течение 1-2 секунд потребляет ток, в несколько раз превышающий номинальный. При этом обмотка двигателя нагревается. При обычном пуске излишки тепла снимаются прокачиваемой водой, но если напряжение в сети пропадает и появляется, то пусковые токи длятся дольше, а двигатель не успевает раскрутиться и прокачать воду. Контактирующая с насосом вода перегревается вплоть до закипания, что приводит к поломке насоса и перегоранию обмоток двигателя. Поэтому стабилизатор, защищающий насосы, должен также иметь задержку запуска в 5-10 секунд.

СВЧ-печь не выйдет из строя при падении напряжения, но эффективность её при этом снизится многократно. Если отвезенная на дачу «микроволновка» перестала греть, не спешите везти её в ремонт – возможно, дело в низком напряжении сети. Стабилизатор легко устранит эту проблему.

Электроника (компьютеры, современные телевизоры, аудиотехника), оснащенная импульсными блоками питания, пониженного напряжения не боится. Обычно это указывается в руководстве или прямо на блоке питания: «INPUT: 100-240 V». Так что, если ваша проблема состоит в пониженном напряжении, стабилизатор такой технике не нужен. Другое дело, если оно повышенное – при длительном воздействии напряжения от 240 В и выше, нагрузка (как тепловая, так и электрическая) на электронику БП сильно возрастает, что довольно быстро приводит к выходу его из строя.

Энергосберегающие лампы (как люминесцентные, так и светодиодные) к пониженному напряжению довольно лояльны, а вот повышенного не любят. Если всплески напряжения в вашей сети не редкость, то их лучше защитить стабилизатором. Тем более что потребляют они немного, и одного недорогого стабилизатора мощностью в 300-500 ВА хватит на освещение частного дома.

Нагревательным приборам, лампам накаливания, электрочайникам, утюгам и прочей подобной технике падения напряжения вообще не опасны – у них просто снизится эффективность. Повышенное напряжение может ускорить их износ, но в целом, напряжение, на 10-20% превышающее номинал, для большинства подобных приборов неопасно. Эти приборы можно включать в «проблемную» сеть без стабилизатора. Правда, это не относится ко многим современным моделям, оснащенным сложными электронными устройствами управления.

Определившись с тем, какие приборы следует защитить, следует определиться с характеристиками стабилизатора.

Характеристики стабилизаторов

Тип стабилизатора напряжения

Релейные стабилизаторы напряжения представляют собой трансформатор с несколькими отводами входной или выходной обмотки, коммутируемыми силовыми реле. 

При нормальном входном напряжении трансформатор работает как разделительный – не повышая и не понижая напряжение. При выходе входного напряжения за установленные границы, электроника включает соответствующее реле, превращая трансформатор в понижающий или повышающий.

Преимущества релейных стабилизаторов:

– Низкая цена.

– Высокая перегрузочная способность – даже самые простые модели выдерживают 200% перегрузки в течение нескольких секунд. Модели же с мощными силовыми реле, рассчитанные на высокие пусковые токи, выдерживают непродолжительные десятикратные перегрузки.

– Малое время переключения – напряжение полностью стабилизируется через 20-100 мс после выхода его за нормальные границы.

Недостатки:

– Ступенчатость регулирования. Трансформатор имеет ограниченное число отводов на обмотке, поэтому изменять напряжение может только ступенчато – по 5, 10, а на недорогих моделях – по 20 вольт на одну ступень регулирования. В целом это для техники неопасно, но на граничных напряжениях частые переключения реле, сопровождающиеся мерцанием ламп накаливания, могут раздражать.

– Шумность. Реле при переключении щелкает довольно громко.

– Износ контактов реле. Основной недостаток этого вида стабилизаторов – опасность прогара или пригара контактов реле. Если в первом случае напряжение на выходе стабилизатора просто пропадет, то второй вариант намного неприятнее. Если пригар случится во время пониженного входного напряжения, то при возврате напряжения в норму, реле останется включенным. Трансформатор продолжит работать, как повышающий и напряжение на выходе станет повышенным! Спокойный за свою электротехнику владелец стабилизатора даже не будет подозревать, что именно в этот момент он сжигает её высоким напряжением. Поэтому не стоит выбирать релейный стабилизатор, если в сети случаются частые перепады напряжения – чем чаще реле срабатывает, тем быстрее снижается его ресурс.

Электромеханические (сервоприводные) стабилизаторы напряжения представляют собой тороидальный трансформатор с передвигающимся над внешней обмоткой токосъемником, контактирующим с обмоткой с помощью угольной щетки. При падении или превышении входного напряжения сервопривод перемещает токосъемник, нормализуя выходное. 

Преимущества электромеханических стабилизаторов:

– Высокая перегрузочная способность – 200% перегрузки в течение 4-х секунд.

– Плавность регулирования.

– Высокая точность регулирования.

– Низкий уровень шума при регулировании.

Недостатки:

– Большое время переключения – токосъемник движется по обмоткам довольно медленно. Чем больше перепад напряжения, тем медленнее стабилизатор его отрабатывает. Это может привести к появлению импульсных помех на выходе стабилизатора, вызывающих сбои в работе электротехники.

– Износ токосъемника. Токосъемник желательно периодически смазывать графитовой смазкой. Но даже своевременная смазка не предотвращает полностью износа трущихся деталей.

– Высокая цена.

Инверторный стабилизатор сделан на основе инвертора – ток сначала выпрямляется, потом, с помощью инвертора, вновь преобразуется в переменный. 

Это позволяет достичь высокой точности регулирования и позволяет добиться полного отсутствия возмущений на выходе. Благодаря отсутствию движущихся контактов, у них низкий уровень шума, ресурс выше и опасности пригара контактов они лишены.

Недостатки инверторных стабилизаторов:

– Недорогие инверторы дают на выходе не чистую синусоиду, а ступенчатую. Некоторые электронные приборы (измерительные приборы, газовые котлы, аудио- и видеотехника) могут начать сбоить или вообще откажутся работать с такой синусоидой.

– Низкая перегрузочная способность. Допускается перегрузка 25-50% от номинала, в течение 1-4 секунд. Для защиты приборов, имеющих высокий пусковой ток, стабилизатор такого типа потребуется брать с большим запасом по мощности.

– Высокая чувствительность к мощным импульсным помехам. Впрочем, в бытовых сетях такие помехи — явление маловероятное.

Ступенчатые электронные стабилизаторы конструктивно схожи с релейными, однако коммутирование обмоток в них производится не с помощью реле, а с помощью мощных полупроводниковых приборов. 

Это позволяет добиться высочайшей скорости регулирования (5-40 мс на переключение) при достаточно низкой цене. Эти стабилизаторы тоже не имеют движущихся контактов, бесшумны и обладают высоким ресурсом. 

Но свои недостатки есть и у этого вида стабилизаторов:

– Низкая перегрузочная способность. Допускается перегрузка 20-40% от номинала, и то весьма непродолжительное время.

– Ступенчатость регулирования.

– Высокая чувствительность к мощным импульсным помехам. Если в сети нередки сильные кратковременные всплески напряжения, прослужит такой стабилизатор недолго.

Необходимая полная выходная мощность стабилизатора рассчитывается исходя из мощностей всех подключенных к нему электроприборов. При подсчете полной мощности следует иметь в виду, что та мощность (в Ваттах), которая приводится в паспорте на электроприбор – это его активная мощность, т.е., выделяющаяся в виде тепла или света.

Нагревательные приборы и лампы накаливания имеют полную мощность, равную активной. Но некоторые потребители, содержащие в себе электродвигатели или трансформаторы, создают вдобавок к активной еще и реактивную нагрузку. Для определения их полной мощности следует активную мощность поделить на коэффициент мощности (cos(φ)), обычно указанный в паспорте на электроприбор. Если найти это значение не удается, можно воспользоваться таблицей:

Полные мощности всех потребителей следует сложить и добавить к получившейся сумме 30% — дело в том, что мощность стабилизатора приводится для напряжения 220В. При выходе напряжения за пределы нормального, мощность стабилизатора падает на 20-30%. Именно это падение и следует компенсировать. 

Но это еще не все – теперь полную мощность каждого потребителя следует помножить на пусковой коэффициент, также взяв его из паспорта или из таблицы. Сумма получившихся чисел (не забываем про 30%) – это пусковая мощность, и перегрузочная способность стабилизатора должна её обеспечивать.

Например, нам следует защитить холодильник мощностью 150 Вт, погружной насос мощностью 500 Вт и линию освещения со светодиодными лампочками суммарной мощностью 500 Вт. Необходимая полная мощность в ВА будет равна:

• 150/0,8=187,5
• 500/0,7=714,3
• 500/0,95=526,3

Суммируем полученные данные и прибавляем 30%. Итого 1857 ВА.

Пусковая мощность будет равна:

• 187,5*3=562,5
• 714,3*7=5000
• 526,3*1,5=790

Также суммируем, прибавляем 30%, получается 8258 ВА. Таким образом, нам нужен стабилизатор на 3000 ВА, способный выдержать перегрузку в три раза больше (релейный с усиленными реле), либо стабилизатор на 4500 ВА, способный выдержать в два раза больше перегрузки (релейный или электромеханический), либо электронный (ступенчатый или инверторный) на 9000 ВА.

Если такой подбор выглядит слишком сложным, то можно просто сложить активные мощности электроприборов (в Ваттах) и подобрать стабилизатор также по активной выходной мощности. Но такой подбор будет грубее: во-первых, этот метод не учитывает индивидуальных особенностей электроприборов, во-вторых, все производители по-разному рассчитывают зависимость полной и активной мощностей. И здесь также следует быть уверенным, что перегрузочная способность стабилизатора поможет ему выдержать пусковую мощность потребителей. 

Разъем для подключения нагрузки может быть в виде клемм, либо в виде розеток. Если стабилизатор планируется использовать для защиты какой-либо линии электропитания (например, осветительной) предпочтительнее разъем в виде клемм.

Если же защищать планируется отдельных потребителей, то удобнее подключать их напрямую в евророзетки (СЕЕ 7), обратите внимание, чтобы количество розеток соответствовало количеству потребителей. 

Некоторые стабилизаторы оснащены компьютерными розетками IEC 320 C13 – как правило, эти стабилизаторы предназначены для защиты персональных компьютеров и учитывают низкий коэффициент мощности этого вида техники.

Задержка запуска, как указывалось выше, может потребоваться для защиты некоторых видов техники, не приемлющих частых включений-выключений: холодильников, кондиционеров, насосов и пр.

Варианты выбора стабилизаторов

Для защиты отдельного маломощного потребителя – газового котла или циркуляционного насоса – будет достаточно стабилизатора полной мощностью до 1000 ВА.

Для защиты электроприборов, наиболее сильно подверженных влиянию пониженного или повышенного напряжения, будет достаточно стабилизатора в 3000-6000 ВА.

С защитой всех домашних электроприборов справится мощный стабилизатор.

Для защиты компьютера и периферии удобно использовать специализированный стабилизатор с компьютерными розетками.

Релейные и электромеханические стабилизаторы обладают высокой перегрузочной способностью и хорошо подходят для защиты электроприборов с высокими пусковыми токами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

инверторный, релейный, электронный или сервоприводный, основные характеристики и особенности

16.09.2019

Чтобы выбрать подходящий стабилизатор напряжения для защиты бытовой техники, сначала важно понять, сколько фаз в электросети вашего дома.

Существуют сети трехфазного и однофазного переменного тока. Трехфазные сети чаще всего используются в электроснабжении промышленных предприятий различных отраслей, реже для объектов бытового сектора, например, частных коттеджей, загородных домов с большим потреблением электроэнергии.

Электроснабжение большинства наших квартир и жилых домов реализовано однофазными электрическими сетями, то есть питающими линиями с одним фазным и нулевым рабочим проводниками, напряжение между которыми составляет 220 В.

К сожалению, далеко не всегда у нас в доме значение напряжения соответствует этому вольтажу. Многие из нас сталкивались с пониженным или повышенным напряжением – его недопустимыми колебаниями, которые являлись причиной поломки или выхода из строя бытовой техники.

В этой статье мы расскажем об однофазных стабилизаторах – устройствах, которые защитят вашу технику от таких негативных последствий. Мы постараемся подробно описать их типы, особенности работы, плюсы и минусы. Ну и, конечно же, посоветуем, как правильно выбрать подходящее устройство.

Особенности однофазных стабилизаторов напряжения

Любой современный стабилизатор напряжения является достаточно сложным высокотехнологичным устройством с автоматическим режимом работы, не требующим никаких вмешательств пользователя.

Как работают?

Однофазные стабилизаторы с трансформаторным преобразованием (релейные, тиристорные, симисторные) имеют общий алгоритм построения защиты нагрузки от некачественного напряжения. Входное напряжение сети поступает на электронную плату управления, где происходит его измерение и сравнение с номинальным значением. При возникновении его недопустимого отклонения блок управления подает сигнал на исполнительный элемент, который корректирует напряжение.

Принципиально по-другому работают стабилизаторы инверторного типа. Преобразование напряжения в них проходит в две стадии: сначала выпрямитель преобразует нестабильное переменное напряжение в постоянное, а затем инвертор снова создает из него переменное напряжение требуемого значения со стабильным синусом.

Читатели, знакомые с принципом действия источников бесперебойного питания (ИБП) топологии online, могут отметить схожесть их работы с инверторными стабилизаторами: постоянное двойное преобразование напряжения, полностью исключающее задержку стабилизации.

Где применяются?

Довольно широкое применение однофазные стабилизаторы нашли в быту, ведь в основном питание квартир и жилых домов однофазное. Кроме того, устройства также эффективно могут применяться для защиты однофазных нагрузок производственных, торговых, складских, офисных или административных помещений.

Сфера их применения во многом определятся выходной мощностью. Так, стабилизаторы мощность до 1000 ВА чаще всего используются локально, то есть для защиты одного или нескольких электроприборов. Для магистрального использования в быту и питания нагрузок с высокими пусковыми токами подойдут устройства мощностью 1500-10000 ВА.

Как показывает практика, для защиты электроприборов квартиры или частного дома в среднем бывает достаточно стабилизатора мощностью 5000 ВА, используемого в качестве магистрального. Для мощного однофазного оборудования промышленных предприятий предполагается использование устройств мощностью до 100 кВА.

Как подключаются?

Известно, что любая однофазная электрическая цепь состоит всего из двух рабочих проводников (фазного L и нулевого N) и одного защитного заземляющего (PE). Поэтому для подключения однофазного стабилизатора (если говорить о мощном устройстве) достаточно присоединить эти проводники питающей сети к его входными клеммам на корпусе, а защищаемый электроприбор подключить к выходным клеммам, разумеется, не забыв о проводнике заземления.

Подключение маломощных стабилизаторов к сети еще более простой процесс, который не требует каких-то специальных знаний и выполняется обычным включением вилки в розетку. Аналогичным штепсельным соединением подключается и защищаемый электроприбор – к розетке, расположенной на панели стабилизатора.

Очевидно, что все однофазные стабилизаторы предназначены для защиты однофазных электроприборов. Однако это не говорит об их возможности работы лишь в однофазных сетях. Существует множество примеров организации защиты однофазных электроприборов в трехфазных сетях с помощью однофазных стабилизаторов.

Устройства при этом могут работать как магистральные (коррекция и стабилизация напряжения всей сети дома), так и локальные (защита только некоторых электроприборов). Ограничением на использование однофазных стабилизаторов в трехфазной сети может быть только наличие хотя бы одной трехфазной техники (например, электроплиты). Для ее корректной защиты должен применяться только трехфазный стабилизатор.

Типы однофазных стабилизаторов напряжения

Один из важных факторов при выборе стабилизатора – это его тип. По внутреннему устройству и принципу работы различают несколько типов однофазных стабилизаторов напряжения.

Электромеханические стабилизаторы

Преобразование и коррекция напряжения в них выполняется автотрансформатором тороидальной формы. Поступающее на автотрансформатор напряжение сети контролируется электронной схемой, которая при его отклонении подает управляющий сигнал на электродвигатель (сервопривод).

Сервопривод – это электродвигатель, который приводит в движение токосъемные графитовые щетки: они скользят по виткам катушки автотрансформатора и снимают вторичное напряжение. Очевидно, что разное количество задействованных витков обмотки автотрансформатора при размещении щеток в определенных его сегментах даст разный коэффициент трансформации, понижая или повышая напряжение сети до значения нормы.

Рисунок 1 – Схема электромеханического стабилизатора напряжения

Преимущества	Недостатки
Высокая точность стабилизации (благодаря возможности снять напряжение с любого витка обмотки). Плавность регулировки. Высокий КПД. Стойкость к перегрузкам. Невысокая стоимость.	Подверженность к механическим поломкам и износу узла сервопривода, необходимость проведения регулярного обслуживания, замены токосъемных щеток. Низкая скорость реагирования на отклонение напряжения в сети.

Релейные стабилизаторы

Преобразование напряжения в этих устройствах выполняется также автотрансформатором. Принципиальное их отличие от электромеханических состоит в способе передачи вторичного напряжения. В релейных стабилизаторах снятие вторичного напряжения выполняется не с витков катушки, а через выводы (отпайки от обмотки), каждому из которых соответствует свой коэффициент трансформации. На каждом таком выводе установлены силовые реле, которые переключают питание подключенных приборов на определенную секцию обмотки, в зависимости от уровня входного напряжения.

Рисунок 2 – Схема релейного стабилизатора напряжения

Преимущества	Недостатки
Отсутствие сервопривода и подвижной контактной системы. Высокая скорость стабилизации. Высокая надежность работы. Широкий диапазон рабочих температур. Небольшая стоимость.	Низкая точность коррекции выходного напряжения. Ступенчатость регулирования. Возможно кратковременное пропадание напряжения при переключении реле.

Электронные стабилизаторы

Принцип их работы во многом схож с релейными устройствами. Основным отличием между ними является способ коммутации выходного напряжения с отводов автотрансформатора. Применение электронных силовых ключей вместо реле и дало название стабилизаторам этого типа. В зависимости от используемых полупроводниковых ключей различают симисторные и тиристорные устройства.

Рисунок 3 – Схема электронного стабилизатора напряжения

Преимущества	Недостатки
Высокое быстродействие. Неплохая плавность регулирования на выходе (достигается увеличением количества силовых ключей – уменьшением диапазона напряжения ступеней). Точность коррекции. Бесшумность работы. Надежность в эксплуатации (полное отсутствие механических устройств и узлов исключает вероятность поломок и износа деталей). Способность работать при отрицательной температуре.	Невысокая стойкость к перегрузкам (при значительном превышении мощности нагрузки возможен выход силовых ключей из строя). Высокая стоимость.

Инверторные стабилизаторы

В настоящее время эти стабилизаторы по праву считаются наиболее совершенными. Используя передовой бестрансформаторный способ двойного преобразования напряжения, эти устройства превосходят аналоги других типов по всем техническим характеристикам.

Технология двойного преобразования предполагает две стадии преобразования переменного тока. Переменное напряжение сети, проходя через частотный фильтр, преобразуется выпрямителем в постоянное и скапливается на пластинах конденсаторов. Далее постоянное напряжение преобразуется инвертором в переменное с эталонным показателем напряжения, частотой и формой сигнала.

Используемая технология полностью исключает влияние негативных явлений в питающей сети на выходное напряжение, обеспечивая качественное электропитание, подходящее для любой нагрузки.

Рисунок 4 – Схема инверторного стабилизатора напряжения

Преимущества	Недостатки
Высочайшее быстродействие. Высокая точность стабилизации. Идеальная синусоида на выходе даже при значительно модифицированной на входе. Полное подавление коммутационных, импульсных и высокочастотных помех. Широкий диапазон входного напряжения. Высокий КДП.

Характеристики однофазных стабилизаторов

Скорость стабилизации	Важнейший для любой нагрузки параметр. Это промежуток времени, в течение которого стабилизатор при колебаниях напряжения в сети откорректирует его значение на выходе до нормального. Лучшими показателями быстродействия обладают инверторные устройства, у которых полностью отсутствует время задержки реагирования на скачки напряжения (0 мс).
Диапазон рабочего напряжения	Не менее важная техническая характеристика, определяющая верхний и нижний пороги напряжения в сети, при которых возможна работа стабилизатора. Подбирается в соответствии с возможными отклонениями напряжения в сети.
Точность работы	Качественная характеристика, показывающая насколько точно устройство регулирует входное напряжение, то есть способность стабилизатора максимально приблизить значение выходного напряжения к номинальному.
Конструктивное исполнение и способ установки	Существуют устройства напольной и настенной установки, а также вертикального, горизонтального и универсального исполнения (Rack/Tower).
Набор защит	Наличие функций защитного отключения при выходе значения напряжения за пределы рабочего диапазона, возникновении токовых перегрузок в цепи питания нагрузки, недопустимого нагрева трансформатора и др.
Мониторинг и индикация	Функции, позволяющие отображать и анализировать работу стабилизатора, а также осуществлять удаленное управление, мониторинг процесса стабилизации. Стандартные средства индикации – светодиоды и/или ЖК-дисплей, отображающие текущий статус работы устройства и значения параметров стабилизации. Для организации удаленного управления и мониторинга работы современные модели стабилизаторов могут быть оснащены различными коммуникационными интерфейсами, поддерживающими наиболее востребованные протоколы передачи данных.
Мощность стабилизатора	Ее следует выбирать в соответствии с мощностью подключаемых электроприборов и с некоторым запасом. Только таким образом можно обеспечить качественную работу устройства. Выбор стабилизатора существенно завышенной мощности также нежелателен из-за необоснованно высоких финансовых расходов и неоправданно больших габаритных размеров устройств. Вполне разумный и рекомендуемый производителями резерв по мощности составляет треть от суммарной мощности подключаемых устройств. Кроме этого, необходимо учитывать и характер нагрузки. При наличии электроприборов с большой реактивной составляющей потребления, например, электродвигателей с высокими пусковыми токами, превышающими номинальные в несколько раз, резерв по мощности целесообразно увеличить.

Какой тип стабилизатора выбрать?

Правильный выбор однофазного стабилизатора напряжения предполагает руководствоваться типом устройства и необходимой мощностью. Эти факторы в свою очередь определяются видом нагрузки, характером проблем электрической сети (длительностью, величиной отклонения напряжения, частотой, искаженностью формы сигнала) и суммарной мощностью подключаемого оборудования.

Однофазный стабилизатор каждого из указанных типов имеет свои особенности технических характеристик, от которых зависят эффективность защиты и надежность эксплуатации подключенных электроприборов.

Применение электромеханических устройств возможно в сетях с продолжительными колебаниями напряжения (допустимо с большой амплитудой). Интенсивность режима работы сервопривода при кратковременных и частых скачках напряжения приводят к скорому износу щеток и сокращению его рабочего ресурса.

Кроме того, низкая скорость коррекции сервоприводных устройств при частых скачках напряжения не позволяет применять их для защиты чувствительной к питанию техники. Неплохим бюджетным решением будет использование сервоприводных стабилизаторов для защиты нетребовательной к питанию нагрузки, например, нагревательных или осветительных приборов.

Отличаясь гораздо большим быстродействием, устройства релейного типа более предпочтительны для применения в сетях с нестабильным напряжением. Однако ступенчатость и низкая точность коррекции также исключает возможность их использования для защиты требовательной к качеству электропитания нагрузки. Интенсивный режим работы в сетях с постоянными колебаниями напряжения, сопровождаемый частыми срабатываниями электромеханических реле способствует быстрому их износу и выходу из строя. Поэтому в сетях с плохими показателями качества электроэнергии от использования стабилизаторов этого типа стоит отказаться.

Надежную защиту способны обеспечить устройства электронного типа. Они выигрывают по показателях быстродействия и коммутационной стойкости у вышеперечисленных устройств и подойдут для работы в сетях с частыми колебаниями напряжения большой амплитуды для защиты практически любой техники. При покупке такого стабилизатора важно обращать внимание на количество полупроводниковых ключей в его схеме, определяющее количество ступеней переключения, а, следовательно, и точность стабилизации – приближенность значения выходного напряжения к номинальному.

Лучшая рекомендация для достижения максимально высокого уровня защиты и надежности эксплуатации любой нагрузки – это применение инверторных стабилизаторов. Превосходя аналоги других типов по всем техническим характеристикам, эти устройства гарантированно обеспечивают защиту самого ответственного оборудования, даже в сетях с крайне низким качеством напряжения. Устройства успешно справляются с эффективной защитой самого электрочувствительного оборудования – компьютеров и периферийных устройств, автоматики отопительных котлов, серверного, измерительного и медицинского оборудования.

Ознакомиться с модельным рядом однофазных инверторных стабилизаторов «Штиль».

Видеообзор инверторных стабилизаторов напряжения «Штиль»

Стабилизаторы напряжения. Виды и устройство. Особенности

Многие люди знают, что такое перебои и скачки напряжения в электрической сети. Одно дело, когда от этого просто мигают лампочки, и могут сгореть. А другое дело, когда от перепадов напряжения сгорит стиральная машина или холодильник. Это существенно ударит по семейному бюджету. Импортная бытовая техника не рассчитана на такие скачки напряжения, которые часто происходят в отечественных сетях. Чтобы защитить себя от риска возникновения неисправностей в домашних бытовых устройствах, необходимо обзавестись стабилизатором напряжения, который выбирается по суммарной мощности устройств, которые будут работать в вашей домашней сети.

Разновидности

Стабилизаторы напряжения – это приборы, которые выравнивают величину напряжения питания до тех параметров, которые соответствуют стандартным значениям, а также очищают напряжение от высокочастотных помех. Вид стабилизатора определяет тип основного встроенного механизма, который выполняет функции стабилизатора.

Стабилизаторы напряжения делятся на два основных вида:

1. Накапливающие.
2. Корректирующие.

Первый вид стабилизаторов в настоящее время не используется, так как они имеют большие размеры. Ранее они использовались в сфере производства, а не в бытовых условиях. Стабилизаторы напряжения накапливающего действия функционируют с помощью накопления электрической энергии в емкости, и далее получают от этой емкости необходимый электрический ток с нужными параметрами. По аналогичному принципу работают источники бесперебойного питания.

Корректирующие стабилизаторы напряжения чаще всего включают в себя блок управления. Он реагирует на перепады напряжения в одну или другую сторону, и при этом подключает соответствующую обмотку трансформатора. Корректирующие стабилизаторы нашли широкое применение в бытовых условиях.

Они в свою очередь разделяются на несколько видов:

• Релейные.
• Электронные (тиристорные).
• Феррорезонансные.
• Электромеханические.
• Инверторные.
• Линейные.

Конструктивные особенности и работа

Корректирующий тип стабилизаторов стал наиболее популярным в быту.

Релейные стабилизаторы напряжения

Стали наиболее популярными, ввиду их невысокой стоимости и качества работы. Основным достоинством релейных стабилизаторов является их быстродействие. Они очень быстро срабатывают при изменениях напряжения, и возвращают его величину в стандартные пределы, осуществляя этим защиту бытовых устройств.

Из недостатков можно отметить, что при срабатывании реле возникает резкий скачок напряжения величиной 5-15 вольт, в зависимости от фирмы изготовителя. Для бытовой техники такой скачок не окажет негативного влияния, однако освещение при этом будет мигать заметно. Поэтому при работе релейного стабилизатора иногда наблюдается моргание ламп накаливания, в то время, как энергосберегающие и люминесцентные лампы на это не реагируют.

Как и в других видах стабилизатора, основным элементом релейной модели является силовой трансформатор и блок управления на полупроводниковых элементах. Электронный блок стабилизатора выполнен в виде мощного микроконтроллера, который анализирует напряжение на входе и выходе. В результате он вырабатывает сигналы управления для силовых реле или ключей. Микроконтроллер при создании напряжения управления учитывает время срабатывания силовых реле и ключей. Это дает возможность выполнять коммутацию цепей без их разрыва. В итоге форма графика выходного напряжения становится идентичной входной форме напряжения.

Электронные стабилизаторы напряжения

Тиристорные стабилизаторы работают по принципу, который основан на автоматической коммутации разных обмоток трансформатора силовыми ключами в виде тиристоров. Такой принцип похож на действие релейных приборов. Отличие релейных стабилизаторов состоит в том, что у них нет механических контактов, имеется большее количество ступеней выравнивания напряжения и высокая точность работы 2-5%.

Электронные приборы не создают шума в доме, так как отсутствуют механические реле. Их заменяют электронные ключи. Тиристорные стабилизаторы работают с большим КПД.

При практическом применении электронные модели показали себя чувствительными устройствами, на которые отрицательно влияет перегрев. Отечественные производители выпускают чаще всего именно такой вид стабилизаторов.

Самым серьезным недостатком тиристорных моделей является их высокая стоимость. Гарантийный срок работы практически всех видов стабилизаторов находится в пределах 1-3 лет, в зависимости от фирмы изготовителя.

Феррорезонансные 

Их действие основывается на изменении величины индуктивности катушек, имеющих металлический сердечник, при изменении тока. Последовательно с первичной обмоткой трансформатора подключают емкость С1. Она совместно с первичной обмоткой образует резонансный контур, который настроен на частоту сети, равную 50 герц.

Величина конденсатора зависит от мощности трансформатора. При мощности трансформатора до 60 ватт, конденсатор применяют величиной до 12 мкФ. Чтобы создать значительную мощность стабилизатора, используют дроссель насыщения.

При небольшом сетевом напряжении по дросселю проходит малый ток, и индуктивность дросселя большая. Основная часть тока протекает по параллельно подключенному конденсатору. При этом суммарное сопротивление этой цепи имеет емкостный тип.

Конденсатор компенсирует некоторую часть индуктивного сопротивления катушки трансформатора. При этом ток катушки повышается. Выходное напряжение трансформатора также увеличивается. Это характерно для эффекта резонанса напряжений.

При увеличении напряжения, ток дросселя также повышается, а его индуктивность падает. Величина емкости рассчитывается так, чтобы в контуре дроссель – конденсатор наступил резонанс, при котором сопротивление этого контура было бы наибольшим, а ток, приходящий из сети питания на трансформатор – наименьшим.

При увеличении напряжения сети увеличивается сопротивление контура до момента резонанса. Это дает возможность стабилизироваться напряжению на трансформаторе при больших перепадах напряжения.

Достоинством феррорезонансных приборов является надежность и простота. Недостатком является значительная зависимость напряжения на выходе прибора от частоты тока и искажение формы напряжения. Также, стабилизаторы с насыщенными сердечниками катушек обладают большим магнитным рассеянием. Это отрицательно влияет на функционирование окружающих устройств и на человека.

Электромеханические стабилизаторы напряжения

Принцип действия такого прибора довольно простой. Щетки из графита при перепадах напряжения передвигаются по катушке трансформатора, тем самым регулируется и подстраивается выходное напряжение.

В первых образцах электромеханических стабилизаторов для передвижения щеток использовался ручной способ (переключателем). Пользователь должен был постоянно контролировать показания индикатора напряжения.

В новых моделях приборов эта функция выполняется автоматически небольшим моторчиком, который при перепадах напряжения передвигает щетку по обмотке трансформатора.

Преимуществами таких стабилизаторов является простота и надежность устройства, повышенный КПД. Из недостатков можно отметить малое быстродействие при перепадах напряжения, а также быстрый износ механических деталей. Поэтому электромеханический вид стабилизатора требует постоянного обслуживания в виде контроля и замены щеток.

Инверторные стабилизаторы напряжения

Преобразуют постоянный ток в переменный, а также выполняют обратное действие, то есть, преобразуют переменный ток в постоянный с помощью микроконтроллера и кварцевого генератора.

Из достоинств инверторных стабилизаторов можно выделить малый шум при работе прибора, компактные размеры и широкий интервал входных рабочих напряжений, который колеблется в пределах 115-290 вольт.

Недостатком инверторных образцов является высокая стоимость, в отличие от многих других видов стабилизаторов.

Линейные

Выполнены в виде делителя напряжения. Нестабильное напряжение подается на вход такого устройства, а выровненное напряжение выходит с нижнего плеча делителя. Выравнивание выполняется изменением сопротивления плеча делителя напряжения. При этом величина сопротивления поддерживается такой величины, при которой выходное напряжение прибора было в определенных пределах.

При значительном отношении величин выходного и входного напряжений линейный стабилизатор обладает пониженным КПД, так как значительная часть мощности рассеивается в тепло на элементе настройки. Поэтому регулятор напряжения обычно монтируют на теплоотводящем радиаторе для возможности рассеивания тепла.

Достоинством линейного прибора является отсутствие помех, простота конструкции и малое число деталей. Недостатком является малый КПД, большое выделение тепла.

На что необходимо обратить внимание при выборе стабилизатора

• Способ монтажа. Он бывает настенным, с горизонтальной или вертикальной установкой (для стационарных приборов). Может устанавливаться рядом с устройством, для которого он приобретается.
• Точность работы, входное и выходное напряжение. Эта характеристика зависит в основном от параметров входного напряжения. Лучше выбрать наименьший показатель точности прибора от 1 до 3%, при напряжении 220 вольт.
• Мощность стабилизатора выбирается не только мощностью подключаемого электрического устройства. К этой величине добавляется определенный резерв мощности. Для всей квартиры этот запас должен быть в пределах 30%.
• Число фаз сети питания (однофазная или трехфазная сеть).

• Быстродействие (время реакции на перепады напряжения), в миллисекундах.

• Защита стабилизатора. Дорогие образцы приборов чаще всего оснащены защитными системами, которые предохраняют стабилизатор от коротких замыканий, резких изменений напряжения и других отрицательных явлений.
• Габаритные размеры прибора и его шумность при функционировании.
• Стоимость. Профессионалы не рекомендуют покупать дешевые китайские подделки, так как не стоит экономить на качестве стабилизатора. Качественный прибор не должен стоить дешево. Лучше приобрести отечественную модель, или прибор европейского производства.
• Гарантийный срок играет большую роль при выборе любого устройства. Если прибор китайский, то вряд ли на него будет какая-то гарантия. Стабилизаторы, приобретенные в специализированных торговых точках можно за время гарантийного периода бесплатно обменять при возникновении неисправности или обнаружения брака.

Наибольшую трудность обычно вызывает при выборе прибора его мощность. Кроме активной составляющей мощности, которую расходуют бытовые устройства, некоторые из них обладают реактивной составляющей мощности. Она появляется при наличии индуктивности (если в устройстве имеется мощный электрический мотор). При его запуске ток повышается в несколько раз. Если выбрать стабилизатор без учета этой реактивной составляющей мощности, то он может не справиться с высокой нагрузкой при запуске устройства, имеющего электродвигатель.

Другим фактором, который значительно влияет на выбор стабилизатора, является коэффициент трансформации, который равен нулю, если стабилизатор функционирует в идеальных условиях. То есть, на вход поступает ровно 220 вольт, и выходит точно такая же величина к потребителю. А если стабилизатору приходится выравнивать напряжение, то мощность снижается.

Похожие темы: