Типы стабилизации. Грамотный выбор стабилизатора напряжения

Выпускаемое сегодня промышленное и бытовое электрическое оборудование проектируется производителями с характеристиками, соответствующими международным и государственным стандартам электропитания. Российский стандарт (ГОСТ 13109-97) регламентирует бытовое электропитание по напряжению (220 В ± 5% с предельным отклонением ± 10%), частоте (частота 50 ± 0,2 Гц с предельным отклонением ± 0,4 Гц) и коэффициенту несинусоидальности (до 8 % с предельным отклонением до 12%).

Практически все производимое в мире оборудование и электроприборы бытового назначения согласуется с этими параметрами. Но по вполне объективным причинам (техническое несовершенство отечественных электросетей, устарелость большинства используемых в них приборов и оборудования) соблюдение ГОСТа часто проблематично, что приводит к сетевым искажениям, крайне губительно влияющим на работу электроприборов (стиральные машины, компьютеры, холодильники, микроволновые печи, насосы, электрокотлы, системы охраны и т.п.).
Избавиться от возможных финансовых потерь, обусловленных поломкой электрооборудования, можно с помощью включения стабилизаторов, последовательно между токоприемником, бытовым прибором и питающей электрической сетью. Требования к регулируемым стабилизаторам определяются тем же ГОСТ 13109-97 "Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения".

Какие бывают стабилизаторы напряжения?

Стабилизаторы напряжения (СН) по принципу действия делят на: ступенчатые, феррорезонансные, электромеханические, стабилизаторы с подмагничиванием трансформатора, системы с двойным преобразованием энергии и высокочастотные транзисторные регуляторы. Причем системы с двойным преобразованием энергии и высокочастотные транзисторные регуляторы не доступны пока пользователям и пока находятся в стадии разработки, а стабилизаторы с подмагничиванием трансформатора ограничены по диапазону регулировки и имеют значительный коэффициент несинусоидальности, что не делает их конкурентоспособными другим типам стабилизаторов напряжения.

Релейные стабилизаторы

Устаревшие типы стабилизаторы

В советское время выпускались и другие типы стабилизаторов, которые впоследствии видоизменились. СН, как правило, выпускались с линейным сопротивлением в виде выделенного ненасыщенного дросселя, а также с магнитным шунтом. Стабилизаторы с магнитным шунтом, например, отличались от регуляторов переменного напряжения сети с линейным дросселем тем, что в них в качестве линейного сопротивления используется индуктивность рассеяния магнитного потока на пути от первичной ко вторичной обмотке.
Эта индуктивность усиливается при помощи внешнего или внутреннего магнитного шунта, создающего благоприятные условия для замыкания через него магнитного потока рассеяния, минуя вторичную обмотку автотрансформатора. СН этого типа, так же как и устройства с линейным сопротивлением, имеют те же элементы схемы - нелинейное звено в виде параллельного феррорезонансного контура, компенсационную обмотку и фильтр высших гармонических составляющих.

На сегодняшний день производится большое множество стабилизаторов напряжения самых разных типов и видов, которые предназначены для работы в сетях с нестабильным напряжением. Каждый вид стабилизаторов обладает уникальными и свойственными ему особенностями, которые обязательно следует учесть в процессе выбора. Ниже будут рассмотрены основные типы стабилизаторов напряжения.

1. Типы стабилизаторов напряжения по принципу работы

1.1. Электронные (симисторные, тиристорные)

Электродинамические: однофазные 220/230/240В, трехфазные 380/400/415В, трехфазные (среднее второе напряжение) 6кВ, 10кВ;

Релейные: однофазные 220В;

Феррорезонансные: однофазные 110/120/220/230/240В, трехфазные 380/400/415.

3. Диапазон мощности по видам стабилизаторов напряжения

Электронные: однофазные 2 – 30кВА, трехфазные 10 – 500 кВА;

Электродинамические: однофазные 0,3 – 135кВА, трехфазные 5 – 6000кВА;

Релейные: однофазные 1 – 15кВА;

Феррорезонасные: однофазные 0,1 – 15кВА, трехфазные 5 – 100кВА.

4. Заключение

Во внимание не принимались производители китайского происхождения, которые массово поставляют в Украину электродинамические и феррорезонансные стабилизаторы низкого качества.

Для бытового применения хорошо подходят стабилизаторы электронного, электродинамического и релейного типов. Однако стоит помнить, что для электродинамических и релейных стабилизаторов лучше выделять отдельное помещение, поскольку при работе устройства излучают незначительный шум. Также обратите внимание на то, что релейные устройства лучше применять там, где нет частых и сильных просадок электрической сети, а также нагрузок больше 7 – 8 кВт.

Для промышленного применения идеально подходят стабилизаторы электродинамического типа, которые выдерживают большие пиковые нагрузки, а также имеют плавное регулирование и множество дополнительных опций, в т.ч. удаленный мониторинг и управление. Электронные стабилизаторы также хорошо подходят для промышленных установок , где допускается незначительная погрешность напряжения и отсутствуют значительные пусковые токи.

По вопросам консультирования и подбора оборудования обращайтесь к менеджерам по продукции, а также рекомендуем воспользоваться удобным инструментов по выбору стабилизаторов напряжения из нашего каталога.

Типы стабилизаторов напряжения по принципу работы

Принцип работы релейного стабилизатора напряжения, тиристорного и латерного

В статье рассказывается о том, как устройство стабилизатора напряжения влияет на его работу, обсуждаются виды стабилизаторов напряжения по типу и характеристикам, приводятся несколько примеров, относительно рекламных трюков производителей, а так же приводится принцип работы стабилизатора напряжения любого типа.

Из представленных на Российском рынке лучших стабилизаторов напряжения, можно выделить четыре основные группы по принципу действия, такой вот, своеобразный рейтинг стабилизаторов напряжения:

Типы стабилизаторов напряжения

Учимся выбирать лучшие стабилизаторы напряжения, учитывая целый ряд характеристик.

выбор стабилизатора напряжения

Магазины электроники наперебой предлагают защитные стабилизаторы для дома разных видов. Выбрать лучший стабилизатор напряжения, среди такого количества, довольно затруднительная задача, но возможная. Лучшим будет тот, который решит проблемы Вашей сети, будет надежным и долговечным.

Топ стабилизаторов напряжения по многим параметрам возглавляют Отечественные марки защитных устройств.

Рейтинг стабилизаторов напряжения для дома включает модели тиристорых устройств, латерных (электромехагических) и релейных. Можно с уверенностью сказать, что стабилизаторы напряжения российского производства с ключами на мощных, современных, электронных реле и контакторах по комплексу параметров являются лучшими. По "живучести", вне конкуренции. Тест стабилизаторов напряжения, выявляет слабые и сильные стороны схемотехники каждой модели.

Чтобы, понять какой вид стабилизаторов достоин внимания, рассмотрим из чего состоит любой из них.

Устройство стабилизатора напряжения

• Автотрансформатор
• Электронная управляющая схема
• Замыкающие ключи - реле, тиристоры (симисторы), латр

Хорошее знание устройства прибора подскажет, какой стабилизатор напряжения лучше из тех, что предлагают в магазине.

Автотрансформаторы устанавливают медного типа и алюминиевого. В дешевых стабилизаторах ставят алюминиевые, в качественных медные.

Электронная управляющая схема у стабилизаторов различных торговых марок индивидуальная, у некоторых уникальная. Из-за управляющей схемы, регуляторы, относящиеся к одному типу, например, релейные стабилизаторы разных производителей, выполняют свои функции НЕ ОДИНАКОВО. Качественно отличаются друг от друга.

Принципиальная схема стабилизатора напряжения определяет алгоритм замыкания ключей и вносит довольно существенные различия в работе между двумя идентичными по типу стабилизаторами от разных производителей.

Замыкающие ключи определяют тип стабилизатора по способу коммутации.

По быстродействию стабилизаторы напряжения подразделяются на электронные и электромеханические.

Скорость срабатывания электронных стабилизаторов напряжения составляет 10-20 м.с. к ним относятся тиристорные модели и современные релейные. Электронный стабилизатор напряжения предпочтительнее электромеханического типа.

К электромеханическим стабилизаторам относятся модели латерного типа, скорость срабатывания замыкающих ключей у которых, может достигать 50 м.с.

Обзор стабилизаторов напряжения

Самые востребованные типы стабилизаторов напряжения ступенчатого и плавного регулирования с ключами на тиристорах (симисторах), реле и латерах.

Обзор феррорезонансных стабилизаторов напряжения

Один из самых старых типов стабилизаторов, был в Советском Союзе у наших дедушек и бабушек.

В настоящее время применятся редко из-за целого ряда существенных недостатков.

Недостатки:

• Высокая шумность
• Узкий диапазон входного напряжения (176-256В;)
• Искажение синусоидальности выходного напряжения
• Выдает большие помехи в сеть
• Большие габариты
• Ограничения по нагрузочной способности (недопустимость работы на холостом ходу и нагрузках менее 20%)
• Недопустимость перегрузки
• Ограничения по COS (F) нагрузки;

Преимущества:

Обзор латерных стабилизаторов напряжения

Сервоприводные (латерные) стабилизаторы напряжения с плавным регулированием (высокой точности, те самые 3-1 %), для коммутации используют латер. Приборы в основном изготавливаются на основе автотрансформаторов с серводвигателями - латр.

Преимущества:

• Широкий диапазон;

Латерный тип - самые дешевые стабилизаторы напряжения. На Российском рынке в большом кол-ве представлены модели Китайского, Тайваньского, Отечественного производства.

Недостатки:

• В режиме стабилизации теряет мощность
• Характеризутся низкой нагрузочной способностью, в паспорте любого из этих стабилизаторов, найдете шкалу, где указано, что в режиме стабилизации теряют 50% мощности.
• Фактически, покупая латрный стабилизатор напряжения мощностью в 5 квт, получаете только 2,5 квт.
• Большие ограничения по скорости регулирования - очень медленные
• Недолговечные. Выходит из строя моторчик. Токосъемное колесо - слабое место. Качество латерных стабилизаторов оставляет желать лучшего.
• Требуется регулярное обслуживание
• Высокая шумность
• Не выносят перегрузок. Горят часто и ломаются
• Большая масса
• ольшие габариты
• Ненадежные
• Опасные

Обзор релейных стабилизаторов напряжения

Принцип работы релейного стабилизатора напряжения основывается на использовании высококачественных надежных реле и контакторах. Реле и контакторы - это самые популярные компоненты любой техники от бытовой до промышленной. Почему так? Да потому что они недороги по себестоимости, недороги в ремонте, ОЧЕНЬ надежны и долговечны, если спроектированы правильно и произведены не кустарно, а промышленно. Релейные стабилизаторы напряжения самые массовые и популярные. Цена за изделие вполне приемлемая, а ремонт весьма недорог. Они надежнее и долговечнее из представленных типов, и выпускаются дольше всех. Фавориты по соотношению качества, функциональных возможностей и цены.

Преимущества:

• Характеризуются малым временем регулирования 10-20 м.с.
• Не создают никаких искажений синусоиды и не излучают радиопомех, не дает "шумов" в сеть
• Релейные структуры, изначально, ничего не искажают и не вносят радиопомех, идеальный коммутационный ключ .
• Реле отлично справляются с перегрузками, недаром вся авиационная и машиностроительная техника работает на реле и контакторах, а не на тиристорах. Реле - "рабочая лошадь всего автопрома". Если реле качественные, спроектированы и расчитаны правильно, вы не станете частым посетителем гарантийной мастерской.
• Стабилизаторы напряжения для дома релейного типа целесообразно использовать для 98% техники, включая элитную аудио-видео технику, опять же, по причине, отсутсвия каких - либо искажений.
• Релейные стабилизаторы - имеют самые компактные размеры среди других типов, так как реле не нуждаются в охлаждении, радиаторы и вентилляторы не применяется, поэтому габариты умеренные.
• Небольшой вес, в сравнении среди други видов
• Увеличенный ресурс работы
• Диапазон может быть любой
• Работают при минусовой температуре

Недостатки:

Недостатков, как таковых нет.

Но, качество релейного стабилизатора напряжения сильно зависит от надежности реле.

Рабочие характеристики, так же, очень сильно зависят от микропроцессора схемы, который управляет замыканием и размыканием реле, устанавливает алгоритм работы всего устройства.

В общем, все зависит от "мозгов" стабилизатора.

У всех производителей электрические управляющие схемы разные.

Два релейных стабилзатора от разных производителей работают НЕ одинаково.

Правильно спроектированный релейный стабилизатор напряжения, много лет не доставит ни забот ни хлопот.

Стабилизаторы «Норма М» имеют безобрывную коммутацию, т.е. переключение обмотки происходит без обрыва фазы. Проверяется элементарно мультиметром (вольтметром) в момент переключения ступени просадки напряжения до нуля нет, обрыва фазы нет. Из отечественных компаний с такой характеристикой мы ЕДИНСТВЕННЫЕ. Для техники любой бытовой и профессиональной, безобрывная коммутация большой плюс.

Обзор тиристорных стабилизаторов напряжения

Тиристорные стабилизаторы напряжения, свое распространение получили сравнительно недавно, как только обнаружилось, что на этих элементах проще всего делается любая точность.

Производят тиристорные стабилизаторы напряжения многие предприятия, как зарубежные, так и Отечественные из-за простоты, быстроты сборки и настройки, не афишируя, однако, крупных недостатков в их принципе действия. Для тех, кто не знает или путает, симисторы - это вид тиристоров с симметричной структурой прибора.

Преимущества:

• Характеризуются малым временем регулирования
• В режиме стабилизации мощность не теряют. Четко выдерживают паспортные характеристики, т.е. в момент стабилизации выдерживают в точности только то, что написано в паспорте
• Высокая точность регулирования. Производители добиваются этого большим количеством переключающих ступеней

Сомнительный плюс высокой точности регулирования и средства ее достижения уже обсуждались не раз.

Плюс сомнительный потому, что на самом деле, аппаратуре абсолютно все равно будет ли в сети ± 3%, ± 7% или ± 10%, а, тем более, ±0,5%.

Нормальным напряжением бытовой сети считается Гостовский диапазон 220в ± 10%. Любые значения в диапазоне между 198 вольт - 244 вольт - ЭТО АБСОЛЮТНО НОРМАЛЬНО. 98% электробытовых устройств стабильно и без сбоев работает в этом диапазоне. Очень редко попадаются изделия, требующие более точную стабилизацию, чем ГОСТ. На моей памяти есть котел какой - то, название не помню. Но если вы, по загадочной причине, мечтаете иметь именно этот котел, тогда придется раскошелится на высокоточный стабилизатор-). Проще котел выбрать другой.

Корректная работа бытовой техники рассчитана на напряжение ГОСТ 220 ± 10%. Дорогие покупатели, не забивайте себе голову точностью регулирования. Она только на Ваш кошелек влияет, а на работу техники НЕТ.

Когда выяснилось, что на тиристорах можно делать любую точность, тогда и случился бум тиристорных стабилизаторов. Производители продают тиристорные модели гораздо дороже, придумывая небылицы, что высокая точность жутко необходима для Вашей аппаратуры. В принципе, больше, ничем таким выдающимся тиристорные стабилизаторы не обладают. Стоят дорого, ремонт дорогой, размеры огромные, шумные из-за активного охлаждения, боятся перегрузок любого типа, сильно греются.

Фактор точности регулирования напряжения влияет только на тесты в лабораторных условиях, на технику, у которой в паспорте написано требование высокой точности стабилизации сети (некоторые медицинские приборы и измерительная аппаратура лабораторного типа). В бытовом применении высокая точность, просто, не нужна, ей нет применения.

В общем - это просто психологический фактор, раскрученный рекламный трюк "чем точнее, тем лучше", который позволяет продавать изделия дороже.

Что касается точности, тут есть еще один подводный камень, о который можно и запнуться.

Человек не посвященный в основы принципиальной схемы стабилизаторов не знает, что точность достигается за счет большого количества переключающих ступеней. Да, тиристоры позволяют сделать большое количество ступеней и много шагов, но, что кроется за этими шагами? Многие удивляются, что, купив дорогущий тиристорный стабилизатор, в итоге, получили интересный, раздражающий эффект и замучились наблюдать моргание лампочек. Кроме лампочек, другая техника, чувствительная к обрыву фазы, дает сбой в работе, уходит в "перезагруз" (медицинская аппаратура, инкубаторы и т.д.).

Каждая ступень - обрыв фазы. И, что бы там не писали в рекламных статьях производители тиристорных стабилизаторов, просто, возьмите мультиметр и в момент переключения ступеней Вы сами зафиксируете отсутствие напряжения на своем приборе.

Если ступеней будет слишком много, их работа значительно замедляется.

Недостатки:

Большое количество регулирующих ступеней.

Каждая ступень - это обрыв фазы. Чем больше ступеней, тем больше провалов.

Каждая ступень - всплеск, скачек, "шум" в сеть. Чем больше ступеней, тем больше помех.

Моргание лампочек происходит по той же причине - большое количество повышающих ступеней.

Дорогая чувствительная аппаратура, особенно аудио-видео техника работает с помехами. Элитный аудио центр работает, как самый простой музыкаьный центр. Искажается звук. В целом срок службы бытовой техники сокращается.

Надо покупать с большим запасом по мощности, что чревато ценой.

Не выдерживают перегрузок по току и по напряжению, даже кратковременных.

По нижнему порогу отключаются.

Тиристорный стабилизатор всегда отключает нагрузку, когда перегрузки выходят за пределы рабочих характеристик в паспорте, так устроена электрическая схема, чтобы защитить нежные элементы, боящиеся перегрузок.

Например, напряжение опустилось ниже рабочего входного напряжения, стабилизатор тиристорного типа отключит всю бытовую технику. У многих напряжение частенько, кратковременно опускается ниже нижнего порога и каждый раз он будет дергать технику включением-выключением.

Вам это надо!? Вашей бытовой электронике это, точно, не надо. При включении-выключении происходят дополнительные провалы напряжения - это крайне не желательно, срок службы бытовых устройств, при таком режиме, значительно сокращается.

Тиристорные стабилизаторы отключаются не для того, чтобы сберечь электротехнику, а прежде всего, чтобы сам стабилизатор не вышел из строя. Для тиристоров и симисторов режим перегрузок вреден. Если допускать к ним перегрузки, то эти элементы быстро "горят".

Для Вашей техники было бы на много лучше, еслиб он не отключался, спасая себя самого.

Стабилизаторы «Норма М» допускают просадку напряжения ниже паспортных характеристик, не дергают аппаратуру вкл-откл.

Выходное напряжение сильно искажено у таких стабилизаторов.

Это связано прежде всего с особенностью работы самих тиристоров, симисторов.

Они излучают очень большой уровень радиопомех и по этим причинам не целесообразно запитывать от тиристоро-симисторных стабилизаторов аудио-видео технику и точные измерительные приборы, так как нормальная работа этих устройств будет искажена.

Очень большие габариты и вес, опять таки, по причине использования коммутирующих ключей на тиристорах (симисторах).

Тиристоры (симисторы) очень сильно греются, для нормальной работоспособности этих элементов, без перегрева, устанавливаются, в обязательном порядке, радиаторы для охлаждения, отсюда большой вес изделия. Дополнительно устанавливают в корпус вентиляторы, как активное охлаждение. Вспомните, что происходит в компьютере с вентилятором в блоке питания через непродолжительное время, без комментариев...

При наращивании числа ступеней происходит замедление их работы и существенное удорожание изделия в целом.

Неоправданно высокая цена относительно других типов стабилизаторов.

Тиристорный стабилизатор огромен, тяжел, дорогой при покупке и чрезмерно дорогой в ремонте. Единственное преимущество - поддерживает напряжение с заявленной точностью, но это его и недостаток.

В промышленности эти элементы не используются для производства устройств, где необходима повышенная надежность. Их используют только для коммутации в изделиях бытового типа, а стабилизаторы это и есть обычные, бытовые устройства.

Рекламные трюки производителей стабилизаторов

Небольшой ликбез

Многие производители тиристорных стабилизаторов напряжения, не оправданно, "козыряют" очень быстрым срабатыванием, широким диапазоном и микропроцессорным управлением.

Гонка за быстродействием - кто быстрее?

Современные, мощные, электронные реле не уступают в быстродействии тиристорам (симисторам).

Быстродействие реле и тиристоров составляет 10-20 м.с (они примерно равны), этого вполне хватает для скоростного реагирования на происходящие изменения в сети.

В этой гонке за быстродействием уступают только латрные модели. Скорость быстродействия этих стабилизаторов действительно оставляет желать лучшего.

"Утка" про микропроцессорное управление. Что это такое?

Давайте разберемся.

Сердце стабилизатора напряжения - электронная управляющая схема. Она есть у любого стабилизатора. Именно ее имеют ввиду, когда говорят о микропроцессорном управлении.

Так что, все абсолютно, стабилизаторы напряжения с микропроцессорным управлением.

Есть два типа управляющей схемы - монолитная и дискретная:

Первая , монолитного типа, где все электронные компоненты соединены в едином моноблоке. Если какой-то из элементов выйдет из строя, менять придется весь моноблок, а это 60% изделия и ремонт, только в гарантийной мастерской, потому что настройку моноблока без специального оборудования произвести нет возможности, монолитная структура которого, не позволяет ремонт отдельных электронных компонентов.

Вторая , дискретного типа, где электронные компоненты спокойно выпаиваются и меняются, как, например, транзистор, вышедший из строя. Стоит такой ремонт очень недорого.

На работе стабилизатора напряжения тип управляющей схемы никак не сказывается. НЕТ никакой разницы в том, какого вида микропроцессор. Стабилизатор напряжения "глупее" от типа не становится, а ремонт, для конечного покупателя, при дискретном типе, не влетает в копеечку. Заменить сгоревший конденсатор стоит на много дешевле, чем заменить моноблок.

Стабилизаторы «Норма М»
дискретного типа. Ремонт очень дешевый.

Разница есть только в цене для конечного покупателя и в последующем ремонте изделия. Дискретный тип проще, дешевле и выгоднее в обоих случаях.

SMD стабилизатор напряжения, что это?

Нет такого термина, как "SMD стабилизатор напряжения". Это, тоже рекламная уловка, выдумывание несуществующих названий, которые "круто" и по "буржуйски" звучат. До чего доходят рекламщики! SMD - это тип элементов и способ монтажа. Нет никакой разницы, будет ли монтаж и элементы SMD или другого типа, на работе стабилизатора это никак не отражается. SMD - это тип электронных компонетнов, они очень маленькие. Существует большое количество типов электронных компонентов. Производитель сам выбирает, что ему удобнее и выгоднее использовать. Себестоимость - штука беспощадная. На работе и качестве изделия тип электронных компонентов никак не сказывается.

Это, как две ложки, одна ваша, одна бабушкина, ложки не похожи друг на друга, но выполняют одну и ту же функцию, ВЫ ИМИ КУШАЕТЕ.

И еще, существует целый воз и маленькая тележка разных рекламных уловок, будьте внимательнее.

Теги: обзор стабилизаторов напряжения по типу, топ стабилизаторов напряжения, рейтинг стабилизаторов напряжения

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.

На производстве и в быту широко применяется электрическая энергия. Переменным током питают системы освещение, приводы механизмов электрических приборов, его подают на сетевой разъем электронных устройств. Сбытовые организации не всегда обеспечивают надлежащее качество электрических сетей, что проявляется, в частности, в колебаниях сетевого напряжения. Это неприятное явление характерно для:

• дачных поселков и небольших населенных пунктов;
• сетей автономных электростанций, не входящих в единую энергосистему.

Колебания отрицательно влияют на качество функционирования техники, снижают ее надежность. Застраховать себя от этого явления можно применением стабилизатора, который включают между сетью и нагрузкой, рисунок 1.

Рисунок 1. Схема включения стабилизатора

Типы стабилизаторов напряжения по принципу работы

Стабилизацию можно выполняться различными способами. Принципы стабилизации, использованные разработчиком, определяют типы стабилизаторов напряжения.

Релейные

Релейные стабилизаторы, часто называемые ступенчатыми, представляют собой силовой трансформатор с несколькими выходами вторичной обмотки, один из которых принимается за общий. Датчик отслеживает состояние сети, при выходе за пределы разрешенных допусков осуществляет автоматическую регулировку выходного напряжения с помощью переключения реле. При срабатывании отдельных силовых реле происходит переключение обмоток с подключением нагрузки на тот вывод, напряжение на котором минимально отличается от заданного.

Конструктивная простота релейных стабилизаторов, неплохая точность регулирования, невысокая стоимость, высокая надежность обеспечивают им высокую популярность.

Недостатки:

• ступенчатый характер регулирования;
• заметные искажения формы синусоиды тока нагрузки при высоком входном напряжении из-за магнитного насыщения сердечника;
• относительно слабая нагрузочная способность рабочих контактов реле;
• высокий уровень акустического шума.

Электромеханические (сервоприводные)

Электромеханические или сервоприводные стабилизаторы устраняют один из основных недостатков стабилизаторов с механическими реле: обеспечение только ступенчатой регулировки выходного напряжения. Принцип их действия основан на изменении коэффициента трансформации. Оно реализовано с помощью щетки, соединенной с электродом выходных клемм. Щетку перемещает по вторичной обмотке тороидального трансформатора вспомогательный электродвигатель, рисунок 2.

Рисунок 2. Конструктивные особенности сервоприводного регулятора

Для электромеханических стабилизаторов характерны большой диапазон регулировки, небольшие габариты, малая стоимость.

Основные недостатки : низкое быстродействие, хорошо слышимый ночью шум работающего электродвигателя.

Инверторные (бесступенчатые, бестрансформаторные, IGBT, ШИМ)

Инверторные стабилизаторы реализуют двухступенчатую схему получения выходного напряжения. Сначала переменный входной ток преобразуют в постоянный, а затем из него вновь генерируют переменное напряжение. Автоматическое регулирование происходит на этапе формирования постоянного тока, здесь же реализованы функции ступени стабилизации.

Существует несколько вариантов каскадного преобразования, каждому из которых соответствует подкласс инверторных стабилизаторов. Наибольшее распространение получили ШИМ-устройства и стабилизаторы на IGBT-транзисторах.

Сильные стороны этого оборудования:

• высокая скорость реакции на изменения входного напряжения, точность регулировки выходного;
• хорошие массогабаритные характеристики (отсутствует силовой трансформатор);
• простотой получения КПД выше 50 %;
• возможность плавной регулировки выходного напряжения в сочетании с широкими пределами изменения выходного электрического тока, а также работы на холостом ходе;
• эффективное подавление скачков напряжения и импульсных помех.

При применении надлежащей элементной базы инверторная техника нормально функционирует при отрицательных температурах.

Главный недостаток: плохая перегрузочная способность, в т.ч. кратковременная (не более 25 – 50% на протяжении 1 – 2 с). Последнее заставляет тщательно контролировать выходную мощность устройства при работе на реактивную нагрузку (электродвигатели различного назначения, вентиляторы и т.д.). Кроме того, следует принимать во внимание сложность электрической схемы, что увеличивает риски отказа, и высокую стоимость из-за необходимости применения силовой полупроводниковой элементной базы.

Феррорезонансные

Феррорезонансный стабилизатор – это устройство трансформаторного типа. Его характерная особенность – применение обмоток трансформатора, одетых на магнитопроводы разного поперечного сечения. Параллельно вторичной обмотке L2 подключен дополнительный конденсатор С, рисунок 3. Его емкость подобрана так, чтобы за счет резонанса обеспечивать постоянное насыщение магнитопровода вторичной обмотки. Отсюда большие изменения входного напряжения не приводят к колебаниям выходного.

Рисунок 3. Схема феррорезонансного стабилизатора

Стабилизатор имеет высокую скорость отработки скачков, обладает повышенной надежностью за счет отсутствия схем переключения, обеспечивает неплохую точность стабилизации.

Отсутствие механически подвижных компонентов позволяет эксплуатировать феррорезонансные стабилизаторы при небольших отрицательных температурах.

Главные недостатки:

• меньший коэффициент мощности;
• значительные нелинейные искажения выходного тока, которые могут привести к нарушениям функционирования ряда бытовых приборов, например, к искажениям изображения цветного телевизора и некачественному стиранию старых записей магнитофоном;
• нестабильность функционирования при вариациях частоты входного напряжения более чем на 0,5 Гц от номинального значения, что нередко встречается при питании населенного пункта от автономной электростанции.

Электронные (симисторные, тиристорные)

Так называемые электронные стабилизаторы структурно повторяют устройства на электромагнитных реле, но для ступенчатых переключений использованы полупроводниковые изделия. Возможно несколько разновидностей таких электронных схем, каждая из которых осуществляет автоматическое переключение коэффициента трансформации. Серийно выпускаются стабилизаторы, в которых функции ключевых элементов ступенчатого регулирования возложены на симисторы и тиристоры.

Тиристор – это полупроводниковая структура с тремя p-n-переходами, в которой выполнена глубокая положительная обратная связь. Ее наличие обеспечивает высокую скорость переключения при работе в ключевой режиме. Симистор образован двумя тиристорами с объединенными управляющими электродами, включенными встречно-параллельно, рисунок 4. За счет возможности пропускания тока этим компонентом в двух направлениях симисторные стабилизаторы демонстрируют повышенный КПД. Это выгодно отличает их от тиристорных стабилизаторов.

Рис. 4. Принципиальная схема простейшего варианта симисторного регулятора

Общие преимущества:

• повышенный коэффициент стабилизации;
• прекрасное подавление перепадов напряжения, импульсных помех;
• хорошие массогабаритные параметры;
• высокая надежность при реализации на качественной элементной базе.

Кроме того, по быстродействию электронные стабилизаторы заметно превосходят свои релейные электромеханические аналоги, т.е. хорошо отрабатывают скачки напряжения.

Недостатки:

• плохо адаптированы для работы с реактивной нагрузкой;
• высокая стоимость;
• сложность выполнения ремонта.

Виды стабилизаторов напряжения по классу напряжения

Промышленность выпускает широкую гамму стабилизаторов.

По диапазону выходных напряжений электронное оборудование для однофазных сетей рассчитано на 220 – 240 В (популярна также промежуточная градация 230 В), доступны феррорезонансные стабилизаторы на 110 – 120 В.

Бытовое оборудование для трехфазных электросетей обеспечивает выходное напряжение 380 – 415 В вне зависимости от применяемых схемных решений и отдаваемого тока нагрузки.

Техника промышленного назначения может иметь более высокое выходное напряжение: вплоть до 6 – 10 кВ.

Походы к выбору стабилизатора

Перечень параметров, по которым выбирают стабилизаторы, обязательно включает:

• мощность нагрузки или отдаваемый номинальный ток;
• выходное напряжение;
• тип сети (однофазная – трехфазная).

Большую помощь окажет информация о стабильности сети, уровне импульсных помех в ней.

При определении номинальной мощности суммируют мощности всех потребителей защищаемой сети. Для оценки мощности номинальной нагрузки токовую нагрузочную способность входного автомата умножают на 220 В.

При прочих равных условиях выбирают однофазные модели линейных стабилизаторов, учитывают, что модульные конструкции более удобны в обслуживании.

Учитывают эстетические параметры и количество выходных розеток, рисунок 5.

Рис.5. Вариант исполнения однофазного стабилизатора

Окончательный выбор целесообразно выполнять с учетом производителя и места изготовления. Для определения качества техники юго-восточного производства, выпускаемой без контроля со стороны ведущих западных компаний, имеет смысл изучить профильные форумы. Такой подход позволяет сделать адекватный вывод о качестве прибора.

Кроме технических параметров обязательно принимают во внимание доступность сервисного обслуживания.

Следует учесть, что в продаже имеется большой выбор 220-вольтовых однофазных и 380-вольтовых трехфазных устройств. Стабилизаторы с широким диапазоном регулировки и выходным напряжением других номиналов часто поставляются под заказ.

Заключение.

Промышленность выпускает широкую гамму бытовых стабилизаторов напряжения, что позволяет произвести выбор конкретной модели устройства с учетом конкретной области применения.

Массовый характер рынка стабилизаторов определяет большое количество работающих на нем производящих предприятий, предлагающих свою продукцию через партнерскую сеть. Поэтому перед покупкой следует выполнить тщательный многокритериальный отбор продукта.

Видео по в дополнение статьи