Как работает стабилизатор напряжения

Что такое стабилизатор напряжения и для чего он нужен

Что такое стабилизатор напряжения, для чего он нужен и где применяется. Принцип работы стабилизаторов напряжения релейного, сервоприводного и инверторного типа.

Определение

Стабилизатор напряжения (СН) — это устройство, предназначенное для преобразования входного нестабильного напряжения из электросети: заниженного, завышенного или с периодическими скачками, в стабильное по величине на выходе устройства и подключенных к нему электроприборах.

Перефразируем для чайников: стабилизатор делает так, чтобы для подключенных к нему приборов напряжение всегда было одинаковым и близким к 220В независимо от того, каким оно поступает на его вход: 180, 190, 240, 250 Вольт или вообще плавает.

Отметим, что 220В или 240В это стандартная величина для РФ, Беларуси, Украины и так далее. Но в некоторых странах ближнего и дальнего зарубежья оно может быть другим, например 110В. Соответственно «наши» стабилизаторы там работать не будут.

Стабилизаторы бывают разных видов: как для работы в цепях постоянного тока (линейные и импульсные, параллельного и последовательного типов), так и для работы в цепях переменного тока. Последние часто называют «стабилизаторы сетевого напряжения» или просто «стабилизаторы 220В». Если говорить простым языком, то такие стабилизаторы подключают к электросети, а уже к нему подключают потребители.

В быту СН используют для защиты как отдельных приборов, например, для холодильника или компьютера, так и для защиты всего дома, в этом случае мощный стабилизатор устанавливается на ввод.

Классификация

Конструкция стабилизаторов зависит от физических принципов, на которых они работают. В связи с этим они подразделяются на:

• электромеханические;
• феррорезонансные;
• инверторные;
• полупроводниковые;
• релейные.

По количеству фаз могут быть однофазными и трехфазными. Большой диапазон мощностей позволяет выпускать стабилизаторы как для дома, так и для небольших бытовых приборов:

• для телевизора;
• для газового котла;
• для холодильника.

Так и для для крупных объектов:

• промышленных агрегатов (например, трехфазные промышленные стабилизаторы Сатурн);
• цехов, зданий.

Стабилизаторы достаточно энергоэффективны. Потребление электроэнергии составляет от 2 до 5%. Некоторые стабилизирующие устройства могут иметь дополнительные защиты:

• от перенапряжений;
• от перегрузок;
• от коротких замыканий;
• от перепадов частоты.

Принцип действия

Стабилизаторы напряжения бывают разных типов, каждый из которых отличается принципом регулирования. Эти отличия мы рассмотрим далее. Если обобщить принцип работы и структуру всех типов, то стабилизатор сетевого напряжения состоит из 2 основных частей:

1. Система управления — отслеживает уровень входного напряжения и даёт команду силовой части увеличить или уменьшить его, чтобы на выходе получились стабильные 220В в пределах установленной погрешности (точности регулирования). Эта погрешность лежит в пределах 5-10% и у каждого прибора отличается.
2. Силовая часть — в сервоприводных (или сервомоторных), релейных и электронных (симисторных) — это автотрансформатор, с помощью которого входное напряжение повышается или понижается до нормального уровня, а в инверторных стабилизаторах, или как их еще называют «с двойным преобразованием» — используется инвертор. Это устройство, которое состоит из генератора (ШИМ-контроллер), трансформатора и силовых ключей (транзисторов), которые пропускают или отключают ток через первичную обмотку трансформатора, формируя выходное напряжение нужной формы, частоты и, что самое главное — величины.

Если напряжение на входе в норме, то у некоторых моделей стабилизаторов есть функция «байпас» или «транзит», когда входное напряжение просто подаётся на выход до тех пор, пока не выйдет из заданного диапазона. Например, от 215 до 225 вольт будет включен «байпас», а при больших колебаниях, допустим, при просадке до 205-210В — система управления переключит цепь на силовую часть и начнет регулировку, повысит напряжение и на выходе будут уже стабильные 220В с заданной погрешностью.

Плавная и самая точная регулировка выходного напряжения у инверторных СН, на втором месте — сервоприводные, а у релейных и электронных регулировка происходит ступенчато, и точность зависит от количества ступеней. Как упоминалось выше, лежит в пределах 10%, чаще около 5%.

Кроме упомянутых выше двух частей в стабилизаторе напряжения 220В есть и блок защиты, а также источник вторичного электропитания для цепей системы управления, тех же защит и других функциональных элементов. Общее устройство наглядно демонстрирует картинка ниже:

В то же время схема работы в простейшей форме выглядит так:

Вкратце рассмотрим, как работают стабилизаторы напряжения основных типов.

Релейные СН обычно регулируют электроэнергию в пределах ± 15% с точностью на выходе от ± 5% до ± 10%.

Преимущества релейных стабилизаторов:

• дешевизна;
• компактность.

• медленная реакция на колебания напряжения;
• небольшой срок службы;
• низкая надежность;
• при переключениях возможны кратковременное отключение питания приборов;
• неспособны выдерживать перенапряжения;
• шум, щелчки при переключениях.

В сервоприводном СН один конец первичной обмотки трансформатора подключен к жесткому ответвлению автотрансформатора, а второй конец первичной обмотки подключен к подвижному контакту (графитовой щетке), который передвигается серводвигателем. Один вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к входному источнику питания, а второй вывод подключен к выходу стабилизатора напряжения.

Плата управления сравнивает входное и опорное напряжение. При любых отклонениях от заданных вступает в работу сервопривод. Он перемещает щетку по ответвлениям автотрансформатора. Серводвигатель будет продолжать работать, пока разность между опорным и выходным напряжением станет равным нулю. Весь этот процесс, от поступления электроэнергии плохого качества до выхода стабилизированного тока, проходит за десятки миллисекунд и ограничен скоростью перемещения щетки сервоприводом.

Сервоприводные стабилизаторы сетевого напряжения производят в различном исполнении.

1. Однофазные. Состоят из одного автотрансформатора и одного сервопривода.
2. Трехфазные. Подразделяются на два типа. Сбалансированные – имеют три трансформатора и один сервопривод и одну цепь управления. Регулирование осуществляется на всех трех фазах одновременно. Используются для защиты трехфазных электрических аппаратов, станков, приборов. Несимметричные – имеют три автотрансформатора, три серводвигателя и три цепи управления. То есть стабилизация происходит в каждой фазе, независимо друг от друга. Область применения: защита электрооборудования зданий, цехов, промышленных объектов.

Достоинства сервоприводных стабилизирующих устройств:

• быстродействие;
• высокая точность стабилизации;
• высокая надежность;
• стойкость к перенапряжениям;

• нуждаются в периодическом обслуживании;
• требуют минимальных навыков настройки устройства.

В следующем ролике вы узнаете о принципе работы одного из вариантов реализации преобразователя напряжения из 12В постоянного тока, в 220В переменного тока. Который от инверторного стабилизатора напряжения отличается в первую очередь входным напряжением, в остальном принцип работы во многом похож и видео позволит понять как работает этот тип устройств:

• быстродействие (самое высокое из перечисленных);
• большой диапазон регулируемого напряжения (от 115 до 300В);
• высокий коэффициент полезного действия (более 90%);
• бесшумная работа;
• малые габариты;
• плавное регулирование.

• уменьшение диапазона регулирования при увеличении нагрузки;
• высокая стоимость.

Вот мы и рассмотрели, как работает стабилизатор напряжения, для чего он нужен и где применяется. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Принцип работы стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения — это электрическое устройство, которое используется для подачи постоянного напряжения на нагрузку на своих выходных клеммах независимо от каких-либо изменений или колебаний на входе, то есть входящего питания.

Основное назначение стабилизатора напряжения заключается в защите электрических или электронных устройств (например, кондиционера, холодильника, телевизора и так далее) от возможного повреждения в результате скачков напряжения или колебаний, повышенного или пониженного напряжения.

Рис.1 — Различные типы стабилизаторов напряжения

Стабилизатор напряжения также известен как AVR (автоматический регулятор напряжения).

Использование стабилизатора напряжения не ограничивается домашним или офисным оборудованием, которое получает электропитание извне.

Даже места, которые имеют свои собственные внутренние источники питания в виде дизельных генераторов переменного тока, сильно зависят от этих AVR для безопасности своего оборудования.

Зачем нужны стабилизаторы напряжения и его важность

Все электрические устройства спроектированы и изготовлены для работы с максимальной эффективностью с типичным источником питания, который известен как номинальное рабочее напряжение. В зависимости от расчетного безопасного предела эксплуатации рабочий диапазон (с оптимальной эффективностью) электрического устройства может быть ограничен до ± 5%, ± 10% или более.

Из-за многих проблем источник входного напряжения, которое мы получаем, всегда имеет тенденцию колебаться, что приводит к постоянно меняющемуся источнику входного напряжения. Это изменяющееся напряжение является основным фактором, способствующим снижению эффективности устройства, а также увеличению частоты его отказов.

Рис. 2 — Проблемы из-за колебаний напряжения

Как работает стабилизатор напряжения

Основная работа стабилизатора напряжения заключается в выполнении двух необходимых функций: функции понижения и повышения напряжения.

Функция понижения и повышения — это не что иное, как регулирование постоянного напряжения от перенапряжения.

Эта функция может выполняться вручную с помощью селекторных переключателей или автоматически с помощью дополнительных электронных схем.

В условиях перенапряжения функция «понижения напряжения» обеспечивает необходимое снижение интенсивности напряжения. Аналогично, в условиях пониженного напряжения функция «повышения напряжения» увеличивает интенсивность напряжения. Идея обеих функций в целом заключается в том, чтобы поддерживать одинаковое выходное напряжение.

Рис. 4 — Принципиальная схема функции понижения в стабилизаторе напряжения

На приведенном выше рисунке показано подключение трансформатора в функции «Понижения». В функции понижения полярность вторичной катушки трансформатора подключается таким образом, что приложенное напряжение к нагрузке является результатом вычитания напряжения первичной и вторичной катушек.

В стабилизаторе напряжения есть схема переключения. Всякий раз, когда обнаруживается превышение напряжения в первичном источнике питания, подключение нагрузки вручную или автоматически переключается в конфигурацию режима «Понижения» с помощью переключателей (реле).

Рис. 6 — Принципиальная схема функции повышения напряжения в стабилизаторе напряжения

На рисунке выше показано подключение трансформатора в функции «Повышения». В функции повышения полярность вторичной обмотки трансформатора подключается таким образом, что приложенное напряжение к нагрузке является результатом сложения напряжения первичной и вторичной обмоток.

Видео совет при выборе стабилизатор напряжения

Особенности сетевых стабилизаторов

Принципиальная схема стабилизатора напряжения данного типа представляет собой набор транзисторов, а также диодов. В свою очередь механизм замыкания в ней отсутствует. Регуляторы при этом имеются обычного типа. В некоторых моделях дополнительно устанавливается система индикации.

Она способна показать мощность скачков в сети. По чувствительности модели довольно сильно отличаются. Конденсаторы, как правило, в цепи имеются компенсационного типа. Система защиты у них отсутствует.

Устройства моделей с регулятором

Для холодильного оборудования востребованным является регулируемый стабилизатор напряжения. Схема его подразумевает возможность настройки прибора перед началом использования. В данном случае это помогает в устранении высокочастотных помех. В свою очередь электромагнитное поле проблем для резисторов не представляет.

Конденсаторы также включаются в регулируемый стабилизатор напряжения. Схема его не обходится без транзисторных мостов, которые соединяются между собой по коллекторной цепочке. Непосредственно регуляторы могут устанавливаться различных модификаций. Многое в данном случае зависит от предельного напряжения. Дополнительно учитывается тип трансформатора, который имеется в стабилизаторе.

Стабилизаторы «Ресанта»

Схема стабилизатора напряжения «Ресанта» представляет собой набор транзисторов, которые взаимодействуют между собой по коллектору. Для охлаждения системы имеется вентилятор. С высокочастотными перегрузками в системе справляется конденсатор компенсационного типа.

Также схема стабилизатора напряжения «Ресанта» включает в себя диодные мосты. Регуляторы во многих моделях устанавливаются обычные. Ограничения по нагрузке у стабилизаторов «Ресанта» есть. В целом помехи ими воспринимаются все. К недостаткам следует отнести высокую шумность трансформаторов.

Схема моделей с напряжением 220 В

Схема стабилизатора напряжения 220 В отличается от прочих устройств тем, что в ней имеется блок управления. Данный элемент соединяется напрямую с регулятором. Сразу за системой фильтрации имеется диодный мост. Для стабилизации колебаний дополнительно предусмотрена цепь из транзисторов. На выходе после обмотки располагается конденсатор.

С перегрузками в системе справляется трансформатор. Преобразование тока осуществляется им же. В целом диапазон мощности у данных устройств довольно высокий. Работать эти стабилизаторы способны и при минусовой температуре. По шумности они не отличаются от моделей других типов. Параметр чувствительности сильно зависит от производителя. Также на нее влияет тип установленного регулятора.

Принцип работы импульсных стабилизаторов

Схема электрическая стабилизатора напряжения данного типа схожа с моделью релейного аналога. Однако отличия в системе все же есть. Главным элементом в цепи принято считать модулятор. Занимается данное устройство тем, что считывает показатели напряжения. Далее сигнал переносится на один из трансформаторов. Там проходит полная обработка информации.

Для изменения силы тока имеется два преобразователя. Однако в некоторых моделях он установлен один. Чтобы справиться с электромагнитным полем, задействуется выпрямительный делитель. При повышении напряжения он снижает предельную частоту. Чтобы ток поступил на обмотку, диоды передают сигнал на транзисторы. На выходе стабилизированное напряжение проходит по вторичной обмотке.

Высокочастотные модели стабилизаторов

По сравнению с релейными моделями, высокочастотный стабилизатор напряжения (схема показана ниже) является более сложным, и диодов в нем задействуется больше двух. Отличительной особенность приборов данного типа принято считать высокую мощность.

Трансформаторы в цепи рассчитаны на большие помехи. В результате данные приборы способны защитить любую бытовую технику в доме. Система фильтрации в них настроена на различные скачки. За счет контроля напряжения величина тока может изменяться. Показатель предельной частоты при этом будет увеличиваться на входе, и уменьшаться на выходе. Преобразование тока в этой цепи осуществляется в два этапа.

Первоначально задействуется транзистор с фильтром на входе. На втором этапе включается диодный мост. Для того чтобы процесс преобразования тока завершился, системе требуется усилитель. Устанавливается он, как правило, между резисторами. Таким образом, температура в устройстве поддерживается на должном уровне. Дополнительно в системе учитывается источник питания. Использование блока защиты зависит от его работы.

Стабилизаторы на 15 В

Для устройств с напряжением 15 В используется сетевой стабилизатор напряжения, схема которого по своей структуре является довольно простой. Порог чувствительности у приборов находится на малом уровне. Модели с системой индикации встретить очень сложно. В фильтрах они не нуждаются, поскольку колебания в цепи незначительные.

Резисторы во многих моделях есть только на выходе. За счет этого процесс преобразования происходит довольно быстро. Входные усилители устанавливаются самые простые. Многое в данном случае зависит от производителя. Используются стабилизатор напряжения (схема показана ниже) этого типа чаще всего в лабораторных исследованиях.

Особенности моделей на 5 В

Для устройств с напряжением 5 В используют специальный сетевой стабилизатор напряжения. Схема их состоит из резисторов, как правило, не более двух. Применяют такие стабилизаторы исключительно для нормального функционирования измерительных приборов. В целом они являются довольно компактными, а работают тихо.

Модели серии SVK

Модели данной серии относятся к стабилизаторам латерного типа. Чаще всего их используют на производстве для уменьшения скачков от сети. Схема подключения стабилизатора напряжения этой модели предусматривает наличие четырех транзисторов, которые расположены попарно. За счет этого ток преодолевает меньшее сопротивление в цепи. На выходе у системы имеется обмотка для обратного эффекта. Фильтров в схеме предусмотрено два.

За счет отсутствия конденсатора процесс преобразования также происходит быстрее. К недостаткам следует отнести большую чувствительность. На электромагнитное поле прибор реагирует очень остро. Схема подключения стабилизатора напряжения серии SVK регулятор предусматривает, как и систему индикации. Напряжение максимум устройством воспринимается до 240 В, а отклонение при этом не может превышать 10 %.

Автоматические стабилизаторы «Лигао 220 В»

Для систем сигнализации является востребованным от компании «Лигао» стабилизатор напряжения 220В. Схема его построена на работе тиристоров. Использоваться данные элементы способны исключительно в полупроводниковых цепях. На сегодняшний день типов тиристоров существует довольно много. По степени защищенности они делятся на статические, а также динамические. Первый вид используется с источниками электричества различной мощности. В свою очередь динамические тиристоры имеют свой предел.

Если говорить про компании «Лигао» стабилизатор напряжения (схема показана ниже), то в нем имеется активный элемент. В большей степени он предназначен для нормального функционирования регулятора. Представляет он собой набор контактов, которые способны соединяться. Необходимо это для того чтобы увеличивать или уменьшать предельную частоту в системе. В других моделях тиристоров может иметься несколько. Устанавливаются они между собой при помощи катодов. В результате коэффициент полезного действия устройства можно значительно повысить.

Низкочастотные устройства

Для обслуживания устройств с частотой менее 30 Гц существует такой стабилизатор напряжения 220В. Схема его схожа со схемами релейных моделей за исключением транзисторов. В данном случае они имеются с эмиттером. Иногда дополнительно устанавливается специальный контроллер. Многое зависит от производителя, а также модели. Контроллер в стабилизаторе необходим для передачи сигнала на блок управления.

Для того чтобы связь была качественной, производители используют усилитель. Устанавливается он, как правило, на входе. На выходе в системе имеется обычно обмотка. Если говорить про предел напряжения в 220 В, конденсаторов можно найти два. Коэффициент передачи тока у таких устройств довольно низкий. Причиною этого принято считать малую предельную частоту, которая является следствием работы контроллера. Однако коэффициент насыщения находится на высокой отметке. Во многом это связано именно с транзисторами, которые устанавливаются с эмиттерами.

Стабилизаторы напряжения

Повышенное либо пониженное напряжение сети — одна из самых распространенных причин выхода из строя электроприборов. При повышенном напряжении быстро выходят из строя нагревательные элементы котлов и электроплит в блоках питания может выйти из строя диодный мост или фильтрующий конденсатор, а при пониженном нестабильно работает электроника иными словами отклонение величины напряжения в сети в ту или иную сторону пагубно влияет практически на все, без исключения, электрооборудование.

Решением этой проблемы является установка на весь дом или для конкретного прибора стабилизатора напряжения.

Для чего нужны стабилизаторы напряжения?

Стабилизатор напряжения — это устройство, имеющее вход и выход, предназначенное для поддержания выходного напряжения в заданных пределах, при существенном изменении величины входного напряжения.

Иными словами стабилизатор нужен для того, чтобы подключенная к нему нагрузка питалась от стабильного напряжения величина которого будет неизменно находится в пределах стандартных номинальных значений (220 Вольт — для однофазной сети и 380 Вольт — для трехфазной).

В отличие от реле напряжения, которые просто отключают сеть при выходе значения напряжения за допустимые пределы, стабилизаторы выравнивают величину напряжения в сети обеспечивая тем самым бесперебойность ее работы.

Нормы кратковременного максимального отклонения от номинального напряжения в электросети лежат в пределах ±10% (согласно ГОСТ 29322-2014). Это значит, что допустимое напряжение в 1ф розетке находится в диапазоне от 207 до 253 Вольта. Однако даже 250 вольт могут быть губительны для некоторой техники, а в частном секторе, в посёлках и деревнях оно бывает часто и ниже 200 вольт, особенно в домах находящихся в конце линий электропередач (ЛЭП).

Давайте разберемся, что мы называем пониженным или повышенным напряжением — это напряжение отличное от номинального (220/380 Вольт) в течении длительного промежутка времени. Такое случается при чрезмерной нагрузке на слабый трансформатор ЛЭП с малой пропускной способностью.

Также встречается при переключениях или частичном выводе из работы высоковольтных линий, так как оставшиеся линии не справляются с возросшей нагрузкой в должной мере. Величина отклонения обычно зависит от нагрузки в сети. Возможно вы замечали, что ночью, когда все спят, напряжение повышается, как и днём, когда все находятся на работе и дома не включено мощных электроприемников. Вечером же по приходу с работы включают обогреватели или кондиционеры, электроплиты, нагрузка повышается, а напряжение понижается. Пример суточного изменения потребления мощности в 62 квартирном доме с газовыми плитами вы видите ниже.

Напряжение может отличаться от нормального и при перекосе фаз, который происходит в случае несимметричной нагрузки по фазам в результате заниженного сечения нулевого проводника, плохого контакта нуля или его полного отгорания на вводе объекта или в распределительном щите, как могут отличаться напряжения на фазах при этом вы видите ниже. (Подробнее читайте статью: «Обрыв нуля в трехфазной сети — причины и последствия«)

Отдельное внимание следует уделить импульсным перенапряжениям (скачкам в сети). В народе импульсные перенапряжения называют всплески или скачки напряжения. Они происходят в результате аварийных ситуаций на ЛЭП, при коммутации мощных электроприборов и установок, грозовых разрядов в линии электропередач и других случаях.

Отличительная черта скачков или импульсных перенапряжений заключается в том, что это происходит быстро, за доли секунды, тогда как повышенное или пониженное напряжение может наблюдаться как минутами, так и месяцами. При этом величины импульсного перенапряжения обычно достигает единиц и десятков киловольт.

В результате такого всплеска часто выходит из строя входной каскад импульсного блока питания, которые применяются во всей современной электронике, а в некоторых случаях – перенапряжение поступает и на питаемую плату с последующим выходом и её элементов.

ВАЖНО ЗНАТЬ! Стабилизаторы напряжения не могут обеспечить надежную защиту от импульсных перенапряжений, более того сами стабилизаторы при этом могут выйти из строя. Для защиты от импульсных перенапряжений следует применять УЗИПы.

Виды стабилизаторов напряжения и их устройство

Стабилизаторы напряжения бывают как однофазными (220В), так и трёхфазными (380В), далее мы сделаем акцент на однофазных приборах, но все нижесказанное абсолютно справедливо и для трёхфазных.

Стабилизаторы напряжения бывают разных видов, большинство из них построено на базе автотрансформатора. Если говорить простым языком, то от обычного трансформатора автотрансформатор отличается тем, что у него только 1 обмотка.

К условно первичной стороне подключается источник питания, при этом одна из точек подключения к источнику питания не является концом вторичной обмотки, что указано на схеме ниже. Нагрузка подключается также между концом обмотки и отводам от неё. Подключившись к определенному из витков, мы можем получить как пониженное, так и повышенное напряжение относительно источника питания.

Итак, различают 5 основных видов стабилизаторов напряжения:

• Релейные;
• Электронные;
• Электромеханические;
• Феррорезонансные;
• Инверторные или стабилизаторы напряжения двойного преобразования.

Деление при этом происходит по принципу действия исполнительных регулирующих органов. Автотрансформаторы лежат в основе первых трёх видов стабилизаторов.

Прежде чем перейти к обзору стабилизаторов поговорим о других функциях, которые они выполняют, кроме основного назначения – поддерживать стабильные 220В. Анализ рынка показал, что независимо от принципа действия и исполнительных элементов современные стабилизаторы напряжения имеют ряд защит:

• От импульсных перенапряжений, однако это лишь дополнительная защита. Как уже говорилось выше, для надёжной защиты от импульсных перенапряжений используют специальные устройства — УЗИП.
• От перегрузки.
• От перегрева.
• От короткого замыкания.
• Отключение при критическом повышении/понижении напряжения, что случается при отгорании нуля.
• Фильтрация помех.

Учтите, что функционал может отличаться в зависимости от модели и производителя, наличие данных функций необходимо уточнять в паспорте устройства.

Стоит отметить, что диапазон регулировки напрямую связан с типом используемого автотрансформатора, а не с принципом действия прибора. Обычно он находится в пределах 130-270 вольт, в продвинутых моделях может расширятся — 100-295 вольт.

Большинство стабилизаторов могут работать в режиме байпас (транзит, обход) при нормальном напряжении в сети. Что снижает потери (у любого аппарата есть определенный КПД) и повышает срок службы устройства.

2.1 Релейные стабилизаторы

Пожалуй, самым дешевым и распространенными в быту являются релейные стабилизаторы напряжения. Такое название они получили из-за того, что отводы обмоток автотрансформатора переключаются с помощью обычных электромагнитных реле.

В настоящее время аналоговые схемы или схемы на дискретных логических элементах почти не используются в цепях измерения и контроля бытовых стабилизаторов напряжения. В них используются микроконтроллеры, например, семейства PIC12 и других.

Структурную схему такого стабилизатора вы видите ниже.

Принцип действия заключается в следующем: плата управления анализирует уровень напряжения в сети и переключает реле подключая нужную часть обмотки для повышения или понижения напряжения соответственно.

Внутреннее устройство такого стабилизатора вы видите ниже.

Недостатки релейного стабилизатора:

1. Быстродействие ниже чем у электронных (реакция на изменение напряжения);
2. Срок службы меньше аналогово из-за механического износа контактов, который происходит в первую очередь из-за образования дуг в момент включения/выключения реле.
3. Мало ступеней регулировки (обычно от 4 до 6), значит выходное напряжение всё же будет отклоняться от номинальных 220В.
4. В момент переключения реле издают щелчки, и создают помехи в сети.

Преимущества релейного стабилизатора:

1. Стоимость.
2. Высокий КПД.
3. Ремонтопригодность.

Тем не менее быстродействие распространенных моделей релейных стабилизаторов составляет порядка 100-200 миллисекунд и более, реже — до 35 мс,чего достаточно в большинстве случаев для питания бытовой техники.

Но стоит учесть, из-за недостаточного быстродействия не может обеспечить качественную защиту от резкого повышения напряжения.

В зависимости от модели шаг регулирования может быть разным, чем больше шагов регулирования, тем больше точность и стабильность поддержания уровня напряжения на выходе.

2.2 Электронные (симисторные и тиристорные) стабилизаторы.

Принимая во внимание недостатки релейных стабилизаторов, их можно избежать – заменив электромагнитные реле на полупроводниковые ключи. Вторым по популярности видом стабилизаторов являются электронные. В качестве коммутационных элементов в них используются симисторы или тиристоры.

Такие стабилизаторы напряжения обладают большим быстродействием(10-20 миллисекунд, в редких случаях больше) и сроком службы.

Однако симисторы могут выйти из строя и значительно раньше, чем реле. Например, если произойдет сильный всплеск напряжения любой полупроводниковый ключ может пробить накоротко. Если при этом не пострадали другие элементы схемы, то достаточно замены ключей, в противном случае диагностика и ремонт значительно усложняются.

Пример блочной схемы электронного стабилизатора приведен ниже.

Из схемы видно, что и у релейного и у электронного стабилизатора регулировка происходит ступенчато с количеством шагов равным количеству отводов обмотки.

Преимущества электронных стабилизаторов:

1. Бесшумность.
2. Быстродействие.
3. Долговечность.
4. Много ступеней регулировки — от 9 до 16, в редких случаях может бытьи 36. За счет этого достигается большая точность регулировки

Недостатки электронных стабилизаторов:

1. Полупроводниковые ключи, в отличие от электромагнитных реле греются, что снижает КПД.
2. Стоимость больше чем у релейных.
3. При переключении создают помехи в сети.

2.3 Электромеханические стабилизаторы

Если предыдущие два типа в сущности представляли вариации одного решения, то в случае электромеханического стабилизатора напряжения принцип регулировки существенно отличается. Такие стабилизаторы часто называют сервоприводными.

Основной особенностью является плавная регулировка выходного напряжения. Она обеспечивается с помощью скользящего по виткам автотрансформатора графитового электрода, подобно щётке в электродвигателе.Им управляет сервопривод.

Если говорить простым языком, то сервоприводом называется устройство на основе электродвигателя предназначенное для управления и позиционирования рабочего органа. Ниже изображен внешний вид внутренностей электромеханического стабилизатора.

Такой же принцип работы и у лабораторных автотрансформаторов, один из них вы видите на фотографии ниже.

Из этого следует, что понятия количества ступеней нет, как и точности регулировки как таковой, а скорость реакции на изменение питающего напряжения ограничена только параметрами сервопривода. Здесь она измеряется не в миллисекундах, а в вольтах на секунду(В/с)— что отражает угол, на который повернется траверса, на которой закреплен графитовый электрод за определенный отрезок времени.

Скорость реакции обычно лежит в пределах 8-15 вольт за секунду.

Сервоприводные стабилизаторы хорошо подходят там, где наблюдаются периодические сезонные или суточные изменения напряжения, но из-за невысокого быстродействия они не спасут технику от резкого повышения на пару десятков вольт.

Преимущества сервоприводных стабилизаторов:

1. Плавная бесступенчатая регулировка.
2. Не создают помехи в сети

Недостатки сервоприводных стабилизаторов:

1. Шумят во время перемещения щетки по обмотке, что может быть неприемлемо при использовании в небольшом замкнутом помещении.
2. При загрязнении быстро выходят из строя.
3. Быстродействие.
4. Обмотки загрязняются от графитовой пыли, которая образуется со временем от износа щетки. Это нарушает работоспособность.

2.4 Инверторные стабилизаторы

Самый дорогой и совершенный тип стабилизаторов инверторные, или как их еще называют «с двойным преобразованием». Это устройство представляет собой преобразователь напряжения на базе импульсного трансформатора. Здесь в отличии от предыдущих вариантов первичная и вторичная цепи гальванически развязаны, то есть не имеют электрического контакта.

Название «с двойным преобразованием» — связано со схемотехники и принципом работы. Сначала переменный ток из сети выпрямляется, затем подаётся на инвертор, и преобразовывается обратно в переменный синусоидальный ток.

• Входной фильтр – это фильтр электромагнитных помех, он очищает питающее напряжение от искажений и не пропускает помехи, образующиеся в результате работы инвертора.
• ККМ – корректор коэффициента мощности. Нужен для повышения COSФ при питании индуктивной или емкостной нагрузки. Его цель приблизить форму и фазу потребляемого тока к фазе питающего напряжения.Здесь же установлен и выпрямитель переменного тока.
• ИНВ –инвертор, который состоит из полупроводниковых ключей, обычно это МДП или ИГБТ транзисторы, и импульсного трансформатора. На его вход поступает постоянное напряжение, ШИМ-контроллер управляет работой ключей включенных, чаще всего, по мостовой схеме, в плечах которого включена первичная обмотка трансформатора. ШИМ-контроллер в сочетании с другими схемотехническими решениями формирует синусоидальное напряжение частотой 50 Гц на выходе. Ко вторичной обмотке через фильтрующие и сглаживающие цепи подключается нагрузка.
• ВИП – вторичный источник питания нужен для питания цепей управления – БМКУ, ШИМ-контроллера и прочего. В некоторых случаях такой стабилизатор может содержать и блок аккумуляторных батарей, для резервного питания в случае исчезновения напряжения.
• БМКУ – блок который отслеживает величины напряжения и тока и корректирует работу инвертора. В нём содержатся датчики напряжения и тока и система обработки этих сигналов, например, микроконтроллер.

Инверторные стабилизаторы с двойным преобразованием обеспечивают высшую точность и плавность регулировки, однако из-за сложности их цена значительно выше релейных и симисторных аналогов. Такие устройства подходят там, где нужна высокая надежность и безотказность оборудования.Например, для питания средств производственной автоматизации или дорогих устройств.

Преимущества инверторных стабилизаторов:

• Быстродействие;
• Точность;
• Бесшумность;
• Синусоида на выходе без искажений.

Главный недостаток — высокая стоимость

2.5 Феррорезонансные стабилизаторы

Нельзя не сказать о феррорезонансных стабилизаторах. Они состоят из двух дросселей и конденсаторов. Принцип работы заключается на основе феррорезонанса, подробное его описание достаточно сложное, поэтому я его приводить не буду.

Об этих приборах стоит знать лишь то, что в них нет движущихся или переключающих элементов, по своей сути это полностью пассивный прибор, который в большей степени фильтрует скачки напряжения и помехи, а не выравнивает его до номинальной величины. Такие приборы использовались раньше, во времена СССР для защиты телерадиоаппаратуры.

Преимущества феррорезонансных стабилизаторов:

• большой срок службы;
• невысокая стоимость;
• быстродействие.

Недостатки феррорезонансных стабилизаторов:

• шумят во время работы;
• искаженная синусоида на выходе;
• узкий диапазон стабилизации.

Сравнение стабилизаторов напряжения

Подведем итоги и сравним основные параметры распространённых моделей современных стабилизаторов напряжения разных типов. Таблица ниже поможет сравнить стоимость приборов и сделать выбор. Преимущества и недостатки каждого из них мы описали выше.

Как выбрать стабилизатор напряжения

Есть разные способы подбора стабилизатора напряжения, но мы предлагаем вам воспользоваться следующим алгоритмом.

1. Выберите нужный тип стабилизатора:

• Если дома есть дорогостоящие приборы с электроникой — лучше приобрести электронный стабилизатор или инверторный из-за их высокого быстродействия. Здесь нужно уже выбирать исходя из доступных средств.
• Если это дача в деревне или дом где нет сложных и дорогих электроприборов, и напряжение «плавает» в зависимости от времени суток или года – купите электромеханический (сервоприводный) или релейный стабилизатор напряжения.

1. определитесь стабилизатор с каким типом установки вам нужен, настенный — предназначенный для крепления на стену или напольный — имеющий ножки для установки на горизонтальной поверхности, например на полке или полу.
2. Рассчитайте необходимую мощность стабилизатора

• Если вам нужно защитить какой-то отдельный прибор, то достаточно стабилизатора равного его мощности. Примерная мощность стабилизаторов для типовой бытовой техники приведена ниже. В общем случае стабилизатор выбирают так, чтобы его мощность превышала на 20-30% мощность подключаемой нагрузки.

• Для того чтобы правильно рассчитать стабилизатор на весь дома или квартиру часто советуют суммировать мощность всех электроприборов. На самом деле сделать это можно проще. Вы должны знать сколько выделено мощности на ваше жильё. Если вы не знаете – посмотрите на сколько ампер установлен вводной автомат.

Допустим, что у вас стоит однофазный вводной автомат на 25А. Чтобы узнать мощность – умножьте ток на напряжение в сети – 220В.

25*220=5500Вт=5.5 кВт

Рассчитав мощность следует добавить 20-30% запаса по мощности (защита от пусковых токов и перегрузок). В нашем случае сделаем запас 20% для этого полученную мощность умножим на 1,2:

5.5*1,2=6,6 кВт

После этого выбираем ближайшее большее стандартное значение мощности стабилизатора напряжения, в нашем случае необходимо будет приобрести стабилизатор 7-7,5кВт.

Если у вас трёхфазный ввод, и вы обнаружили автомат на 25А, например, то мощность считают по следующей формуле:

P=U*I*1.73=380*25*1.73=16435Вт = 16.44кВт

Далее, как и в предыдущем случае, добавляем запас мощности 20-30% и выбираем стабилизатор с ближайшим большим значением мощности.

Примечание: расчет мощности вы так же можете произвести с помощью нашего онлайн калькулятора расчета мощности сети.

Схемы подключения стабилизаторов

В зависимости от конструкции и исполнения стабилизатора может отличаться и способ подключения. Общий принцип один – ко «входным» клеммам подключают источник питания, а к «выходным» — нагрузку.

Если стабилизатор маломощный, то к сети он подключается вилкой в розетку. На корпусе самого прибора есть розетка, в которой уже стабилизированное напряжение – к ней подключают защищаемый прибор.

В моделях большой мощности, которые устанавливают на всю квартиру или на дом, обычно есть и розетка для подключения и клеммная колодка с болтами и шпильками для подключения жил кабеля или другими видами клемм (винтовые, рычажные и пр.). При этом на клеммной колодке обычно находится контакт для заземляющего проводника, но не на всех моделях. Клеммы куда подключается фаза в однофазных моделях всегда 2 их подписывают как L1 и L2.Нулевых клеммы может быть, как 2, так и одна.

Ниже представлены два варианта клеммных колодок стабилизаторов:

Схема подключения стабилизатора к однофазному вводному щиту будет выглядеть так:

Если у вас трёхфазный ввод, схема будет отличаться только количеством проводов, логика подключения остаётся неизменной. При этом как именно подключать зависит от самого стабилизаторы, многие модели имеют блочное исполнение и колодки для каждой из фаз разделены. Также можно использовать по одному однофазному стабилизатору на каждую из фаз.

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Стабилизаторы напряжения, просто о сложном

Наше государство подписало очередной евро-протокол, теперь нормой в сети является не 220 вольт, а 240 вольт.

Так как в частном секторе часто наблюдаются перекосы фаз, неправильное распределение нагрузок, неправильные настройки КТП, в некоторых населенных пунктах в сети замечено крайне существенное увеличение мощности. Так в начале августа в электрической сети Петрушино-3 наблюдалось до 285 вольт, что привело к выгоранию большого количества техники и самое страшное – произошел пожар в результате возгорания релейного стабилизатора.

В связи с вышеизложенным возникла необходимость дополнения данной статьи.

1. Релейные стабилизаторы не годятся для понижения мощности. На срабатывание реле требуется время, а за этот промежуток стабилизатор получает на обмотки большую мощность, что весьма вероятно в скором времени приведет его выгоранию.
2. Диодные стабилизаторы в основной массе справляются с данной задачей, но их стоимость достаточно высока, а с учетом того, что их требуется три штуки (по одному на фазу) такая установка не очень эффективна.
3. С момента написания статьи прошло более семи лет (статья ниже) и на рынке появилось большое количество новых решений. Изучив ситуацию, мы пришли к выводу, что наиболее адекватным решением является инверторный стабилизатор, выбор пал на Штиль IS3115RT изучив его принцип работы я не нашел ни каких изъянов (время срабатывания вообще отсутствует, диапазон стабилизации впечатляет, да и сам принцип работы исключает какие-либо ошибки или пропускания высокого напряжения). Принцип работы заключается в том, что он забирает ток из сети 380 вольт (три фазы) и преобразует их в 220 вольт (одна фаза). Единственный недостаток – цена в районе 100 000 рублей.

Подключить к имеющейся разводке в доме RSG очень просто: на вход стабилизатора подается имеющиеся три фазы, с выхода снимается одна фаза (только снимать ее надо проводом сечением не менее 0.6 квадрата) которая подается на один из вводных автоматов (в системе их три), после этого с автомата на который подано напряжение делается перемычка на второй и третий автомат.

Стабилизаторы напряжения / Просто о сложном / Принцип работы / Зачем нужны стабилизаторы

В данной статье я максимально упростил все определения и понятия. Цель данной статьи: по возможности просто и ясно объяснить обычному обывателю, что за зверь этот стабилизатор, как он работает и зачем это вообще надо. Причина проста: один из наших покупателей поставил дополнительный стабилизатор (последовательно с имеющимся) на котел отопления, что привело к частичному выгоранию электроники котла и его неработоспособности.

Зачем нужен стабилизатор:

Для поддержания напряжения в сети 220 вольт. К сожалению крайне часто встречается, что напряжение падает и зачастую просто до неприемлемых величин, при которых приборы просто перестают работать. А еще более печально, что такая ситуация становится нормой для Подмосковья (о других вотчинах, не говорю ибо не знаю). Причины просты: 1. Изношенность сетей 2. Перегрузка сетей 3. Элементарный преступный умысел.

Скажу, про преступный умысел, все просто: Вы платите за каждый потребленный киловатт электроэнергии (вне зависимости от мощности). «Кто то» понижает мощность на 1/3 с 220 вольт до 150 вольт и теперь для Вам требуется уже больше энергии, то есть там где нужен был киловатт, Вам потребуется 1.3 кВт (для тех же нужд), но сами «они» получают энергию чистую 220 вольт, Вам отдают 150 вольт и таким образом из воздуха имеют 30% прибыли плюс маржа процентов 50. Хороший бизнес и всегда можно оправдаться в виде: сети изношены, перегруз ну и т.д. Для примера: я понижаю октановое число бензина и вроде бы наливаю Вам 10 литров, вот только проехать на этом бензине вы сможете меньше чем на 10 литрах нормального бензина. Знаете почему заявленный расход автомобилей на 100 км. всегда ниже чем реальный? Мерили в тепличных условиях? Да именно так, а еще ездили на нормальном бензине. Почему расход топлива одинаковых машин за границей 10 литров, а у нас 12? Гоняем? Все просто, у нас бензин хуже, а стоит столько же. Обманули? Нет, ведь мы же голосуем за тех кто продает нам этот бензин и электроэнергию.

Что такое стабилизатор:

Стабилизатор это прибор который стабилизирует ток и поддерживает в сети 220 вольт. К примеру в сети 180 вольт, стабилизатор в состоянии сделать из них 220 вольт.

Принцип работы стабилизатора:

Стабилизатор это по сути трансформатор на обмотки которого подается «любое» напряжение а снимается 220 вольт. Чем ниже напряжение на входе тем больше обмоток включает стабилизатор.

Предположим в стабилизаторе 10 обмоток, на период пока ток в входящей сети 220 вольт, он не работает, как только мощность упала до 200 он включает одну обмотку и тем самым сохраняет на выходе 220 вольт, мощность упала до 180, стабилизатор подключил еще одну обмотку (вторую) и все равно на выходе 220 и так далее. Я не буду писать про виды стабилизаторов (особенно прошлого века), к тому же отличие только: в принципе переключения обмоток.

В настоящий момент существует два основных принципа переключения: релейное и диодное. Первое от второго отличается медленной работой, отсутствием плавности переключения и низкой стоимостью. Вот низкая стоимость и играет значительную роль.

Порядок цен (февраль 2013 года): стабилизатор на 5 кВт релейного типа стоит порядка 6-10 тыс. рублей, диодного — 25-35 тыс рублей.

На что влияет принцип переключения:

• Время срабатывания с момента понижения на входе до переключения как в плане отдачи команды на переключение обмоток, так и время необходимое для срабатывания устройства переключения (к примеру щелкнуть реле)
• Шаг — на сколько должно упасть напряжение, что бы стабилизатор включил следующую обмотку (релейный — 3-12 вольт, диодный — 1.5-8 вольт)

Как понятно из вышеизложенного — вопрос можно свести только к плавности, поскольку диодный быстро срабатывает, шаг небольшой и скорость переключения — мгновенная, в отличии от релейного, который более задумчив и будет щелкать реле вызывая перепады.

Итак подведя итог: лучший стабилизатор это тот, который имеет минимальное время срабатывания, переключает быстро и малым шагом.

Дополнительно: на релейном стабилизаторе может наблюдаться незначительное мигание света. Релейный стабилизатор не подходит для установки инвертора, инвертор такого не перенесет.

Надеюсь стало немного понятно, теперь переходим к ошибкам:

• Не стоит покупать трех-фазный стабилизатор. Три фазы это три раза по одной фазе, не более того, проще и дешевле купить три однофазных и если какой либо из них сломается, по крайне мере другие будут работать.
• Лучше покупать диодный стабилизатор, но даже релейный это лучше чем полное отсутствие любого стабилизатора.
• На стабилизаторах пишут не мощность а соотношение, то есть маркировка 5000 совсем не означает, что это 5 кВт, это вольт-ампер, что в пересчете составляет выдаваемую мощность около 4 кВт. Некоторые «умные продавцы» рекомендуют покупать 8000 вольт-ампер, что составляет около 6 кВт (при выделенной мощности 5 кВт). Так вот этот подход не верен. 5000 вольт-ампер хоть и выдает около 4 кВт (на выходе), но из сети то он забирает именно 5 кВт и делает из неправильных 5 кВт правильные 4 кВт, а эти самые 5 кВт как правило и являются ограничением потребляемой мощности, дальше вырубает автомат.
• Самое главное: нашим покупателем был установлен дополнительный стабилизатор релейного типа в дополнение к уже имеющемуся. В моем понимании этого делать просто нельзя, однако порывшись в Интернет и просто ахнул. Люди с полной уверенностью дают советы «поставьте второй стабилизатор» ай! Интересно этим «гениям» кто нибудь пробовал выставлять претензии вида «у меня все погорело, оплати пожалуйста». Давайте просто логически посмотрим что происходит:

Что будет если подключить сварочный аппарат к стабилизатору?

Сварка это цикл кратковременных электрических импульсов, каждый из которых существенно понижает мощность тока на выходе стабилизатора. Таким образом сварка понижает мощность, стабилизатор пытается повысить, но импульс по времени меньше, чем время срабатывания и в результате: сварка понижает, стабилизатор пытается повысить, но не успевает и опять понижение, повышение, понижение. Для понимания к примеру время срабатывания стабилизатора 1 секунда, но на выходе он видит перепад 220 — 150 — 220 — 150 — 220 с промежутком в 0.5 секунды, что произойдет? Правильно он будет пытаться выровнять, но не успеет, потом опять и опять и опять. Сгорит или в лучшем случае заблокируется. НО в короткие моменты на выходе в сети будет то 180 то 220 то 280 вольт, то есть полный хаос. Все просто: на выходе 220 — хорошо, потом падение до 180, стабилизатор подключает две обмотки и как только подключил, оп нагрузка снимается, а обмотки подключены и значит уже 280 и так много раз. Один, два, пятьдесят раз это не критично, но постоянно это катастрофа. Аналогично, если сосед профессионал-сварщик, только перепады будут на входе стабилизатора, предложите ему по новой обставить Ваш дом.

Теперь ставим второй стабилизатор за первым.

В общем это тоже, что подключить сварку. Предположим время срабатывания у обоих 1 секунда:

220 падает до 180 вольт: первый стабилизатор включает две обмотки за 1 секунду, но в течение этой секунды мощность в 180 вольт передается дальше и следовательно и второй стабилизатор фиксируя 180 вольт подключает две обмотки.

180 на входе, но на выходе из первого стабилизатора уже 220, а второй также включил две обмотки, то есть на выходе из него уже 280 и он пытается снизить, но импульс есть.

Вход 180 возврат на 220, стабилизатор первый выключает две обмотки, второй тоже.

Вы понимаете, к чему приводят два стабилизатора? Это цикл кратковременных высоковольтных импульсов, которые происходят всякий раз как мощность входящего тока падает и в ДВА раза превышают цифру на которую падает мощность. Так с случае падения с 220 до 150 на выходе второго стабилизаторы вы получите импульс 290 вольт.

Здесь я логически пытался объяснить, что же происходит при включении двух последовательных стабилизаторов, массу цифр я привел в соответствие с величинами ощущаемыми человеком, на самом деле все происходит намного быстрее но сути дела это не меняет.