Как работает стабилизатор напряжения

Принцип работы стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения – применение, принцип работы

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.

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.

Стабилизатор сетевого напряжения 220В — это устройство, которое выравнивает напряжение из питающей сети, до определенного значения, и отдаёт потребителям стабильные 220 вольт, независимо от скачков и просадок на линии. Установка такого прибора обеспечит защиту электрических приборов от ненормальных режимов работы, таких как перепады напряжения в сети и высокий или низкий его уровень. В этой статье мы рассмотрим устройство и принцип работы стабилизаторов напряжения, а также разновидности данных устройств и область их применения. Содержание:

  • Определение
  • Классификация
  • Принцип действия
  • Релейные
  • Сервоприводные
  • Инверторные

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.

конденсатора. После этого выпрямленный ток поступает на инвертор, где опять преобразуется в переменный и подаётся в нагрузку. При этом выходное напряжение стабильно как по величине, так и по частоте.

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!

Стабилизатор напряжения. Виды и работа. Применение и как выбрать

В жизни современного человека есть много электроприборов, которыми он постоянно пользуется как в быту, так и на работе. Есть такие потребители, которые требуют поддержания напряжения в строгих пределах и чтобы этого добиться, необходимо использовать стабилизатор напряжения.

Виды
В зависимости от технического решения, стабилизаторы могут быть нескольких видов:
  • Релейные. Они обеспечивают ступенчатую регулировку и состоят из автотрансформатора и силового реле. Такие приборы не могут с высокой точностью регулировать выходное напряжение. Для улучшения качества стабилизации, усложняют конструкцию автотрансформатора, но это приводит к увеличению стоимости оборудования. Такие стабилизаторы используются с маломощными приборами.

  • Симисторные. Это электронные приборы, которые работают по принципу релейных, но обмотки в них переключаются симисторами (электронные ключи). Так как нет механического реле, то скорость переключения увеличивается, они более надежные, тише работают, но также не могут обеспечить высокую точность выходного напряжения.

  • Электромеханические или сервоприводные. Они работают по принципу реостата (электропривод передвигает контакты по обмотке автотрансформатора), поэтому могут плавно изменять выходное напряжение. Такое оборудование может использоваться в сетях, где нет резких скачков напряжения.

  • Феррорезонансные. Данное оборудование непрерывно регулирует выходное напряжение в заданном диапазоне. Такой вариант имеет ряд нерешенных проблем, поэтому его применение ограничено.

  • Инверторные. Это самые современные стабилизаторы, которые работают по принципу двойного преобразования напряжения: сначала оно преобразуется из переменного в постоянное, а потом снова из постоянного в переменное. В этом случае нет громоздкого трансформатора, поэтому такие приборы имеют небольшие размеры и вес. Данное оборудование имеет высокую точность, она в переделах 1%. Независимо от напряжения на входе, на выходе мы получаем практически идеальные 220 В.

Как устроен стабилизатор
Стабилизатор напряжения состоит из нескольких основных частей, которые есть в таком оборудовании, независимо от его вида:

  • Автотрансформатор. Он может иметь алюминиевую обмотку, используется в дешевых моделях, и медную – применяется в качественных приборах.
  • Электронная схема управления. У разных торговых марок она будет отличаться, поэтому стабилизатор напряжения одного вида, но разных изготовителей будет выполнять свои функции неодинаково. Отличие состоит в алгоритме замыкания ключей, поэтому идентичные по типу приборы имеют значительные отличия в работе.
  • Замыкающие ключи. Эти элементы стабилизатора определяют тип его коммуникации: электронные или электромеханические. Более предпочтительные электронные стабилизаторы, так как у них скорость срабатывания в пределах 10-20 мс, а у электромеханических она будет 40-50 мс.
  • Элементы защиты. К основным относится тепловой и магнитный расцепители, а к дополнительным — защита от молнии.
  • Байпас – устройство, которое обеспечивает непрерывность питания, подключает напрямую к сети.
Принцип действия

Принцип работы оборудования основан на отслеживании входящего напряжения и корректировки его на выходе, в зависимости от происходящих изменений.

Когда на входе происходит изменение напряжения, стабилизатор тратит некоторое время на проведение замера. В электронных моделях на это требуется до 20 мс, а у электромеханических до 50 мс. На следующем этапе работы происходит соответствующая реакция на возникшую ситуацию. Все изменения напряжения выравниваются до 220 В.

Когда на входе показатели снижаются, стабилизатор напряжения поднимает его показатели на входе, насколько хватает возможностей автотрансформатора. Когда значения на входе превышают заданный диапазон, то прибор автоматически отключает подачу напряжения. Стабилизатор напряжения не пропускает на подключенное оборудование импульсные скачки.

Напряжение регулируется за счет подключения добавочных обмоток трансформатора при помощи ключей, которые могут быть электронными или релейными. Процесс коммутации контролируется процессором, который не позволяет одновременного включения более одного ключа.

Область применения

Стабилизаторы напряжения нашли широкое применение как в промышленности, так и в быту. Нестабильное напряжение в сети делает использование такого оборудования очень актуальным.

У каждого в доме есть такое дорогостоящее оборудование как компьютер, стиральная машина, холодильник и другая аппаратура, для которого очень важно качественное электропитание. Оптимальным и недорогим решением, позволяющим надежно защищать бытовые приборы и различное промышленное оборудование, является стабилизатор напряжения.

Привести к выходу из строя или к нестабильной работе различной бытовой техники может пониженное или повышенное напряжение, а также его пиковые скачки. Наличие стабилизатора позволяет выравнивать возникающие перепады напряжения, на выходе он выдает номинальное напряжение, которое необходимо для корректной работы подключенного электрооборудования.

Как выбрать стабилизатор напряжения

Для совершения правильного выбора, специалисты рекомендуют обращать внимание на такие особенности:
  • Способ монтажа, стабилизатор может устанавливаться рядом с обслуживаемым устройством, стационарные устройства монтируются на стену в горизонтальном или вертикальном положении.
  • Если используется прибор на 220 В, то точность его работы должна составлять 1-3%.
  • Мощность, надо приобретать прибор, мощность которого будет на 30% больше мощности подключаемого оборудования.
  • Могут быть одно и трехфазные стабилизаторы.
  • Быстродействие прибора, измеряется этот показатель в миллисекундах.
  • Наличие защиты, эта функция защитит прибор от короткого замыкания, резких скачков напряжения и других негативных моментов.
  • Имеют значения и размеры оборудования, а также уровень шума, который он издает во время работы.
  • Стоимость, качественный прибор не может стоить дешево, лучше приобрести более дорогое, но качественное оборудование.
  • Гарантийный срок службы, у качественного стабилизатора он будет несколько лет, тогда как у дешевых моделей вообще может не быть никаких гарантий.

Если подключается оборудование с мощным электродвигателем, то надо учитывать реактивную составляющую мощности, так как при запуске мотора, ток сильно повышается и если такой параметр не учесть, то стабилизатор не справится с нагрузкой, возникающей при запуске электродвигателя.

Достоинства и недостатки
Преимущества и недостатки таких приборов будут зависеть от их вида:
  • Релейные. Главное достоинство релейного стабилизатора – высокая скорость регулирования напряжения. Недостатки таких приборов в том, что изменение напряжения происходит ступенчато, точность стабилизации низкая и искажается синусоида.
  • Симисторные. Достоинства в том, что во время работы они имеют низкий уровень шума, процесс коммутации быстрый, а изменение напряжения происходит плавно. Главный их недостаток в низкой точности регулирования напряжения.
  • Сервоприводные. Такие стабилизаторы плавно регулируют выходные параметры, не искажают синусоиду и обеспечивают высокую точность регулирования. Недостатки такого оборудования в невысокой скорости реакции и низкой скорости регулирования, а наличие механически передвигаемых деталей, снижает надежность таких приборов.
  • Феррорезонансные. Данное оборудование обеспечивает высокое быстродействие и точность стабилизации. Оно имеет большой срок службы и высокую надежность. Недостаток таких стабилизаторов в том, что происходит искажение синусоиды, они имеют небольшой диапазон регулировки, у них большой вес и КПД всего 70-80%. Кроме этого, не допускается работа такого оборудования при больших перегрузках и в режиме холостого хода.
  • Инверторные. Они обеспечивают высокую точность и скорость регулировки, могут работать как с очень низким, так и с высоким входным напряжением. Такие приборы могут работать без нагрузки, подавляют импульсы и помехи, создают правильную синусоиду. Основные их недостатки и в низком КПД, сложности ремонта и высокой стоимости.

Срок службы электроприборов и качество их работы будут зависеть от параметров подаваемой электроэнергии. Чтобы защитить технику от изменения напряжения в сети и обеспечить ее надежную и долгую работу, достаточно установить современный стабилизатор напряжения.

Принципы работы стабилизаторов напряжения

Стабилизаторы переменного напряжения появились в нашей стране более 80 лет назад. C того момента они претерпели множество изменений и усовершенствований, включая саму технологию, использующуюся для регулировки сетевого напряжения.

В нашей статье мы расскажем о том, когда и как появились первые приборы для коррекции напряжения в бытовых электросетях, а также о том, как менялись технологии, лежащие в основе их работы.

Содержание

  • Технология стабилизации напряжения, основанная на эффекте феррорезонанса
  • Первые стабилизаторы напряжения в СССР
  • Стабилизация напряжения с помощью сервопривода
  • Релейная технология стабилизации напряжения
  • Стабилизация напряжения на основе тиристоров и симисторов
  • Технология двойного преобразования энергии

Технология стабилизации напряжения, основанная на эффекте феррорезонанса

В 1938 году был изобретен и запатентован феррорезонансный трансформатор (автор Джозеф Сола). Именно это устройство, изначально названное «трансформатор постоянного напряжения», стали впервые использовать для стабилизации параметров электрической энергии, так как оно за счет электромагнитного явления, называемого феррорезонансом, при колебаниях входного напряжения сохраняло неизменным значение выходного.

Отметим, что феррорезонансный эффект не регулирует напряжение напрямую, однако при правильном применении позволяет минимизировать влияние первичного (входного) напряжения на вторичное (выходное).

Феррорезонансный трансформатор включает в себя две магнитные цепи (обмотки) со слабой связью друг с другом. Магнитопроводы цепей имеют различную магнитную проницаемость, поэтому во время работы выходная цепь находится в режиме постоянного насыщения, а входная, наоборот, не достигает насыщенности. Благодаря этому даже значительные отклонения напряжения на входе не приводят к существенным колебаниям на выходе. Разница между величиной фактически снимаемого с трансформатора напряжения и его номинальным значением обычно не превышает пяти процентов (при соблюдении определённых условий).

Феррорезонансные трансформаторы выпускаются по сей день, правда, современные модели из-за высокой цены и некоторых особенностей эксплуатации, практически не используются в качестве стабилизаторов напряжения.

Первые стабилизаторы напряжения в СССР

В нашей стране разработки приборов, обеспечивающих коррекцию переменного напряжения, начались в конце 1950-х годов. Именно тогда возникла потребность в качественном электропитании бытовой техники, начавшей массово появляться в советских квартирах и домах.

За основу для первых серийных стабилизаторов отечественные инженеры взяли описанную выше технологию феррорезонанса – она не требовала сложной схемы и, самое главное, полностью удовлетворяла существующие на тот момент требования к качеству электропитания.

В широкий обиход советские феррорезонансные стабилизаторы вошли уже в 1960-х годах. Их конструкция включала в себя автотрансформатор, входной и фильтрующий дроссель, а также конденсатор.

Данные изделия не отличались большой мощностью и в основном были рассчитаны на 200-300 Вт. Но этого вполне хватало для питания типичных нагрузок того времени: цветных и чёрно-белых телевизоров, радиоаппаратуры, магнитофонов и измерительных приборов (более мощные трехфазные стабилизаторы использовались для защиты ответственного электрооборудования на промышленных предприятиях).

В течение 1960-1970-х годов наибольшее распространение в бытовом секторе получили модели ТСН-170, ФСН-200, СНБ-200, СН-200, УСН-200, ТСН-200 СН-250, СН-315 и СНП-400 (цифра в названии означает выходную мощность устройства). Перечисленные устройства выпускались как в пластиковых, так и металлических корпусах и предназначались для настенного или напольного размещения. Для сети предусматривался выведенный шнур со штепсельной вилкой, для нагрузки – розеточное гнездо.

Использовались советские феррорезонансные стабилизаторы в первую очередь для защиты телевизоров от сильно завышенного или заниженного сетевого напряжения: они обеспечивали возможность нормального приема телевизионных передач, сохранность и увеличение срока службы кинескопа, ламп и других элементов телевизионного приёмника.

Что касается технических характеристик, то данные изделия в основном были рассчитаны на работу от сети переменного тока с частотой 50 Гц и номинальным напряжением 127 или 220 В. При этом рабочий диапазон входных напряжений составлял 85-140 В (для сети 127 В) и 155-250 В (для сети 220 В). Приборы имели коэффициент полезного действия не менее 80%, не боялись перегрузок и коротких замыканий. Кроме того, феррорезонансные стабилизаторы благодаря отсутствию электромеханических частей имели длительный срок службы. У некоторых пользователей сделанные во времена СССР устройства до сих пор исправно работают!

Были у этих стабилизаторов и свои недостатки: постоянный гул при работе (доходил до 32 дБА), существенные искажения формы выходного напряжения, большая зависимость от входной частоты и величины подключённой нагрузки, а также сильное электромагнитное поле, которое при близком расположении к телевизору создавало помехи в его работе.

Отметим, что разработки в области стабилизации сетевого напряжения велись в СССР непрерывно, поэтому параллельно с феррорезонансными стабилизаторами с конвейеров профильных заводов выходили и приборы иных типов. В частности, автотрансформаторные регуляторы моделей АРН-250, АРБ-400 и АТ-2, которые предполагали ручное поддержание выходного напряжения в установленных пределах. Однако ни одна разновидность изделий не получила в советский период такого распространения, как стабилизаторы на базе феррорезонанса.

Лишь с начала 90-х годов, когда в нашей стране появляется большое количество требовательной к качеству электропитания зарубежной бытовой техники и электроники, российские производители начинают выпуск стабилизаторов напряжения, в основу которых положены рассмотренные далее технологии.

Стабилизация напряжения с помощью сервопривода

В 1960-х стали активно распространяться сервоприводы – специальные электромоторы, механизм которых мог поворачиваться под разным углом и удерживать необходимое положение.

В тех же годах сервопривод начал использоваться и в стабилизаторах напряжения. Так, в 1961 году был запатентован электромеханический стабилизатор, силовая честь которого состояла из регулируемого автотрансформатора, подвижного токосъемного контакта с приводом от двигателя постоянного тока и источника напряжения собственных нужд. Прибор позволял автоматически стабилизировать сетевое напряжение, не искажая при этом форму его кривой.

Сегодня электромеханические стабилизаторы по-прежнему выпускаются и несмотря на разнообразие моделей имеют схожий принцип работы – плата управления сравнивает значение напряжения на входе изделия с установленным образцовым. В случае различия этих двух параметров сервопривод с графитовым ползунком, роликом или щеткой (в зависимости от конкретной модели стабилизатора) перемещается по обмотке автотрансформатора и подключает к цепи количество витков, достаточное для получения выходного напряжения максимально приближенного к эталонной величине.

Такой принцип работы сопряжен с существенными недостатками. Речь, в первую очередь, о невысокой скорости срабатывания – сервоприводу при возникновении сетевого отклонения требуется определенное время, чтобы передвинуть токосниматель в необходимое положение. Кроме того, быстрый механический износ подвижных деталей обуславливает необходимость их периодической замены.

Шум при передвижении щеток сервопривода, возможное искрение во время работы и громоздкая конструкция создают дополнительные сложности при бытовой эксплуатации данных устройств.

Подробнее об электромеханических стабилизаторах можно узнать в статье «Электромеханические стабилизаторы напряжения».

Релейная технология стабилизации напряжения

Появившееся еще в 19 веке электромеханическое реле – это, наверное, самый распространённый в автоматике элемент. В нашей стране оно сначала применялось в промышленности для управления технологическими процессами, а затем вошло и в состав различной бытовой техники. Разработка в СССР стабилизаторов напряжения, действующих на основе релейного элемента и получивших соответствующее название «релейные», приходится на 1970-е годы.

Основные элементы типичного релейного стабилизатора – это автотрансформатор, электронная плата управления и блок силовых реле, каждое из которых по сути представляют собой автоматический выключатель, соединяющий или разъединяющий электрическую цепь под внешним воздействием либо при достижении определенных параметров.

Во время работы релейного стабилизатора управляющая плата постоянно контролирует входное напряжение и в случае его отклонения от номинальных показателей подает сигнал на релейный блок. Последующее замыкание (размыкание) определённого реле коммутирует обмотки трансформатора и обеспечивает необходимый для нейтрализации входного искажения коэффициент трансформации.

Устройства данного типа имеют повышенную скорость срабатывания, но регулировка сетевого напряжения выполняется ступенчато (не плавно), что сказывается на форме подаваемого на нагрузку сигнала. Кроме того, срабатывание реле всегда сопровождается щелчками, создающими определенный шум во время работы устройства.

Подробнее о данном типе стабилизаторов можно узнать в статье «Релейные стабилизаторы напряжения».

Стабилизация напряжения на основе тиристоров и симисторов

Активное проникновение в электротехнику полупроводниковых компонентов нашло своё отражение и в вопросе стабилизации электрической энергии. В конце 1970-х начались разработки стабилизаторов напряжения, работающих на основе тиристоров – полупроводниковых приборов, имеющих два состояния «закрытое» с низкой проводимостью и «открытое» с высокой.

Обычно тиристоры используются как силовые ключи в различных электронных устройствах, например, в переключателях скорости электродвигателей, таймерах, диммерах и т.д. Отметим, что тиристоры в зависимости от конструкции могут проводить ток как в одном направлении, так и в двух (приборы второго типа получили название – симисторы).

Тиристорные и симисторные стабилизаторы напряжения по принципу своей работы схожи с релейными и отличаются лишь тем, что коммутация обмоток автотрансформатора выполняется не релейными блоками, а электронными, состоящими из тиристоров или симисторов. Применение таких блоков позволяет регулировать напряжение гораздо быстрее, чем с помощью классических электромеханических реле. Другие преимущества данной технологии: абсолютная бесшумность работы и отсутствие требующих технического обслуживания деталей.

Сегодня симисторные и тиристорные стабилизаторы являются одними из самых распространённых и популярных, что, однако, не отменяет их главного недостатка – ступенчатого регулирования напряжения (аналогично релейным моделям).

Более подробно о тиристорных и симисторных стабилизаторах рассказано в статье «Электронные стабилизаторы напряжения».

Технология двойного преобразования энергии

Инверторы и выпрямители – статические преобразователи напряжения, совместное использование которых в 1980-х породило технологию двойного бестрансформаторного преобразования энергии. Данная технология в течение нескольких десятилетий успешно применялась в онлайн ИБП, а в 2015 году была использована и при создании стабилизаторов напряжения нового поколения. Полученные устройства, названые инверторными стабилизаторами, обеспечили непревзойдённые технические характеристики и стали настоящим прорывом в своей отрасли.

Инверторные стабилизаторы избавлены от громоздкого автотрансформатора и каких-либо электромеханических частей, силовая часть приборов состоит исключительно из электронных модулей: выпрямителя, накопительной емкости и инвертора.

Работа такого стабилизатора заключается в двукратном преобразовании поступающего на вход напряжения. Сначала оно с помощью выпрямителя преобразуется в постоянное, затем проходит через промежуточную (накопительную) емкость и попадает на инвертор, где снова становится переменным. В итоге на выход устройства подаётся снятое с инвертора напряжение, которое обладает точным значением и синусоидальной формой.

В настоящее время инверторные стабилизаторы удовлетворяют даже самые жесткие требования к качеству электропитания и входят в число наиболее популярных устройств в соответствующем им сегменте рынка.

Подробнее об инверторных стабилизаторах читайте в статье «Инверторные стабилизаторы: строение и принцип работы».

Стабилизаторы напряжения, просто о сложном

04 сентября 2020

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.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий