Как работает стабилизатор напряжения — принцип действия

Стабилизатором напряжения называется устройство, к которому подключается напряжение на его вход, с неустойчивыми и нестабильными свойствами для нормальной работы потребителей. На выходе прибора напряжение имеет необходимые качества и свойства, способствующие нормальному функционированию нагрузки потребителей.

Стабилизаторы постоянного тока

Питание сети постоянного тока требует выравнивания при входном напряжении ниже или выше допустимого предела. При протекании тока по стабилизатору, оно выравнивается до необходимой величины. Также схему стабилизатора можно выполнить со сменой полярности питания.

Линейные

Такой прибор является делителем, на который поступает нестабильное напряжение, а на его выходе напряжение выравнивается и имеет необходимые свойства. Его принцип действия состоит в постоянном изменении значения сопротивления для создания выровненного питания на выходе.

Достоинства:

• При эксплуатации отсутствуют помехи.
• Простое устройство с малым числом деталей.

Недостатки:

• При значительной разнице выходящего и входящего питания линейный стабилизатор показывает малый КПД, так как значительная часть производимой мощности переходит в тепло и расходится на сопротивлении.

Параметрический

Такое исполнение прибора с контрольным элементом, подключенным параллельно нагрузке, выполнено на полупроводниковых и газоразрядных стабилитронах.

По стабилитрону проходит ток, который выше в десять раз тока на резисторе. Поэтому такая схема подходит для стабилизации питания только в маломощных устройствах. Чаще всего его применяют в качестве составного компонента преобразователей тока со сложной конструкцией.

Последовательный

Работа прибора видна на изображенной схеме.

Эта схема соединяет два компонента:

1. Биполярный транзистор, повышающий ток. Он является эмиттерным повторителем.
2. Параметрический стабилизатор, рассмотренный выше.

Выходное напряжение не зависит от проходящего по стабилитрону тока. Однако оно зависит от вида вещества полупроводника. По причине сравнительной независимости этих величин выходное напряжение получается устойчивым.

При протекании по транзистору напряжение на выходе прибора повышается. При применении одного транзистора напряжение может не удовлетворить потребителя. В этом случае выполняют прибор из нескольких транзисторов, чтобы повысить ток до необходимой величины.

Компенсационный последовательный

Компенсационный последовательный стабилизатор имеет обратную связь. В нем выходное напряжение сравнивается с эталоном. Разница между ними нужна для создания сигнала устройству, контролирующему напряжение.

С сопротивления снимается некоторое количество выходного напряжения, сравнивающееся с основным значением стабилитрона. Эта разница поступает на усилитель и подается на транзистор.

Устойчивое функционирование создается при сдвиге фаз. Так как часть напряжения на выходе поступает на усилитель, то оно сдвигает фазу на угол 180 градусов. Транзистор, подключенный по типу усилителя, фазы не сдвигает, и петлевой сдвиг равен 180 градусов.

Импульсные

Электрический ток, обладающий неустойчивыми свойствами, с помощью коротких импульсов поступает на устройство накопления стабилизатора, которым является конденсатор или катушка.

Накопленная энергия далее выходит на потребитель с другими свойствами. Есть два способа стабилизации:

1. Управление длиной импульсов.
2. Сравнение выходного напряжения с наименьшим значением.

Импульсный стабилизатор может изменять напряжение с разными результатами. Их делят на виды:

• Инвертирующий.
• Повышающе-понижающий.
• Повышающий.
• Понижающий.

Достоинства:

• Малая потеря энергии.

Недостатки:

• Помехи в виде импульсов на выходе.

Стабилизаторы переменного напряжения

Такие приборы предназначены для выравнивания переменного напряжения независимо от его параметров входа. Выходное напряжение должно быть в виде идеальной синусоиды, независимо от входных дефектов питания. Различают несколько видов стабилизаторов

Накопители

Это стабилизаторы, накапливающие энергию от входного источника, а далее энергия создается снова, однако уже с постоянными параметрами.

Двигатель-генератор

Принцип работы стабилизатора напряжения такого типа состоит в изменении электроэнергии в кинетический вид, применяя электродвигатель. Далее генератор снова производит обратное изменение, уже с постоянными параметрами.

Основным компонентом системы является маховик, накапливающий энергию и выравнивающий напряжение. Он соединен с подвижными элементами генератора и двигателя, имеет большую массу, инерцию, которая сохраняет быстродействие. Так как скорость маховика постоянная, то напряжение также будет постоянным, даже при малых перепадах напряжения на входе.

Феррорезонансный

Прибор состоит:

• Конденсатор.
• Катушка с ненасыщенным сердечником.
• Катушка индуктивности с насыщенным сердечником.

К катушке с сердечником насыщенным приложено постоянное напряжение, и не зависит от тока, поэтому можно подобрать данные второй катушки и емкости для стабилизации питания в необходимых пределах.

Работа такого устройства сравнивается с качелями. Их трудно сразу остановить, или сделать скорость качания выше. Качели также не нужно постоянно подталкивать, так как инерция делает свое дело. Поэтому могут быть значительные падения и обрыв питания.

Инверторный

Схема такого прибора состоит:

• Преобразователь напряжения.
• Микроконтроллер.
• Емкость.
• Выпрямитель с регулятором мощности.
• Фильтры входа.

Принцип работы инверторного стабилизатора заключается в протекании 2-х процессов:

1. Вначале входное переменное напряжение изменяется в постоянное при прохождении по выпрямителю и корректору. При этом электроэнергия накапливается в емкостях.
2. Далее постоянное напряжение изменяется в переменное на выходе. Из емкости ток течет к инвертору, трансформирующему ток в переменный с постоянными данными.

Корректирующие

• Электромагнитный, который имеет отличие от феррорезонансного отсутствием емкости, и пониженной мощностью.
• Электромеханический и электродинамический.
• Релейный.

Принцип работы стабилизатора напряжения | Электрика в доме

Принцип работы релейного стабилизатора напряжения

Работа всех типов стабилизаторов переменного напряжения заключается в поддержании выходного напряжения на уровне 220 В при сильном изменении входного напряжения. Работа релейного стабилизатора основана на переключении обмоток трансформатора мощными реле. При таком переключении обмоток выходное напряжение меняется ступенями.

При переключении с одной обмотки на другую, выходное напряжение трансформатора изменится приблизительно на 20 В, или больше. Команду на переключение обмоток трансформатора поступает с контроллера на реле. Число переключаемых обмоток может меняться от 5 до 10, которое определяет точность стабилизации выходного напряжения. В большинстве релейные стабилизаторы работают при входном напряжении 150 — 250 В.

К положительным качествам релейных стабилизаторов можно отнести небольшое время срабатывания реле и невысокую стоимость. Недостатком таких стабилизаторов является скачок напряжения при переключении обмоток на 20 Вольт. На бытовых электроприборах это не отражается, однако лампы освещения могут моргать. Еще релейный стабилизатор издает щелчки при переключении реле, которые ночью хорошо слышны.

Скачки напряжения при переключении обмоток трансформатора

В момент переключения контакты реле на время зависают в воздухе. В это время, хотя и короткое, нагрузка отключена, что вызывает ЭДС самоиндукции автотрансформатора. Эта ЭДС выражается в коротком импульсе напряжения, которое может достичь 1000 В. Такие импульсные помехи могут вызвать повреждение техники, особенно при многократном переключении обмоток стабилизатора.

Схема работы релейного стабилизатора

В этой ситуации нужно после релейного стабилизатора ставить ограничители напряжения на варисторах. Обмотка большинства автотрансформаторов намотана алюминиевым проводом, который имеет меньшую нагрузочную способность, чем медный. Контакты реле, особенно при большой нагрузке, искрят и подгорают, что вызывает необходимость их чистки. Релейные стабилизаторы имеют право на существование как недорогой вариант при больших перепадах сетевого напряжения.

Принцип работы симисторных стабилизаторов

Работа симисторных стабилизаторов похожа на работу релейных устройств. Отличие составляет узел переключения обмоток трансформатора.  Вместо реле у  симисторных устройств переключение обмоток происходит мощными симисторами или тиристорами. Контроллер управляют работой симисторов.

Симисторное управление обмотками не имеет контактов, поэтому отсутствуют щелчки. Автотрансформатор намотан медным проводом. Эти стабилизаторы могут работать с пониженным напряжением от 90 В и высоким напряжением до 300 В. Точность регулировки напряжения может достичь 2%, что не вызывает моргание ламп.

Однако ЭДС самоиндукции во время переключения симисторами также имеет место, как и у релейных устройств. Так как симисторные ключи очень чувствительны к перегрузкам, им необходимо иметь запас по мощности. Такие устройства стабилизаторов напряжения имеют тяжелый температурный режим.

Схема работы симисторного стабилизатора

Поэтому симисторы ставятся на радиаторы с принудительным охлаждением вентиляторами. Работа этого вида устройства осуществляется по заводской программе, которая имеет неприятность ошибаться при эксплуатации.

В этом случае поможет только заводской ремонт. Стоимость таких стабилизаторов, на мой взгляд, завышена. Существуют симисторные стабилизаторы марки Volter с высокой степенью точности. Принцип работы этих стабилизаторов напряжения осуществляется по двухступенчатой системе. Первая ступень регулирует выходное напряжение грубо, а вторая степень имеет точную регулировку выходного напряжения.

Схема работы двухступеньчатого стабилизатора Volter

Один контроллер управляет двумя ступенями. По сути это два стабилизатора в одном корпусе. Обмотки обеих ступеней намотаны на одном трансформаторе.  При 12 ключах двух ступеней стабилизатор имеет 36 уровней регулировки выходного напряжения, чем и достигается высокая точность выходного напряжения.

Принцип работы сервопривода стабилизатора

Эти устройства относятся к самым простым стабилизаторам переменного напряжения. В устройстве стабилизатора напряжения главным элементом является тороидальный трансформатор с сервоприводом, который управляется не сложной электронной схемой сравнения выходного и входного напряжений.

При разнице этих напряжений, сигнал с положительной или отрицательной полярностью подается на сервопривод постоянного тока, который включаясь, поворачивает токосъемник с графитовой щеткой до тех пор, пока на выходе напряжение не станет равным 220 В. Токосъемник двигается по контактной площадке трансформатора захватывает одновременно несколько витков обмотки, поэтому напряжение регулируется без скачков.

Вид открытого стабилизатора с сервоприводом

Время отклика на изменение напряжения сервопривода выше, чем у релейного устройства. Положительным качеством сервопривода является хорошая точность установки 2 – 3%. На этом, наверное, заканчиваются все положительные качества сервопривода. У стабилизатора с сервоприводом есть один очень большой недостаток, о котором нигде не говориться. Это его пожароопасность.

Схема работы стабилизатора с сервоприводом

По его вине также выходят из строя все электробытовые приборы и техника. Причина проста. При падении сетевого напряжения ниже низкого порога или подъема напряжения выше высокого порога стабилизатора, сервопривод выводит токосъемную щетку в крайние положения и клинит. Это происходит из-за низкого качества китайских сервоприводов или схема управления сервоприводом не вытягивает токосъемник с крайних точек контактной площадки.

А теперь представьте, упало сетевое напряжение, токосъемник естественно пополз в верхнюю крайнюю точку, поднимая напряжение и заклинил. Вернуться не может. Когда напряжение восстановилось на входе стабилизатора, то выходное напряжение будет равным 300 В или больше. Бытовые приборы такое напряжение не выдерживают. Подобное не раз встречалось на моей практике. Поэтому при выборе стабилизатора переменного напряжения нужно учитывать его надежность и безопасность.

Тоже интересные статьи

что нужно знать перед покупкой устройства, главные особенности и преимущества

Автор: Александр Старченко

Электронный стабилизатор напряжения по популярности и уровню продаж занимает следующее место после релейного стабилизатора. Широкий ассортиментный ряд электронных стабилизаторов позволяет выбрать необходимое по мощности устройство. Стабилизатор надёжен, обладает хорошими характеристиками и может использоваться в большом диапазоне температур.

Конструкция электронного стабилизатора

Электронный стабилизатор предназначен для нормализации напряжения при отклонении его от номинала, и защиты потребителей от негативных факторов. К таким факторам относятся очень низкое или высокое напряжение, а так же короткие импульсы высокого напряжения, которые иногда возникают в бытовой сети.

В отличие от стабилизаторов других типов, где могут применяться механические и электромеханические компоненты схемы, в электронном стабилизаторе кроме электроники ничего нет.

Электронный стабилизатор состоит из следующих узлов:

• Входной фильтр;
• Трансформатор;
• Плата измерения напряжения;
• Плата управления;
• Силовые ключи;
• Схема защиты;
• Блок индикации;
• Байпас.

Роль фильтра заключается в подавлении сетевых помех. Это могут быть высокочастотные наводки или короткие импульсы. Трансформатор имеет обмотку, состоящую из отдельных секций, переключением которых и осуществляется изменение напряжения на выходе.

Плата измерения напряжения осуществляет контроль не только за напряжением сети, но и за нормализованным напряжением на выходе устройства. Плата управления собрана на транзисторах. На ней формируется сигнал, подаваемый на управляющие электроды силовых ключей.

Силовые ключи переключают обмотки трансформатора для выравнивания напряжения. Схема защиты предохраняет нагрузку от возможных повреждений из-за слишком больших перепадов напряжения, а так же предохраняет стабилизатор от перегрузки. Электронный стабилизатор напряжения 220В оборудуется устройством индикации на светодиодных матрицах.

Важным элементом электронного стабилизатора напряжения является «Байпас» или «Транзит». Это устройство позволяет питать нагрузку непосредственно от сети в том случае, если напряжение на входе находится в допустимых пределах. В случае выхода напряжения из допуска, потребитель практически мгновенно подключается к стабилизатору.

«Байпас» входит в плату измерения напряжения и реализуется с помощью обычного реле. Так же режим «Транзит» может включаться вручную переключателем на корпусе стабилизатора.

Принцип работы электронного стабилизатора

Электронный стабилизатор работает по следующему принципу. Плата контроля напряжения сканирует напряжение сети. Как только его величина выйдет из допустимых стандартом 10%, подаётся сигнал на плату управления. Она состоит из транзисторных Усилителей Постоянного Тока. УПТ формируют потенциал, открывающий полупроводниковые вентили. Напряжение на выходе стабилизатора приближается к номиналу. Управление всеми электронными компонентами осуществляется с помощью микропроцессора.

Большим плюсом электронных стабилизаторов можно считать исключительно малое собственное энергопотребление, поскольку в них отсутствуют индуктивные элементы типа обмоток реле или серводвигателя.

Поскольку число секций ограничено, то изменение напряжения осуществляется ступенями, то есть дискретно. Чем большее количество электронных ключей входит в схему устройства, тем выше точность установки напряжения. В качестве силовых ключей применяются мощные полупроводниковые приборы – тиристоры и симисторы.

Тиристор проводит ток только в одном направлении, а симистор (симметричный тиристор), в обе, поэтому для коммутации цепи с переменным напряжением, требуется два тиристора во встречно-параллельном включении или один симистор.

Принцип действия стабилизаторов, собранных на разных полупроводниковых приборах, абсолютно одинаковый, но однофазный автоматический стабилизатор напряжения электронного типа, выполненный на симисторах, имеет существенный недостаток. Это слабая устойчивость при работе с индуктивной (реактивной) нагрузкой. Симисторы просто выходят из строя. Это сильно ограничивает сферу применения стабилизаторов такого типа. Вообще, электронные стабилизаторы, благодаря хорошим характеристикам и высокой надёжности, находят самое широкое применение в любых сферах.

Преимущества и недостатки

По сравнению с аналогичным по принципу работы релейным стабилизатором, электронное устройство обладает гораздо большими преимуществами:

• Высокая скорость коммутации;
• Большее количество ступеней регулирования;
• Более высокая точность;
• Отсутствие шума;
• Большой разброс напряжения на входе;
• Возможность работы при низких температурах;
• Надёжность.

В отличие от электромеханических реле, время срабатывания которых может достигать 40-60 мс, тиристорные ключи выполняют коммутацию за гораздо более короткий срок, не превышающий 10-12 мс, а у некоторых моделей он может составлять 2-4 мс. Увеличение количества реле ведёт к увеличению энергопотребления самого стабилизатора и снижению времени нормализации напряжения. Электронные стабилизаторы позволяют без особого ущерба увеличить число дискретных ступеней, что положительно сказывается на точности установки.

Тиристорный стабилизатор бесшумен в работе, и может использоваться при низких температурах, что выгодно  отличает его от стабилизаторов других моделей. Схемные решения допускают работу устройства при большом диапазоне напряжения сети. Надёжность электронного стабилизатора определяется в основном надёжностью тиристоров, а они допускают до 10⁹ переключений. Недостатком можно считать только высокую цену электронного стабилизатора.

Критерии выбора

Выбрать электронный стабилизатор напряжения 220В для дома необходимо по  следующим параметрам:

• Мощность;
• Диапазон входных напряжений;
• Скорость выравнивания;
• Точность регулирования;
• Число дискретных ступеней;
• Дополнительные параметры.

Мощность стабилизатора является главным фактором, определяющим выбор устройства. Если потребителями будет только активная нагрузка, то требуемая мощность вычисляется легко. Нужно суммировать мощность всех потребителей и прибавить 20-30%.

Если к стабилизатору будут подключены стиральная машина или холодильник (реактивная нагрузка с электромотором), то расчёт мощности выполняется по несложной формуле — просто делим мощность прибора на cos ϕ, который должен быть указан в паспорте, либо на коэффициент 0,7. Подробные расчеты мы приводили в статье по выбору стабилизатора для домашних нужд.

Если сеть в конкретном населённом пункте очень нестабильна, то следует выбирать стабилизатор, имеющий как можно больший диапазон напряжения на входе. Для электронных тиристорных стабилизаторов скорость выравнивания напряжения практически одинакова у всех моделей и если имеются небольшие отличия, то они не критичны. От количества ступеней зависит точность напряжения на выходе, но, естественно, от количества тиристоров зависит и стоимость изделия.

При выборе устройства нужно обязательно ознакомиться с уровнями срабатывания защиты. Электронный однофазный стабилизатор напряжения может иметь как настенное, так и напольное исполнение. Нижним пределом рабочей температуры обычно является -40°C, что вполне достаточно для работы в любых условиях.

Бытовой стабилизатор средней мощности

Стабилизаторы «Энергия» пользуются неизменно высоким спросом из-за отличных параметров и надёжности. Однофазный тиристорный стабилизатор «Энергия Classic 5000», представляет собой модель, предназначенную для непрерывной длительной эксплуатации.

Прибор работает при токе нагрузки до 27А. Уровни напряжения сети, при которых срабатывает защита, составляют 60 и 265В, а нормальный рабочий интервал от 125 до 254В. В приборе имеется функция «Байпас», фильтр подавления всех видов помех, и аварийное отключение при нагреве трансформатора до температуры 120 градусов. Стабилизатор имеет 36 месяцев гарантии.

В заключение можно отметить, что электронные стабилизаторы надёжны и неприхотливы, и при соблюдении указанных в документации правил эксплуатации, они проработают очень длительное время.

С этим читают:

Понравилась статья? Поделись с друзьями в соц сетях!

основные критерии, принцип работы, недостатки и преимущества

06.05.2019

Электронные стабилизаторы напряжения широко используются в быту для защиты техники от перепадов напряжения. В отличие от релейных стабилизаторов, эти приборы не содержат механических или электромеханических компонентов, что дает им более лучшие технические возможности. Для преобразования напряжения в них применяются полупроводниковые элементы – тиристоры или симисторы.

В данной статье мы расскажем об электронных стабилизаторах, их особенностях, принципах работы и сферах применения, а также раскроем их недостатки и выделим достоинства.

Устройство и принцип действия электронного стабилизатора

Электронный стабилизатор обычно состоит из следующих компонентов:

• измерителей входного и выходного напряжения;
• управляющей микросхемы, которая анализирует данные от измерителей и при необходимости включает процесс преобразования напряжения;
• трансформатора с возможностью переключения обмоток для регулировки напряжения;
• блока электронных ключей (тиристоров или симисторов), который управляет переключением обмоток.

Принцип действия электронного стабилизатора может быть описан следующим образом:

при изменении напряжения в питающей сети фиксируется разница между фактическим и номинальным его значением. Управляющий микропроцессор подает сигнал на включение определенного силового ключа, коммутирующего именно ту секцию обмотки трансформатора, коэффициент трансформации которой обеспечит наиболее приближенное к номиналу значение выходного напряжения.

Таким образом, принцип действия электронных стабилизаторов во многом схож с работой устройств релейного типа. Если в последних коммутация необходимых обмоток автотрансформатора осуществляется при помощи электромеханических реле, то в электронных устройствах вместо них используются отличающиеся гораздо более высоким быстродействием силовые полупроводниковые ключи — тиристоры или симисторы.

Также конструкция электронного стабилизатора предусматривает работу в режиме «байпас» – когда сетевое напряжение находится в пределах нормы, электричество направляется в обход трансформатора и непосредственно подается потребителю.

Таким образом, питание электроприборов через электронный стабилизатор напряжения осуществляется следующим образом:

1. Если параметры электротока соответствуют нормативным, он проходит через байпас, не нагружая основные цепи стабилизатора.
2. Если происходит падение или возрастание напряжения, измеритель на входе стабилизатора фиксирует это изменение.
3. Управляющая микросхема стабилизатора отдает соответствующую команду и срабатывает блок электронных ключей.
4. В цепь включаются обмотки трансформатора, которые осуществляют преобразование напряжений до нужного уровня.

В чем разница между симисторным и тиристорным стабилизатором?

Электронные стабилизаторы могут строиться на основе тиристоров или симисторов.

Принцип работы тиристора	Принцип работы симистора
Тиристор представляет собой полупроводниковый элемент, который позволяет управлять прохождением тока. Он пропускает ток только в одном направлении и имеет два состояния — «открыто» или «закрыто». Ими можно управлять с помощью подачи импульса на один из входов. В стабилизаторе тиристор используется для подключения обмотки трансформатора.	Симистор функционирует сходным c тиристором образом. Его название представляет собой сокращение от слов «симметричный тиристор». Главное отличие от тиристора заключается в том, что симистор пропускает ток в двух направлениях. Поэтому в симисторном стабилизаторе при тех же параметрах можно использовать в два раза меньше электронных компонентов. Это делает его более компактным и надежным.

Достоинства и недостатки электронных стабилизаторов

Ниже представлены основные достоинства и недостатки электронных стабилизаторов по сравнению с релейными приборами. Они обусловлены, в первую очередь, строением и особенностями метода преобразования напряжения электронных стабилизаторов.

Достоинства

Недостатки

Не имеют механических элементов, поэтому издают меньше шума при работе и считаются в целом более надежными. Реагируют на изменения параметров электросети быстрее. Имеют меньший шаг изменения при регулировке напряжения, что позволяет добиться более высокой точности стабилизации – от 5 до 10 %. Электронные ключи, в отличие от реле, весьма компактны, а значит, их количество можно увеличить без существенного увеличения размеров устройства.

Выходное напряжение имеет форму, отличную от синусоидальной (трапециевидную или с другими искажениями, в зависимости от конкретной модели стабилизатора). Точности, которую дает ступенчатая регулировка напряжения, может оказаться недостаточно для питания устройств, чувствительных к качеству электроснабжения. Более высокая стоимость в сравнении с релейными моделями.

Сферы применения электронных стабилизаторов напряжения

Такие преимущества электронных стабилизаторов перед релейными устройствами, как более высокая скорость и точность регулирования напряжения, бесшумность в работе, надежность и длительность ресурса работы, благодаря отсутствию механических элементов коммутации, обеспечивают их широкое применение в домашних условиях для защиты бытовой нагрузки, не имеющей в своем составе электромоторов, например, телевизионной и кухонной техники, а также приборов освещения.

Серьезным ограничением области применения электронных стабилизаторов является отличие формы выходного напряжения от синусоидальной, а также недостаточно высокая точность стабилизации.

Крайне не рекомендуется подключать высокоточное чувствительное оборудование к электронным стабилизаторам. Например, определенные проблемы могут возникнуть при работе с:

• устройствами, в составе которых есть электродвигатель (насосами, системами отопления) – выходное напряжение стабилизатора, имеющее неправильную форму кривой, может привести к выходу двигателя из строя;
• профессиональным аудио- и видеооборудованием – помехи, создаваемые при ступенчатом переключении, отрицательно скажутся на качестве картинки и звука;
• компьютерной техникой – точности, которую дает ступенчатая регулировка напряжения, может оказаться недостаточно.

Таким образом, полностью обеспечить электропитание загородного дома или коттеджа с помощью электронного стабилизатора не получится, поскольку через него нельзя будет запитать часть чувствительного оборудования с электродвигателями, например, насосы системы водоснабжения.

Критерии выбора электронного стабилизатора

При выборе электронного стабилизатора следует руководствоваться следующими техническими характеристиками устройства.

Мощность стабилизатора	Одна из важнейших характеристик устройства независимо от его типа, которая определяется в соответствии с суммарной мощностью потребления подключаемой нагрузки. Для активной нагрузки мощность стабилизатора рекомендуется выбирать с небольшим резервом в 20-30%, для нагрузок с высокой реактивной составляющей запас по мощности рекомендуется взять большим.
Скорость стабилизации напряжения	Не менее важный параметр стабилизатора. Время коррекции практически одинаково у всех моделей этого типа. По скорости стабилизации электронные стабилизаторы безусловно являются лидерами среди устройств, использующих для преобразования напряжения автотрансформатор.
Точность регулирования	Показатели данной характеристики во многом определяются количеством дискретных ступеней регулирования — установленных полупроводниковых ключей (мощных тиристоров или симисторов). Чем их в схеме больше, тем меньше проявляется ступенчатость регулирования и на выходе устройство будет способно выдавать напряжение со значением, более приближенным к номинальному.
Рабочий диапазон входного напряжения	Нижним и верхним его порогами определяются минимальное и максимальное напряжения питающей сети, при которых устройство сможет работать, сохраняя заявленную точность стабилизации, а также защитное срабатывание — отключение стабилизатора при выходе значений входного напряжения за пределы рабочего диапазона.
Диапазон допустимых температур эксплуатации	В стабилизаторах электронного типа отсутствуют механически коммутируемые контакты, поэтому устройства неплохо переносят резкие перепады температур окружающей среды. Выбор устройства необходимо делать в соответствии этой характеристики с условиями эксплуатации.
Тип исполнения корпуса	Требуемое исполнение зависит от площади, геометрии помещения, близости расположения отопительных и нагревательных приборов и т. д. По типу корпуса стабилизаторы можно разделить на: навесные — с креплением на стену; стоечные — предназначенные для установки в стандартные 19-дюймовые шкафы или стойки; напольные — устанавливаемые на горизонтальную поверхность.
Средства индикации и мониторинга	Довольно востребованными опциями является возможность мониторинга состояния сети и параметров работы стабилизатора, реализованного выводом данных на ЖК-дисплей или светодиодов индикации. При необходимости организации удаленного мониторинга и управления следует учитывать наличие коммуникационных интерфейсов и используемых соответствующих протоколов передачи данных.

Инверторный стабилизатор напряжения как альтернатива электронным стабилизаторам

В связи с описанными выше недостатками электронные стабилизаторы постепенно уходят в прошлое. Они стоят дороже, чем релейные приборы, но при этом все равно не обеспечивают достаточной точности и качества выходного напряжения. В качестве альтернативы для бытового использования многие все чаще используют инверторные стабилизаторы. В них применяется более современный метод преобразования, который позволяет избавиться от недостатков, свойственных устройствам на симисторах и тиристорах.

В инверторном стабилизаторе напряжение, поступающий на вход, преобразуется в постоянное, а затем снова в переменное, но уже с нужными параметрами. Благодаря этому обеспечивается форма идеальной синусоиды и достигается высокая точность стабилизации (2 %).

Инверторные стабилизаторы работают практически бесшумно и имеют полный набор защит: от перегрузок, перегрева, коротких замыканий, аварий в сети. Они являются оптимальным вариантом, если нужно обеспечить питание дорогостоящих устройств, чувствительных к перебоям в электропитании — компьютерной техники, систем отопления, котлов с электронным управлением, систем безопасности загородного дома.

Купив инверторный стабилизатор, вы сможете обеспечить надежную подачу электроэнергии на все электроприборы, которые используются в доме: от мелкой бытовой техники до систем водоснабжения и отопления. Технические особенности инверторного стабилизатора делают его сферу применения намного шире, чем у электронных моделей.

Читайте также:

Модельный ряд инверторных стабилизаторов «Штиль»

Для чего нужен стабилизатор напряжения

Стабилизатор – это устройство, представляющее собой электрический прибор, который используется для выравнивания колебаний напряжения сети при подаче тока на технику, такую как компьютеры, кондиционеры, насосы и др.

Для чего нужен стабилизатор напряжения? Регулятор в основном предназначен:

• защищать электрооборудование от различных угроз, таких как колебания напряжения, высокое и низкое напряжение;
• отключать технику от некачественного электропитания, при увеличении или снижении пороговых значений напряжения;
• поддерживать напряжение на надлежащем уровне.

Этот аппарат имеет множество уникальных особенностей, которые позволяют экономить электроэнергию, влиять на производительность и повышать надежность техники. На дисплее аппарата высвечиваются основные параметры электрической сети, быть всегда в курсе о них – это значит владеть ситуацией. Функция задержки включения обеспечивает передышку и стабилизирует питание перед подачей на нагрузку, следовательно, увеличивает срок службы приборов.

И всё-таки, зачем нужен стабилизатор? Его использование представляет собой самую доступную и эффективную меру энергосбережения, сохранения приборов от выхода из строя и душевного спокойствия домочадцев.

Несколько советов по выбору стабилизатора

Если устройство выбрано правильно, то на него всегда можно положиться и довериться. Если в технике не особо разбираться, то можно положиться на предложения и советы продавца по выбору стабилизатора напряжения. Профессионал порекомендует для начала:

• определиться с мощностью, типом стабилизатора и рабочим диапазоном напряжения;
• выявить и проанализировать проблематику: повышенное, пониженное или скачкообразно изменяющееся напряжение в сети питания.

Исходя из полученных данных, затем приступить к выбору устройства.

Как правильно рассчитать мощность прибора? В идеале нужно определить, какой самый мощный потребитель присутствует в схеме электроснабжения. Допустим, электроприёмниками являются насосная станция мощностью 1, 5 кВт, сауна – 10 кВт плюс ещё какой-либо прибор с большим энергопотреблением. Все значения в киловаттах необходимо сложить и получить искомую мощность прибора.

Стабилизатор выбирается с небольшим запасом мощности (20%), особенно если в цепи присутствует оборудование с большим пусковым током. Речь идёт об электродвигателях и насосах, которые при пуске потребляют энергии больше, чем в обычном режиме.

Запас мощности обеспечивает долгую жизнь прибора, благодаря щадящему режиму работы, и создаёт резервный потенциал для подключения нового оборудования.

Выбирая стабилизатор также нужно учитывать сервисное обслуживание, потому что прибор следует правильно и качественно подключить, а также воспользоваться гарантийным сроком и отремонтировать в случае неисправности.

Как правильно выбирать стабилизатор напряжения для дома?

Можно воспользоваться самым простым вариантом: определить потребление мощности из сети по номиналу вводного автомата в квартирном щитке. Таким образом, узнаётся пропускная способность автомата и максимально возможная мощность потребления на бытовые нужды.

Приведём простой пример. Как выбрать стабилизатор напряжения 220 В для дома, если на вводе стоит автомат S40. С таким номинальным током от сети можно получить не более 10 кВт. Исходя из расчётных данных, и выбирается аппарат.

На сегодняшний день низкое напряжение в сети – проблема весьма актуальная и решить её лучше всего одним способом – приобрести стабилизатор, который защитит всю технику в доме от выхода из строя. Чтобы правильно выбрать устройство, сначала нужно разобраться с его разновидностями, а также преимуществами каждого варианта исполнения.

Типы защитных устройств

Самыми популярными типами стабилизаторов на сегодня являются:

• электронные,
• электромеханические.

Электронные стабилизаторы напряжения – это приборы наилучшего качества. Ввиду отсутствия механических частей характеризуются большим сроком службы, минимум 15 лет, и довольно высокой надёжностью. Можно подбирать по рабочему диапазону напряжений практически под любые задачи.

Электромеханические стабилизаторы напряжения характеризуются небольшим быстродействием, узким диапазоном напряжений, но зато хорошей перегрузочной способностью.

Полезная информация о стабилизаторах напряжения по поводу высокой точности

Многие стараются выбрать устройство с максимальной точностью стабилизации, вплоть до 0,5 %. Однако, как правило, отклонение в 10–15 В считается нормальным режимом работы для большинства техники. И только в редких случаях оборудование при таких отклонениях не работает или капризничает. Большая часть предлагаемых на рынке стабилизаторов обеспечивает именно такой режим работы.

Частым заблуждением покупателей является то, что приобретаемое устройство с высокой точностью стабилизации – это гарантия стабильного напряжения и отсутствие мерцания света. На самом деле, получается наоборот: чем больше точность у прибора, тем чаще он переключается, подстраиваясь под входную сеть, поэтому и лампочки не перестают мерцать. Это касается ламп накаливания и галогенок.

При установке стабилизатора симисторного и релейного типа мерцание лампочек стопроцентно будет сохраняться. Исключение составляют лишь стабилизаторы с плавной регулировкой сигнала. Это касается новых разработок стабилизаторов, таких как Вольтер. При выборе регулятора желательно руководствоваться рекомендациями от производителя или профессионалов. Можно для верности ещё почитать положительные и отрицательные отзывы в интернете на конкретную модель или бренд.

Какой выбрать однофазный или трехфазный?

Если в дом заведены три фазы, совсем необязательно устанавливать трёхфазный стабилизатор. Чаще всего, оказывается, можно обойтись однофазниками. При этом преимуществ можно получить очень много.

Во-первых, по стоимости, которая в общей сложности у трёх однофазных меньше, чем у трёхфазного. Во-вторых, по ремонтопригодности более надёжно. Одно дело – снять один блок и отвести его на ремонт, другое – снять полностью аппарат.

Коммерческая выгода от установки стабилизатора напряжения

Отечественные электросети физически сильно изношены, а местами и морально устарели. А потребителей становится всё больше и больше. Установка стабилизаторов выгодна по нескольким причинам:

1. современная техника оснащена электронной начинкой, которой важно качественное питание. Для того чтобы она не вышла из строя или не подвергалась дорогостоящему ремонту, необходима установка стабилизатора;
2. пониженное напряжение влечёт за собой большее потребление тока из сети. Приходится платить больше за расход электроэнергии. Выгода стабилизатора очевидна;
3. повышенное напряжение может привести к короткому замыканию, перегреву проводов и пожару. Без стабилизатора в этом случае материальный и моральный ущерб может быть колоссальный, а то и непоправимый;
4. при нормальном напряжении тоже могут случиться внезапные импульсы от молнии, ошибок персонала, перекоса фаз в час пик.

Во всех этих и других непредвиденных случаях стабилизатор напряжения поможет сберечь время, средства и нервы.

Возможные последствия для приборов (электрических потребителей) в условиях отклонения напряжения от нормы

• Снижение напряжения приводит к уменьшению светового потока ламп. При плохом свете снижается производительность качество выполняемой работы.
• Плохое освещение на улицах города приводит к росту несчастных случаев.
• Повышение напряжения ведёт к резкому уменьшению срока службы лампочек, иногда вдвое, а то и в три раза.
• Бытовые нагревательные приборы (плитки, утюги и т. п.), рассчитанные на паспортную мощность, при снижении напряжения дольше нагреваются. И поэтому получается перерасход электроэнергии на бытовые нужды.

Вот, что такое стабилизатор напряжения и зачем он нужен.

Подведём небольшой итог

Ценными качествами регуляторов являются быстрая реакция прибора на изменение параметров в сети, расширенный диапазон рабочего напряжения, хорошая перегрузочная способность, синусоида правильной формы на выходе, бесшумность.

Но сколько бы ни говорилось о достоинствах той или иной марки, для потребителя наиболее приоритетной характеристикой всегда остаётся соотношение цены и качества. Поэтому золотой серединой, несомненно, станет выбор качественной отечественной продукции.

Импульсный стабилизатор напряжения — принцип действия

Линейные стабилизаторы имеют общий недостаток – это малый КПД и высокое выделение тепла. Мощные приборы, создающие нагрузочный ток в широких пределах имеют значительные габариты и вес. Чтобы компенсировать эти недостатки, разработаны и используются импульсные стабилизаторы.

Устройство, поддерживающее в постоянном виде напряжение на потребителе тока с помощью регулировки электронным элементом, действующим в режиме ключа. Импульсный стабилизатор напряжения, так же как и линейный существует последовательного и параллельного вида. Роль ключа в таких моделях исполняют транзисторы.

Так как действующая точка стабилизирующего устройства практически постоянно расположена в области отсечки или насыщения, проходя активную область, то в транзисторе выделяется немного тепла, следовательно, импульсный стабилизатор имеет высокий КПД.

Стабилизация осуществляется с помощью изменения продолжительности импульсов, а также управления их частотой. Вследствие этого различают частотно-импульсное, а другими словами широтное регулирование. Импульсные стабилизаторы функционируют в комбинированном импульсном режиме.

В устройствах стабилизации с регулированием широтно-импульсным частота импульсов имеет постоянную величину, а продолжительность действия импульсов является непостоянным значением. В приборах с регулированием частотно-импульсным продолжительность импульсов не изменяется, меняют только частоту.

На выходе устройства напряжение представлено в виде пульсаций, соответственно оно не годится для питания потребителя. Перед подачей питания на нагрузку потребителя, его нужно выровнять. Для этого на выходе импульсных стабилизаторов монтируют выравнивающие емкостные фильтры. Они бывают многозвенчатыми, Г-образными и другими.

Средняя величина напряжения, поданная на нагрузку, вычисляется по формуле:

• Ти – продолжительность периода.
• tи – продолжительность импульса.
• Rн – значение сопротивления потребителя, Ом.
• I(t) – значение тока, проходящего по нагрузке, ампер.

Ток может перестать протекать по фильтру к началу следующего импульса, в зависимости от индуктивности. В этом случае идет речь о режиме действия с переменным током. Ток также может дальше протекать, тогда имеют ввиду функционирование с постоянным током.

При повышенной чувствительности нагрузки к импульсам питания, выполняют режим постоянного тока, не смотря со значительными потерями в обмотке дросселя и проводах. Если размер импульсов на выходе прибора незначителен, то рекомендуется функционирование при переменном токе.

Принцип работы

В общем виде импульсный стабилизатор включает в себя импульсный преобразователь с устройством регулировки, генератор, выравнивающий фильтр, снижающий импульсы напряжения на выходе, сравнивающее устройство, подающее сигнал разности входного и выходного напряжения.

Схема основных частей стабилизатора напряжения показана на рисунке.

Напряжение на выходе прибора поступает на сравнивающее устройство с базовым напряжением. В результате получают пропорциональный сигнал. Его подают на генератор, предварительно усилив его.

При регулировании в генераторе разностный аналоговый сигнал модифицируют в пульсации с постоянной частотой и переменной продолжительностью. При регулировании частотно-импульсном продолжительность импульсов имеет постоянное значение. Она меняет частоту импульсов генератора в зависимости от свойств сигнала.

Образованные генератором управляющие импульсы проходят на элементы преобразователя. Транзистор регулировки действует в режиме ключа. Изменяя частоту или интервал импульсов генератора, есть возможность менять нагрузочное напряжение. Преобразователь модифицирует значение напряжения на выходе в зависимости от свойств управляющих импульсов. По теории в приборах с частотной и широтной регулировкой импульсы напряжения на потребителе могут отсутствовать.

При релейном принципе действия сигнал, который управляется стабилизатором, образуется с помощью триггера. При поступлении постоянного напряжения в прибор транзистор, работающий в качестве ключа, открыт, и повышает напряжение на выходе. сравнивающее устройство определяет сигнал разности, который достигнув некоторого верхнего предела, поменяет состояние триггера, и произойдет коммутация регулирующего транзистора на отсечку.

Напряжение на выходе станет уменьшаться. При падении напряжения до нижнего предела сравнивающее устройство определяет сигнал разности, переключающий снова триггер, и транзистор опять войдет в насыщение. Разность потенциалов на нагрузке прибора станет повышаться. Следовательно, при релейном виде стабилизации напряжение на выходе повышается, тем самым выравнивается. Предел срабатывания триггера настраивают с помощью корректировки амплитуды значения напряжения на сравнивающем устройстве.

Стабилизаторы релейного типа имеют повышенную скорость реакции, в отличие от приборов с частотным и широтным регулированием. Это является их преимуществом. В теории при релейном виде стабилизации на выходе прибора всегда будут импульсы. Это является их недостатком.

Повышающий стабилизатор

Импульсные повышающие стабилизаторы применяют вместе с нагрузками, разность потенциалов которых выше, чем напряжение на входе приборов. В стабилизаторе нет гальванической изоляции сети питания и нагрузки. Импортные повышающие стабилизаторы называются boost converter. Основные части такого прибора:

Транзистор вступает в насыщение, и ток проходит по цепи от положительного полюса по накопительному дросселю, транзистору. При этом накапливается энергия в магнитном поле дросселя. Нагрузочный ток может создать только разряд емкости С1.

Отключим выключающее напряжение с транзистора. При этом он вступит в положение отсечки, а следовательно на дросселе появится ЭДС самоиндукции. Оно будет коммутировано последовательно с напряжением входа, и подключено по диоду к потребителю. Ток пойдет по цепи от положительного полюса к дросселю, по диоду и нагрузке.

В этот момент магнитное поле индуктивного дросселя выдает энергию, а емкость С1 резервирует энергию для поддержки напряжения на потребителе после вхождения транзистора в режим насыщения. Дроссель является для резерва энергии и не работает в фильтре питания. При повторной подаче напряжения на транзистор, он откроется, и весь процесс пойдет заново.

Стабилизаторы с триггером Шмитта

Такой вид импульсного устройства имеет свои особенности наименьшим набором компонентов. Основную роль в конструкции играет триггер. В его состав входит компаратор. Основной задачей компаратора является сравнивание величины выходной разности потенциалов с наибольшим допустимым.

Принцип действия аппарата с триггером Шмитта состоит в том, что при увеличении наибольшего напряжения осуществляется коммутация триггера в позицию ноля с размыканием электронного ключа. В одно время разряжается дроссель. Когда напряжение доходит до наименьшего значения, то выполняется коммутация на единицу. Это обеспечивает замыкание ключа и прохождение тока на интергратор.

Такие приборы имеют отличия своей упрощенной схемой, но использовать их можно в особых случаях, так как импульсные стабилизаторы бывают только повышающими и понижающими.

Понижающий стабилизатор

Стабилизаторы импульсного типа, функционирующие с понижением напряжения, являются компактными и мощными приборами питания электрическим током. При этом они имеют низкую чувствительность к наводкам потребителя постоянным напряжением одного значения. Гальваническая изоляция выхода и входа в понижающих устройствах отсутствует. Импортные приборы получили название chopper. Выходное питание в таких устройствах постоянно находится меньше входного напряжения. Схема импульсного стабилизатора понижающего типа изображена на рисунке.

Подключим напряжение для управления истоком и затвором транзистора, который войдет в положение насыщения. По нему будет проходить ток по цепи от положительного полюса по выравнивающему дросселю и нагрузке. В прямом направлении ток по диоду не протекает.

Отключим управляющее напряжение, которое выключает ключевой транзистор. После этого он будет находиться в положении отсечки. ЭДС индукции выравнивающего дросселя будет преграждать путь для изменения тока, который пойдет по цепи через нагрузку от дросселя, по общему проводнику, диод, и опять придет на дроссель. Емкость С1 будет разряжаться и будет удерживать напряжение на выходе.

При подаче отпирающей разницы потенциалов между истоком и затвором транзистора, он перейдет в режим насыщения и вся цепочка вновь повторится.

Инвертирующий стабилизатор

Импульсные стабилизаторы инвертирующего типа используют для подключения потребителей с постоянным напряжением, полюсность которого имеет противоположное направление полюсности разности потенциалов на выходе устройства. Его значение  может быть выше сети питания, и ниже сети, в зависимости от настройки стабилизатора. Гальваническая изоляция сети питания и нагрузки отсутствует. Импортные приборы инвертирующего типа называются buck-boost converter. На выходе таких приборов напряжение всегда ниже.

Подключим управляющую разность потенциалов, которое откроет транзистор между истоком и затвором. Он откроется, и ток пойдет по цепи от плюса по транзистору, дросселю к минусу. При таком процессе дроссель резервирует энергию с помощью своего магнитного поля. Отключим разность потенциалов управления от ключа на транзисторе, он закроется. Ток пойдет от дросселя по нагрузке, диоду, и возвратится в первоначальное положение. Резервная энергия на конденсаторе и магнитном поле будет расходоваться для нагрузки. Снова подадим питание на транзистор к истоку и затвору. Транзистор опять станет насыщаться и процесс повторится.

Преимущества и недостатки

Как и все приборы, модульный импульсный стабилизатор не идеален. Поэтому ему присущи минусы и плюсы. Разберем основные из преимуществ:

• Простое достижение выравнивания.
• Плавное подключение.
• Компактные размеры.
• Устойчивость выходного напряжения.
• Широкий интервал стабилизации.
• Повышенный КПД.

Недостатки прибора:

• Сложная конструкция.
• Много специфических компонентов, снижающих надежность устройства.
• Необходимость в использовании компенсирующих устройств мощности.
• Сложность работ по ремонту.
• Образование большого количества помех частоты.

Допустимая частота

Функционирование импульсного стабилизатора возможно при значительной частоте преобразования. Это является основной отличительной чертой от устройств, имеющих трансформатор сети. Увеличение этого параметра дает возможность получить наименьшие габариты.

Для большинства приборов интервал частот будет равен 20-80 килогерц. Но при выборе ШИМ и ключевых приборов необходимо учесть высокие гармоники токов. Верхняя граница параметра ограничена определенными требованиями, которые предъявляются к радиочастотным приборам.

Принцип работы стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения – устройство, преобразующее электроэнергию с неустойчивыми характеристиками, которые не подходят для устройств энергопотребления. На выходе поступает напряжение с заданными стабильными параметрами, которыми снабжаются потребители энергии.

Разновидности устройств

Прежде всего стоит разобраться, какие бывают разновидности устройств. Стабилизатор напряжения купить можно разный, например:

• Постоянного напряжения;
• Переменного напряжения.

Стабилизаторы постоянного напряжения

Они необходимы, если значение поступающего тока мало или наоборот слишком велико для электропотребителя. Проходя через устройство, напряжение преобразуется до заданного уровня. В свою очередь они делятся на:

• Линейный стабилизатор. Принцип функционирования основан на непрерывном изменении сопротивления для осуществления стабильного показателя на выходе. Простая конструкция устройства с минимальным количеством деталей работает без помех;
• Импульсный. С помощь коротких импульсов нестабильный ток накапливается на катушке или в конденсаторе. В последствии накопленная электроэнергия поступает на выход с заданными параметрами. Если жена выходе показатель превышает возможное допустимое значение, то накопитель сбрасывает напряжение, переставая аккумулировать энергию, тем самым позволяя на выходе подавать напряжение с меньшим значением.

Стабилизаторы переменного напряжения

Устройство, которые поддерживает выход тока с заданными характеристиками, вне зависимости от того, какие показатели были на входе. Они бывают:

• Накопительные. Этот стабилизатор напряжения купить необходимо, если для применения достаточно накопления электроэнергии в системе, с последующим преобразованием и выдачи на выходе тока со стабильными параметрами;
• Корректирующие. Стабилизатор напряжения, преобразующий энергию за счет добавления потенциала, которого не хватает для получения необходимых параметров.

Качество и долговременность работы таких устройств зависит от скачков напряжения и других параметров подаваемой энергии. И только благодаря стабилизаторам напряжения возможно бесперебойное электроснабжение с заданными параметрами.