Классификация стабилизаторов

Стабилизаторы напряжения: виды, особенности, популярные модели

Стабилизаторы напряжения — это электрические устройства, предназначенные для поддержания выходного напряжения в узких пределах при значительных колебаниях значений напряжения и тока на входе. Это позволяет обеспечить эффективность и долговечность подключенных электроприборов, работающих в низкокачественных сетях.

Когда необходим стабилизатор напряжения? Какой стабилизатор напряжения выбрать для защиты электроприборов от перепадов напряжения? Эти и множество других вопросов возникают у людей, далеких от электротехники.

Назначение и функции

Все электрические приборы рассчитаны на подключение к сети со стандартными параметрами. Производители гарантируют эффективную и безопасную работу изделий в определенном диапазоне напряжения. Для эксплуатации устройств в сетях с низким качеством электроэнергии требуется использование стабилизаторов напряжения, основная функция которых заключается в коррекции и поддержании значения напряжения в заданном диапазоне при изменении параметров сети.

Многие модели современных стабилизаторов позволяют решать дополнительно следующие задачи:

коррекция формы выходного напряжения;

защита цепи питания нагрузки от перегрева и короткого замыкания;

защита от изменения напряжения до недопустимого значения;

подавление высокочастотных и импульсных помех с помощью фильтра;

установка значения выходного напряжения, отличного от стандартного;

контроль параметров и дистанционное управление работой стабилизатора.

Качество электроэнергии определяется ГОСТ 13109-97, в соответствии с которым допускаются отклонения ±10% от номинального значения напряжения. Большинство электроприборов рассчитаны на работу в отечественных электросетях, поэтому теоретически могут эксплуатироваться без стабилизации напряжения.

Однако приборы с электронными компонентами чувствительны к перепадам напряжения, поэтому использование стабилизатора позволят продлить их срок службы и сделать работу безотказной. Некоторые импортные электроприборы, поступающие на отечественный рынок, изготовлены для стран с более жесткими требованиями к качеству электроэнергии, поэтому также требуют стабилизации напряжения.

Назначение стабилизаторов напряжения фото

Виды стабилизаторов напряжения

Стабильное значение напряжения можно обеспечить различными способами. В стабилизаторах напряжения используются различные физические принципы. Каждый из типов защиты имеет свои особенности, понимание которых позволит осознанно сделать выбор наиболее подходящего устройства.

Релейные стабилизаторы

Стабилизаторы релейного типа — это силовой трансформатор, который имеет несколько выводов вторичной обмотки, причем один из них принимается как общий. Контроль параметров сети осуществляется датчиком, который с помощью реле автоматически регулирует выходное напряжение, если оно выйдет за допустимые пределы. В случае срабатывания отдельных силовых реле происходит переключение на ту обмотку, на выходе которой обеспечивается значение напряжение, минимально отличающееся от заданного.

Преимущества:

достаточно высокая точность регулирования напряжения;

надежность в эксплуатации.

регулирование происходит ступенчато;

искажение формы синусоиды тока при больших значениях входного напряжения;

высокий износ контактов реле;

Электромеханические стабилизаторы

Сервоприводные стабилизаторы напряжения плавно регулируют напряжение на выходе. Работа устройства основана на изменении коэффициента трансформации. Это достигается за счет использования щетки, которая соединена с электродом выходных клемм. Щетка перемещается по вторичной обмотке тороидального трансформатора с помощью дополнительного двигателя.

Преимущества:

широкий диапазон регулировки;

плавная регулировка напряжения;

не происходит искажения синусоиды;

выдерживает кратковременные перегрузки.

низкое быстродействие из-за использования электродвигателя;

более сложная конструкция и наличие движущихся деталей снижает надежность прибора;

используются чаще всего в сетях, которым не свойственны резкие скачки напряжения;

высокая акустическая нагрузка из-за работающего электродвигателя.

Инверторные стабилизаторы напряжения

Стабилизаторы напряжения инверторного типа сначала выпрямляют переменный ток, а затем с помощью инвертора снова преобразуют в переменный. Регулирование напряжение и реализация ступени стабилизации происходит при формировании постоянного тока.

В зависимости от используемого варианта каскадного преобразования, инверторные стабилизаторы подразделяются на подклассы. Чаще всего используются стабилизаторы с ШИМ и на IGBT-транзисторах.

Преимущества:

плавная регулировка напряжения в широком диапазоне;

компактные размеры, так как в конструкции отсутствует трансформатор;

низкая погрешность выходного напряжения;

фильтрация высокочастотных помех;

чрезвычайно высокое быстродействие;

возможность эксплуатации при низких температурах.

плохо переносит перегрузки;

повышенный риск отказа, обусловленный сложной электрической схемой;

Инверторные стабилизаторы напряжения фото

Феррорезонансные стабилизаторы

В феррорезонансных стабилизаторах обмотки трансформатора одеты на магнитопроводы, имеющие разное поперечное сечение. Ко вторичной обмотке параллельно подключен дополнительный конденсатор. Постоянное насыщение магнитопровода вторичной обмотки обеспечивается за счет резонанса, который достигается конденсатором с точно подобранной емкостью для обеспечения этого эффекта.

Преимущества:

достаточно высокая точность стабилизации.

регулирование напряжение возможно только в заданном диапазоне;

работа сопровождается шумом;

большие габариты и массивность;

образуются электромагнитные помехи;

нестабильное напряжение при колебаниях частоты более 0,5 Гц от номинального значения.

Феррорезонансные стабилизаторы фото

Электронные стабилизаторы напряжения

Структура стабилизаторов электронного типа аналогична устройствам, работающих на электромагнитных реле. Отличие заключается в использовании полупроводниковых изделий (симисторов и тиристоров) для переключения обмоток трансформатора.

Тиристоры имеют глубокую положительную обратную связь, что обеспечивает высокое быстродействие. Симистор образуется двумя тиристорами с двумя управляющими электродами, которые включены в схему встречно-параллельно. За счет возможности пропускания электрического тока в двух направлениях достигается более высокий КПД по сравнению с тиристорными устройствами.

Преимущества:

высокий коэффициент стабилизации;

отличное подавление перепадов напряжения и импульсных помех;

плавное регулирование напряжения;

надежность и долговечность;

сбалансированные массогабаритные параметры.

не могут работать с реактивной нагрузкой;

Электронные стабилизаторы напряжения фото

Гибридные стабилизаторы

Гибридные модели стабилизаторов предусматривают комбинированный способ переключения трансформаторной обмотки. На отечественном рынке они представлены двумя вариантами:

Релейно-электромеханические стабилизаторы напряжения. Позволяет расширить диапазон стабилизации. Однако вместе с преимуществами объединения двух принципов работы устройство приобрело их недостатки: при работе в электромеханическом режиме стабилизация происходит с высокой точностью, но медленно, а когда начинает работать релейная часть точность снижается, а быстродействие повышается.

Классификация стабилизаторов по классу напряжения

Производители предлагают множество моделей стабилизаторов напряжения. Все они подразделяются на:

Однофазные. Стабилизаторы рассчитаны на работу в диапазоне 220-240 В. Существуют модели феррорезонансных стабилизаторов, работающих при 110-120 В.

Трехфазные. Выходное напряжение для бытовых потребителей находится в пределах 380-415 В, для промышленного оборудования — до 6-10 кВ.

Как выбрать стабилизатор напряжения фото

Как выбрать стабилизатор напряжения

При выборе стабилизатора следует обращать внимание на следующие основные параметры:

мощность нагрузки или величина номинального тока;

значение выходного напряжения;

Если необходимо обеспечить защиту одного маломощного потребителя (например, газового котла или циркуляционного насоса), то следует обратить внимание на стабилизатор с полной мощностью до 1000 ВА.

Если приборы подвержены влиянию пониженного или повышенного напряжения, то потребуется стабилизатор с мощностью 3000-6000 ВА.

Если потребитель — это компьютер и периферия, то лучше всего купить стабилизатор напряжения с высокой перегрузочной способностью, оснащенный специальными розетками.

После выбора прибора с оптимальными характеристиками и функционалом, следует обратить внимание на бренд. Известный на рынке производитель имеет хорошую репутацию, что равносильно знаку качества.

Популярные модели

TEPLOCOM ST — серия стабилизаторов напряжения отечественного производства, которая предназначена для защиты газовых котлов и циркуляционных насосов от перепадов напряжения. Устройства относятся к релейному типу. Они характеризуются высоким быстродействием и не искажают синусоиду на выходе. Стабилизаторы могут работать с любыми моделями напольных и настенных газовых котлов, установленных в квартирах, частных домах и офисах.

TEPLOCOM ST фото

Стабилизатор напряжения РАПАН СТ-220 — еще одна удачная модель ЗАО «Бастион», предназначенная для защиты настенных газовых котлов. Его подключить не сложнее, чем пользоваться удлинителем. Миниатюрные размеры делают устройство незаметным в интерьере, что не отражается на перегрузочной способности и быстродействии. Прибор разработан с учетом европейских стандартов качества электроснабжения.

Рапан СТ 220 (250Вт) Бастион фото

Стабилизатор напряжения RUCELF SDW-500-D входит в линейку более совершенных настенных сервоприводных моделей, который пришли на смену популярным RUCELF TSD. Индекс D указывает на наличие цифрового дисплея. Устройство характеризуется расширенным диапазоном входного напряжения, улучшенным охлаждением и усиленными концевыми выключателями.

RUCELF SDW-500-D (500Вт) фото

Электронно-релейный стабилизатор напряжения Solpi-M TSD-500 mini — идеальное решение для газовых котлов и отопительных систем. Он обеспечивает высокую точность регулирования (± 5%) и быстродействие. Стабилизатор может крепиться на стене или располагаться на горизонтальной поверхности. Продуманная система безопасности и индикация входного напряжения делает эксплуатацию прибора удобной и безопасной. Конструкция предусматривает две розетки для подключения газового сигнализатора или насосов.

Если напряжение в электросети сильно понижено, то целесообразно использовать стабилизатор напряжения Solpi-M TDR-1000VA. Он предусматривает все виды защиты и имеет расширенный диапазон регулирования от 100 В. Удобный информативный светодиодный дисплей позволяет контролировать напряжение в сети. Прибор установлен в металлический корпус, что повышает его уровень пожаробезопасности и надежности.

Стабилизаторы напряжения FED с интеллектуальной функцией защиты в зависимости от модели могут оснащаться информативным дисплеем. Они предназначены для круглосуточной эксплуатации с целью поддержания и корректировки напряжения на выходе. Устройство сочетает в себе, кроме функций стабилизатора, защиту от неполадок в сети, функционал заземляющего контакта и устройство коммутации фазы.

Какие бывают типы стабилизаторов напряжения?

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

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

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

Схема включения стабилизатора

Рисунок 1. Схема включения стабилизатора

Типы стабилизаторов напряжения по принципу работы

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

Релейные

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

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

Недостатки:

  • ступенчатый характер регулирования;
  • заметные искажения формы синусоиды тока нагрузки при высоком входном напряжении из-за магнитного насыщения сердечника;
  • относительно слабая нагрузочная способность рабочих контактов реле;
  • высокий уровень акустического шума.
Читайте также:  Как выбрать вино самое лучшее в магазине - советы профессионалов

Электромеханические (сервоприводные)

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

Конструктивные особенности сервоприводного регулятора

Рисунок 2. Конструктивные особенности сервоприводного регулятора

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

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

Инверторные (бесступенчатые, бестрансформаторные, IGBT, ШИМ)

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

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

Сильные стороны этого оборудования:

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

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

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

Феррорезонансные

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

Схема феррорезонансного стабилизатора

Рисунок 3. Схема феррорезонансного стабилизатора

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

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

Главные недостатки:

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

Электронные (симисторные, тиристорные)

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

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

Принципиальная схема простейшего варианта симисторного регулятора

Рис. 4. Принципиальная схема простейшего варианта симисторного регулятора

Общие преимущества:

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

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

Недостатки:

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

Виды стабилизаторов напряжения по классу напряжения

Промышленность выпускает широкую гамму стабилизаторов.

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

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

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

Походы к выбору стабилизатора

Перечень параметров, по которым выбирают стабилизаторы, обязательно включает:

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

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

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

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

Учитывают эстетические параметры и количество выходных розеток, рисунок 5.

Вариант исполнения однофазного стабилизатора

Рис.5. Вариант исполнения однофазного стабилизатора

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

Кроме технических параметров обязательно принимают во внимание доступность сервисного обслуживания.

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

Заключение.

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

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

Основные типы стабилизаторов напряжения

Общая классификация стабилизаторов сетевого напряжения по принципам действия

Существует следующая классификация стабилизаторов напряжения по принципам работы:

  1. ступенчатые стабилизаторы напряжения релейного типа напряжения с двойным преобразованием энергии.

Наибольшую популярность в настоящее время имеют релейные, электромеханические и электронные стабилизаторы сетевого напряжения.

Стабилизаторы напряжения релейного типа

Наибольшую популярность в настоящее время получили стабилизаторы напряжения релейного типа.

Основной принцип работы релейного стабилизатора — ступенчатая коммутация необходимого числа обмоток трансформатора посредством включения силового реле.

Количество ступеней регулирования напряжения определяется числом установленных силовых реле. Управление коммутацией осуществляется по аналоговой или цифровой микропроцессорной технологии.

фото стабилизаторов релейного типа

Преимущества и недостатки стабилизаторов напряжения релейного типа

К преимуществам релейных стабилизаторов напряжения можно отнести: большую скорость срабатывания устройства:

  • большой диапазон допустимых входных напряжений;
  • возможность работы при условии отсутствия нагрузки;
  • стабилизаторы релейного типа не вносят искажений в форму графика напряжения;
  • высокий уровень полезного действия;
  • высокую перегрузочную способность стабилизатора;
  • способность эффективной работы стабилизатора сетевого напряжения в условиях высоких реактивных токов;
  • высокую надёжность работы, длительный срок эксплуатации.

К недостаткам релейных стабилизаторов напряжения можно отнести:

    ;
  • наличие шумов срабатывания реле;
  • генерирование электрических помех (в случае использования в конструкции стабилизатора некачественных силовых реле).

Стабилизаторы напряжения электромеханического типа

Большую популярность в настоящее время имеют и стабилизаторы напряжения электромеханического типа. Такая популярность объясняется более низкой ценой таких устройств при достаточно высокой мощности.

Принцип работы электромеханического стабилизатора напряжения основан на коммутации необходимого числа обмоток трансформатора путем механического перемещения токосъемника. Перемещение токосъемника осуществляется от сервоприводного мотора. В качестве токосъемника используются графитовые щетки или щетки со специальным напылением.

Стабилизаторы электромеханического типа

Преимущества и недостатки стабилизаторов напряжения электромеханического типа

К преимуществам электромеханических стабилизаторов напряжения можно отнести:

  • высокую точность регулирования значения напряжения;
  • высокую перегрузочную способность стабилизатора;
  • способность эффективной работы стабилизатора сетевого напряжения в условиях высоких реактивных токов;
  • большой диапазон регулирования напряжения, возможность работы с низкими и высокими входными напряжениями.

К недостаткам электромеханических стабилизаторов напряжения можно отнести:

  • низкую скорость срабатывания стабилизатора;
  • возможность некорректного снижения или повышения напряжения в случае быстрых изменений значения входного напряжения;
  • низкая надёжность конструкции стабилизатора и маленький срок эксплуатации;
  • генерирование электрических помех при перемещении подвижного контакта по обмоткам трансформатора;
  • наличие искрения, невозможность использования в опасных средах;
  • высокая аварийность работы стабилизатора напряжения.

Стабилизаторы напряжения симисторного или тиристорного типа

В настоящее время набирают популярность электронные стабилизаторы симисторного и тиристорного типа.

Основной принцип работы симисторных или тиристорных стабилизаторов заключается в ступенчатом переключении обмоток трансформатора посредством электронных ключей. В качестве электронных ключей могут быть использованы силовые симисторы или тиристоры.

фото и конструкция электронных тиристорных и симисторных стабилизаторов

Преимущества и недостатки стабилизаторов напряжения симисторного и тиристорного типа

К преимуществам электронных (семисторных и тиристорных) стабилизаторов сетевого напряжения можно отнести:

  • высокую скорость стабилизирования напряжения;
  • высокую степень защиты нагрузки от внешних электрических помех;
  • большой диапазон регулирования напряжения, возможность работы с низкими и высокими входными напряжениями;
  • высокую способность работы в условиях высоких реактивных токов (при качественной защите электронных ключей);
  • отсутствие электрических помех при работе устройства;
  • высокую надёжность устройства и длительный срок эксплуатации.

К недостаткам электронных стабилизаторов напряжения можно отнести:

  • низкую способность работы в условиях высоких реактивных токов (при низкой защите электронных ключей);
  • высокую стоимость изделия;
  • сложность в проведении ремонтных работ.

Стабилизаторы напряжения инверторного типа

В настоящее время имеют малое распространение стабилизаторы напряжения инверторного типа. Однако технические характеристики таких устройств достаточно уникальны.

Принцип работы инверторного стабилизатора напряжения основан на двойном преобразовании энергии. Входное напряжение на первом этапе преобразуется в постоянный ток и накапливается в промежуточных ёмкостях, на втором этапе постоянный ток преобразуется в переменный со стабилизированным напряжением и стабилизированной частотой тока.

фото и конструкция инверторных стабилизаторов

Преимущества и недостатки стабилизаторов напряжения инверторного типа

К преимуществам инверторных стабилизаторов напряжения можно отнести:

  • высокую точность регулирования значения напряжения;
  • высокую скорость регулирования напряжения;
  • большой диапазон регулирования напряжения, возможность работы с очень низкими и высокими входными напряжениями;
  • возможность стабилизирования частоты выходного сигнала;
  • возможность работы без нагрузки;
  • эффективное подавление любых импульсных и частотных помех;
  • формирование правильного синусоидального выходного сигнала.
Читайте также:  Как быстро отрезветь в домашних условиях после спиртного?

К недостаткам инверторных стабилизаторов напряжения можно отнести:

  • низкий коэффициент полезного действия;
  • высокую стоимость изделия;
  • сложность в проведении ремонтных работ.

Стабилизаторы напряжения феррорезонансного типа

Стабилизаторы напряжения феррорезонансного или ферромагнитного типа были широко распространены двадцать, тридцать лет назад, в настоящее время такие устройства практически не производятся.

Основной принцип работы феррорезонансного стабилизатора напряжения основан на эффекте резонанса напряжения в электрическом контуре, состоящем из трансформатора и конденсатора.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения включает в себя два дросселя и конденсатор. Один дроссель имеет насыщенный магнитный сердечник, а второй дроссель не имеет насыщенного сердечника. Путем подбора характеристик этих дросселей и конденсатора можно изменять соотношение входящего и выходящего напряжения. Данное устройство имеет достаточно высокую стоимость из-за использования дорогих металлоемких комплектующих.

фото и конструкция феррорезонасных стабилизаторов напряжения

Преимущества и недостатки стабилизаторов напряжения феррорезонансного типа

К преимуществам феррорезонансных и ферромагнитных стабилизаторов можно отнести:

  • высокую скорость срабатывания, высокую скорость стабилизирования напряжения;
  • длительный срок эксплуатации;
  • широкий диапазон допустимого входного напряжения.

К недостаткам феррорезонансных и ферромагнитных стабилизаторов можно отнести:

  • высокую металлоёмкость и высокую стоимость устройства;
  • значительный уровень шумов в процессе работы устройства;
  • значительные искажения в форме графика напряжения выходного сигнала;
  • низкий коэффициент полезного действия стабилизатора;
  • существенные потери энергии на нагрев устройства;
  • недопустимость включения без полезной нагрузки;
  • низкая перегрузочная способность.

Выбор необходимого типа стабилизатора напряжения

Выбор типа стабилизатора определяется следующими критериями:

  • качество действующего сетевого электропитания;
  • требования электрических потребителей к качеству электропитания;
  • показатели надёжности стабилизаторов напряжения данного типа;
  • стоимость приобретения данного оборудования;
  • срок эксплуатации прибора.

Ниже приводим небольшой видеоролик об особенностях стабилизаторов напряжения различного типа.

Основные преимущества и недостатки стабилизаторов сетевого напряжения сведены в общую таблицу.

Таблица параметров работы стабилизаторов напряжения различных типов

Тип стабилизатора напряженияСкорость стабилизацииТочность стабилизацииДиапазон входного напряженияПерегрузочная способностьНадежностьКПД
Стабилизаторы релейного типавысокаясредняяширокийвысокаявысокаявысокий
Стабилизаторы электромеханического типанизкаявысокаяширокийсредняянизкаясредний
Стабилизаторы симисторного и тиристорного типавысокаясредняяширокийсредняясредняявысокий
Стабилизаторы инверторного типавысокаявысокаяширокийсредняясредняясредний
Стабилизаторы феррорезонансного типавысокаявысокаясреднийнизкаянизкаянизкий

При выборе типа стабилизатора напряжения необходимо подробно изучить параметры существующего сетевого электропитания, изучить требования подключаемых электрических приборов и оборудования, использовать лучшую комбинацию свойств стабилизаторов различных типов.

Виды стабилизаторов и их отличия, устройства, функции

Стабилизаторы напряжения обеспечивают постоянство питающего тока при изменениях в электрической сети. Они одинаково хорошо выполняют эту функцию, независимо от того, как меняются показатели: быстро или медленно. Причем к характеристикам сети относится не только напряжение. Приборы эффективны при изменениях силы тока и сопротивления. Поэтому они обеспечивают не только сохранность техники, но и пожаробезопасность в помещении. Например, возросшее сопротивление нагрузки может привести к перегреву проводов, расплавлению изоляции и к короткому замыканию.

Устройства для регулирования напряжения известны более 60 лет. Первоначально, особенно в быту, чаще встречались электромагнитные стабилизаторы. В настоящее время в продаже в основном представлены устройства электромеханического и электронного типа.

Электромеханические стабилизаторы

В основе конструкции — автотрансформатор с отводами, переключение которых происходит автоматически. По сути, он представляет собой катушку с витками медной проволоки. Второй элемент — электромагнитный механизм с ползунком. Схематично его работу можно описать следующим образом: если входное напряжение сети снижено, ползунок движется вверх по отводам до тех пор, пока на выходе не будет получено нормальное значение. Если оно повышено, он перемещается вниз. Роль ползунка-токосъемника в стабилизаторах выполняют графитовые щетки. Они поддерживают выходное напряжение с высокой точностью (до 2%), и его регулировка производится плавно. Это их главные преимущества. В отдельных стабилизаторах, например, у выпускаемых компанией «Ресанта», используется не одна, а две графитовые щетки. Благодаря этому увеличивается площадь контакта. Такой прибор быстрее регулирует напряжение.

Некоторые модели электромеханического типа с мощностью свыше 30 кВт могут оснащаться дополнительным трансформатором. Не смотря на наличие движущихся частей, устройства этого типа работают бесшумно. Они обладают высокой перегрузочной способностью.

Выбирая данное оборудование, можно значительно упростить расчет: к полученной средней мощности оборудования добавить ее четвертую часть и получить, таким образом, характеристику будущего стабилизатора. Это значит, что допустимо взять минимальный запас по мощности стабилизатора и заплатить при этом меньшую стоимость при покупке. Техническое преимущество заключается в том, что устройство не вносит искажений в сеть и само не чувствительно к подобным явлениям. Благодаря высокой точности оно подходит для защиты аудиоаппаратуры, медицинских и измерительных приборов.

Недостатками электромеханических стабилизаторов является износ движущихся частей. Эти детали требуют регулировки, ухода и замены в процессе эксплуатации. Отмечается небольшое отставание в их реагировании на изменения показателей сети. Мощные устройства имеют большие габариты и значительный вес. Они требовательны к условиям эксплуатации. Температура воздуха в помещении, где находится стабилизатор, не должна опускаться ниже -5 и не подниматься выше 40 градусов.

Диапазоны характеристик электромеханических стабилизаторов

ПроизводительМощность, кВтВходное напряжение, Вт
Ресанта0,5-100140-260
240-430 (трехфазный)
Elitech0,5-30160-250
280-430
Калибр0,5-30160-250
Sturm0,5-30140-250

Электронные стабилизаторы

Приборы этого типа называют дискретными, так как они ступенчато регулируют входное напряжение. В их конструкцию также заложен автотрансформатор, но вместо графитовых щеток применяют реле или полупроводники (тиристоры и симисторы).

Работают электронные стабилизаторы следующим образом: каждая обмотка на трансформаторе добавляет на выходе определенное напряжение (4,4 – 22 В для однофазных). Для регулировки входного напряжения реле или электронные ключи быстро включают соответствующую обмотку. Из-за ступенчатого регулирования точность у разных приборов составляет от 2 до 10%. Эта величина зависит от количества обмоток. Допустим, каждая прибавляет по 17,6 В (точность стабилизатора 8%) при входном напряжении 195 Вт переключаются две обмотки и на выходе получится 230,2 Вт. Такой стабилизатор регулирует быстро, но не точно. Если в характеристиках указано 2%, то в том же примере мы получим на выходе 221,4 Вт. Правда, обмоток уже получается 6, и поэтому регулировка в этом случае происходит дольше. Кроме того, большее число электронных ключей повышает стоимость системы, не увеличивая ее надежности.

Невысокая точность не говорит о том, что одни модели значительно уступают другим. Для бытовой техники десятипроцентное отклонение входящего напряжения не нарушает нормального рабочего режима. Через такие устройства можно подключать холодильники, плиты, насосы, т. е. все, что работает с электродвигателем или нагревательным элементом. Если защита требуется для домашнего кинотеатра или компьютера, рекомендуется выбрать более точное устройство.

Электронные стабилизаторы имеют цифровое управление. Все необходимые элементы находятся на одной микросхеме, это позволяет уменьшить вес и габариты прибора. На корпусе есть цифровой дисплей, на котором отображаются входное и выходное напряжение.

Преимущества электроники — в отсутствии движущихся деталей, что снимает проблему механического износа. Долговечность зависит только от качества тиристоров или симисторов, принцип работы надежен. Условия эксплуатации позволяют пользоваться некоторыми моделями при низких температурах: от -20 и ниже.

Существенный недостаток электронных стабилизаторов в низкой перегрузочной способности. Короткое замыкание или большие нагрузки могут вывести электронные ключи из строя. Поэтому выбирать стабилизатор рекомендуется с хорошим запасом мощности.

Сравнительная характеристика стабилизаторов

Параметры сравненияЭлектромеханическиеЭлектронные
Коммутирующий элементграфитовые щеткиреле, тиристоры, симисторы
Регулированиеплавноеступенчатое
Мощность, кВт0,5-1000,5-36
Точность2-3%1,2-10%
Механический износестьотсутствует
Перегрузочная способностьвысокаянизкая
Диапазон входного напряжения, Вт140-260
240-430 (трехфазный)
140-260
Условия эксплуатации, градусы-5 – +40-20 – +45
Уровень шуманизкий

Общие элементы конструкции

  • защита по выходному напряжению — если напряжение сети меньше или больше рабочего диапазона стабилизатора, нагрузка отключается. Стабилизатор продолжает работать, а после того, как напряжение изменится, включает нагрузку,
  • защита от превышения тока — не позволит подключить к стабилизатору нагрузку, которая будет больше, чем его мощность,
  • защита от грозовых разрядов,
  • защита от короткого замыкания,
  • тепловая защита от перегрева обмотки трансформатора отключает устройство, что предупреждает возможные повреждения,
  • байпас — проводит ток напрямую без стабилизации, позволяет экономить электроэнергию, когда техника отключена,
  • вольтметр определяет входное и выходное напряжение, амперметр измеряет ток на выходе, пользователь может контролировать работу прибора,
  • фильтрация сетевых помех,
  • мониторинг работы сети с компьютера, подключение пульта дистанционного контроля – предусмотрен разъем для подключения с помощью кабеля (некоторые модели Штиль).

Однофазные и трехфазные

Стабилизаторы применяют в квартирах, на дачах, в коттеджах. По типу сети их подразделяют на две группы. В каждой группе есть модели электромеханического и электронного типа.

Там, где напряжение 220 В, используют однофазные стабилизаторы напряжения. Их мощность от 0,5 до 30 кВт. Такой диапазон позволяет выбрать устройство для защиты одного прибора или всей техники в доме. В сети 380 В возможны комбинации из трехфазных и однофазных стабилизаторов. Мощность первых составляет от 3-30 кВт и выше. Такие устройства представляют собой три однофазных стабилизатора, которые могут быть скомпонованы под одним корпусом или раздельно. Техническое решение модели более 100 кВт представляет собой три трансформатора на одном сердечнике. Устройства предназначены для защиты отдельных единиц техники, а так же они могут устанавливаться в загородных домах, офисах, на предприятиях для защиты всей сети.

Общая квалификация и основные параметры стабилизаторов

1. Бушуев В. М., Деминский В. А. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: учеб. пособие для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2011. – с. 194 – 143.

Общая квалификация и основные параметры стабилизаторов

Читайте также:  Как открыть бутылку без открывашки: простые способы

Дестабилизирующие факторы. Напряжение питающей сети практически никогда не остается постоянным и может меняться в широких пределах. Многие электротехнические и радиоэлектронные устройства РЭС питаются от источников, выходное напряжение или ток которых должны оставаться почти неизменными при изменении дестабилизирующих факторов в широком пределах.

Основными дестабилизирующими факторами, вызывающими изменение напряжения (тока) электроприемников ИВЭ являются: колебания питающих напряжений сети; изменения потребляемой приемником мощности; колебания частоты тока сети; изменения температуры окружающей среды, изменения давления, ионизирующие излучения и другие.

Изменения питающих напряжений возникают из-за нестабильности напряжения питающей сети. Большая часть приемников питается от промышленной сети переменного напряжения с частотой 50 Гц. Колебания напряжения сети могут достигать 10. 15% от номинального значения. При питании устройств РЭСБН от маломощных энергетических сетей или от автономных источников колебания напряжения могут достигать 15. 20%, а иногда и более.

Изменение тока приводит к изменению падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника и сопротивлениях соединительных проводов. Чем больше внутреннее сопротивление источника и сопротивления соединительных проводов, тем большими будут изменения напряжения.

Различные электротехнические устройства допускают различную нестабильность напряжения питания dU = (DUвых/Uвых.ном). Так, например, для приборов автоматики и телемеханики она не должна превышать 5. 10%, для выходных каскадов радиоприемных устройств – 3. 5%, для электронного микроскопа – она не должна превышать 0.005%.

Поскольку колебания вышеуказанных дестабилизирующих факторов могут носить плавный, медленно изменяющийся характер или происходить скачком очень быстро, а во времени эти изменения носят случайный характер, то устройство, поддерживающее значение напряжения в заданных пределах, должно работать непрерывно и автоматически.

Стабилизатором напряжения (тока или мощности) называется устройство, которое автоматически обеспечивает поддержание с требуемой точностью значения напряжения (тока или мощности) у электроприемников в требуемых пределах при влиянии дестабилизирующих факторов.

Способы стабилизации. Различают индивидуальный и централизованный способы обеспечения приемников РЭСБН стабильным напряжением. При индивидуальном способе каждый из них имеет свой отдельный стабилизатор, а при централизованном – все приемники питаются от общего стабилизатора.

Выбор способа стабилизации напряжения определяется режимами работы приемников РЭСБН, соотношением их потребляемых мощностей, конструктивными и эксплуатационными, а также экономическими особенностями. Как правило, для стабилизации переменного напряжения мощных приемников или их групп применяется централизованный способ стабилизации.

Классификация стабилизаторов. Стабилизаторы можно классифицировать по роду напряжения (тока), по мощности, точности поддержания выходного напряжения, областям применения, принципам действия.

По роду напряжения (тока) различают стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.

По мощности стабилизаторы подразделяются на маломощные (до 50 Вт), средней мощности (до 2 кВт) и большой мощности (свыше 2 кВт).

В зависимости от точности поддержания стабилизируемой величины в соответствии с ГОСТ 19157-73 – различают стабилизаторы низкой стабильности, если нестабильность выходного напряжения превышает 5%; средней стабильности – (1. 5%); высокой стабильности – (0.1. 1.0%); и очень высокой стабильности (прецизионные) – 0,1%.

По принципу действия стабилизаторы переменного и постоянного напряжения подразделяются на параметрические и компенсационные.

В параметрических стабилизаторах используются нелинейные элементы и стабилизация напряжения (тока) осуществляется в результате нелинейности их вольт-амперных характеристик (ВАХ).

Компенсационные стабилизаторы строятся по принципу системы автоматического регулирования, содержащей регулирующий элемент и цепь отрицательной обратной связи. Эффект стабилизации в этих устройствах достигается посредством компенсации действия дестабилизирующего фактора и восстановления требуемого значения регулируемой величины за счет изменения параметров регулирующего элемента под действием сигнала обратной связи. В компенсационных стабилизаторах напряжения сигнал обратной связи является функцией выходного напряжения, а в стабилизаторах тока – функцией выходного тока. В качестве регулирующего элемента в компенсационных стабилизаторах используются управляемые нелинейные элементы (транзисторы, тиристоры и др.). В зависимости от режима работы регулирующего элемента компенсационные стабилизаторы делятся на непрерывные (или линейные) и импульсные (или дискретные).

Коэффициент стабилизации. Одним из основных параметров стабилизатора напряжения является стабильность выходного напряжения. Она зависит от степени влияния дестабилизирующих факторов на характеристики элементов схемы стабилизатора. Величина колебаний напряжения потребителей оценивается коэффициентом стабилизации, который определяется для стабилизатора напряжения таким образом:

при Iвых = const,

где Uвх.н и Uвых.н– номинальные значения входного и выходного напряжений;

DUвх и DUвых – соответствующие изменения входного и выходного напряжений;

lн – коэффициент передачи напряжения со входа на выход стабилизатора, равный lн=Uвых/Uвх.н.

Иными словами, коэффициент стабилизации по напряжению является безразмерной величиной и определяет, во сколько раз относительное изменение выходного напряжения меньше относительного изменения входного напряжения.

Численное значение коэффициента стабилизации для различных типов стабилизаторов имеет величину от единиц до нескольких тысяч.

Характеристики стабилизаторов. Важной характеристикой стабилизатора является внешняя характеристика, которая показывает характер зависимости входного напряжения стабилизатора от величины его тока нагрузки при неизменном входном напряжении (рис. 4.1):

Uвых = f(Iвых), при Uвх = const. (4.2)

По внешней характеристике стабилизатора определяется его выходное (внутреннее) сопротивление, которое рассчитывается как приращение выходного напряжения DUвых к приращению выходного тока DIвых при неизменном входном напряжении Uвх = const.

Знак “минус” показывает, что с ростом тока нагрузки выходное напряжение уменьшается.

Рисунок 4.1 – Внешняя характеристика стабилизатора

Другой важной характеристикой стабилизатора является его эксплуатационная характеристика, определяющая пределы изменения входного напряжения, в которых выходное напряжение остается в заданных пределах. Она характеризуется зависимостью выходного напряжения Uвых от входного Uвх при неизменной величине тока нагрузки Iвых

Uвых = f(Uвх), при Iвых = const. (4.4)

Характер этой зависимости представлен на рис. 4.2.

Другие параметры и показатели стабилизаторов. Для стабилизаторов постоянного (выпрямленного) напряжения характерен следующий параметр.

Температурный коэффициент стабилизатора g равен отношению приращения выходного напряжения DUвых к приращению температуры окружающей среды DТокр при неизменных входном напряжении и токе нагрузки (Uвх = const; Iвых = const)

Рисунок 4.2 – Эксплуатационная характеристика стабилизатора

Температурный коэффициент стабилизатора g равен отношению приращения выходного напряжения DUвых к приращению температуры окружающей среды DТокр при неизменных входном напряжении и токе нагрузки (Uвх = const; Iвых = const)

Основным энергетическим показателем стабилизаторов напряжения является коэффициент полезного действия h, равный отношению активной мощности, отдаваемой стабилизатором приемнику, к активной мощности, потребляемой стабилизатором от сети

Как выбрать стабилизатор напряжения? Всё, что нужно знать, о количестве фаз, мощности и видах

Сегодня мы поговорим о стабилизаторах напряжения. Нет, мы не о психологах из ТикТока или Инстаграма, которые за 60 секунд научат поддерживать эмоции между партнёрами. Речь о специальных приборах, благодаря которым техника не будет выходить из строя. Давайте изучим что нужно и поймём, как выбрать стабилизатор напряжения для частного дома или насоса.

Содержание

Что такое стабилизатор напряжения
Количество фаз
Тип подключения
Классификация стабилизаторов
Мощность (производительность)
Диапазон стабилизации
Как правильно выбрать стабилизатор напряжения

Что такое стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения — специальный прибор, который поддерживает чёткое напряжение, необходимое для работы сети. Например, в 220 В или 380 В. Устраняя колебания напряжения, стабилизатор продлевает срок службы бытовых приборов и другой техники и предотвращает выход электроники из строя. Особенно в стабилизаторах напряжения нуждаются холодильники, кондиционеры, микроволновки, стиральные машины, а также компьютерная техника.

Кроме того, стабилизатор напряжения поможет сэкономить на электроэнергии. Почему? При пониженном напряжении оборудование потребляет больше тока из сети для того, чтобы добиться номинальной мощности. Расход электроэнергии увеличивается, а вот количество ваших кровно заработанных рублей — уменьшается.

Количество фаз

Однофазные стабилизаторы используются в домах однофазной сети для поддержания напряжения 220 В. Подходят для подключения и защиты бытовой и офисной техники.

Трёхфазные стабилизаторы применяются в жилых и производственных помещениях, где сеть с напряжением 380 В.

Тип подключения

Магистральные встраиваются в сеть и регулируют напряжение всех электроприборов, в том числе осветительных. У них очень высокая производительность — от 4000 Вт.

Сетевые стабилизаторы подключаются к розетке. Обладают мощностью до 3000 Вт, имеют на корпусе одну или несколько розеток для подключения бытовых электроприборов.

Классификация стабилизаторов

Стабилизаторы отличаются друг от друга по типу защитного устройства, через которое должен пройти ток, прежде чем он будет подаваться на остальную технику.

Основные виды стабилизаторов

Электромеханические

Состоят из автотрансформатора и электромагнитного механизма с ползунком. При пониженном напряжении ползунок перемещается вверх и повышает напряжение. В повышенном — наоборот. Так как в конструкции используются механические предметы (шестерёнка, двигатель, обмотка из меди, угольные щётки) — есть риск износа компонентов по мере их эксплуатации. Данный минус компенсируется бесшумностью работы стабилизаторов такого вида. Благодаря высокой точности напряжения на выходе, они подходят для подключения к чувствительной аппаратуре: медицинским и измерительным приборам, аудиоаппаратуре.

Электронные

Также состоят из автотрансформатора, но графитовые щётки заменяют реле или полупроводники, которые называются силовыми ключами. Они должны включать необходимую обмотку, добавляющую определённое количество Вольт. Как правило, такие стабилизаторы очень компактные. Из-за отсутствия движущихся частей, как в электромеханических, они не требуют «ухода» за собой, то есть замены графитовых щёток. Также преимуществом такого вида стабилизаторов считается работа в суровых или близких к этому условиях, например, при температуре ниже 20 градусов по Цельсию. Однако цифровые ключи довольно нежны и могут выйти из строя, если стабилизатор слишком часто будет сталкиваться с большими нагрузками или короткими замыканиями в сети.

Мощность (производительность)

Бытовые приборы создают нагрузку на сеть, которую стабилизатор принимает на себя в случае подключения. При покупке самое важное рассчитать мощность приборов, которые будут подключены в сеть. Стабилизатор будет работать нормально, если мощность всех приборов не будет превышать его собственную. В противном случае он отключится.

Мощность стабилизатора может составлять от 0,5 до 100 кВт. Бывают случаи, когда стабилизаторы приобретаются для защиты конкретной техники.

Важно: мощность стабилизаторов указывается в Вольт-Амперах (ВА), а мощность бытовой техники и устройств в Ваттах (Вт). Поэтому для подсчёта потребуется перевод из ВА в Вт умножением на коэффициент 0.8.

Ссылка на основную публикацию