Стабилизатор напряжения — прибор совершенно необходимый в каждом доме. На производстве он также нужен, но здесь речь пойдет именно о бытовых стабилизаторах, призванных защитить бытовые приборы и оборудование от скачков напряжения и силы тока в сети. Обычно в магистрали напряжение равно 220 или 380 В при частоте 50Гц. Но в силу различных факторов — подключения потребителей высокой мощности, пиковых нагрузок в вечерние или утренние часы, аварий на линиях электропередач, ток может отклоняться от заданных параметров по напряжению процентов на 25 – 40 в обе стороны.

Слишком низкое, как и слишком высокое напряжение в сети одинаково опасно и нежелательно для бытовых приборов. Резкие скачки — опасны вдвойне. Холодильники, телевизоры, бытовые насосы и котлы, компьютеры попросту могут перестать работать. Могут перегореть входные контуры, сложная электроника блоков настроек, возникнуть другие повреждения, устранить которые стоит довольно дорого.

Как выбрать стабилизатор напряжения правильно

Как работает стабилизатор напряжения

Чтобы определить, какой стабилизатор напряжения для дома лучше выбрать, необходимо знать основные принципы их работы, какими бывают стабилизаторы и какие параметры важные, а на что можно не обращать внимания.

По свое сути — стабилизатор представляет собой регулируемый трансформатор с обратной связью. Переменный ток из магистрали поступает на первичную обмотку и возбуждает примерно такой же ток в обмотке вторичной, к которой и подсоединены потребители. Если количество витков на первичной катушке изменить, то соответственно изменится и ток во вторичной, в которой число рабочих витков осталось прежним. На изменении соотношения количества витков и построена работа регулируемых трансформаторов.

Индуктивная связь очень надежна и не предусматривает прямого контакта обмоток — только посредством металлического сердечника. Такие трансформаторы позволяют практически мгновенно изменять параметры выходного тока, необходимо только настроить управление токосъемным устройством в зависимости от напряжения в подающей сети, чтобы при падении тока в магистрали во вторичной обмотке он увеличивался, а при превышении напряжения — уменьшался.

Управляемый трансформатор — основа всех бытовых стабилизаторов. Отличия в них касаются только схем управления.

Виды стабилизаторов напряжения

На рынке преобладают два вида стабилизаторов — электромеханические и электронные.

Электромеханические стабилизаторы напряжения

В электромеханических стабилизаторах ток в катушке регулируется контактным ползунком, который передвигается по поверхности, изменяя число рабочих витков. Кто помнит школьный курс физики, тот может представить себе реостат из опытов на уроках. Примерно так же работает электромеханический регулятор напряжения, только ползунок перемещается не рукой, а посредством электродвигателя.

Электромеханические стабилизаторы очень надежны и позволяют плавно изменять напряжение во вторичной катушке. Но при своей простоте они имеют и ряд недостатков:

  • как и большинство механических устройств обладают ощутимой инерцией — задержка при срабатывании заметна невооруженным глазом;
  • угольные контакты со временем изнашиваются и требуют замены;
  • шум при работе едва слышный, но все же есть.

Перед тем, как выбрать стабилизатор напряжения электромеханического типа, необходимо сравнить скорость срабатывания, указанную в паспорте изделия в единицах В/с. Чем этот показатель лучше, тем стабилизатор лучше для чувствительных приборов.

Электромеханический стабилизатор напряжения

Электронные стабилизаторы напряжения

Электронные стабилизаторы работают несколько по другому. Обратная связь и переключение осуществляется при помощи тиристорной, семисторной или релейной схем, которые изменяют число обмоток, подключенных к сети. Работают такие  стабилизаторы абсолютно бесшумно, не греются и отличаются очень высокой скоростью срабатывания. Но и здесь не обошлось без недостатков — электронные стабилизаторы регулируют выходное напряжение ступенчато. Хотя перепады не слишком большие, но могут внести диссонанс в работу электроники или двигателей.

Электронный стабилизатор напряжения

Ферромагнитные стабилизаторы напряжения

Ферромагнитные стабилизаторы — устройства, которые для бытовых целей практически не производятся, хотя еще можно встретить ранние модели, очень популярные десятилетия назад. Работа их базируется на изменении положения ферромагнитного сердечника относительно катушек. Система очень надежная, но громоздкая и шумная. Главные недостатки — работа только под нагрузкой и возможные искажения синусоидальных характеристик. Для современной электроники и бытовой техники они непригодны, но для мощных электродвигателей, ручных инструментов и сварочных аппаратов применение их вполне допустимо.

Как выбирать стабилизатор напряжения по параметрам

По-настоящему важных параметров, характеризующих работоспособность стабилизатора и удобство его использования всего несколько. Это:

  • количество фаз;
  • мощность;
  • диапазон регулировок;
  • скорость срабатывания;
  • наличие защиты от перегрузок;
  • способ подключения.

Какой стабилизатор напряжения выбрать для частного дома можно решить, только правильно очертив круг задач, которые он будет выполнять, рассмотрев основные характеристики в комплексе.

Сетевой или магистральный стабилизатор

По способу подключения стабилизаторы подразделяются на магистральные и сетевые. Первые устанавливаются на входе электросети в дом и регулируют напряжение, подаваемое на все без исключения потребители — освещение, отопление, сигнализацию, бытовую технику. Как правило, современный дом — энергонасыщенная система с высоким уровнем потребления тока. Поэтому мощность магистральных стабилизаторов начинается от 3 кВт.

Магистральный стабилизатор напряжения

Сетевые регуляторы предназначены для защиты одного, реже двух однотипных устройств. Они включаются в обычную розетку и являются промежуточным звеном между магистралью и потребителем. Мощность сетевых стабилизаторов относительно небольшая, но в доме их может быть несколько.

Это сравнительно недорогие приборы, позволяющие защитить сложное и дорогостоящее оборудование в случае, если магистрального стабилизатора нет, или нагрузки на него очень большие. Сетевые стабилизаторы устанавливаются как в жилых домах, так и в офисах, больницах, пунктах связи, где работает много высокоточной электронной техники, чувствительной к перепадам напряжения.

Сетевой стабилизатор напряжения

Количество фаз стабилизатора

Один из основных определяющих параметров при решении вопроса, какой стабилизатор напряжения лучше выбрать для дома. Для однофазной сети необходим стабилизатор с рекомендуемым подключением на 220 В. Существует три возможности решения задачи стабилизации трехфазного тока — купить три однофазных стабилизатора, для регулировки каждой фазы, установить стабилизатор только на одну фазу, к которой подключены самые чувствительные потребители, и установить мощный трехфазный прибор, контролирующий напряжение во всем доме.

Следует знать, что большинство бытовых стабилизаторов малой и средней мощности — это три синхронизированных однофазных в общем корпусе. Для высоких мощностей используются обычно три трансформатора, собранные на одном сердечнике. Они более надежные и проще в регулировке.

Мощность

Чтобы понять, как выбрать стабилизатор напряжения для частного дома, необходимо точно знать, сколько электроэнергии потребляется в доме теоретически и практически. Первая цифра определяется очень просто — арифметически складываются мощности всех потребителей, от лампочки до скважинного насоса и сварочного аппарата в гараже. Эта цифра показывает, какая мощность понадобиться при всех включенных устройствах одновременно.

Но этот показатель не является верхним пределом — многие инструменты и устройства бытовой техники оснащены электродвигателями, которые при запуске потребляют намного больше тока, чем при работе даже на максимальной нагрузке. Эта, так называемая, реактивная мощность, приводит к тому, что суммарное потребление ощутимо увеличивается.

Следующий шаг — умножить мощность каждого устройства с электромотором, взятую в кВА (указано в паспорте) на 2 и прибавить к существующей цифре. Затем полученный результат увеличить еще на 25%, на случай непредвиденных обстоятельств. После столь сложных на первый взгляд подсчетов, вы получите реальную мощность стабилизатора, который должен быть установлен в доме.

Потребляемая мощность (Вт.) популярного промышленного и строительного оборудования:

Потребляемая мощность (Вт.) бытовых электроприборов:

Усредненная мощность трехфазного стабилизатора одноэтажного дома с гаражом и полным набором бытовой техники едва превышает 10 кВт. Это не так много и не слишком дорого. Для двух-трехкомнатной квартиры достаточно 5 кВт, а для двухэтажного особняка необходим стабилизатор на 15 – 25 кВт.

Но при выборе стабилизатора по мощности необходимо еще и обратить внимание на диапазон регулировок тока по напряжению. Он должен находиться в пределах 150 – 250 В. Только в этой части линейки возможных отклонений мощность стабилизатора максимально соответствует заявленной в паспорте. Если производитель указал более широкий диапазон, например 140 – 280 В — еще лучше, ваш дом будет защищен надежнее. Но при этом стоимость устройства несколько возрастает.

Но цена — фактор не основной. Покупать стабилизатор с минимальным диапазоном регулировок, например 280 – 240 В не рекомендуется, разве что в качестве сетевого, если в доме есть общий магистральный. Такие приборы не слишком дорогие, но и выровнять напряжение смогут только в узких пределах.

Для особых случаев, когда отклонения в питающей сети могут составлять более 120 В (в нижнюю сторону) применяются сложные и дорогие стабилизаторы, способные работать в этом диапазоне. Обычно они представляют собой комбинированные установки с электромеханической и электронной регулировкой, работающими параллельно. Но такая техника требуется редко, поэтому обычный покупатель ею практически не интересуется.

По мощности в линейке каждого производителя есть однофазные стабилизаторы до 10 кВА и трехфазные 5 — 30 кВА. Выбрать их, ориентируясь на приведенную методику расчета, может любой человек, не обязательно профессиональный электрик. Покупать стабилизаторы мощностью 35 – 100 кВА для дома или дачи не стоит. Они предназначены для установки в офисных и торговых центрах, мастерских и прочих объектах с большим потреблением тока. Кроме того, они массивные и дорогие, а платить за избыточную мощность, которая никогда не будет использована, нецелесообразно.

Точность выходных параметров

Ни один стабилизатор не выдает точно 220 В. Всегда есть разброс в показателях. Государственные стандарты допускают отклонения до 10% в обе стороны. Как правило, даже очень чувствительная техника, включая инверторы, компьютеры и устройства связи при таких искажениях параметров работают вполне надежно. Бытовые потребители изначально рассчитаны на такие отклонения и в эксплуатации тоже не создают проблем.

По точности выходного напряжения электромеханические стабилизаторы реально выдают 220 ± 3% В, а электронные — 220± 1% В, но зато время реакции их на порядок, а то и два ниже. Если электронный регулятор способен изменить выходное напряжение на протяжении сотых долей секунды, то электромеханический затратит на это от 0,5 до 1-2 секунд.

Системы защиты стабилизатора

Как и трансформаторы, системы защиты на всех видах стабилизаторов присутствуют обязательно. Их принципиальная схема и задачи приблизительно одинаковы, они срабатывают при выходе тока питания за пределы допустимых нагрузок и отключают потребителя от сети. Когда ток питания приходит в норму, подача восстанавливается автоматически.

Есть своя эффективная система защиты и у стабилизатора — он представляет собой довольно сложное устройство с массой электроники, чувствительной к перегрузкам по напряжению и току. При коротком замыкании в сети может возникнуть резкий скачок  силы тока, способный буквально сжечь схемы.

Система автозащиты отключит первичную обмотку и систему регулировки от тока питания до восстановления его нормальных параметров. Включение стабилизатора в работу обычно тоже производится в автоматическом режиме, но есть и модели с ручным включением после аварийной остановки.

Дополнительные функции и опции

Рассматривая вопрос, выбора стабилизатора напряжения для квартиры или дома, нельзя упустить из виду и ряд дополнительных функций, которые упрощают эксплуатацию, делают ее более безопасной и расширяют функционал установки. Часто из двух стабилизаторов одинаковой фазности, мощности и диапазона регулировок, стоит выбрать тот, у которого предусмотрено больше функций, пусть и стоит он несколько дороже.

Вольтметр и амперметр

Бытовые стабилизаторы оснащаются измерительными приборами — вольтметрами обязательно, амперметрами — в виде опции. Приборы показывают выходное напряжение после стабилизации и силу тока по каждой фазе. Если понадобится узнать напряжение в питающей сети, то в некоторых стабилизаторах предусмотрена и такая возможность — достаточно нажать специальную кнопку и вольтметр переключается на измерение параметров входной сети. Большинство бытовых стабилизаторов комплектуются аналоговыми (стрелочными) вольтметрами и амперметрами достаточно высокой точности.

Какие бывают стабилизаторы напряжения data-src=https://srbu.ru/images/elektrika-v-dome-i-kvartire/kak-vybrat-stabilizator-napryazheniya/analogovui-voltmetr.jpg data-jchll=true alt=»Стабилизаторы с аналоговыми вольтметрами» width=800 height=728 />

Но в последнее время много производителей стабилизаторов перешли на цифровые приборы — это значительно улучшает дизайн и, естественно, позволяет увеличить стоимость установки. Хотя на точность измерения большого влияния не оказывает — при контроле за работой бытового стабилизатора десятые и сотые доли единиц измерения особой роли не играют.

Какие бывают стабилизаторы напряжения data-src=https://srbu.ru/images/elektrika-v-dome-i-kvartire/kak-vybrat-stabilizator-napryazheniya/elektronnui-voltmetr.jpg data-jchll=true alt=»Стабилизатор с электронным вольтметром» width=645 height=800 />

Многие стабилизаторы оснащены светодиодной сигнализацией, которая может извещать о нормальной работе устройства, выходе из режима, критических перегрузках и прочих состояниях как сети, так и самого прибора. Каждый из производителей использует то количество светодиодов и их цвета, которое кажется ему наиболее удобным. Перед началом эксплуатации стабилизатора необходимо ознакомиться со значением каждой лампочки и режимом ее работы — свечение, мигание, периодичность вспышек.

Работают стабилизаторы в автоматическом режиме и возможности ручной регулировки не предусмотрено. Но контрольные приборы выполняют достаточно важную функцию — всегда можно определить диапазон отклонения напряжения и силы тока по каждой из фаз и отключить потребитель, который не может работать в данных условиях. Также можно визуально контролировать общую мощность тока в домашней сети, воспользовавшись данными контрольных приборов и формулой P=UI.

Возможность переключения задержки появления напряжения на выходе

Еще одной удобной опцией является кнопка задержки выходного напряжения. Это необходимо, чтобы все схемы стабилизатора после запуска вышли на рабочий режим и подавали в сеть ток требуемых характеристик. Обычно для этого стабилизатору бытового уровня требуется 5 – 7 секунд. Но при высоком уровне потребления мощности в домашней сети, этого времени может быть недостаточно, кнопка позволяет продлить его до нескольких минут и исключить возможные ложные запуски.

Режим «Байпас»

Очень удобно, если в нем предусмотрена функция «байпас», то есть условия для прямого прохождения тока, минуя все схемы регулировки и трансформаторное оборудование. Это очень удобно, когда напряжение питающего  тока намного ниже, чем допустимый диапазон работы или нужно подключить устройство, превышающее по мощности критический уровень стабилизатора. В таком случае переключатель позволяет электротоку идти прямо к потребителю, а стабилизатор находится в режиме ожидания.

Вентилятор принудительного охлаждения

Приблизительно до мощности 10 кВА стабилизаторы охлаждаются конвекционными потокам, циркулирующими свободно сквозь вентиляционные отверстия корпуса. Установки большей мощности комплектуются вентиляторами принудительного действия.

srbu.ru

Релейные стабилизаторы

Включают в себя автотрансформатор и силовые реле. В принцип действия заложена ступенчатая регулировка напряжения подключением определенного отвода от автотрансформатора.

Электронная схема управляет силовыми реле, которые автоматически переключают обмотки автотрансформатора.

Этот тип стабилизаторов не способен обеспечить высокой точности регулирования выходного напряжения. Повысить уровень качества стабилизации возможно только за счет усложнения конструкции автотрансформатора, но соответственно вырастет и цена оборудования.

Данный тип стабилизаторов целесообразно использовать с приборами малой мощности.

Симисторные стабилизаторы

Симисторные стабилизаторы — электронные, принцип их работы – регулировка по релейному типу. Обмотки автотрансформатора коммутируются (переключаются) электронными ключами (симисторами или тиристорами).

симисторный стабилизатор напряжения

В результате исключения механических реле повышаются скорость переключения, надежность, аппаратура работает бесшумно. Но используемый алгоритм ступенчатой регулировки не дает высокой точности. Стоимость по сравнению с релейными аналогами выше почти в 3 раза.

Сервоприводные стабилизаторы

Обеспечивают плавную регулировку выходного напряжения по принципу работы реостата. В конструкцию включен электропривод, передвигающий подвижные контакты в виде ролика или щетки электродвигателя по обмотке автотрансформатора.

При изменении входного напряжения электродвигатель по команде управляющей электроники перемещает контакт в необходимое положение на обмотке, что позволяет изменять напряжение на выходе плавно.

Применение сервоприводных регуляторов напряжения ограничивается сетями без быстрых скачков напряжения.

electricvdome.ru

Сейчас в магазинах можно увидеть множество стабилизаторов разных типов. Каждый тип стабилизатора имеет свой способ стабилизации напряжения. Каждый из способов стабилизации напряжения имеет свои достоинства и свои недостатки. Если классифицировать стабилизаторы напряжения по способу стабилизации, получиться следующая таблица:

 Стабилизаторы напряжения бывают

Ступенчатые корректоры напряжения

Электромеханические стабилизаторы

Редкие или устаревшие типы стабилизаторов

1. Стабилизаторы напряжения на механических реле

2Стабилизаторы напряжения на твердотопливных реле (тиристорах)

3. Электромеханические стабилизаторы с электроприводом

4. Феррорезонансные стабилизаторы

5. Стабилизаторы с двойным  преобразованием 

6. Компенсационные стабилизаторы напряжения

Ступенчатые корректоры напряжения» являются на сегодняшний день самым распространенным типом стабилизаторов. Поэтому мы достаточно подробно опишем их принцип работы.

Внутри стабилизатора находиться трансформатор. Для простоты понимания трансформатор можно представить в виде стопки железных пластинок, вокруг которых намотаны несколько мотков проволоки.

 Какие бывают стабилизаторы напряжения

Принцип стабилизации напряжения очень прост. Он основан на эффекте «электромагнитной индукции». Для нас важно понять, что одним из проявлений этого эффекта будет следующая ситуация:

  • Например, на первичной обмотке трансформатора 10 витков проволоки, к этим виткам подключено напряжение из городской сети в 220 вольт. 
  • Если на вторичной обмотке в это время будет тоже 10 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, будет тоже 220 вольт. 
  • Если на вторичной обмотке в это время будет только 5 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, будет уже 110 вольт.

То есть, возникает полезный эффект, который заключается в том, что если менять количество витков на вторичной обмотке, то можно менять напряжение, которое проходит через стабилизатор.  

Зависимость изменений напряжения от изменения количества витков можно представить следующим образом: 

Напряжение в городской сети, которое входит трансформатор

Количество витков на первичной обмотке

Действие

(подключаем

или отключаем обмотки)

 

Количество витков на вторичной обмотке

Напряжение, которое выходит из трансформатора

220 вольт

10

Ничего не меняем

10

220 вольт

220 вольт

10

Отключаем 2 обмотки

8

176 вольт

220 вольт

10

Подключаем 2 обмотки

12

264 вольта

На самом деле, и первичная и вторичная обмотка трансформатора состоят из сотен витков. Стабилизатор, подключая и отключая обмотки, может легко стабилизировать напряжение до нормы. Упрощая, можно сказать, что если к вторичной обмотке добавить 3 витка, это увеличит напряжение на 1 вольт, если убрать 3 витка — уменьшит напряжение на 1 вольт

Пример: 

Допустим, напряжение в сети упало до 200 вольт, чтобы оно стало нормальным (220 вольт), стабилизатору надо добавить еще 20 вольт, что означает, что нужно к вторичной обмотке добавить ещё (3 х 20) = 60 витков. 

Допустим, напряжение в сети повысилось до 250 вольт, чтобы оно стало нормальным (220 вольт), стабилизатору надо убавить  его на 30 вольт, что означает, что от вторичной обмотки нужно убрать ещё (30 х 3) = 90 витков. 

Теперь стало понятно, как трансформатор стабилизирует напряжение, он просто подключает и отключает обмотки на трансформаторе.  

Но как происходит это подключение и отключение? 

Это происходит благодаря специальному устройству, которое называется «реле». Это простое устройство выполняет только одну функцию: оно как «выключатель» замыкает, или размыкает электрическую цепь. Разница между «реле» и обычным «выключателем» в том, что реле можно управлять.   

В упрощенном виде процесс управления можно представить так:  Послала плата управления стабилизатора «сигнал» реле, реле включилось, и замкнуло обмотку. Послала плата управления ещё один «сигнал» реле, реле выключилось и разомкнуло обмотку. 

Теперь мы вплотную подошли, к ответу на вопрос, почему же этот тип стабилизаторов называется «ступенчатым корректором». Для начала вспомним, что допустимым напряжением по Российским и Международным стандартам является напряжение в интервале от 200 до 240 вольт. То есть, для нормальной и безопасной работы бытовых приборов напряжение ровно в 220 вольт не требуется. Исходя из этого норматива, был спроектирован такой вид стабилизаторов как  «ступенчатые корректоры напряжения».  

Большинство стабилизаторов данного типа имеют «шаг» в 15 вольт. Это означает, что если напряжение понизиться, например, более чем на 15 вольт, то есть, в сети было напряжение 220 вольт и вдруг упало до 205. Тогда стабилизатор подключит ещё одну обмотку, которая будет состоять из (3 витка  х 15 вольт) = 45 витков, в этом случае напряжение, которое будет выходить из стабилизатора, станет 220 вольт. Если напряжение в сети опять упадет с 205 вольт уже до 190 вольт, тогда стабилизатор подключит ещё одну обмотку, ещё дополнительно 45 витков, тогда напряжение из стабилизатора опять станет 220 вольт и так далее. Соответственно, если напряжение в сети было 220 вольт, а стало 235 вольт, тогда стабилизатор отключит обмотку, и, тем самым, уменьшит напряжение до нормы.

Многие  стабилизаторы имеют интервал входящих напряжений от 160 до 260 вольт. Это означает, если в вашей городской сети в вашей розетке будет напряжение от 160 до 260 вольт, тогда стабилизатор, пропуская напряжение через себя (через трансформатор), обязан скорректировать его до нормы, при этом нормой будет считаться напряжение от 200 до 240 вольт.

В реальности это будет выглядеть так. Допустим, напряжение в вашей розетке по причинам перегруженности по вечерам (все приходят домой с работы включают  бытовые электроприборы и свет) будет понижаться с 220 до 176 вольт. 

При этом ваш стабилизатор будет выдавать следующее напряжение: 

  Какие бывают стабилизаторы напряжения

Как видите, стабилизатор «выравнивает» напряжение только после того как оно опуститься ниже определенного значения. В данном случае этим значением является 208 вольт. Как только напряжение опускается ниже нормы, стабилизатор подключает обмотку и выравнивает напряжение. Поэтому этот тип стабилизаторов получил название ступенчатый корректор. 

Сразу возникает вопрос, а почему нельзя сделать много отдельных обмоток, и много реле, чтобы напряжение, которое выходит из стабилизатора, было всегда около 220 вольт, и не опускалось до 208? Сделать можно, но возникают следующие трудности: 

1) Если сделать больше 5 отдельных обмоток, тогда при включении стабилизатора будет раздаваться очень сильный дребезжащий звук, который будет очень сильно нервировать. Причина этого явления в том, что многие обмотки, как правило, при включении не задействованы, они вносят дисбаланс в магнитное поле трансформатора.

2) Если сделать много реле, потребуется гораздо более сложная плата управления и много дополнительных реле, которые удорожат стабилизатор на столько, что цена для стабилизатора такой же мощности вырастет в 1.5 -2 раза, а какой смысл удорожать, если напряжение и так находиться в пределах нормы.   

3) Существует зависимость, что чем ниже входящее напряжение, тем больше увеличивается ток. Об этом будет подробнее  рассказано дальше, в данном случае это означает, что при пониженных напряжениях в сети (ниже 180 вольт),  чем ближе выходящее напряжение из стабилизатора будет к значению 220 вольт, тем больше будет ток. Чем больше ток, тем мощнее требуется трансформатор. 

При прочих равных условиях, потребуется на 25 % более мощный трансформатор, а это в свою очередь ещё больше удорожит стабилизатор.

Все типы стабилизаторов, относящиеся к ступенчатым корректорам, работают по этому принципу. В свою очередь, этот тип стабилизаторов подразделяется на два больших подвида, а именно.

Стабилизаторы на механических реле, и на твердотельных реле (тиристорах). Хотя обычные механические реле и тиристоры совершенно разные устройства, функция, выполняемая ими в стабилизаторах, у них абсолютно одинакова. Эта функция, как вы уже знаете, подключать и отключать обмотки, то есть, и механическое реле (электромагнитное) и твердотельное реле (тиристор) по команде, полученной от платы управления стабилизатором, либо размыкают, либо замыкают обмотки трансформатора между собой. Важно понять, несмотря на то, что принципы работы у них абсолютно разные, на работу стабилизатора это никак не влияет. Если говорить о бытовых стабилизаторах для дома (мощностью  до 10 киловатт), принципиально тиристоры  имеют только одно неоспоримое преимущество перед механическими реле, а именно, тиристоры в отличие от механических реле работают абсолютно бесшумно, в остальном «высоко технологичность» тиристоров для потребителя никак не проявляется. Остальные плюсы и минусы механических и твердотельных реле (только в контексте использования их в стабилизаторах) можно увидеть в следующей таблице. 

Механическое реле (электромагнитное)

 

 

+

  1. Относительно низкая стоимость самих реле.
  2. Возможность использовать простую недорогую и надежную аналоговую плату управления (без микроконтроллеров), благодаря которой стабилизатор может выдерживать десятки перепадов напряжения подряд, при этом он будет стабилизировать напряжение. 
  3. Сбалансированная скорость переключения реле (10 миллисекунд), позволяет переключать обмотки со скоростью достаточной, чтобы напряжение не пропало, и одновременно не позволяет им замкнуть более двух обмоток одновременно, если это произойдет, будет короткое замыкание.
  4. Не вносят помех в момент переключения.

 

 

  1. Максимальная мощность стабилизатора 10 кв. Это связанно с тем, что самое мощное из существующих реле пригодное для использования в стабилизаторах, не может выдерживать больше 10 кв. (около 12 000 вольт-ампер)
  2. Шум (щелчки) в момент переключения реле.
  3. Ресурс работы 10 тыс. циклов включения выключения (около 2 лет работы)
  4. Из-за возникновения дугового разряда при переключении реле их нельзя использовать во взрывоопасной среде.

Твердотопливное реле (тиристор)

 

 

+

  1. Ресурс работы более 1 млрд. срабатываний.
  2. Отсутствие шума при работе
  3. Отсутствие дугового разряда при размыкании. (Применение во взрывоопасной среде. Например, на заправке).
  4. Относительно малое энергопотребление.
  5. Возможность изготавливать стабилизаторы напряжения до 500 киловатт.  

 

 

 

  1. Высокое быстродействие (время переключения близкое к нулю), применительно к стабилизаторам является проблемой, потому что скоростисрабатывания почти мгновенны, возникает большой риск, что тиристоры замкнут несколько обмоток одновременно, в результате чего сгорит либо самстабилизатор, либо то что в него включено.  Чтобы этого не произошло нужна сложная и дорогая микропроцессорная плата управления, которая искусственно «тормозит» и синхронизирует работу тиристоров. Поэтому фактическая скорость срабатывания в стабилизаторах тиристоров обычно сопоставима или ниже чем скорость срабатывания механических реле.
  2. Микроконтроллерное управление (работой управляет микроконтроллер, можно представить как очень упрощенный вид процессора, стоящего в вашем компьютере ), в стабилизаторах имеет большой минус. 

По мимо того, что такая плата будет относительно дорогой. Самой большой проблемой будет то, что такая плата при скачках напряжения будет «подвисать», так как, например, подвисает компьютер. Ведь микропроцессор, чтобы переключить тиристор, должен узнать какое сейчас напряжение в сети.  4-5 перепадов напряжения подряд, приводят либо к включению защиты, которая выключает стабилизатор, либо, если эта защита не сработает, плата управления стабилизатором просто сгорит, или в ней собьются настройки синхронизации и тогда сгорят тиристоры. Аналоговая плата управления практически нечувствительна к перепадам напряжения. После срабатывания защиты стабилизатор можно перезапустить только вручную (заново выключить и включить стабилизатор), что достаточно неудобно.

Микроконтроллерное управление, в случае использования тиристоров является необходимостью и слабым местом стабилизатора, так как оно, к сожалению, несет с собой сопутствующие проблемы. Так происходит, потому что никакой другой прибор, кроме стабилизаторов напряжения не предназначен для постоянной работы в сети с постоянными колебаниями (не постоянном напряжении, а именно, колебаниями) напряжения от 120 до 280 вольт. 

Сильное удорожание тиристорных стабилизаторов возникает не из-за того что напряжение становиться «качественнее», оно такое же как и у всех ступенчатых корректоров плавает в определенном диапазоне, а из-за того, что тиристоры сами по себе очень дороги, и ещё требуют дорогую и сложную плату управления с использованием очень качественных комплектующих. Из этого вывод, что использование тиристорных стабилизаторов, имеет смысл в трех случаях:

1) Требуемая мощность более 10 киловатт  

2) Необходимо использовать стабилизатор во взрывоопасной среде   

3) Требуется абсолютная тишина. 

Поскольку, первый и второй пункт как правило в быту (дома) не требуется, то как мы уже и говорили, остается только плюс «тишины». Плюс, за который придется заплатить в 2.5 — 3 раза больше, по сравнения со стоимостью аналогичного по мощности стабилизатора на обычных электромагнитных реле.  

Как отмечалось, срок службы тиристоров в сотни раз превосходит срок службы реле, но, к сожалению, у других элементов платы управления стабилизатором, как  и у трансформатора, срок службы намного скромнее.  

Тиристорные стабилизаторы твердо занимают рыночную нишу, в стабилизаторах мощностью от 10 до 100 киловатт, так как не имеют в этом диапазоне прямых аналогов. Для такой мощности тиристорный стабилизатор будет лучшим по соотношению цена – качество.   

Стоит отметить, что общим «минусом»  всех ступенчатых корректоров, является то, что в момент переключения реле (или тиристоров) происходит небольшой перепад напряжения в 10 — 15 вольт, при этом ваши лампочки накаливания будут слегка менять интенсивность свечения. Обычно это не заметно, но если такое обнаружиться, это является особенностью конструкции (ступенчатой коррекции), а не браком.

«Электромеханические стабилизаторы» — большой класс стабилизаторов, в свое время очень широко распространенных на рынке, но в последние годы очень сильно потесненные  «ступенчатыми корректорами», которые в обиходе и для удобства обычно называют «релейными».   

Принцип их работы такой же, как и у «релейных», то есть стабилизатор, чтобы скорректировать напряжение меняет количество обмоток, но делает он это весьма специфическим образом: 

  Какие бывают стабилизаторы напряжения

Принцип работы очень прост, плата управления (аналоговая) проверяет какое в данный момент напряжение попадает в стабилизатор. Затем, если оно выходит за пределы допустимого, дает команду  электродвигателю, электродвигатель в свою очередь в зависимости от команды двигает угольный контакт (щетку) в нужную сторону. 

Если нужно понизить напряжение (допустим, оно у вас в сети 240 вольт) – контакт перемещается влево, уменьшая количество обмоток, тем самым снижая напряжение. Если нужно повысить напряжение (допустим, оно у вас в сети 160 вольт) – контакт перемещается вправо, увеличивая количество обмоток, тем самым повышая напряжение, которые выходит из стабилизатора. Этот тип стабилизаторов напряжения имеет следующие плюсы и минусы.

+ПЛЮСЫ:   

  • Возможность изготавливать стабилизаторы практически без ограничений по мощности, то есть, теоретически можно изготовить сколь угодно мощный стабилизатор, что ценно для промышленного использования (но совершенно не ценно для использования в быту).
  • Очень высокая точность напряжения, которое выходит из стабилизатора,nbsp;максимальное отклонение от 220 вольт, обычно не превышает +\- 5 вольт.
  • Возможность настраивать уровень напряжения, которое выходит из стабилизатора, обычно  есть переключатель, которым можно выставить нужное напряжение, например, 110 вольт или 220 вольт. Или для импортной техники 230 или 240 вольт.
  • Высокая надежность электронных компонентов стабилизатора, так как они очень простые и надежные по конструкции. 

-МИНУСЫ:   

  • Удорожание на 20 – 25 % по сравнению со стабилизаторами на механических реле, связанное с тем, что по конструкции требуется гораздо более мощный трансформатор, чем потребовался бы на «релейный стабилизатор» такой же мощности. 
  • Наличие механических частей  (электродвигателя и трущихся частей), угольного контакта, приводит к относительно быстрому износу прибора (первые поломки могут начаться после полугода использования, зачастую, это не брак, а особенности  конструкции). Двигатель (особенно если он китайского производства) начинает заклинивать  от частых скачков напряжения, а, следовательно, частых перемещений щетки. Стирается угольный контакт, что в лучшем случае приводит к сильному искрения, а в худшем — к короткому замыканию. Эти стабилизаторы для безопасного использования необходимо  регулярно (раз в полгода минимум) обслуживать, осматривать состояние механических (трущихся) частей и чистить от пыли. 
  • Движения «щетки» при работе (поворотам вправо \ влево по катушке) зачастую сопровождаются неприятным звуком.
  • Очень низкая скорость быстродействия (при резких изменениях напряжения сети  стабилизатор не успевает срабатывать), и очень низкое/высокое напряжение кратковременно подается на вашу бытовую технику. 

Это связанно с тем, что максимальная скорость перемещения контакт 40 вольт \  секунда. Это означает, что если в вашей сети было, например, 160 вольт, а вдруг стало 220 (где-то отключили мощный потребитель энергии), то у вас, пока щетка «доедет» до нужной обмотки, стабилизатор будет выдавать напряжение до 280 — 300 вольт, в течение примерно двух секунд. Если не дай бог ваш сосед из частного дома напротив или в гараже подключенного к сети дома «балуется» сварочный аппаратом (или есть постоянные большие перепады напряжения) тогда, ваш механический стабилизатор принесет больше вреда, чем пользы. Так как на нем не стоит защита от высоковольтных скачков. (А на 90 % механических стабилизаторов она, почему-то, не стоит. Не путать с защитой от повышенного напряжения, это другое.) Тогда, в случае мгновенного перепада со 160 до 220 вольт, ваш стабилизатор на пару секунд добавит (220 – 160) = 60 вольт сверху (всего станет 280 вольт), этого может быть достаточно, чтобы почти гарантированно «убить» всю бытовую технику в доме. Качественный механический стабилизатор должен в таком случае отключиться на время, чтобы такое повышенное напряжение не попало в ваши приборы. 

  • Механический стабилизатор очень не желательно использовать с электродвигателями (особенно мощными), так как при включении таких двигателей на несколько секунд возникает такое явление как пусковые токи, которые приводят к тому, что на 1-2 секунды нагрузка на стабилизатор вырастает примерно в два раза. Что может привезти к разрушению угольного контакта и короткому замыканию.

Как резюме, механические стабилизаторы  для бытового применения имеет смысл использовать в случаях:

  1. Если у вас нет больших и регулярных перепадов напряжения, например, у вас в городской сети постоянно пониженное напряжение около 170 – 180 вольт, или постоянно повышенное более 240, тогда использование механического стабилизатора будет оптимальным. Так как напряжение, которое он будет выдавать, будет наиболее качественным (близким к 220 вольтам). 
  2. Если вам хочется, чтобы лампочки никогда «не моргали», механический стабилизатор будет также лучшим решением, так как регулировка (подключение и отключение витков) происходит очень плавно.

«Феррорезонансные стабилизаторы». Были разработаны в середине 60 годов прошлого века. В то время бытовые феррорезонансные стабилизаторы получили очень широкое распространение в СССР. Обычно через них подключали телевизоры, имевшие на тот момент очень несовершенные блоки питания, которые часто не справлялись даже с небольшими колебаниями напряжения. 

Феррорезонансный стабилизатор это очень простое устройство, которое состоит из двух и более катушек проволоки, намотанных на металлические стержни, (по сути это те же трансформаторы) и одного или нескольких больших конденсаторов, и работает на основе принципа феррорезонанса. Стержни должны быть разделены и должны находиться на определенном расстоянии друг от друга.

Феррорезонанс  — это явление, при котором возникает резонанс (усиленное колебание электромагнитного поля) между трансформаторами. 

Полезный эффект этого явления состоит в том, что в такой конструкции стабилизатора напряжение, попадающее на трансформатор «А» из вашей сети, практически не влияет на напряжение, которое становится в трансформаторе «Б», из которого напряжение попадает в ваши приборы, при этом напряжение на трансформаторе «Б» практически не отклоняется от заданной величины.  

  Какие бывают стабилизаторы напряжения

+ПЛЮСЫ:   

  • Высокая точность выходного напряжения, отклонение не более 1-3%.  
  • Высокая скорость регулирования, практически мгновенная.  
  • Высочайшая надежность, поскольку внутри прибора нет электронных компонентов. 
  • Срок работы более 20 лет. 

-МИНУСЫ:   

  • Повышенный уровень шума. 
  • Зависимость качества стабилизации от величины нагрузки.
  • Низкий коэффициент полезного действия 
  • Очень большие габариты 
  • Очень высокая цена, по сравнению с любыми другими типами стабилизаторов.

Подобный тип стабилизатор до сих пор используется в аэропортах, метро, больницах, стратегических объектах, поскольку является самым надежным из существующих в мире стабилизаторов напряжения. Использование данного типа стабилизаторов гарантирует стабильную работу, а кроме того самое высокое качество напряжение.

«Стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием» — по объективным причинам очень мало распространенный тип стабилизаторов напряжения не только в России, но и в мире. 

Свое название этот прибор получил из-за своего принципа работы, а именно, потому, что прибор стабилизирует напряжение методом двойного преобразования электрического тока. Все знают, или во всяком случае слышали, что электрический ток бывает постоянный и переменный.

Если вы забыли, что такое электрический ток, можете посмотреть в начале нашей статьи. Самое главное это вспомнить, что ток по сути — это поток (как поток воды) электронов.

Переменным током называют такой ток, который периодически изменяется по величине, частоте и направлению. В нашей обычной розетке дома переменный ток, в высоковольтных электрических сетях тоже переменный ток. 

Постоянным током называют такой ток, который никак не изменяется.  Такой ток есть в обычных батарейках, в аккумуляторе вашей машины. Практически все электронные приборы (электронные схемы) работают на постоянном токе. Поэтому во всех устройствах есть блоки питания — внешние или внутренние, (например, как у вашего ноутбука или сотового телефона), которые как раз и преобразуют переменный ток в постоянный.

 Два принципиальных отличия переменного и постоянного Ответы на, безусловно, интересные вопросы, почему же электроны движутся именно от «минуса» к «плюсу»  и зачем люди используют два вида тока, можно найти в любом школьном учебнике физики.

Теперь, когда стало понятно, что же такое постоянный и переменный ток, рассмотрим принцип работы стабилизатора напряжения с двойным предобразованием. 

Хотя в интернете можно найти много сложных схем подобных стабилизаторов, в большинстве своем трудных для понимания. Тем не менее, принцип работы таких стабилизаторов очень прост.

 Схема работы стабилизатора с системой двойного преобразования:

 Какие бывают стабилизаторы напряжения

По сути, переменный ток, попадая в стабилизатор, преобразуется в постоянный. В момент преобразования можно легко регулировать напряжение переменного тока. То есть, если напряжение в сети будет меняться от 160 до 240 вольт, то после преобразования в выпрямители, напряжение будет постойной величиной, допустим, напряжение станет 220 вольт, но уже постоянного тока. 

Для многих приборов и бытовой техники постоянный ток не подходит, например, не подходит для электродвигателей и ламп накаливания. Они попросту сгорят, если подать на них постоянный ток. Поэтому, постоянный ток перед тем, как он выйдет из  стабилизатора и попадет в ваши приборы надо преобразовать в переменный ток. Для этого используется устройство под названием инвертор, которое преобразует постоянный ток в переменный. (Про инверторы более подробно будет написано в других статьях).

В результате, на выходе из стабилизатора мы получаем напряжение, которое почти равно 220 вольтам переменного тока, то есть, такое, какое и было в городской сети.

+ПЛЮСЫ:   

  • Высокая точность выходного напряжения, отклонение не более 1%.  
  • Высокая скорость регулирования 

-МИНУСЫ:   

  • Очень высокая цена, сопоставимая с ценой феррорезонансных стабилизаторов.  Это связанно с тем, что самой проблемной деталью такого стабилизатора является инвертор. Устройство очень сложное и очень дорогое, предназначенное для работы очень ограниченное время, от получаса до пары суток. А стабилизатор напряжения,   должен работать непрерывно — годы. Так как в процессе преобразования постоянного тока в переменный, инвертор (а конкретно транзисторы в нем) очень сильно перегревается, если прибор не отключится, он просто сгорит. Чтобы этого не произошло, для использования в стабилизаторах инвертор надо делать с очень большим запасом по мощности, а также ставить мощную систему охлаждения.  В результате чего получается очень сложное и крайне ненадежное устройство. 
  • Максимальная мощность ограниченна 5 киловаттами, можно сделать больше, но цена будет такая, что проще будет купить автономный генератор и запас солярки на 3 года вперед. 
  • Прибор очень сильно греется, поэтому требует постоянной работы охлаждающих систем. В случае их выхода их поломки прибор очень быстро выйдет из строя.
  • Крайне низкая надежность, сопоставимая с электромеханическими стабилизаторами. Так как в приборе очень много электронных компонентов, очень сложная система управления. В этом приборе огромная нагрузка на детали, которая требует очень качественных и очень дорогих комплектующих.
  • Зачастую, хоть это и отрицается или замалчивается производителями, данный тип стабилизатора существенно искажает форму синусоиды переменного тока, в результате чего получается нечто среднее между нормальным «волной» переменного тока и ровной линией постоянного. Такой ток быстро выводит из строя электродвигатели или любую другую аппаратуру или бытовую технику, рассчитанную на переменный ток. В очень дорогих моделях форма синусоиды наиболее приближенна к оригинальной, но, естественно, не является полностью идентичной.

Данный тип стабилизаторов используется, как правило, для защиты очень дорогой профессиональной музыкальной аппаратуры и дорогого медицинского оборудования. Из-за цены и прочих проблем обычно не используется в быту.

«Компенсационные стабилизаторы напряжения» производятся, как правило, большой мощности — от 75 киловатт и выше (до 2000 киловатт). И используются для промышленности. В очень редких случаях люди покупают их для использования в коттеджах. 

Этот тип стабилизатора можно отнести к дальним родственникам механических стабилизаторов, о которых рассказывалось ранее, но в отличие от них имеет несколько иное конструктивное исполнение, а самое главное избавлен от одного очень важно недостатка.  

Вы помните, что одним из самых больших недостатков механических стабилизаторов является их быстродействие, то есть, если напряжение быстро изменится, за то время, пока «щетка» доедет до нужной обмотки, стабилизатор будет выдавать либо очень высокое, либо очень низкое напряжение. Компенсационный стабилизатор лишен этого недостатка. В его конструкции предусмотрен ещё один дополнительный трансформатор и емкости, которые в то время, пока «щетка» доезжает до нужной обмотки,  на какое-то время сглаживает или компенсирует перепад напряжения. Поэтому этот тип стабилизатора и получил название «компенсационный».

Этот тип стабилизаторов имеет все плюсы и минусы электромеханических стабилизаторов, кроме одного большего минуса, а именно,  минуса «скорости стабилизации».

stabhouse.ru