Как выглядит стабилизатор напряжения. Стабилизатор напряжения: для чего он нужен

По большей части проблемы со скачками напряжения наблюдаются в сельской местности, но бывают и в городах. В зависимости от времени суток может менять показатели в пределах даже 20 ватт. Скачки часто являются следствием использования соседом мощного оборудования — возникают во время запуска оборудования с двигателем или мощного кухонного котла. Во время запуска мощного оборудования в доли секунды напряжение может опуститься с 220 до 190 ватт, а затем вернуться обратно. Такие резкие скачки могут отрицательно влиять на бытовую технику и освещение, лампочки часто из-за этого перегорают. О том что делать в таких ситуациях и пойдет речь в этой статье.

Действующие нормы предусматривают отклонения в пределах ±10%. Исходя из этого минимальное напряжение может составить 198 В а максимальное 242 В, то есть разница между крайними точками может достигать 44 В. Это довольно много и заметно, по миганию ламп и работе електродвигателей. По работе электроники, как правило, этого не заметно, так как там в основном используются импульсные блоки питания, имеющие довольно широкий диапазон входного напряжения и сохраняющие свои параметры питания на том же уровне.

Однако в доме есть много устройств, которым не допустимы такие колебания напряжения. У большого числа бытовой техники выходят из строя программаторы, замена которых обходится в крупную сумму. А если представить на момент что во всем доме выйдут из строя светодиодные лампы, в таком случае также необходимо будет заплатить приличную сумму на замену.

Как себя обезопасить?

Исходя из вышесказанного появляется вполне закономерный вопрос — как себя обезопасить? Что можно использовать чтобы напряжение в сети всегда было на уровне 220 В и не прыгало то вниз то вверх? К счастью, вы можете защитить свое оборудование от резких перепадов напряжения. Самым простым способом является использование стабилизатора переменного напряжения 220 В. Устройство выступает в различных вариантах мощности, а его принцип действия довольно прост.

По сути стабилизатор напряжения представляет собой не что иное как трансформатор. Система управления с помощью реле передает соответствующее напряжение на выход. В результате напряжение усиливается или понижается. Все происходит довольно быстро, обычно в течение 4 мс. В самых дешевых решениях реакция немного занижена, поэтому выходное напряжение также может иметь определенный диапазон перепада, но он небольшой, например, от 215 до 240 В. Дешевые модели не идеальные, но в любом случае безопаснее чем падение ниже 198 В или поднятие выше 242 В.

Топ 3 лучших стабилизаторов напряжения для дома

Ниже вы найдете топ три стабилизаторов напряжения, которые завоевали самую большую популярность на рынке.

Стабилизатор напряжения LVT АСН-350 С

Предназначен для защиты чувствительных устройств от перепада напряжения в сети, таких как лампы освещения и многих других. Стабильно выдает 220 В. Кроме того, данный стабильного питания защищает подключенное устройство от внезапного повышения или понижения напряжения сети (больше, чем 275 В или меньшей чем 155 В) прекратив подачу питания.

Технические характеристики LVT АСН-350 С :

входное напряжение: 155V — 270 В;
выходное напряжение: 220 В (+/-10%);
выходная частота: 50 гц;
выходная мощность: 350 В;
вес: 2 кг;
размеры: 125 x 80 x 192 мм.

Стабилизатор ДИА-Н СН-3000-м

Характеризуется мощностью 3000 ВТ, предназначен для домашнего использования. Успешно работает с:

аудио/видео оборудованием;
компьютером или ноутбуком;
периферийными устройствами (ксерокс, факс) и бытовой техникой.

Обеспечивает стабильное напряжение питания 220 В при перепадах напряжения сети от 150 В до 280 В. В случае превышения диапазона входящего тока 150-280 В, стабилизатор автоматически прекращает подачу питания.

Технические характеристики ДИА-Н СН-3000-м:

входящее напряжение питания: 150 В — 280 В;
максимальная мощность: 3000 ВТ;
выходное напряжение: 220В (+10%, — 10%);
выходная частота: 50 гц;
время реакции: <1 сек;
вес: 8 кг;
количество сетевых розеток, выходов: 1.

Стабилизатор напряжения Элекс Гибрид 9-1/40А v2.0

Стабильное напряжение технике не повредит

Каждый год в период зимы и лета наша электросеть начинает работать с перебоями, даже если это не ощущается. Зимой - в период активного пользования электроприборами и средствами для дополнительного обогрева. Летом - в период дождей и гроз. В такие периоды регулярно происходят скачки напряжения. Несмотря на то, что напряжение в наших розетках должно равняться 220 вольтам, а частота - 50 Гц, реальная ситуация не всегда соответствует норме. От стабильного напряжения напрямую зависит, как долго прослужат вам ваши электрические приборы. Именно поэтому огромной популярностью обладают стабилизаторы напряжения. Они представляют собой электронно-механические устройства, преобразовывающие электрическую энергию, благодаря чему на выходе она соответствует всем нормам. Однако недостаточно просто сходить и купить стабилизатор, необходимо сначала определиться с выбором подходящего прибора. В этой статье мы расскажем о том, на какие параметры обращать внимание.

Стабильно ли ваше напряжение?

Определить, стабильно ли напряжение в помещении очень легко. Достаточно заметить, как часто у вас мигает лампа в светильнике. Если мигание заметить практически невозможно, то всё в порядке. Если же оно присутствует, то пора задуматься о стабилизаторе. Ещё вы можете проверить напряжение в розетке самостоятельно при помощи мультеметра. При чересчур резком скачке напряжения 70-80% техники может выйти из строя. Несмотря на то, что во многих современных приборах находятся встроенные предохранители, они не справляются с такой нагрузкой.

Фото: www.stabilizator-iek.ru

Главные критерии выбора

Значение напряжения

Сперва вы должны определиться с тем, для какого количества приборов будет трудиться стабилизатор напряжения. Будет это, к примеру, один газовый котел отопления или целый загородный дом. Важно узнать, какие значения напряжения у вашей сети, его номинал и максимум.

Наибольшую популярность имеет однофазный (220 В) стабилизатор - обычно он используется в городских квартирах. Ещё существуют трёхфазные (380 В) приборы - они используются в цехах производства и рассчитаны на большую нагрузку. Но если стабилизатор планируется устанавливать в загородном доме, то сеть может быть и однофазная, и трёхфазная. Определить это можно несколькими способами.

Если жил в проводе, идущем в квартиру два или три; если на электросчетчике один мигающий светодиод; если автоматический переключатель в электрощите одно- или двухклавишный - вы пользуетесь однофазной сетью.
Если жил в проводе минимум четыре; если мигающих светодиодов на счетчике целых три; если автоматический переключатель в щитке трех- или четырехклавишный - вам доступна двухфазная сеть.

Типы стабилизаторов напряжения

Существует несколько разновидностей стабилизаторов. Именно от типа зависит сложность производства прибора и его конечная стоимость.

Релейный стабилизатор . На сегодняшний день самый популярный вид на территории РФ, вопреки своей небольшой цене. Можно отнести к классу автоматических трансформаторных стабилизаторов. Благодаря электромеханическим силовым реле, путем ступенчатого регулирования сети, он переключает обмотку автотрансформатора. увеличение или уменьшение напряжения на выходе в таком приборе происходит синхронно напряжению на входе. Одной из главных заслуг такого устройства является высокий темп стабилизации напряжения (порядка 20 мс).
Ступенчатый стабилизатор напряжения почти аналогичен релейному. В нём переход трансформатора происходит с помощью тиристоров и симисторов. Вот именно поэтому на устройства такого типа распространяется большая гарантия от производителей - до 10 лет. Ещё этому способствует отсутствие механических делалей и, соответственно, износа.
Электромеханический стабилизатор представляет собой вольтодобавочный трансформатор. Регулировка происходит с помощью поворотного щеточного контакта. Параметры щеточного узла определяют технические характеристики устройства - такие, как скорость обработки, провалы и всплески в напряжении. Однофазные электромеханические стабилизаторы для дома представляют собой, как правило, однощеточный узел, мощностью три тысячи вольт-ампер. Стабилизаторы из двух щеток из-за высокой стоимости не очень популярны. Периодически щетки придётся менять, а заодно чистить сам трансформатор, однако в домашних условиях это сделать не очень сложно. При относительно небольшой стоимости электромеханические приборы показывают высокую точность стабилизации и плавную регулировку напряжения. Приемлемо применение в тех условиях, когда напряжение меняется периодически и в одностороннем порядке. Идеальны для подключения к персональным компьютерам, бытовой, офисной технике. Такие стабилизаторы нельзя подключать к сварочным аппаратам, так как их конструкция не позволяет среагировать на чрезвычайно быстрые скачки в электросети. Соотношение цены и качества - самое лучшее.
Более надёжными считаются электродинамические стабилизаторы - одна из разновидностей электромеханических. Вместо щеток в них встраиваются ролики, за счёт чего их износ почти исключён. Однако вместе с надежностью возросла и цена.
Относительно недавно был представлен ещё один тип стабилизаторов - гибридный или, как его ещё называют, комбинированный . Отличие состоит в том, что в дополнение к электромеханике добавлена релейная часть. Она начинает свою работу тогда, когда напряжение в сети падает или поднимается до аномальных значений. К примеру, если напряжение в сети "плавает" в диапазоне от 144 до 256 В, то гибридный стабилизатор работает аналогично электромеханическому. Но стоит напряжению выйти за эти значения в пределы 105-280 В, как гибридное устройство возвращает его в нормальное состояние с погрешностью ±10%.
Стабилизаторы двойного преобразования - достаточно дорогостоящие устройства, но в них есть ряд очень привлекательных возможностей. Такие стабилизаторы необходимо использовать совместно с высокочувствительными устройствами, мощность которых колеблется от 1 до 30 кВт. Обладают быстрым подключением, во время работы почти не шумят. Имеют на выходе широкий диапазон напряжения и минимальную погрешность. Работа такого устройства зависит от существующей нагрузки на электрооборудование. Нижний диапазон напряжения растет с 118 В до 160 В, когда нагрузки на электрооборудование поднимаются на 50% или 70% соответственно.
Новая линейка в списке стабилизаторов - это приборы с широтно-импульсной модуляцией. Принцип их работы состоит в регулировании напряжения вышеназванной модуляцией. То есть, аналоговые фильтры, находящиеся на входе и выходе сети в устройстве, стабильно выравнивают все помехи в сети. Очень быстродейственный, точность корректировки - не ниже 99%. Такой стабилизатор помогает при сильных скачках электроэнергии, например, при сварочных работах. Как правило, такие устройства имеют небольшой размер и минимальную массу. Объясняется это тем, что тяжелые и крупные трансформаторы в них отсутствуют. Но и цена на них не маленькая. Без недостатков не обошлось - верхний порог на входе стабилизатора не превышает 245 В.
Электромагнитный стабилизатор напряжения - это тот, регулировка напряжения на выходе которого происходит за счет регулирования магнитных потоков. Подмагничивание происходит за счет полупроводникового регулятора. Данный вид имеет много недостатков - таких, как гул при работе, узкий диапазон напряжения на входе, высокая чувствительность при переходе на частоты сети в 50 Гц.

Фото: electro.lg.ua

Что надо знать

Едва ли не первым делом вам нужно определиться с типом подключения стабилизатора. Вы можете подключить его сразу к сети у электрощита, дабы обезопасить всю технику. Либо возможно стационарное подключение домашнюю технику непосредственно к стабилизатору - прибор же просто подсоединяется к розетке.

Если у вас трёхфазная сеть, но все приборы однофазные, то необходимо брать три однофазных преобразователя. Но если в такой сети есть хотя бы один трехфазный прибор, то преобразователь должен быть только трехфазный. Это правило актуально для стабилизации всех электроприборов в доме, а не индивидуально для одного.

Выбирая стабилизатор, вы должны представлять, какая суммарная мощность ваших приборов будет подключена к нему, из этого параметра и будет выходить мощность вашего устройства. Прибавьте 20-30% к вышедшему значению, чтобы не произошло внештатной перегрузки.

Чтобы вам было легче определить, какая же суммарная мощность ваших устройств, вы можете воспользоваться нашей таблицей с примерными значениями.

Для уточнения мощности необходимо обратиться к инструкции вашего оборудования.

Самые популярные производители

Сегодня существует более десятка российских и зарубежных компаний, успешно производящих стабилизаторы напряжения. Продукты каждой из них отличаются по дизайну, производительности, типу питания и способу стабилизации. У каждой компании есть схожие по параметрам продукты. Но лишь во время использования их в деле мы узнаём как о плюсах, так, к сожалению, и о минусах. Некоторые компании уже потеряли квоту доверия, но остальные, благодаря качественной продукции, стараются держать марку.

Вот какие производители популярны в нашей стране у потребителей:

Российские бренды - Полигон , Норма М , Стабвольт , Каскад ;

Китайские бренды: Solby, Fnex , Sassin , Вольтрон , Вото ;

Западные бренды: Ortea , Orion .

Зарубежные бренды хотя и качественнее, но уступают по уровню спроса китайским и российским продуктам. Причина нелюбви российских потребителей кроется в ценах. Если отечественный продукт весьма неплох и значительно дешевле, то зачем переплачивать?

Фото: www.elvs.su

Распространённые ошибки покупателей

Если в вашем доме напряжение хорошее, то нет смысла покупать стабилизатор для всего дома. Достаточно купить маленький аппарат, подключив к нему лишь очень чувствительные приборы.
Чтобы не совершить ошибку при покупке стабилизатора напряжения, нужно знать все критерии для выбора устройства. Подойдя к этому вопросу ответственно, вы не будете сожалеть о сделанном выборе.
Посоветуйтесь со специалистом или мастером по электрооборудованию. Установка стабилизаторов напряжения определённых типов требует профессионального контроля.

Стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения - преобразователь электрической энергии , позволяющий получить на выходе напряжение , находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока . Как правило, тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.

Стабилизаторы постоянного тока

Микросхема линейного стабилизатора КР1170ЕН8

Линейный стабилизатор

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения , на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности P расс = (U in - U out) * I t рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, т. е. должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора - простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы делятся на два типа:

Последовательный : регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.
Параллельный : регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

В зависимости от способа стабилизации:

Параметрический : в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.
Компенсационный : имеет обратную связь . В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.

Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне

Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке R L . Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов. Для снижения нестабильности выходного напряжения, вызванной изменениями входного напряжения, вместо резистора R V применяется . Однако эта мера не уменьшает нестабильность выходного напряжения, вызванную изменением сопротивления нагрузки.

Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе

U out = U z - U be .

По сути, это рассмотренный выше параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне , подключённый ко входу эмиттерного повторителя . В нём нет цепей обратной связи, обеспечивающих компенсацию изменений выходного напряжения.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона на величину U be , которая практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход, и для приборов на основе кремния приблизительно составляет 0,6В. Зависимость U be от величины тока и температуры ухудшает стабильность выходного напряжения, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне.

Эмиттерный повторитель (усилитель тока) позволяет увеличить максимальный выходной ток стабилизатора, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне, в β раз (где β - коэффициент усиления по току данного экземпляра транзистора). Если этого недостаточно, применяется составной транзистор .

При отсутствии сопротивления нагрузки (или при токах нагрузки микроамперного диапазона), выходное напряжение такого стабилизатора (напряжение холостого хода) возрастает на 0,6В за счёт того, что U be в области микротоков становится близким к нулю. Для преодоления этой особенности, к выходу стабилизатора подключают балластный нагрузочный резистор, обеспечивающий ток нагрузки в несколько мА.

Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя

Часть выходного напряжения U out , снимаемая с потенциометра R2, сравнивается с опорным напряжением U z на стабилитроне D1. Разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя . Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°+n*360°. Так как часть выходного напряжения U out подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается.

Опорное напряжение Uz практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон, и равно напряжению стабилизации стабилитрона. Для повышения его стабильности при изменениях Uin, вместо резистора R V применяется .

В данном стабилизаторе, операционный усилитель фактически включён по схеме неинвертирующего усилителя (с эмиттерным повторителем, для увеличения выходного тока). Соотношение резисторов в цепи обратной связи задают его коэффициент усиления, который определяет, во сколько раз выходное напряжение будет выше входного (т.е. опорного, поданного на неинвертирующий вход ОУ). Поскольку коэффициент усиления неинвертирующего усилителя всегда больше единицы, величина опорного напряжения (напряжение стабилизации стабилитрона) должна быть выбрана меньше требуемого минимального выходного напряжения.

Нестабильность выходного напряжения такого стабилизатора практически полностью определяется нестабильностью опорного напряжения, за счёт большого коэффициента петлевого усиления современных ОУ (G openloop = 10 5 ÷ 10 6).

Для исключения влияния нестабильности входного напряжения на режим работы самого ОУ, он может запитываться стабилизированным напряжением (от дополнительных параметрических стабилизаторов на стабилитроне).

Импульсный стабилизатор

В импульсном стабилизаторе ток от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель (обычно конденсатор или дроссель) короткими импульсами; при этом запасается энергия, которая затем высвобождается в нагрузку в виде электрической энергии, но, в случае дросселя, уже с другим напряжением. Стабилизация осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними - широтно-импульсной модуляции . Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает значительно более высоким КПД. Недостатком импульсного стабилизатора является наличие импульсных помех в выходном напряжении.

В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом (зависит от схемы стабилизатора):

Понижающий ниже
Повышающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда выше входного и имеет ту же полярность.
Повышающе-понижающий стабилизатор: выходное напряжение стабилизировано, может быть как выше , так и ниже входного и имеет ту же полярность. Такой стабилизатор применяется в случаях, когда входное напряжение незначительно отличается от требуемого и может изменяться, принимая значение как выше, так и ниже необходимого.
Инвертирующий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение имеет обратную полярность относительно входного, абсолютное значение выходного напряжения может быть любым.

Стабилизаторы переменного напряжения

Феррорезонансные стабилизаторы

Во времена СССР получили широкое распространение бытовые феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Обычно через них подключали телевизоры. В телевизорах первых поколений применялись сетевые блоки питания с линейными стабилизаторами напряжения (а в некоторые цепи и вовсе питались нестабилизированным напряжением), которые не всегда справлялись с колебаниями напряжения сети, особенно в сельской местности, что требовало предварительной стабилизации напряжения. С появлением телевизоров 4УПИЦТ и УСЦТ, имевших импульсные блоки питания, необходимость в дополнительной стабилизации напряжения сети отпала.

Феррорезонансный стабилизатор состоит из двух дросселей: с ненасыщаемым сердечником (имеющим магнитный зазор) и насыщенным, а также конденсатора. Особенность ВАХ насыщенного дросселя в том, что напряжение на нём мало изменяется при изменении тока через него. Подбором параметров дросселей и конденсаторов можно обеспечить стабилизацию напряжения при изменении входного напряжения в достаточно широких пределах, но незначительное отклонение частоты питающей сети очень сильно влияло на характеристики стабилизатора.

Современные стабилизаторы

В настоящее время основными типами стабилизаторов являются:

электродинамические сервоприводные (механические)
статические (электронные переключаемые)
релейные
компенсационные (электронные плавные)

Модели производятся как в однофазном (220/230 В), так и трёхфазном (380/400 В) исполнении, мощность их от нескольких сотен ватт до нескольких мегаватт. Трёхфазные модели выпускаются двух модификаций: с независимой регулировкой по каждой фазе или с регулировкой по среднефазному напряжению на входе стабилизатора.

Выпускаемые модели также различаются по допустимому диапазону изменения входного напряжения, который может быть, например, таким: ±15%, ±20%, ±25%, ±30%, -25%/+15%, -35%/+15% или -45%/+15%. Чем шире диапазон (особенно в отрицательную сторону), тем больше габариты стабилизатора и выше его стоимость при той же выходной мощности.

Важной характеристикой стабилизатора напряжения является его быстродействие, то есть чем выше быстродействие, тем быстрее стабилизатор отреагирует на изменения входного напряжения. Быстродействие это промежуток времени (миллисекунды) за которое стабилизатор способен изменить напряжение на один вольт. У разного типа стабилизаторов разная скорость быстродействия, например у электродинамических быстродействие 12...18 мс/В, статические стабилизаторы обеспечат 2 мс/В, а вот у электронных, компенсационного типа этот параметр 0,75 мс/В.

Ещё одним важным параметром является точность стабилизации выходного напряжения. Согласно ГОСТ 13109-97 предельно допустимое отклонение напряжения питания ±10% от номинального. Точность современных стабилизаторов напряжения колеблется в диапазоне от 1% до 8%. Точности в 8% вполне хватает для обеспечения исправной работы абсолютного большинства бытовой и промышленной электротехники. Более жесткие требования (1%) обычно предъявляются для питания сложного оборудования (медицинское, высокотехнологичное и подобное). Важным потребительским параметром является способность стабилизатора работать на заявленной мощности во всем диапазоне входного напряжения, но далеко не все стабилизаторы соответствуют этому параметру. Некоторые стабилизаторы выдерживают десятикратные перегрузки, при покупке такого стабилизатора запас по мощности не требуется.

См. также

Микросхемы серии 78xx - серия распространённых линейных стабилизаторов

Литература

Вересов Г.П. Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. - М .: Радио и связь, 1983. - 128 с.
В.В. Китаев и др Электропитание устройств связи. - М .: Связь, 1975. - 328 с. - 24 000 экз.
Костиков В.Г. Парфенов Е.М. Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для ВУЗов. - 2. - М .: Горячая линия - Телеком, 2001. - 344 с. - 3000 экз. - ISBN 5-93517-052-3
Штильман В. И. Микроэлектронные стабилизаторы напряжения. - Киев: Технiка, 1976.

Ссылки

Стабилизаторы. Изготовители. Описание. (Как сохранить свой дом и технику от скачков напряжения и как правильно выбрать стабилизатор, который вам в этом поможет)
Стабилизатор напряжения для дома (Зачем необходим стабилизатор напряжения для дома, как его выбрать, типы стабилизаторов)
ГОСТ Р 52907-2008 «Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Термины и определения»

Стабилизаторы — это устройства для автоматического поддержания постоянства значения электрического напряжения на входах приёмников электрической энергии (стабилизатор напряжения) или силы тока в их цепях (стабилизатор тока) независимо от колебаний напряжения в питающей сети и величины нагрузки. Стабилизатор обеспечивает нагрузку стабилизированным напряжением только в том случае, если сетевое напряжения находится в определённых пределах. Если сетевое напряжение выйдет за эти пределы (значительные превышения напряжения, равно как его кратковременные глубокие провалы или полное отсутствие), стабилизатор отключит питаемые электроприборы и они обесточатся.

Стабилизаторы бывают одно- и трёхфазные с мощностями от 100 ВА до 250 кВА и выше.

Типы стабилизаторов Стабилизаторы бывают следующих типов:

Феррорезонансные . Были разработаны в середине 60 годов прошлого века, действие их основано на использовании явления магнитного насыщения ферромагнитных сердечников трансформаторов или дросселей. Применялись такие устройства для стабилизации напряжения питания бытовой техники (телевизор, радиоприёмник, холодильник и т.п.).

Достоинства феррорезонансных стабилизаторов: высокая точность поддержания выходного напряжения (1-3%), высокая (для того времени) скорость регулирования. Недостатки: повышенный уровень шума и зависимость качества стабилизации от величины нагрузки.

Современные феррорезонансные стабилизаторы лишены этих недостатков, но стоимость их равна или выше стоимости ИБП (Источника Бесперебойного Питания) на такую же мощность. Вследствие этого феррорезонансные стабилизаторы широкого распространения в качестве бытовых не получили.

Электромеханические . В 60-80-е годы прошлого века для регулирования напряжения применялись автотрансформаторы с ручным регулированием выходного напряжения, вследствие чего приходилось постоянно следить за прибором, показывающим выходное напряжение (стрелочный или светящаяся линейка) и, при необходимости, вручную выставлять номинальное. В настоящее время коррекция выходного напряжения осуществляется автоматически, с помощью электродвигателя с редуктором.

Достоинство таких электромеханических стабилизаторов — высокая точность поддержания выходного напряжения (2-3%). Недостатки — повышенный уровень шума (шумит двигатель, и практически постоянно, т.к. отслеживается изменение напряжения на (2-4 В) и низкая скорость регулирования из-за инерционности двигателя. При резком увеличении напряжения может кратковременно отключать нагрузку, т.к. напряжение на выходе может превысить максимально допустимое значение. При этом, в большинстве случаев, такая высокая точность не требуется, достаточно 5-7%, как указано в паспортах на самые широкораспространённые бытовые электроприборы общего назначения.

Получили распространение как дешевые бытовые стабилизаторы.

Электронные (ступенчатого регулирования) . Наиболее широкий класс стабилизаторов, обеспечивающих поддержание выходного напряжения с определенной точностью в широких пределах входного напряжения. Принцип стабилизации основан на автоматическом переключении секций трансформатора с помощью силовых ключей (реле, тиристоров, симисторов). В силу ряда достоинств, электронные стабилизаторы напряжения нашли наибольшее распространение на рынке стабилизаторов.

Достоинства: быстродействие, широкий диапазон входного напряжения, отсутствие искажения формы входного напряжения, высокое значение КПД. Недостаток — ступенчатое изменение выходного напряжения, ограничивающее точность стабилизации в пределах 0,9%-7%.

Данные стабилизаторы - оптимальное соотношение цена/качество при применении в промышленности и быту. Некоторые модели допускают возможность коррекции выходного напряжения в пределах 210-230 В.

Климатическое исполнение Климатическое исполнение большинства предлагаемых стабилизаторов IP20, они предназначены для установки в помещениях с температурой окружающей среды +5…+35°С, с относительной влажностью воздуха 35-90%, с атмосферой, не содержащей пыли, водяных брызг и т.д. Если в помещении под установку стабилизаторов температура будет опускаться ниже 0°С, возможно исполнение в корпусах с подогревом. Основные параметры и функции Диапазон входного напряжения . Наряду с точностью стабилизации, является важнейшей его характеристикой. Этот диапазон состоит из двух категорий:

рабочий - когда входное напряжение находится в пределах, при которых на выходе обеспечивается заявленная величина стабилизации, например 220±5%;
предельный - когда стабилизатор сохраняет работоспособность, но напряжение на выходе отличается от заявленной величины в большую или меньшую стороны до 15-18%). При напряжении на входе, выходящем за рамки предельного, стабилизатор отключает электроприборы, сам оставаясь подключенным к сети для контроля с возможностью подключения электроприборов вновь в работу при возвращении питающей сети в рабочий (предельный) диапазон напряжений.

Точность стабилизации выходного напряжения зависит от величины входного напряжения, если оно находится в рабочем диапазоне, то точность стабилизации составляет 0,9-5% в зависимости от модели стабилизатора.

Перегрузочная способность - способность выдерживать кратковременные перегрузки от электроприборов, имеющих высокие пусковые токи (например, электродвигатель погружного насоса, холодильника и т.п.).

Защита от перегрузки и короткого замыкания на выходе . В случае перегрузки стабилизатора, когда со стабилизатора начинает сниматься мощность на 5-50% превышающая номинальную в течение продолжительного периода времени (от 0,1сек. до 1мин. или немного более), срабатывает система защиты (время срабатывания защиты зависит от величины перегрузки), которая отключит стабилизатор и тем самым предотвратит его выход из строя. При наличии в стабилизаторе функции однократного повторного включения через 10 сек. после его отключения по перегрузке, он снова включится. Если перегрузка при повторном включении стабилизатора отсутствует, то стабилизатор продолжает штатно работать. В случае короткого замыкания в цепи подключенных к стабилизатору электроприборов, стабилизатор отключится. После чего обязательно необходимо выявить и устранить причину короткого замыкания и только потом включить стабилизатор.

Система контроля выходного напряжения . В случае выхода стабилизатора из строя или мгновенного увеличения входного напряжения такая система отключает электроприборы от стабилизатора и предотвратит их выход из строя.

Регулировка выходного напряжения . Наличие в некоторых моделях стабилизаторов возможности регулирования выходного напряжения в диапазоне 210-230В, что помогает решить одновременно несколько проблем:

возможно установить на выходе стабилизатора западные стандарты напряжения 230В для импортных электроприборов. Без подобной функции стабилизатор постоянно будет выходить за заданный для данных электроприборов нижний диапазон напряжения, что может вызвать сбои в их работе;
для ламп накаливания можно установить напряжение около 210В, что значительно увеличит срок их службы, световой же поток останется в пределах, заявленных производителем.

Автоматическое включение стабилизатора при возврате входного напряжения в установленный диапазон . Т.к. стабилизатор отключает нагрузку в случае выхода входного напряжения за установленные пределы, он должен автоматически включаться и подключать нагрузку, если входное напряжение вернулось в установленный диапазон, иначе придётся следить за сетевым напряжением, включать стабилизатор вручную.

Наличие на входе и выходе стабилизатора фильтров подавления импульсных помех . Это полезная функция, которая защитит электроприборы от помех в радиочастотном диапазоне.

Стабилизатор напряжения – это устройство, к входу которого подается напряжение с неустойчивыми или неподходящими параметрами для потребителя электроэнергии. На выводе стабилизатора напряжение уже обладает нужными (устойчивыми) параметрами, которые делают возможным снабжение электроэнергией восприимчивых к изменению вольтажа потребителей. А как работает стабилизатор напряжения, и для чего он нужен?

Стабилизация напряжения постоянного тока требуется, если входящий вольтаж слишком мал или велик для потребителя. При прохождении через поддерживающее устройство оно становится больше или меньше до нужного значения. При необходимости схема стабилизатора может быть составлена так, чтобы выводимое напряжение имело полярность, противоположную поступающему.

Линейные

Линейный стабилизатор – делитель, в который подается неустойчивое напряжение. Выходит оно уже выравненное, со стабильными характеристиками. Принцип работы заключается в постоянном изменении сопротивления для поддержания на выводе постоянного вольтажа.

Преимущества:

Простая конструкция с небольшим количеством деталей;
В работе не наблюдаются помехи.

Недостатки:

При большом различии входящего и выходящего вольтажа линейный преобразователь тока выдает слабый КПД, поскольку большая часть вырабатываемой мощности превращается в тепло и рассеивается на регуляторе сопротивления. Поэтому появляется необходимость в установке контролирующего устройства на радиаторе достаточного размера.

Параметрический со стабилитроном, параллельный

Для схемы стабилизирующего ток устройства, в котором контролирующий работу элемент расположен параллельно нагруженной ветви, подходят газоразрядные и полупроводниковые стабилитроны.

Через стабилитрон должен проходить ток, превышающий от 3 до 10 раз ток в R L . Поэтому механизм подходит для выравнивания напряжения только в механизмах со слабым током. Обычно его используют как составной элемент преобразователей тока с более сложной начинкой.

Последовательный с биполярным транзистором

Принцип работы стабилизатора напряжения можно рассмотреть с помощью схемы устройства.

Видно, что она объединяет в себе два элемента:

Уже известный нам параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне;
Биполярный транзистор, который увеличивает ток с постоянным коэффициентом. Его еще называют эмиттерным повторителем.

Выводимое напряжение определяется по формуле: Uout = Uz - Ube. Uz – напряжение, поддерживаемое стабилитроном. Оно почти не зависит от тока, идущего через стабилитрон. Ube – разница вольтажа выходящего и стабилизируемого стабилитроном. Она почти не зависит от тока, который подается на p-n переход. Однако разница зависит от природы вещества (для кремния Ube – 0,6 В, для германия – 0,25 В). Именно из-за сравнительной независимости этих значений выводимое напряжение устойчиво.

При прохождении через трехслойный транзистор напряжение на выводе стабилизатора увеличивается. Если использование одного транзистора не удовлетворяет запросам потребителя энергии, то берется конструкция из нескольких транзисторов для увеличения тока до нужного значения.

Последовательный компенсационный на операционном усилителе

Компенсационный – значит с обратной связью. В этом стабилизаторе выводимое напряжение всегда сопоставляется с тем, что принято за эталон. Отличие между ними необходимо для формирования и передачи сигнала механизму, контролирующему вольтаж.

С резистора R2 снимается часть выходящего напряжения Uout, которая сравнивается с Uz (напряжение опорное) на стабилитроне, обозначенном на схеме как D1. Полученная разность проходит через операционный усилитель (на схеме U1) и передается управляющему транзистору.

Устойчивая работа обеспечивается при петлевом сдвиге фаз, который приближается к 180°+n*360°. Поскольку часть выходящего напряжения подается на усилитель, то последний сдвигает фазу на развернутый угол. Транзистор, включенный по схеме усилителя тока, не вызывает сдвига фаз. При этом петлевой сдвиг остается равным 180 о.

Импульсный

Электрический ток с неустойчивыми параметрами посредством коротких импульсов подается на накопительное устройство стабилизатора (в его роли выступает индуктивная катушка или конденсатор). Запасенная электроэнергия впоследствии выходит в нагрузку уже с другими параметрами. Возможно два варианта стабилизации:

Путем управления продолжительностью импульсов и пауз между ними (принцип широтно-импульсной модуляции );
Путем сравнивания выходящего напряжения с минимально и максимально допустимыми значениями. Если оно выше максимального, то накопитель перестает накапливать энергию и разряжается. Тогда на выводе напряжение становится меньше минимального. При этом накопитель снова начинает работать (принцип двухпозиционного управления ).

В зависимости от схемы импульсный выравниватель тока может преобразовывать напряжение до достижения разных результатов. Поэтому различают его разновидности:

Понижающий (напряжение на выводе меньше, чем на вводе, но с той же полярностью);
Повышающий (напряжение на выводе больше, чем на вводе, но с той же полярностью);
Понижающе-повышающий (напряжение на выводе может быть больше или меньше, чем на вводе, но полярность та же). Устройства применяется, когда U на вводе и выводе сильно отличаются, но на вводе возможны нежелательные отклонения в большую или меньшую сторону;
Инвертирующий (напряжение на выводе больше или меньше, чем на вводе, полярность противоположная).

Преимущества:

Низкие потери энергии.

Недостатки:

Импульсные помехи на выводе.

Стабилизаторы переменного напряжения

Стабилизатор переменного напряжения предназначен для поддержания постоянного тока на выводе, независимо от того, какими параметрами он обладает на вводе. Выводимое напряжение должно описываться идеальной синусоидой даже при резких скачках, падении или даже обрыве на вводе. Различают накопительные и корректирующие стабилизирующие устройства.

Стабилизаторы-накопители

Это устройства, которые сначала накапливают электроэнергию от входящего источника питания тока. Затем энергия генерируется заново, но уже с постоянными характеристиками, ток направляется к выходу.

Система «двигатель – генератор»

Принцип работы заключается в преобразовании электрической энергии в кинетическую с помощью электродвигателя. Затем генератор обратно преобразует ее из кинетической в электрическую, но ток уже обладает конкретными и постоянными характеристиками.

Клюевой элемент системы – маховик, который накапливает в себе кинетическую энергию и стабилизирует выводимое напряжение. Маховик жестко соединен с подвижными частями двигателя и генератора. Он очень массивный и обладает большой инерцией, сохраняющей скорость, которая зависит только от фазной частоты. Поскольку скорость вращения маховика относительно постоянна, напряжение остается постоянным даже при значительных провалах и скачках на вводе.

Система «двигатель-генератор» подходит для напряжения с тремя фазами. Сегодня она используется только на стратегических объектах. Ранее применялась для запитывания быстродействующих электронных вычислительных машин.

Феррорезонансный

Устройство включает в себя:

Индуктивная катушка с насыщенным сердечником;
Катушка индуктивности с ненасыщенным сердечником (внутри есть магнитный зазор);
Конденсатор.

Поскольку катушка с насыщенным сердечником имеет постоянное напряжение, независимо от тока, который по нему идет, путем подбора характеристик второй катушки и конденсатора можно добиться стабилизации напряжения в нужных пределах.

Принцип действия полученного механизма можно сравнить с качелями, которые трудно резко остановить или заставить качаться с большей скоростью. Даже нет необходимости каждый раз подталкивать качели, потому что колебательное движение – инерционный процесс. Поэтому допустимы сильные провалы и обрывы напряжения. Частоту колебаний тоже трудно поменять, поскольку у системы собственная установившаяся частота.

Феррорезонансные стабилизаторы были популярными в советские времена. Их использовали для снабжения электроэнергией телевизоров.

Инверторный

В схему инверторного стабилизатора включаются:

Входные фильтры;
Выпрямитель с устройством, изменяющим мощностной коэффициент;
Конденсаторы;
Микроконтроллер;
Преобразователь напряжения (из постоянного в переменное).

Принцип работы основан на двух процессах:

Сначала входящий переменный ток преобразуется в постоянный при проходе через корректор и выпрямитель. Энергия накапливается в конденсаторах;
Затем постоянный ток преобразуется в переменный выходящий. Из конденсатора ток идет к инвертору, который трансформирует ток в переменный, но с неизменными параметрами.

Пример (принцип работы стабилизатора напряжения 220В): на вводе напряжение меньше или больше 220В, его форма не соответствует синусоиде. После прохождения через выпрямитель и корректор ток становится постоянным, форма напряжения – идеальная синусоида. После прохождения через инвертор к выходу устремляется переменный синусоидальный ток с частотой 50 Гц и напряжением 220В.

Благодаря высокой отдаче механизма (КПД близко к 100%) такой стабилизатор используют для дорого оборудования медицинского и спортивного назначения.

ИБП

Источники бесперебойного питания по конструкции и принципу действия аналогичны инверторным преобразующим устройствам. Сходство заканчивается на том, что накопление электроэнергии происходит не в конденсаторе, а в аккумуляторе, из которого выходит ток с нужными для потребителя параметрами.

ИБП необходимы для запитывания вычислительной техники, поскольку они не только стабилизируют напряжение, но и исключают сбой работы программ при аварийном отключении. Пример: если произойдет обрыв вольтажа, то накопленной в аккумуляторе энергии хватит для правильного завершения работы компьютера. Все данные будут сохранены, а компьютерная «начинка» останется целой.

Корректирующие

К корректирующим стабилизаторам относят преобразователи напряжения, которые изменяют его за счет добавочного потенциала, которого не доставало для получения необходимого для потребителя значения.

Электромагнитный

Другое название – ферромагнитный. От феррорезонансного отличается отсутствием конденсатора, более низкой мощностью и большими размерами.

Если линейный реактор (на схеме L1) включить последовательно с резистором Rh, а нелинейный реактор L2 включить параллельно Rh, то как бы ни менялось входящее напряжение, выводимое будет постоянным. Это обусловлено работой второго реактора в режиме насыщения, отчего вольтаж на нем не меняется при меняющемся токе. В связи с этим меняющееся напряжение на вводе не оказывает влияние на значение на выводе. Оно лишь перераспределяется между L1 и L2. Прирост от входящего значения полностью уходит на L1.

Электромеханический и электродинамический

Это два схожих по конструкции вида стабилизаторов, представляющих собой вольтодобавочный трансформатор. В них напряжение преобразуется за счет перемещения узла, снимающего ток у входа, по трансформаторной обмотке. В результате коэффициент стабилизации меняется мягко до той величины, которая нужна для выходящего напряжения.

В электромеханическом выравнивателе управление реализовывается щетками, которые быстро изнашиваются, поскольку это подвижные элементы. Снизить изнашиваемость удается в электродинамическом аналоге, в котором щетки заменены роликом.

Это единственные преобразователи тока, которые не только обеспечивают гладкую его трансформацию, но и формируют из него синусоиду. На выводе значение относительно неизменно, максимальное отклонение от номинала не превышает 3%. Такая подача энергии оптимальна для бытовой и производственной техники.

Преимущества:

Широкий диапазон входящего напряжения (130-260В);
Отсутствие помех на выводе;
Возможность перегрузки до 200% на полсекунды;
Бесшумная работа (если нет перегрузки);
Отличная помехоустойчивость.

Недостатки:

Нельзя применять при морозах (конструкция может работать только при непродолжительных легких заморозках и до 40 градусов тепла);
Низкая скорость стабилизации (проблема решается путем добавления количества щеток).

К преимуществам электродинамического аналога стоит отнести его способность работать при отрицательных температурах (не более 15 градусов мороза). Еще один плюс: конструкция выдерживает перегрузки на 200% до 120 секунд.

Релейный

Принцип работы релейного стабилизатора напряжения схож с работой других автотрансформаторных преобразователей с регулировкой по ступеням за счет включения/выключения отдельных обмоток силового автоматического трансформатора с помощью электромеханических реле. Поэтому повышение и понижение выходящего напряжения – это параллельный процесс повышения и понижения на вводе поддерживающего устройства.

Особенность релейного преобразователя – выводимое значение всегда меняется в пределах ступени. Например, задан диапазон допустимых значений от 215 до 220 Вольт. Это значит, что напряжение будет постоянно меняться в этих рамках, в то время как на вводе этот диапазон может составлять 200-230 Вольт. Размах ступени зависит от количества обмоток: чем их больше, тем меньше диапазон, и тем более ровное будет напряжение на выводе.

Из этого можно сделать вывод, что качественный стабилизатор не может показывать на экране только 220 Вольт. Если же значение не меняется, можно сделать вывод, что светодиоды расположены именно в форме числа «220» и никакого другого числа они показать не могут. Так делают недобросовестные производители для уменьшения себестоимости преобразователей переменного тока.

Преимущества:

Высокая скорость стабилизации;
Небольшие размеры;
Большой диапазон напряжения на вводе (от 140 до 270 Вольт);
Низкая восприимчивость к изменениям входящего напряжения;
Допустимая перегрузка в 110% на 4 секунды;
Бесшумная работа;
Возможность работы от -20 до +40 градусов Цельсия.

Недостатки:

Ступенчатая (а не плавная) стабилизация (свет моргает при большом диапазоне ступени);
Скорость стабилизации зависит от точности выходящего напряжения: чем точнее вольтаж, тем меньше скорость.

Электронный

Если вам нужно преобразовывать ток с неустойчивыми параметрами, то обратите внимание на электронный стабилизатор. Электронное устройство стабилизатора напряжения 220 вольт – это аналог релейного преобразователя. Разница между ними заключается только в способе смены включенной в нагруженную цепь трансформаторных обмоток.

В данной конструкции переключение происходит не благодаря наличию реле, а за счет симисторов или тиристоров. Так как механические детали отсутствуют, срок службы устройства резко возрастает. В сочетании с приемлемой стоимостью этот вариант для бытовой техники является оптимальным. В остальном преимущества и недостатки совпадают с теми, что указаны для релейного преобразователя.

Гибридный

В 2012 году в продаже появился новый вид стабилизатора – гибридный. Он представляет собой электромеханическое устройство, в конструкцию которого дополнительно входят два релейных преобразователя.

Основной элемент — электромеханический. Релейные элементы включаются в работу только тогда, когда последний уже не может выдать на выводе 220 Вольт. Это бывает, если входящее напряжение либо слишком низкое, либо слишком высокое. Так, электромеханический преобразователь работает при 144-256В. А релейный включается, когда значение опускается ниже 144В или поднимается выше 256В. Максимальный диапазон составляет 105-280 Вольт.

Гибридные преобразователи подходят для бесперебойного энергоснабжения потребителей электроэнергии в частном доме, квартире, офисе или даже магазине.

Качество и срок службы электроприборов зависит от параметров подаваемой энергии. При резких скачках, обрывах или провалах вольтажа техника выходит из строя. Противостоять этому может только бесперебойное энергоснабжение с напряжением условленного значения. Именно его позволяют получить стабилизаторы напряжения, без которых невозможна современная жизнь.