Виды, принцип, сравнение современных бытовых стабилизаторов напряжения

 

Сегодня во многих странах СНГ и Европы имеются проблемы с качеством электроэнергии, особенно в частном жилом секторе. В некоторый момент, и на протяжении нескольких часов, вместо заявленных 220 В, в ваш дом/квартиру  может поступать только 200 В. Это происходит в связи с резким возрастанием количества потребителей, когда люди приходят с работы, а особенно в зимний период, когда эксплуатируются высокомощные электрические обогреватели.

 

Бывают и перепады в другую сторону, когда на кратковременный период в вашей розетке (пользуясь случаем, рекомендую статью «Виды, устройство и маркировка современных бытовых розеток») может быть 260 В и даже больше. Для жилого сектора такие перепады очень опасны, ведь блоки управления напряжением современной электронной техники не имеют защиты от них. Такого рода проблема возникает из-за неудовлетворительного состояния трансформатора, в том числе обрывов нулевых проводников.

 

 

Соответствие параметров предоставляемой вам электроэнергии с эталонными, можно запросто проверить измерительными приборами вольтметром/амперметром. Подогнать параметры к эталонным, поможет стабилизатор напряжения. А успеть корректно завершить работу всех электроприборов при полном отключении, нужен ИБП, UPS (источник бесперебойного питания).

 

Существуют многофункциональные ИБП, со встроенной системой стабилизации и индикации напряжения, то есть, все эти приборы объединены в один. Для того чтобы разобраться, какой стабилизатор лучше для дома (ведь их бывает несколько типов), рассмотрим далее те, которые предназначены для выравнивания переменного тока бытового назначения. Но перед тем нужно научиться их подбирать по мощности потребляемых приборов.

 

Нюансы при расчете мощности бытового стабилизатора напряжения

 

Если речь идет о стандартном напряжении 220 В, то мощность стабилизатора рассчитывается путем складывания всех мощностей эксплуатируемых приборов. Предостерегаю вас: в интернете есть множество таблиц со значениями мощностей электроприборов в формате: /наименование прибора/мин./макс. мощность/ — не всегда стоит руководствоваться ими.

 

 

К примеру, мощность телевизора в таблице заявлена от 100 Вт, но с учетом, что уже давно выпускаются не кинескопные, а жидкокристаллические дисплеи, то мощность может составлять и 30 Вт, с одинаковой диагональю. Кроме того, с некоторых по после, появилась техника энергоэкономного класса A+++, потребляющая в разы меньше.

 

Расчеты производите конкретно по данным из паспорта каждого прибора. Если у вас целый дом в несколько этажей и большое семейство, разница в необходимой мощности стабилизатора может быть колоссальна. И это притом, что практически никогда не бывает, чтобы он работал на всю мощность, ведь вряд ли так совпадет, что одновременно включат все приборы в доме – то есть, с учетом всех приборов впритык выбранный стабилизатор уже сам по себе, теоретически, имеет запас.

 

Характеристики видов стабилизаторов напряжения, преимущества/недостатки

 

Современные стабилизаторы, рассчитанные для работы с бытовым однофазным переменным током, по принципу действия делятся на: корректирующие и накапливающие – какой стабилизатор лучше для дома, зависит от конкретных требований. Мы попробовали составить сравнительную таблицу характеристик различных видов стабилизаторов, на основе общих данных, которые удалось найти.

 

Тип стабилизатора	Диапазон напр.,  В	Время реакции,  мс	Точность /-, %	Гарантия, мес.	Шумность	Цена
Электронный релейный	140-260	20-40	до 10	12-24	невысокая	низкая
Электронный симисторный	80-300	10-20	6-0,5	36-60	отсутствует	очень высокая
Сервомоторный	140-260	5-7	3	12	высокая	низкая
Феррорезонансный	170-260	20-50	1-3	12-24	очень высокая	высокая
Инверторный	60-260, 110-300	нету	1	12-24	невысокая	очень высокая

 

Стабилизаторы корректирующего действия в большинстве случаев состоят из блока управления, который реагируя на повышение/понижение напряжения в сети, задействует ту или иную (понижающую/повышающую напряжение) обмотку специального устройства – трансформатора.

 

Накапливающего действия стабилизаторы работают за счет накопленного в емкости некоторого количества тока и генерируют из него ток необходимых параметров. К таковым же условно можно отнести ИБП, которые к тому же, некоторое время дают заряд из встроенной батареи, когда подача электричества прекращается полностью.

 

Принцип работы современных бытовых релейных стабилизаторов напряжения

 

Данное устройство относится к электронным, ступенчатого (дискретного) принципа работы. Отличием от других ступенчатых стабилизаторов является то, что в данном используются электромагнитные реле в качестве переключателей. А в остальном, аппарат состоит из такого же блока управления с процессором и автотрансформатора с различным количеством вторичных обмоток, как и другие разновидности этого рода устройств.

 

Принцип работы таков: блок управления производит контроль напряжения на входе и в зависимости от его значения, подключает или отключает те или иные вторичные обмотки автотрансформатора. При этом современного образца релейный стабилизатор напряжения имеет не менее четырех ступеней стабилизации. В таком приборе соответственно, имеется четыре реле и автотрансформатор на четыре вторичные катушки.

 

 

Вы можете видеть блоки (и их основное содержимое), из которых состоит вся схема релейного стабилизатора напряжения: А – автотрансформатор с четырьмя вольтодобавочными, двумя вольтопонижающими катушками; Б – блок анализа и управления напряжением; В – блок релейных исполнительных элементов; Г – блок индикации (Вольтметр, Амперметр, вкл/выкл); Д – объединяющая шина.

 

Выше представлен простенький современный, управляемый микропроцессором PIC12F675, шести ступенчатый релейный стабилизатор напряжения схема которого рассчитана на корректирование перепадов напряжения 140-260 В. Комплектация устройства вмещает индикаторы – вольтметр, амперметр, светодиод режима работы. Принцип действия этого устройства следующий.

 

Автотрансформатор (А) имеет шесть обмоток, каждая из которых выдает напряжение от -20 до +40% от номинальных 220 В, чем восполняется той или иной величины упадок напряжения, или понижается скачок. Блок управления (Б) на основе микропроцессора, производит анализ характеристик входного сетевого тока (вольтаж/ампертраж), на основе которых подает сигнал управления в релейный исполнительный блок (В). В качестве сигнала может подаваться ток таким напряжением, при котором срабатывает реле.

 

Далее, в зависимости от значения упадка, блок управления (Б) подает сигнал тому или другому реле, отвечающему за подключение соответствующей вольтодобавляющей катушки; при этом предыдущее отключается. Реле замыкает катушку и на выходе появляется необходимое количество Вольтов.

 

 

Точно такая же процедура происходит и при скачках напряжения (в данном случае до 260 В). Только задействуется не вольтодобавочная, а вольтопонижающая обмотка, и таким образом, при скачке в 260 В, подключается обмотка -40% (-44 В), которая выдает 216 В. При большем повышении напряжения в сети, блок управления просто отключает питание.

 

Преимущества стабилизатора, работающего на реле, состоят в низкой стоимости. Они в большей степени предназначены для сегмента бытовой техники, не требующей высокоточной корректировки напряжения (холодильники, микроволновки и т. д.), и прекрасно справляются со своей задачей.

 

Недостатки – не подходят для высокоточной чувствительной электронной техники, в том числе некоторой зарубежной ТВ/Аудио техники и компьютеров. Кроме того, исполнительные механизмы – реле, которые бывает, залипают, при частой работе быстро выходят из строя. Плюс к тому, их работа сопровождается щелчками, слышными в помещении.

 

Принцип работы современных бытовых симисторных стабилизаторов напряжения

 

Эти устройства относятся к корректирующим напряжение, дискретного (ступенчатого) действия. Они в лучшую сторону отличаются по характеристикам от предыдущих, хоть имеют схожие блоки и аналогичный принцип действия. Также состоят из блока управления, автотрансформатора и исполнительного блока.

 

Разница состоит в том, что в отличие от релейных, симисторный стабилизатор нарпяжения в качестве исполнительных (замыкающих/размыкающих силовую сеть) использует так называемые электронные ключи – теристоры или симисторы. Они не имеют механических деталей и гораздо производительнее, чем реле, поэтому отличаются скоростью реакции и другими параметрами.

 

 

 

На рисунке можно наблюдать такие блоки электронного стабилизатора: А – автотрансформатор с двумя входами; Б – симисторный исполнительный блок первого каскада коррекции напряжения; В – второго каскада исполнительный симисторный блок; Г – блок анализа и управления напряжением; Д – объединяющие шины; Е – блок индикации характеристик тока (Вольт, Ампер) и режима работы.

 

В данном случае прибор имеет более точную корректировку благодаря тому, что схема симисторного стабилизатора двухкаскадная, то есть, в ней две группы исполнительных блоков и соответственно, большее количество вольтопонижающих и вольтодобавляющих обмоток. Преимущество двухкаскадной системы в том, что путем комбинаций получается большее количество ступеней коррекции: 6 (каскад Б)*6 (каскад В)=36 значений. Принцип работы далее.

 

Блок управления на основе микропроцессора (Г) анализирует характеристики входного напряжения и выдает команду нужному электронному ключу из исполнительного блока Б (первого каскада). В действие приводится та или иная понижающая/повышающая вольты обмотка автотрансформатора (А) и напряжение корректируется на грубую, от -20% до +40%, с шагом 10%.

 

 

Далее блок управления замеряет выходящий ток грубой коррекции, который идет на второй выход автотрансформатора, и, управляя вторым исполнительным блоком В (вторым каскадом), в действие приводятся вольтодобавочные/вольтоотнимающие катушки с малым шагом в 2%, в пределах от -6% до +6%.

 

Преимущества симисторных стабилизаторов напряжения – высокая точность корректировки, быстрое время корректирования и абсолютно бесшумная работа электронных компонентов. Поэтому подходят для обеспечения высокоточных устройств, как например, аппаратура для локальных компьютерных сетей, (коммутаторы, множители сигналов и др).

 

Отмечается большой диапазон моделей (и соответственно цен), начиная от самых примитивных на несколько бытовых потребителей, и заканчивая устройствами для высокоточной стабилизации электросети целого дома. Также они наиболее долговечны по сравнению с остальными.

 

Недостатки электронных устройств – высокая стоимость, сложность в ремонте и обслуживании. В некоторых некачественных симисторных стабилизаторах отмечаются случаи, когда электронные ключи (тиристоры/симисторы) не срабатывали.

 

Принцип работы современных бытовых электромеханических стабилизаторов напряжения

 

Из этой группы наиболее часто применяют в быту сервомоторные стабилизаторы. Они также корректируют напряжение: имея ступенчатый принцип работы, дискретные операции добавления или отнимания необходимого количества вольтов производятся переключением обмоток автотрансформатора при помощи сервомотора – дискретного пошагового электромеханического устройства.

 

Сервоприводный мотор в них выполняет функцию управления, как в релейных – реле или электронных – симисторы/тиристоры. Он обладает достаточной скоростью для бесперебойного корректирования напряжения, но сразу заметим, что стабилизатор напряжения электромеханический для обеспечения напряжением высокоточной чувствительной техники, как вариант не подходит. Ибо скорость реакции очень низкая, при резких скачках может составлять даже секунды.

 

 

Тут показана условно автотрансформаторная обмотка (1), с приспособленным в середине сервомотором (2), который управляет токосъемным контактом (3), перемещая его по верхней части кольца обмотки – в общем это все обозначено буквой А и является автотрансформатором со встроенным сервомоторным приводом. Также как и остальные, схемы электронного стабилизатора напряжения с электромеханическим приводом имеют блок управления с микропроцессором (Б), и, в зависимости от комплектации, панель индикации состояния сети (В). Блок управления в таких устройствах имеет особый контроллер, который приводит в действие.

 

В зависимости от положения токосъемного контакта, напряжение собирается с того или иного участка обмотки, отвечающего за повышение/понижение напряжения. Конструкционная особенность в том, что в отличие от релейных или симисторных, сервоприводные стабилизаторы теоретически могут регулировать напряжение на доли Вольта, перемещая контакт с шагом в один виток. На практике же, в бытовом применении используются дискретные моторы с таким шагом, который обеспечивает отклонение около 3%.

 

 

Преимущества – очень точная и плавная коррекция выходного напряжения; невысокая стоимость. Идеален такой стабилизатор для сетей, в которых небольшие перепады напряжения, так как с ними он справляется на ура.

 

Недостатки – очень долгое время коррекции, особенно при высоких скачках: пока токосъемник прокатится по большей части радиуса до участка, где напряжение нормальное, могут пройти даже секунды. Для высокоточной чувствительной техники в таком случае не подходит. Издает шум при работе – за счет движения сервомотора и скольжения по обмотке контакта. Гарантия всего 12 месяцев – не спроста: сервопривод чаще и быстрее изнашивается.

 

Принцип работы современных бытовых феррорезонансных стабилизаторов напряжения

 

Эти устройства есть смысл условно разделить на старого и нового образца, так как имеют немного разные недостатки и электрические элементы. Все они отчасти относятся к накопительным и плавно выравнивают напряжение. Они в корне отличаются от всех предыдущих, и не обязательно нуждаются в блоке управления, так как в его трансформаторе и других деталях происходят самотечные физические процессы.

 

Не имея углубленных знаний в физике, очень сложно понять то, как работает феррорезонансный стабилизатор напряжения, но что доступно для понимания – это то, что в основе его лежит автотрансформатор и другие ему подобные элементы – дросселя, которые взаимодействуют между собой, компенсируя недостаток или убавляя избыток напряжения в заданных пределах.

 

Стоит упомянуть, что до сих пор (2016), на радиорынках имеется большое разнообразие феррорезонансных стабилизаторов советского производства 80-90х годов – «Украина», «Эльбрус», «СНБ» — весьма долговечных и высокоточных устройств, при копеечной стоимости. Со славным советским качеством, как показали годы наблюдений, уже мало что сравнится.

 

 

Автотрансформатор (А) с первичной и вторичной обмотками; входной насыщаемый дроссель (Б); второй токосъемный дроссель (В); конденсатор 250в (Г); предохранитель 220в (Д); лампа индикатора работы (Е). Первичная обмотка трансформатора (1-А); первичная обмотка дросселя (1-Б); вторичная обмотка автотрансформатора (2-А); вторичная, компенсационная обмотка насыщаемого дросселя (2-Б).

 

Дроссель в данном случае – это, кратко говоря, устройство, которое направлено на понижение/повышение характеристик напряжения. С технической стороны, он состоит из обмотки на металлическом сердечнике и напоминает по многим признакам трансформатор.

 

Смотря на принципиальную схему, можно заметить, как взаимосвязан трансформатор (А) с дросселем (Б). Через первичную обмотку дроссель подключен к трансформатору, в свою очередь, из вторичной обмотки трансформатора идет подключение на компенсационную вторичную обмотку дросселя. Далее, из нее идет выход на второй дроссель, соединенный с конденсатором. На этом участке происходит резонанс, а далее – токосъем на выход устройства.

 

 

Преимущества – высокая надежность, высокая точность выходного напряжения, плавная коррекция, невысокая стоимость устройств советского производства. В нем нет электромеханических запчастей, поэтому ломаться нечему за исключением конденсатора (и то в советских моделях он масляный, практически «вечный»).

 

Недостатки – низкий диапазон входного напряжения, долгое время коррекции при резких упадках, сильный шум (гул) от работы на низкочастотных (звуковых) частотах в 50 Гц. В наилучших современных модификациях эти недостатки облегчены, но стоимость их настолько высока, что многим кажется выгоднее приобрести ИБП со встроенным онлайн стабилизатором инверторного типа.

 

Принцип работы современных бытовых инверторных стабилизаторов напряжения

 

Эти устройства стабилизации напряжения на сегодня (2016) являются самыми эффективными, но и самыми сложными по архитектуре. Они действуют по схеме двойного преобразования тока – с переменного на постоянный, и затем с постоянного на переменный. Кроме того, они имеют емкости, в которые накапливается электричество в конденсаторах и при необходимости, восполняется его недостаток на выходе, при упадке на входе.

 

Современные инверторные стабилизаторы напряжения очень сильно схожи с ИБП (источниками бесперебойного питания), которые часто используются как составные элементы системы «умный дом», но имеется разница в том, что последние в качестве емкостей используют аккумуляторные батареи, а также бывают онлайн и офлайн ИБП. Да и топологий этих ИБП немало, так что это уже отдельная тема, сейчас рассмотрим только стабилизаторы.

 

 

Условные обозначения в данной схеме: блок фильтров входного напряжения (А); выпрямитель/корректор входной мощности (Б); блок управления с исполнительными элементами – электрическими ключами (В); блок конденсаторов (Г); инвертор (Д).

 

В данном случае блок исполнительных элементов вмещен в плате управления с основным микропроцессором и набором контроллеров (В), так как вариантов коммутации (управления) сети гораздо меньше, чем в ступенчатых стабилизаторах. Практически, он ограничен ключом, который размыкает цепь при повышении напряжения выше того, на которое рассчитан прибор. Плюс несколько ключей на управление емкостями  (конденсаторами).

 

Принцип работы следующий: на входе напряжение первым делом попадает в фильтровальный блок (А), затем – в выпрямитель/корректор мощности (Б) и параллельно в блок конденсаторов (Г), которые являются хранилищами электричества, вторичными его источниками. Через сложную систему управления, микропроцессор руководит корректором и инвертором напряжения, а восполнение упадков сетевого тока производится блоком конденсаторов.

 

 

Поступающий в инвертор постоянный ток, преобразуется в нем в переменный, при помощи кварцевого генератора. Этот генератор является высокоточным аппаратом, и поэтому, инверторный стабилизатор напряжения имеет самый низкий процент (1%) отклонения на выходе.

 

Преимущества – наивысший диапазон входных напряжений, минимальное отклонение на выходе, мгновенная реакция на перепады. Устройства стабильны в работе и долговечны, не содержат механических деталей, поэтому практически не шумят и гораздо дольше не выходят из строя.

 

Недостатки – высочайшая стоимость по причине сложных дискретных блоков и мощного микропроцессора для их управления. Кроме того, при длительных упадках напряжения, компенсационный резервный блок конденсаторов истощается и наблюдается резкий упадок на выходе.

 

Надеемся, что данный материал был Вам полезен, если что – пишите комментарии в форме ВКонтакте ниже. С уважением, команда Mastery-of-building.

 

Виды, схема, подключение светодиодных лент декоративной подсветки (17.2.2016)

Виды, принцип, сравнение современных бытовых стабилизаторов напряжения (18.1.2016)

Составляющие элементы системы умный дом, их назначение и принцип работы (31.5.2015)

Виды, устройство и маркировки современных электрических бытовых розеток (28.10.2014)

Виды современных кабелей для монтажа локальной компьютерной сети (19.7.2014)

Монтаж домашних локальных компьютерных сетей топологий звезда и шина (18.7.2014)

Виды и принцип работы современных электрических бытовых ламп освещения (24.5.2014)

Виды реле для бытовых электросетей, их назначение и принцип работы (30.4.2014)

Технология и схема монтажа щитка (9.2.2014)

Монтаж розетки своими руками (16.11.2013)

Электромонтаж