Стабилизатор как должен работать

Что такое стабилизатор напряжения и для чего он нужен

Что такое стабилизатор напряжения, для чего он нужен и где применяется. Принцип работы стабилизаторов напряжения релейного, сервоприводного и инверторного типа.

Определение

Стабилизатор напряжения (СН) — это устройство, предназначенное для преобразования входного нестабильного напряжения из электросети: заниженного, завышенного или с периодическими скачками, в стабильное по величине на выходе устройства и подключенных к нему электроприборах.

Перефразируем для чайников: стабилизатор делает так, чтобы для подключенных к нему приборов напряжение всегда было одинаковым и близким к 220В независимо от того, каким оно поступает на его вход: 180, 190, 240, 250 Вольт или вообще плавает.

Отметим, что 220В или 240В это стандартная величина для РФ, Беларуси, Украины и так далее. Но в некоторых странах ближнего и дальнего зарубежья оно может быть другим, например 110В. Соответственно «наши» стабилизаторы там работать не будут.

Стабилизаторы бывают разных видов: как для работы в цепях постоянного тока (линейные и импульсные, параллельного и последовательного типов), так и для работы в цепях переменного тока. Последние часто называют «стабилизаторы сетевого напряжения» или просто «стабилизаторы 220В». Если говорить простым языком, то такие стабилизаторы подключают к электросети, а уже к нему подключают потребители.

В быту СН используют для защиты как отдельных приборов, например, для холодильника или компьютера, так и для защиты всего дома, в этом случае мощный стабилизатор устанавливается на ввод.

Классификация

Конструкция стабилизаторов зависит от физических принципов, на которых они работают. В связи с этим они подразделяются на:

По количеству фаз могут быть однофазными и трехфазными. Большой диапазон мощностей позволяет выпускать стабилизаторы как для дома, так и для небольших бытовых приборов:

Так и для для крупных объектов:

Стабилизаторы достаточно энергоэффективны. Потребление электроэнергии составляет от 2 до 5%. Некоторые стабилизирующие устройства могут иметь дополнительные защиты:

Принцип действия

Стабилизаторы напряжения бывают разных типов, каждый из которых отличается принципом регулирования. Эти отличия мы рассмотрим далее. Если обобщить принцип работы и структуру всех типов, то стабилизатор сетевого напряжения состоит из 2 основных частей:

Если напряжение на входе в норме, то у некоторых моделей стабилизаторов есть функция «байпас» или «транзит», когда входное напряжение просто подаётся на выход до тех пор, пока не выйдет из заданного диапазона. Например, от 215 до 225 вольт будет включен «байпас», а при больших колебаниях, допустим, при просадке до 205-210В — система управления переключит цепь на силовую часть и начнет регулировку, повысит напряжение и на выходе будут уже стабильные 220В с заданной погрешностью.

Плавная и самая точная регулировка выходного напряжения у инверторных СН, на втором месте — сервоприводные, а у релейных и электронных регулировка происходит ступенчато, и точность зависит от количества ступеней. Как упоминалось выше, лежит в пределах 10%, чаще около 5%.

Кроме упомянутых выше двух частей в стабилизаторе напряжения 220В есть и блок защиты, а также источник вторичного электропитания для цепей системы управления, тех же защит и других функциональных элементов. Общее устройство наглядно демонстрирует картинка ниже:

В то же время схема работы в простейшей форме выглядит так:

Вкратце рассмотрим, как работают стабилизаторы напряжения основных типов.

Релейные СН обычно регулируют электроэнергию в пределах ± 15% с точностью на выходе от ± 5% до ± 10%.

Преимущества релейных стабилизаторов:

В сервоприводном СН один конец первичной обмотки трансформатора подключен к жесткому ответвлению автотрансформатора, а второй конец первичной обмотки подключен к подвижному контакту (графитовой щетке), который передвигается серводвигателем. Один вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к входному источнику питания, а второй вывод подключен к выходу стабилизатора напряжения.

Плата управления сравнивает входное и опорное напряжение. При любых отклонениях от заданных вступает в работу сервопривод. Он перемещает щетку по ответвлениям автотрансформатора. Серводвигатель будет продолжать работать, пока разность между опорным и выходным напряжением станет равным нулю. Весь этот процесс, от поступления электроэнергии плохого качества до выхода стабилизированного тока, проходит за десятки миллисекунд и ограничен скоростью перемещения щетки сервоприводом.

Сервоприводные стабилизаторы сетевого напряжения производят в различном исполнении.

Достоинства сервоприводных стабилизирующих устройств:

В следующем ролике вы узнаете о принципе работы одного из вариантов реализации преобразователя напряжения из 12В постоянного тока, в 220В переменного тока. Который от инверторного стабилизатора напряжения отличается в первую очередь входным напряжением, в остальном принцип работы во многом похож и видео позволит понять как работает этот тип устройств:

Вот мы и рассмотрели, как работает стабилизатор напряжения, для чего он нужен и где применяется. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Источник

Домашний стабилизатор напряжения: что это такое и в каких случаях он нужен

Содержание

Содержание

Как работают стабилизаторы напряжения? На что обращать внимание при выборе, как их подключать, чтобы продлить жизнь особо требовательным домашним электроприборам? Как определить, что стабилизатор нужен и можно ли как-то обойтись без него? Сейчас разберемся.

Что такое стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения — это прибор, который поддерживает заданное напряжение и тем самым организует «здоровое электропитание». Например, если в сети вместо 220 вольт осталось всего 200 вольт, то после подключения стабилизатора на его выходе снова получится 220 вольт.

Аналогично стабилизатор справляется с повышенным напряжением, скачками напряжения в электросети и прочими трудностями. Прибор полезный, но нужен ли он лично вам? Это надо выяснить.

Как определить нестабильное напряжение в сети

Как понять, что в сети нестабильное напряжение? Проверить мультиметром либо ваттметром. Измерять напряжение в сети нужно в разное время: утром, вечером и в течение дня.

Многие источники бесперебойного питания, которые используют для защиты компьютера, не только работают как стабилизаторы, но и умеют вести журналы и строить графики, из которых видно, что даже в городских условиях напряжение неплохо «гуляет».

Перепады напряжения можно отследить и визуально. Например, по лампам накаливания — они будут менять яркость. Также можно заметить, что некоторые приборы работают вполсилы, некорректно или вовсе отключаются.

Современный стандарт — плюс-минус 230 вольт. Многие приборы способны работать в довольно широком диапазоне напряжений, но перестраховаться, особенно если прибор дорогостоящий, будет не лишним.

Что защищать стабилизатором

Какие именно приборы нужно защищать стабилизатором напряжения? Наиболее требовательны к качеству электропитания устройства, оснащенные электродвигателем или компрессором. Это холодильники, кондиционеры, стиральные машины, котлы отопления, насосы и т. д. А также любые устройства с импульсным блоком питания. То есть практически каждый электроприбор: от зарядного устройства для смартфона до телевизора.

И если зарядку мобильного можно поменять, то для сложной техники решение проблемы обойдется дороже. Особенно не любят скачки напряжения инверторные холодильники, а их ремонт может серьезно ударить по карману. Звучит пугающе. Но насколько проблема существенна?

Насколько опасно низкое напряжение

Чтобы выяснить, насколько опасно низкое напряжение, проведем простой и наглядный тест с лампочкой и электрочайником. Устройства настолько простые, что могут работать буквально при любом напряжении. В тестах поможет лабораторный трансформатор. С помощью него выходное напряжение можно регулировать, как в плюс, так и в минус.

Один светильник включаем в сеть трансформатора, где напряжение может плавать, а второй подключим через стабилизатор. И вот он — первый результат. При напряжении в 190 вольт лампочка ощутимо тусклее, а вот лампа, подключенная к стабилизатору, светит штатно.

Стоит отметить, что при перепадах напряжения в больших диапазонах, некоторые стабилизаторы, например, релейного типа, влияют на работу ламп: несмотря на подключенный стабилизатор, лампочки будут то ярко светить, то тускнеть.

Но если с лампочкой дело обстоит довольно неплохо — она все-таки продолжает светить, то с чайником получилось интереснее. При заниженном напряжении чайник в принципе работает. Но время закипания увеличилось почти в два раза, а автоматическое отключение сработало спустя минуту после того, как чайник закипел. Если выставить напряжение еще меньше, автоматика не сработает и чайник будет кипеть до последнего. Это уже опасно, поскольку чревато возгоранием.

Если даже такие примитивные приборы чувствительны к уровню напряжения, что говорить о более сложной технике. По этой причине стабилизатор лишним не будет. Но на какие параметры обращать внимание?

Диапазон и мощность стабилизатора

Минимальное и максимальное напряжение, с которым может работать стабилизатор, определяет диапазон стабилизации. Если напряжение выйдет за эти пределы, стабилизатор просто отключится. Важно выбирать модель, которая подойдет под конкретные условия.

Например, если напряжение часто бывает пониженным, то лучше подбирать диапазон от 140, а не от 180 вольт. Или еще ниже — некоторые модели работают даже при напряжении ниже ста вольт. Но это скорее промышленное решение. Следует также учитывать, что это повлияет на стоимость: чем шире диапазон, тем обычно дороже стабилизатор. В бытовых условиях лучше обратить внимание на мощность.

Модель на 600 Вт сможет защитить разве что телевизор или небольшой холодильник. Поэтому в квартире может потребоваться несколько таких устройств. А вот стабилизатор на 10 кВт можно ставить в квартиру, и он в одиночку защитит все устройства.

Бывают устройства на 30кВт. Этого хватит на большой частный дом, чтобы охватить все электроприборы, включая даже электрическое отопление.

Что же будет, если превысить максимальную нагрузку? К примеру, если к какому-нибудь малышу подключить двухкиловатный чайник? Сразу сработает автоматический выключатель, а стабилизатор отключится. Так что рассчитывайте нагрузку заблаговременно, еще до покупки, и выбирайте мощность с запасом.

Как подключить стабилизатор

С обычными маломощными стабилизаторами все понятно, у них обычная вилка и несколько розеток. А что делать с более серьезными моделями? У них нет ни кабеля, ни розетки, ни вилки.

Производитель не забыл положить их в комплект. Дело в том, что такой стабилизатор устанавливается на всю квартиру сразу. Если решились самостоятельно подключать такой аппарат, помните: электричество — серьезная вещь. Подходить к таким работам нужно со всей ответственностью. Заранее продумайте схему. Подключение несложное: два кабеля — на вход, два — на выход и еще два — на землю. Если кабель многопроволочный, его нужно обжать кримпером в клеммы. Это удобно, быстро и надежно.

Само подключение не составит труда, тут все просто. На корпусе стабилизатора есть все обозначения. Если проводка изначально подключена правильно, то синий кабель — это ноль, и обозначается он латинской N, коричневый — это фаза (латинская L), а желто-зеленый — это земля, она обозначается специальным значком.

На единицу заводим нестабильное напряжение, а на двойку подключаем «потребителя» т. е. кабель который идет в распределительный щиток с автоматическими выключателями. Вот и все.

Выводы

У стабилизатора, по большому счету, всего одна функция — уберечь подключенные устройства от скачков напряжения и обеспечить им «здоровое электропитание». Особенно уместны стабилизаторы в поселках, гаражах или загородном доме. Но даже в большом городе с, казалось бы, стабильным электроснабжением, не помешает дополнительно обезопасить дорогостоящие устройства.

Источник

Конструктивные особенности и принцип работы стабилизаторов напряжения

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?

Стабилизаторы постоянного напряжения

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.

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:

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.

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:

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

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:

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:

Принцип работы основан на двух процессах:

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.

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.

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.

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.

Источник