Види стабілізаторів напруги

1. ферорезонансні стабілізатори
2. електромеханічні стабілізатори
3. релейні стабілізатори
4. тиристорні стабілізатори
5. Сімісторні стабілізатори
6. інверторні стабілізатори

13.04.2018

В даний час зростає попит на стабілізатори напруги. Це пов'язано як з активним використанням цих електроприладів у всіх сферах життєдіяльності сучасної людини, так і з періодично виникаючими в мережах проблемами з якістю електроенергії.

Спеціалізовані магазини і інтернет-сайти пропонують великий вибір стабілізаторів вітчизняного і зарубіжного виробництва, які відповідають практично будь-які запити покупців. Однак слід розуміти, що кожен стабілізатор, незважаючи на його потужність і вартість, побудований за типовою схемою (топології), в основі якої - певний фізичний принцип стабілізації електричної енергії. Всього таких топологій п'ять:

• ферорезонансні;
• електромеханічна;
• релейний;
• напівпровідникова;
• инверторная.

Практично всі види стабілізаторів напруги мають свої переваги і недоліки, які в основному обумовлені схемою їх побудови. Основні параметри пристроїв кожного типу вимагають пильного вивчення, так як саме від їх значень залежить ефективність роботи обраної моделі стабілізатора з різною сучасною апаратурою.

ферорезонансні стабілізатори

Це перші стабілізатори, що набули широкого поширення в нашій країні. Початок їх масового використання в 50-60-х роках ХХ століття пов'язано з появою лампових телевізорів та іншої побутової техніки, що вимагає захисту від мережевих коливань.

Пристрій і принцип роботи. Стабілізатори такого типу відрізняються від більшості більш сучасних моделей простотою електронної схеми і відсутністю автотрансформатора. Вони знижують або підвищують значення напруги за рахунок ефекту ферорезонансу - електромагнітної взаємодії між двома дроселями один з яких має ненасичений сердечник (вхідний), а другий насичений (вихідний).

Переваги. Ферорезонансні стабілізатори не мають схильних до поломок рухомих компонентів, що забезпечує їх надійність і великий ресурс безвідмовної роботи - деякі вироби радянського виробництва до сих пір знаходяться в побуті і справно виконують свою роботу. Інші переваги даної топології:

• надійність і великий ресурс безвідмовної роботи завдяки відсутності схильних до поломок рухомих компонентів;
• висока точність вихідної напруги за рахунок плавного, безразривного регулювання мережевого сигналу;
• стійкість до несприятливих умов навколишнього середовища;
• швидкодію.

Недоліки. Відповідає сучасному рівню комфорту побутове використання ферорезонансним стабілізаторів ускладнюється низкою властивих їм недоліків:

• гучність роботи - гул від вбудованих трансформаторів відчувається навіть через стіну;
• підвищене тепловиділення;
• велику вагу і великі габарити;
• малий діапазон регульованого вхідної напруги - більш вузький, ніж граничні значення відхилень, що зустрічаються у вітчизняних мережах;
• невисокий ККД внаслідок значних втрат енергії на нагрів;
• нездатність працювати при перевантаженнях і на холостому ходу;
• спотворення синусоїди.

Варто відзначити, що всі зазначені недоліки характерні в першу чергу для класичних ферорезонансним стабілізаторів перших поколінь, в пристроях нового зразка вони максимально знижені або повністю виключені. Істотний мінус сучасних моделей цієї топології - це їх висока ціна, що перевищує не тільки вартість виробів інших типів, але і on-line ДБЖ відповідної потужності.

Застосування. Незважаючи на серйозні зрушення в розробці більш продуктивних, потужних і надійних перетворювачів напруги, застарілі ферорезонансні стабілізатори все ще користуються попитом при роботі з невибагливою технікою такого ж старого покоління. Прилади цієї групи - не найвдаліший варіант для побутового користування через високого рівня шумів і громіздкість конструкції, проте цілком можуть бути використані в підсобних приміщеннях або на заміських садибах при плюсових температурах.

електромеханічні стабілізатори

Пристрій і принцип роботи. Стабілізатори даного типу з'явилися практично одночасно з Ферорезонансні, але мають відмінні від них конструкцію і принцип роботи. Головні елементи будь-якого пристрою даної топології - автотрансформатор і рухливий токос'емноє контакт, виконаний у вигляді ролика, повзунки або щітки. Зазначений контакт переміщається по обмотці трансформатора, внаслідок чого відбувається плавне збільшення або зменшення коефіцієнта трансформації і відповідну зміну (коригування) надходить з мережі напруги. Перші електромеханічні стабілізатори мали ручне регулювання - спеціальний бігунок пересувався по котушці і відключав або підключав витки до кількості, необхідної для досягнення номінального значення вихідної напруги. У сучасних пристроях цей процес автоматизований: плата управління аналізує вхідний струм і в разі відхилення його параметрів сигналізує сервоприводу, перекочуються комутаційний контакт на сегмент тороидальной обмотки автотрансформатора з напругою, максимально наближеним до номінального.

Переваги. Основна перевага електромеханічного принципу стабілізації напруги - безперервне регулювання з високою точністю і без спотворення синусоїдальної форми сигналу. Також ключовою перевагою є найнижча вартість електромеханічних стабілізаторів на вітчизняному ринку.

Недоліки. Ці пристрої мають і ряд істотних недоліків, які роблять їх не найоптимальнішим рішенням для захисту багатьох видів навантаження, а саме:

• низьке (за винятком деяких моделей) швидкодія - швидкість реакції на зміну вхідного сигналу обмежується часом, необхідним сервоприводу для спрацьовування;
• виникнення короткочасних коливань вихідної напруги при різких перепадах вхідного, що згубно впливає на чутливі електронні компоненти обладнання, яке підлягає і ускладнює застосування в мережах з сильними перепадами напруги;
• низька якість фільтрації вхідних електромагнітних завад і трансляція обурює впливу на вихід пристрою;
• низька надійність через механічно рухомих деталей, що значно скорочує термін експлуатації пристрою, через що саме цей тип стабілізаторів найчастіше виходить з ладу.

Додаткові незручності при експлуатації електромеханічних стабілізаторів в домашніх умовах створюють:

• підвищений рівень шуму і можливе іскріння при роботі - наслідок руху сервоприводу по витків котушки;
• громіздка конструкція, велика кількість механічних вузлів і деталей, і, відповідно, велику вагу;
• необхідність періодичного обслуговування схильного до зносу вузла механічного контакту, надійність якого знижується пропорційно числу спрацьовувань.

Крім того, прилади цієї групи можуть давати збої при тривалому використанні в умовах негативної температури - такого обладнання комфортніше в опалювальних приміщеннях.

Застосування. Перераховані недоліки обумовлюють обмежену сферу застосування електромеханічних стабілізаторів - вони все ще затребувані в мережах без блискавичних стрибків напруги. Зрозуміло, такі пристрої не підходять для побутового використання в домашніх умовах, але цілком успішно застосовуються в якості тимчасової стабілізації напруги в підсобному господарстві, гаражах, невеликих майстерень - там, де зниження температури незначно. Хоча розглянутий тип перетворювачів поступово відходить у минуле і поступається місцем більш сучасним конструкціям на релейного і тиристорної основі.

релейні стабілізатори

Пристрій і принцип роботи. Прилади цієї топології відносяться до електронних пристроїв, дія яких побудовано на базі дискретного (ступеневої) принципу стабілізації електроенергії. Він полягає в автоматичному перемиканні обмоток автотрансформатора і вибору тієї, напруга на якій максимально близько до номінального. Комутація необхідних для підвищення або зниження вхідної напруги контурів відбувається завдяки спрацьовуванню силових електронних реле (звідси і назва цього різновиду стабілізаторів). Управління процесом здійснює спеціальний блок. Він контролює характеристики напруга в електромережі та при їх відхиленні від встановленого значення включає в роботу ту чи іншу ступінь стабілізації (кількість ступенів відповідає числу встановлених реле).

Переваги. Основна перевага цих пристроїв перед електромеханічними апаратами застарілих конструкцій - підвищена швидкість спрацьовування (не більше 10-20 мс). Крім того, релейні стабілізатори володіють найпростішої структурою, в якій виключені складні вузли і дорогі компоненти, що спрощує їх технічне обслуговування та ремонт. Ремонтні роботи, як і самі прилади, відрізняються низькою вартістю. Релейні стабілізатори не бояться перевантажень, чим і обумовлений їх тривалий термін експлуатації. Також цей тип пристроїв виділяється порівняно невеликими габаритами і малою вагою. Вони не вимагають додаткового охолодження і відмінно справляються зі своїми функціями в умовах негативних температур.

Недоліки. Головний недолік релейних стабілізаторів напруги - дискретне (неплавное) регулювання. Він обумовлений принципом роботи і проявляється у вигляді миготіння електричних ламп при перемиканні ступенів стабілізації. Cтупенчатая коригування напруги також:

• знижує точність стабілізації (може досягати 10%), при цьому зростання швидкодії релейних пристроїв неминуче підвищує похибку в їх роботі;
• сприяє трансляції спотворень мережевої синусоїди на вихід пристрою.

Релейная топологія зберігає і ряд мінусів властивих електромеханічним виробам:

• робота стабілізатор не безшумна - спрацьовування супроводжується звуковим ефектом подібним клацання;
• реле схильні до механічного зносу, в меншій мірі ніж елементи сервоприводу, але тенденція до погіршення якості роботи зі збільшенням терміну експлуатації зберігається.

Застосування. Релейні стабілізатори підходять для захисту малопотужних приладів в мережах, що характеризуються невеликими коливаннями напруги. Перераховані вище недоліки говорять про недостатній відповідно приладів цієї групи вимогам щодо захисту сучасної електроніки, чутливої ​​до найменших відхилень напруги живлення.

тиристорні стабілізатори

Пристрій і принцип роботи. Дані пристрої можна розглядати як результат розвитку і вдосконалення дискретного принципу стабілізації. Їх конструкція і принцип роботи схожі з апаратами релейного топології. Головна відмінність полягає в тому, що перемикання обмоток автотрансформатора виконують не реле, а напівпровідникові силові ключі - тиристори, що збільшують точність стабілізації і роблять роботу пристрою практично безшумною.

Переваги. Виконавчі блоки на базі напівпровідникових елементів не мають механічних деталей і забезпечують мінімальний час реакції на зміну вхідної напруги (проте деяка затримка все-таки зберігається). Крім безшумної роботи, швидкодії і збільшеною (щодо релейних моделей) точності стабілізації тиристорні стабілізатори мають такі переваги:

• довговічність і надійність - напівпровідникові компоненти не схильні до механічного зносу і мають великий робочий ресурс;
• широкий діапазон напруги - можлива робота з більшістю граничних відхилень;
• відсутність генерації електромагнітних завад при роботі;
• стійкість до низьких і високих температур навколишнього середовища;
• скромні габарити і невелика вага;
• високий ККД - відсутність обмоток, реле і рухомих елементів знижує рівень власного енергоспоживання.

Недоліки. Застосування тиристорних ключів не здатне повністю виключити основний недолік дискретного принципу роботи - ступінчасті перепади напруги. Вони неминуче виникають при перемиканні трансформаторних обмоток і знижують точність стабілізації, підвищення якої, як і в релейних моделях, негативно впливає на швидкодію пристрою. Навіть найсучасніші стабілізатори на напівпровідникових елементах не гарантують безразривное електроживлення і сигнал ідеальної синусоїдальної форми. Певні проблеми можуть виникнути, наприклад, при роботі з професійним аудіо-відео обладнанням - перешкоди створюються при ступінчастому перемиканні негативно позначаться на якості картинки і звуку. Ще один мінус тиристорних стабілізаторів - чутливість до перевантажень, які можуть привести до виходу з ладу електронних ключів і дорогого ремонту.

Сімісторні стабілізатори

Оскільки сімістори є одним з типів тиристорів, то і принцип роботи стабілізаторів на їх базі істотно не розрізняються. Різниця полягає в тому, що на відміну від тиристорів, сімістори здатні пропускати струм в обох напрямках, тому немає необхідності в паралельно-зустрічному підключенні двох тиристорів. Також при підключенні індуктивного навантаження сімістори більш уразливі для стрибків напруги, ніж тиристори, і вимагають додаткового захисту. Хоча цей недолік компенсується тим, що в симісторних пристроях застосовується більш проста електронна схема.

В цілому ж сімісторних стабілізатори володіють тими ж перевагами, що і тиристорні:

• низький рівень шуму при роботі;
• швидке реагування на мережеві зміни, швидкість становить 10-20 мс;
• високий рівень ККД, що досягає 98%, що виділяє їх серед конкурентів старіших поколінь;
• стійкість до перевантажень - наприклад, тиристорні стабілізатори здатні пропрацювати до 12 годин при перевантаженні в 20%;
• довговічність приладу при роботі на знос, але в той же час дорогий ремонт в разі виходу з ладу одного з компонентів;
• здатність витримувати температурні перепади, але вразливість для підвищених рівнів вологості.

Також пристрої не позбавлені деяких недоліків:

• низька точність регулювання, обумовлена ​​ступінчастою стабілізацією;
• більш габаритна конструкція, в порівнянні з тиристорн стабілізаторами;
• висока вартість в порівнянні з релейними моделями.

Підводячи підсумок по тиристорним і сімісторний моделям слід уточнити, що за параметрами вони не набагато перевершують релейні стабілізатори, хоча їх вартість вище і в разі виникнення несправності заміна електронних компонентів обійдеться дорожче. Проте, такі прилади користуються попитом і в домашніх умовах, і на дачі, оскільки невибагливі до навколишнього середовища і в той же час не створюють шуму. Однак вкрай не рекомендується підключати високоточне обладнання до тиристорних / сімісторних стабілізаторів.

інверторні стабілізатори

Це найбільш «молодий» вид стабілізаторів - серійне виробництво розпочато в кінці 2000-х років. Інноваційна конструкція і характеристики, недоступні для моделей інших топологій, роблять дані пристрої проривом в стабілізації електричної енергії.

Пристрій і принцип роботи. Принцип дії даних пристроїв схожий з on-line ДБЖ і побудований на базі прогресивної технології подвійного перетворення енергії. Спочатку випрямляч перетворює вхідна змінна напруга в постійне, яке потім накопичується в проміжних конденсаторах і подається на інвертор, що здійснює зворотне перетворення в змінне стабілізовану вихідна напруга. Інверторні стабілізатори кардинально відрізняються від релейних, тиристорних і електромеханічних за внутрішньою будовою. Зокрема, в них відсутня автотрансформатор і будь-які рухомі елементи, в тому числі і реле. Відповідно, стабілізатори подвійного перетворення позбавлені недоліків, властивих трансформаторних моделям.

Переваги. Алгоритм роботи цієї групи пристроїв виключає трансляцію будь-якого зовнішнього впливу, що обурює на вихід, що забезпечує повний захист від більшості проблем електропостачання і гарантує харчування навантаження напругою ідеальної синусоїдальної форми зі значенням максимально наближеним до номінального (точність ± 2%). Крім того, инверторная топологія усуває всі недоліки характерні іншим принципам стабілізації електричної енергії і забезпечує моделям, реалізованим на її базі, унікальне швидкодію - стабілізатор реагує на зміну вхідного сигналу миттєво, без затримок у часі (0 мс)!

Інші важливі переваги інверторних стабілізаторів:

• максимально широкі межі робочого напруги - від 90 до 310 В, при цьому ідеальна синусоїдальна форма вихідного сигналу зберігається у всьому зазначеному діапазоні;
• безперервне безступінчасте регулювання напруги - виключає ряд неприємних ефектів, пов'язаних з перемиканням порогів стабілізації в електронних (релейних і напівпровідникових) моделях;
• відсутність автотрансформатора і рухливих механічних контактів - підвищує ресурс роботи і знижує масу вироби;
• наявність вхідного і вихідного фільтрів високих частот - ефективно пригнічують виникають перешкоди (присутні не у всіх моделях, характерні зокрема для продукції ГК «Штиль» - провідного виробника інверторних стабілізаторів).

Виникає закономірне питання - чи є недоліки у інверторних пристроїв? Єдиним і в той же час спірним недоліком є ​​більш висока ціна. Але з огляду на технічні вимоги сучасної побутової техніки та одночасно зберігається тенденцію перепадів напруги, інверторні стабілізатори сьогодні є найбільш економічно виправданим варіантом для постійного користування як в приватних будинках і заміських котеджах, так і на промислових об'єктах. Вони гарантують стійке, коректне функціонування дорогої побутової техніки і чутливих електронних пристроїв при будь-якій якості живильної електромережі.

Детальніше на цю тему читайте нижче:

Інверторні стабілізатори напруги «Штиль». Модельний ряд.

Технічні переваги інверторних стабілізаторів «Штиль»