Расчет стабилизатора напряжения и выбор элементов схемы

Алгоритм расчёта мощности стабилизатора

При подборе необходимой модели стабилизатора напряжения его неправильно рассчитанная мощность может привести к следующим последствиям:

• стабилизатор с выходной мощностью, меньшей, чем требуется, будет постоянно отключаться или вообще не запустится, а возможно и выйдет из строя;
• приобретение устройства с мощностью, намного превышающей требуемое значение, будет бесполезной тратой средств. Прибор в процессе работы будет недозагружен, что снизит его КПД.

Для определения актуальной мощности стабилизатора и правильного выбора подходящей модели рекомендуем придерживаться алгоритма, состоящего из трёх действий:

1. Выяснить мощность нагрузки.
2. Прибавить запас к значению мощности, потребляемой нагрузкой.
3. Подобрать по итоговой величине подходящую модель стабилизатора.

Разберём три указанных пункта и проанализируем наиболее распространённые ошибки, сопутствующие каждому из них.

Подкатегории стабилизаторов

Существуют различные типы стабилизирующих устройств с разным типом работы. Рассмотрим основные из таких стабилизаторов, для облегчения выбора в торговой сети.

Релейные

При повышенной скорости регулирования, сильных скачках напряжения, за небольшой промежуток несколько раз, стабилизаторы работают с малой точностью, при работе способны издавать щелчки. Это работает реле, переключает ступени трансформатора.

Тиристорные

Такие устройства еще называют симисторными. Они относятся к электронным приборам. Их повышенная точность и скорость регулирования напряжения питания, бесшумность работы привлекает покупателей при приобретении.

Из недостатков можно отметить различные микросекундные провалы при переключении. Однако, даже имею повышенную стоимость, для домашнего использования они вполне подходят. Чаще всего на такие приборы заводы изготовители дают расширенную длительную гарантию.

Электромеханические

К таким типам приборов относятся: сервоприводные, роликовые, щеточные, и электродинамические устройства. Они обладают повышенной точностью регулирования, не имеют шума при работе, постепенного изменения напряжения при входных колебаниях питания.

Одним из недостатков является быстрый износ узла щеток из-за повышенного искрообразования при значительной нагрузке. Стабилизаторы напряжения электродинамического вида, роликовые фирмы Ortea не имеют таких недостатков. Они являются оптимальным выбором для частного дома.

Выясняем мощность подключенной к стабилизатору нагрузки

Мощность нагрузки равняется сумме мощностей всех подключённых к стабилизатору устройств. Перед расчетом суммарного значения мощности необходимо выяснить энергопотребление каждого из потребителей. Это сделать очень просто: мощность электроприборов обычно указывается в технической документации и дублируется на заводской табличке, прикреплённой к изделию.

Несмотря на видимую простоту действия, на данном этапе можно совершить несколько серьёзных ошибок, которые повлекут за собой выбор стабилизатора, не подходящего под ваши задачи.

Особое внимание стоит обратить на оборудование, для которого указывается несколько мощностей: насосы, обогревательная, звуковая, климатическая техника и т.д. Важно различать мощность электрическую и мощность, выдаваемую изделием при выполнении своих прямых задач, например, тепловую – для нагревательных котлов, охлаждения – для кондиционеров, звуковую – для аудиосистем.

Обратите внимание!

При выборе стабилизатора следует опираться исключительно на величину мощности, потребляемой нагрузкой от электросети! В паспорте электроприбора данный параметр может быть назван: «потребляемая мощность», «присоединительная мощность», «электрическая мощность» и т.п. Всё перечисленное является отражением одной величины – активной мощности, которая измеряется в Ваттах (Вт или W).

Обратите внимание!

Производители стабилизаторов обычно выстраивают модельный ряд своих стабилизаторов на основе другой величины – полной мощности, которая измеряется в Вольт-Амперах (ВА или VA). Важно понимать, что Ватты и Вольт-Амперы не одно и то же, и соответственно 1000 Вт не равны 1000 ВА!

У электроприборов, конструкция которых содержит ёмкостные компоненты или электродвигатели, активная и полная мощности могут существенно различаться. Поэтому приобретение рассчитанного на 1000 ВА стабилизатора при нагрузке в 1000 Вт может стать неверным решением – прибор окажется перегружен со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Во избежание данной ошибки, следует перевести Ватты в Вольт-Амперы и проанализировать не только активную, но и полную мощность нагрузки. Перевод из Ватт в Вольт-Амперы осуществляется делением значения в Ваттах на специальный параметр – коэффициент мощности или cos(φ): ВА=Вт/cos(φ).

Сos(φ) отражает зависимость активной мощности устройства от полной. Чем ближе величина cos(φ) к единице, тем меньше энергии рассеивается в виде электромагнитного излучения и тем больше преобразуется в полезную работу.

Численное значение cos(φ) обычно (но не всегда) указанно в технической документации прибора, потребляющего переменный ток (может обозначаться как «cos(φ)», «Power Factor» или «PF»). Если производитель не предоставил информацию о коэффициенте мощности своего изделия, то для бытовой техники допустимо принять cos(φ) в пределах 0,7-0,8, кроме устройств, преобразующих электроэнергию в свет и тепло (лампы накаливания, электрочайники, утюги и т.д.), для них интервал значений коэффициента мощности – 0,9-1.

Современная техника, в первую очередь компьютеры, часто оснащается блоком питания с коррекцией коэффициента мощности, которая приближает данный параметр к единице – 0,95-0,99. Если уверенности в наличии такой функции (обозначается «PFC» или «ККМ») нет, то для cos(φ) рекомендуется применить значение из указанного в предыдущем абзаце типового диапазона.

Полную мощность нагрузки следует рассчитывать с использованием только значения коэффициента мощности оборудования, соответствующего этой нагрузке, а не с использованием значения входного коэффициента мощности стабилизатора!

Обратите внимание!

Устройства, имеющие в своей конструкции электродвигатель, отличаются высокими пусковыми токами. К этой категории относятся: насосы, стиральные и посудомоечные машины, холодильники, кондиционеры, станки и компрессоры. Величина потребляемой из электросети энергии, в момент включения любого из названых приборов, может в несколько раз превысить величину, характерную для номинального режима работы.

Производители указанной техники иногда приводят максимальное энергопотребление непосредственно в характеристиках каждой модели, а иногда наоборот – дают только номинальное значение мощности, стараясь не привлекать внимание к неминуемым скачкам тока. Рекомендуем внимательно изучить сопутствующую любому оборудованию документацию и поискать информацию о фактической мощности, потребляемой устройством при пуске и в различных режимах работы. Мощность нагрузки определяется с использованием наибольшего из приведённых для каждого устройства значений!

Помимо механизмов с электродвигателями, высокие пусковые токи характерны и осветительным приборам. Причем не только с галогенными лампами и лампами накаливания, но и с популярным в последнее время светодиодными. Светодиоды не имеют пусковых токов, но большинство светильников, реализованных на их базе, снабжены конденсаторами, включение которых вызывает резкое увеличение потребляемого тока.

При выборе стабилизатора для защиты крупной светотехнической системы следует учесть, что значение мощности, возникающее при запуске такой системы, может многократно превышать номинальное.

Виды стабилизаторов напряжения

Еще один немаловажный момент выбора — это тип стабилизатора, в зависимости от принципа выравнивания напряжения. Очень подробно какие типы стабилизаторов бывают, все плюсы и недостатки, видео сравнения их работы, можно ознакомиться в статье Виды стабилизаторов напряжения.

• релейные

• тиристорные-симисторные
• сервоприводные

• инверторные

Самыми распространенными моделями на данный момент являются релейные и тиристорные (или симисторные). Релейные — из-за своей дешевизны, тиристорные — из-за качества выравнивания напряжения и малошумности в работе.

Менее распространены сервоприводные, в основном это китайские модели. Срок их службы оставляет желать лучшего — до 5 лет.

Ну а инверторные по причине дороговизны редко встречаются в широком ассортименте, хотя и обладают лучшими качествами среди всех остальных моделей. Еще их один минус — они предназначены в основном для малых нагрузок.

При выборе симисторных обращайте внимание на количество ступеней регулирования. Чем их больше, тем плавнее происходит выравнивание напряжения.

Большинство имеют 12 ступеней — брать меньше не желательно, так как сильно будет заметно мигание лампочек освещения при переключениях.

А еще чем меньше ступеней, тем больше погрешность на выходе. У стабилизаторов имеющих 9 ступеней выравнивания, погрешность доходит до 15 Вольт.

• 9 ступеней — погрешность 15В
• 12 ступеней — погрешность 10-12В
• 16 ступеней — погрешность 6В
• 36 ступеней — погрешность 3В

Подороже модели обладают 16 и 32 ступенями. Обычно их в наличии не найти, только под заказ. Но они лучше подходят для защиты дорогой электронной техники.

Вот таблица некоторых популярных марок стабилизаторов часто встречающихся в наших магазинах и их цены:

Просмотреть текущие цены на сегодняшний день и подобрать нужную вам модель можно здесь.

Далее можете ознакомиться с видеообзором на каждую из марок представленных в таблице:

Прибавляем запас по мощности

Правильно выбранный стабилизатор должен иметь выходную мощность, превышающую мощность, необходимую для электропитания нагрузки. Разница между мощностью стабилизатора и фактическим энергопотреблением нагрузки называется запасом мощности.

Рекомендуемый запас составляет 30% от величины энергопотребления нагрузки. Данное значение позволит:

• подключить к устройству в процессе эксплуатации дополнительные приборы, мощность которых не учитывалась при изначальном расчёте нагрузки;
• избежать перегрузки в случае сильного падения напряжения в электросети.

Дадим разъяснение по второму пункту. Дело в том, что мощность стабилизатора при выходе питающего напряжения из определённых пределов (рабочего диапазона) уменьшается. В частности, при 135 В в сети, стабилизатор вместо заявленных 500 ВА выдаст только 400 ВА и, соответственно, не сможет запитать предельную к его номиналу нагрузку.

Для некоторого оборудования рекомендуется заложить запас мощности свыше 30%. Это, например, кондиционеры или IT-техника. В первом случае, данное решение объясняйся ростом потребляемой кондиционером мощности в процессе эксплуатации устройства (вызвано неизбежным загрязнением фильтрующей сетки). Во втором случае – тенденцией к постоянному увеличению мощностей телекоммуникационного оборудования.

Расчет стабилизатора

Для получения более постоянного напряжения на нагрузке при изменении потребляемого тока к выходу выпрямителя подключают стабилизатор, который может быть выполнен по схеме, приведенной на рис. 1. В таком устройстве работают стабилитрон V5

и регулирующий транзистор
V6
. Расчет позволит выбрать все элементы стабилизатора, исходя из заданного выходного напряжения
Uн
и максимального тока нагрузки
Iн
. Однако оба эти параметра не должны превышать параметры уже рассчитанного выпрямителя. А если это условие нарушается, тогда сначала рассчитывают стабилизатор, а затем — выпрямитель и трансформатор питания. Расчет стабилизатора ведут в следующем порядке.

1. Определяют необходимое для работы стабилизатора входное напряжение (Uвып)

при заданном выходном
(Uн)
:

Uвып = Uн + 3

,

Здесь цифра 3, характеризующая минимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора, взята в расчете на использование как кремниевых, так и германиевых транзисторов. Если стабилизатор будет подключаться к готовому или уже рассчитанному выпрямителю, в дальнейших расчетах необходимо использовать реальное значение выпрямленного напряжения Uвып

.

2. Рассчитывают максимально рассеиваемую транзистором мощность:

Рmах = 1,3 (Uвып — Uн) Iн

,

3. Выбирают регулирующий транзистор. Его предельно допустимая рассеиваемая мощность должна быть больше значения Рmax

, предельно допустимое напряжение между эмиттером и коллектором — больше
Uвып
, а максимально допустимый ток коллектора — больше
Iн
.

4. Определяют максимальный ток базы регулирующего транзистора:

Iб.макс = Iн / h21Э min

,

где: h21Эmin — минимальный коэффициент передачи тока выбранного (по справочнику) транзистора.

.

5. Подбирают подходящий стабилитрон. Его напряжение стабилизации должно быть равно выходному напряжению стабилизатора, а значение максимального тока стабилизации превышать максимальный ток базы Iб max

.

6. Подсчитывают сопротивление резистора R1

:

R1 = (Uвып — Uст) / (Iб max + Iст min)

,

Здесь R1 — сопротивление резистора R1, Ом; Uст — напряжение стабилизации стабилитрона, В; Iб.max — вычисленное значение максимального тока базы транзистора, мА; Iст.min — минимальный ток стабилизации для данного стабилитрона, указанный в справочнике (обычно 3…5 мА).

.

7. Определяют мощность рассеяния резистора R1

:

PR1 = (Uвып — Uст)2 / R1

,

Может случиться, что маломощный стабилитрон не подойдет по максимальному току стабилизации и придется выбирать стабилитрон значительно большей мощности — такое случается при больших токах потребления и использовании транзистора с малым коэффициентом h21Э

. В таком случае целесообразно ввести в стабилизатор дополнительный транзистор
V7
малой мощности (рис. 2), который позволит снизить максимальный ток нагрузки для стабилитрона (а значит, и ток стабилизации) примерно в
h21Э
раз и применить, соответственно, маломощный стабилитрон.

В приведенных здесь расчетах отсутствует поправка на изменение сетевого напряжения, а также опущены некоторые другие уточнения, усложняющие расчеты. Проще испытать собранный стабилизатор в действии, изменяя его входное напряжение (или сетевое) на ± 10 % и точнее подобрать резистор R1 по наибольшей стабильности выходного напряжения при максимальном токе нагрузки. Источник: shems.h1.ru

Подбираем модель стабилизатора

Для определения подходящей по мощности модели необходимо сверить мощностной ряд предлагаемых производителем стабилизаторов с энергопотреблением нагрузки – ближайшее в большую сторону значение в мощностном ряду и будет необходимой мощностью стабилизатора.

Обратите внимание!

Выбор стабилизатора со значением мощности, ближайшим к энергопотреблению нагрузки в меньшую сторону, либо снизит заложенный ранее запас по мощности, либо в худшем случае приведёт к приобретению стабилизатора с несоответствующими нагрузке выходными параметрами.

Обратите внимание!

Для трехфазного стабилизатора нагрузка на каждую фазу должна составлять не более 1/3 от номинальной. Например, трехфазный стабилизатор с номиналом 6000 ВА запитает трехфазную нагрузку в 4200 ВА (мощность потребляемая от одной фазы составит 1400 ВА), но подключение к отдельной фазе этого стабилизатора нагрузки в 2500 ВА вызовет перегрузку, так как максимально допустимое значение по одной фазе составляет: 6000/3=2000 ВА.

Расчёт параметрического стабилизатора

Для вычислений рабочих параметров применяют следующие формулы:

• с учетом деления напряжения разницу потенциалов на отдельных компонентах определяют следующим образом: Uвх = Uн + I*Rогр = Uн + (Iст + Iн)*Rогр;
• для поддержания стабильного напряжения необходимо поддерживать допустимую силу тока в соответствии с ограничениями по ВАХ (Imin, Imax);
• с учетом отмеченных принципов определяют номинал ограничительного сопротивления: Rогр = (Uвх min – Uст min)/ (In max + Iст min);
• функциональный диапазон схемы параметрического стабилизатора уточняют по допустимому диапазону изменения входного напряжения: ΔUвх = Uвх max – Uвх min = Uст max + ((Iст max + In min) * Rогр – (Ucт min + (In max + I cт min) * Rогр);
• для упрощения можно применить математическое преобразование формулы: ΔUвх = (Uст max – Uст min) + (Iст max – I ст min) * Rогр – (In max – In min) * Rогр;
• с учетом сделанного разделения: ΔUвх = ΔUст +ΔIст * R огр + ΔIn * Rогр;
• если ток в нагрузке не изменяется: ΔUвх = ΔIст * R огр;
• энергетическую эффективность созданного устройства рассчитать можно с учетом потерь: КПД = (Uст*In)/(Uвх * Iвх) = (Uст/Uвх)/(1+Iст/In).

К сведению. Последняя формула объясняет увеличение энергетических затрат при повышении разницы между напряжением на входе и выходе. Аналогичное условие соблюдается при прохождении большего тока через полупроводниковый прибор.

Исходные данные определяют по параметрам источника питания (нагрузки). В соответствии с результатами вычислений подбирают подходящий ограничительный резистор и стабилитрон. Располагать компоненты нужно в соответствии с показанной на рисунке схемой.

Пример подбора стабилизатора по мощности

Стабилизатор приобретается для одновременной защиты трех однофазных потребителей. Не будем акцентировать внимание на конкретном виде устройств, назовем их просто: потребитель 1, потребитель 2 и потребитель 3.

Согласно заводским паспортам:

• номинальная мощность потребителя 1 составляет 600 Вт, потребителя 2 – 130 Вт, потребителя 3 – 700 Вт;
• коэффициент мощности потребителей 1 и 2 равен 0,7, потребителя 3 – 0,95.

Определяем мощность нагрузки. Пусть потребитель 1 относится к категории оборудования, характеризующегося наличием высоких пусковых токов. При расчёте используем не его номинальную мощность, а максимальную – пусковую, равную согласно технической документации 1800 Вт. Используя вышеуказанную формулу, переведём мощность каждого потребителя из Вт в ВА:

• 1800 / 0,7 = 2571,4 ВА – для потребителя 1;
• 130 / 0,7 = 185,7 ВА – для потребителя 2;
• 700 / 0,95 = 736,8 ВА – для потребителя 3.

Теперь определим суммарную потребляемую мощность планируемой нагрузки в Вт и ВА:

• 1800 + 130 + 700 = 2630 Вт;
• 2571,4 + 185,7 + 736,8 = 3493,9 ВА.

Дальнейший выбор стабилизатора будем проводить, учитывая, что полная мощность нагрузки на устройство составит 3493,9 ВА, а активная – 2630 Вт (обратите внимание на разницу значений в Вт и ВА).

Далее определяем запас мощности. Примем рекомендованную величину запаса мощности в 30% от энергопотребления нагрузки – для получения численного значения необходимого запаса умножим на 0,3 ранее рассчитанные суммарные мощности планируемой нагрузки:

• 2630 х 0,3 = 789 Вт – запас активной мощности;
• 34,939 х 0,3 = 1048,17 ВА – запас полной мощности.

Следовательно мощность нагрузки с учётом запаса составит:

• 2630 + 789 = 3419 Вт;
• 3493,9 + 1048,17 = 4542,07 ВА.

Теперь выберем модели однофазного стабилизатора с необходимой мощностью для электропитания нашей нагрузки (с учетом запаса), используя стандартный мощностной ряд однофазных инверторных стабилизаторов производства ГК «Штиль»:

Ближайшая с большей стороны к расчётным значениям мощность – 5000 ВА и 4500 Вт, следовательно, именно такой стабилизатор подходит для подключения потребителя 1, потребителя 2 и потребителя 3.

Предположим, что потребителя 1, потребителя 2 и потребителя 3 необходимо подключить не к однофазному, а к трехфазному стабилизатору. Стандартный мощностной ряд ГК «Штиль» для подобных устройств следующий:

Нагрузку со значением полной мощности в 4542,07 ВА и активной – в 3419 Вт, возможно подключить к одной фазе трехфазного стабилизатора с выходной мощностью 15000 ВА / 13500 Вт, в котором отдельная фаза выдаст максимально – 5000 ВА / 4500 Вт.

Выбрать менее мощную модель стабилизатора позволит распределение нагрузки, то есть подключение каждого потребителя к отдельной фазе. Наибольшая нагрузка будет на фазе, питающей потребитель 1, энергопотребление которого – 1800 Вт / 2571,4 ВА.

Рассчитаем необходимый потребителю 1 запас мощности (примем рекомендованное значение запаса в 30%):

• 1800 х 0,3 = 540 Вт – запас активной мощности;
• 2571,4 х 0,3 = 771,4 ВА – запас полной мощности;
• 1800 + 540 = 2340 Вт – активная мощность потребителя 1 с учётом запаса;
• 2571,4 + 771,4 = 3342,8 ВА – полная мощность потребителя 1 с учётом запаса.

Значит, максимально возможная нагрузка на одну фазу стабилизатора при условии подключения трех потребителей к различным фазам может составить: 3342,8 ВА / 2340 Вт.

Выберем модель стабилизатора с выходной мощностью 10000 ВА / 8000 Вт, в которой допустимая нагрузка на одну фазу приблизительно равна 3333 ВА / 2666 Вт. В данном случае допустимо выбрать стабилизатор с полной мощностью чуть меньшей, чем расчётная – фактически это снизит запас по мощности для потребителя 1 на 1-2%.

Обратите внимание!

Существуют стабилизаторы топологии «3 в 1», то есть с трехфазным входом и однофазным выходом. Подобная схема позволяет равномерно нагрузить трехфазную сеть при подключении однофазной нагрузки.

Подробнее с модельным рядом инверторных стабилизаторов «Штиль» можно ознакомиться, перейдя по ссылке: Cтабилизаторы напряжения «Штиль» инверторного типа.

Простейший стабилизатор постоянного тока

Полупроводниковый прибор, о котором пойдет речь, предназначен для стабилизации тока на требуемом уровне, обладает низкой стоимостью и дает возможность упростить разработку схем многих электронных приборов. Попытаюсь немного восполнить недостаток информации о простых схемотехнических решениях стабилизаторов постоянного тока.

Немного теории

Идеальный источник тока обладает бесконечно большим ЭДС и бесконечно большим внутренним сопротивлением, что позволяет получить требуемый ток в цепи независящий от сопротивления нагрузки.

Условное графическое обозначение источника тока:

Рассмотрение теоретических допущений о параметрах источника тока помогает понять определение идеального источника тока. Ток, создаваемый идеальным источником тока остается постоянным при изменении сопротивления нагрузки от короткого замыкания до бесконечности. Для поддержания величины тока неизменной значение ЭДС меняется от величины не равной нулю до бесконечности. Свойство источника тока, позволяющее получить стабильное значение тока: при изменении сопротивления нагрузки изменяется ЭДС источника тока таким образом, что значение тока остается постоянным.

Реальные источники тока поддерживают ток на требуемом уровне в ограниченный диапазон напряжения, создаваемого на нагрузке и ограниченном сопротивление нагрузки. Идеальный источник рассматривается, а реальный источник тока может работать при нулевом сопротивлении нагрузки. Режим замыкания выхода источника тока не является исключением или трудно реализуемой функцией источника тока, это один из режимов работы, в который может безболезненно перейти прибор при случайном замыкании выхода и перейти на режим работы с сопротивлением нагрузки более нуля.

Реальный источник тока используется совместно с источником напряжения. Сеть 220 вольт 50 Гц, лабораторный блок питания, аккумулятор, бензиновый генератор, солнечная батарея – источники напряжения, поставляющие электроэнергию потребителю. Последовательно с одним из них включается стабилизатор тока. Выход такого прибора рассматривается как источник тока.

Простейший стабилизатор тока представляет собой двухвыводной компонент, ограничивающий протекающий через него ток величиной и точностью соответствующей данным фирмы изготовителя. Такой полупроводниковый прибор в большинстве случаев имеет корпус, напоминающий диод малой мощности. Благодаря внешнему сходству и наличию всего двух выводов компоненты этого класса часто упоминаются в литературе как диодные стабилизаторы тока. Внутренняя схема не содержит диодов, такое название закрепилось только благодаря внешнему сходству.

Примеры диодных стабилизаторов тока

Диодные стабилизаторы тока выпускаются многими производителями полупроводников.

1N5296 Производители: Microsemi и CDI

Ток стабилизации 0,91мА ± 10% Минимальное напряжение на выводах в режиме стабилизации 1,29 В Максимальное импульсное напряжение 100 В

E-103 Производитель Semitec

Ток стабилизации 10 мА ± 10% Минимальное напряжение на выводах в режиме стабилизации 4,2 В Максимальное импульсное напряжение 50 В

L-2227 Производитель Semitec

Ток стабилизации 25 мА ± 10% Минимальное напряжение на выводах в режиме стабилизации 4 В Максимальное импульсное напряжение 50 В

От теории к практике

Применение диодных стабилизаторов тока упрощает электрические схемы и снижает стоимость приборов. Использование диодных стабилизаторов тока привлекательно не только своей простотой, но и повышением устойчивости работы разрабатываемых приборов. Один полупроводник этого класса в зависимости от типа обеспечивает стабилизацию тока на уровне от 0,22 до 30 миллиампер. Наименования этих полупроводниковых приборов по ГОСТу и схемного обозначения найти не удалось. В схемах статьи пришлось применить обозначение обычного диода.

При включении в цепь питания светодиода диодный стабилизатор обеспечивает требуемый режим и надежную работу. Одна из особенностей диодного стабилизатора тока – работа в диапазоне напряжений от 1,8 до 100 вольт позволяющая защитить светодиод от выхода из строя при воздействии импульсных и длительных изменений напряжения. Яркость и оттенок свечения светодиода зависят от протекающего тока. Один диодный стабилизатор тока может обеспечить режим работы нескольких последовательно включенных светодиодов, как показано на схеме.

Эту схему легко преобразовать в зависимости от светодиодов и напряжения питания. Один или несколько параллельно включенных диодных стабилизаторов тока в цепь светодиодов зададут ток светодиодов, а количество светодиодов зависит от диапазона изменения напряжения питания.

С помощью диодных источников тока можно построить индикаторный или осветительный прибор, предназначенный для питания от постоянного напряжения. Благодаря питанию стабильным током источник света будет иметь постоянную яркость свечения при колебаниях напряжения питания.

Использование резистора в цепи светодиода индикатора напряжения питания двигателя постоянного тока станка сверловки печатных плат приводило к быстрому выходу светодиода из строя. Применение диодного стабилизатора тока позволило получить надежную работу индикатора. Диодные стабилизаторы тока допускается включать параллельно. Требуемый режим питания нагрузок можно получить, меняя тип или включая параллельно требуемое количество этих приборов.

При питании светодиода оптопары через резистор пульсации напряжения питания схемы приводят к колебаниям яркости, накладывающимся на фронт прямоугольного импульса. Применение диодного стабилизатора тока в цепи питания светодиода, входящего в состав оптопары, позволяет снизить искажение цифрового сигнала, передаваемого через оптопару и увеличить надежность канала информации.

Применение диодного стабилизатора тока задающего режим работы стабилитрона позволяет разработать простой источник опорного напряжения. При изменении питающего тока на 10 процентов напряжение на стабилитроне меняется на 0,2 процента, а так как ток стабилен, то величина опорного напряжения стабильна при изменении других факторов.

Влияние пульсаций питающего напряжения на выходное опорное напряжение уменьшается на 100 децибел.

Внутренняя схема

Вольтамперная характеристика помогает понять работу диодного стабилизатора тока. Режим стабилизации начинается при превышении напряжения на выводах прибора около двух вольт. При напряжениях более 100 вольт происходит пробой. Реальный ток стабилизации может отклоняться от номинального тока на величину до десяти процентов. При изменении напряжения от 2 до 100 вольт ток стабилизации меняется на 5 процентов. Диодные стабилизаторы тока, выпускаемые некоторыми производителями, изменяют ток стабилизации при изменении напряжения до 20 процентов. Чем выше ток стабилизации, тем больше отклонение при увеличении напряжения. Параллельное включение пяти приборов, рассчитанных на ток 2 миллиампера, позволяет получить более высокие параметры, чем у одного на 10 миллиампер. Так как уменьшается минимальное напряжение стабилизации тока, то диапазон напряжения в котором работает стабилизатор увеличивается.

Подводим итог

Во избежание ошибок при определении мощности стабилизатора и траты денег на прибор, который в итоге окажется бесполезным, необходимо:

• использовать при расчёте мощности нагрузки значение мощности, потребляемой электроприбором из сети, а не значение мощности, характеризующей полезную работу этого электроприбора;
• использовать при расчёте полной мощности нагрузки коэффициент мощности, соответствующий этой нагрузке, а не входной коэффициент мощности стабилизатора;
• рассчитывать мощность нагрузки с обязательным учётом пусковых токов для всех устройств, характеризующихся их высоким значением;
• при необходимости переводить Вт в ВА и анализировать мощность нагрузки в единицах измерения соответствующих единицам, на основе которых выстроен мощностной ряд стабилизаторов;
• выбирать мощность стабилизатора с учетом необходимого запаса;
• выбирать стабилизатор с номинальной мощностью выше, чем расчётная мощность нагрузки (допустимо лишь небольшое округление нагрузочной мощности в меньшую сторону, при условии наличия предварительно заложенного запаса мощности);
• выбирать трехфазный стабилизатор для однофазной нагрузки, анализируя не только номинальную выходную мощность устройства, но и мощность отдельной фазы.

Внимательность при расчетах и соблюдение всех вышеприведённых правил поможет подобрать модель стабилизатора, отвечающую требованиям вашей нагрузки. В случае возникновения любых сложностей и вопросов рекомендуем проконсультироваться со специалистами!

При расчёте мощности следует упомянуть о таких важных определениях, как «cos φ» и «пусковые токи»

Так что же такое «cos φ»?

Данный показатель отражает отношение активной мощности к полной. В наименовании любой модели стабилизатора напряжения есть цифры, например, ЭНЕРГИЯ Ultra 20000, они показывают мощность в Вольт / Амперах (20000 В/А). Мощность потребления все привыкли измерять в Ваттах, вот тут-то и возникает потребность в использовании значения cosφ. Если стабилизатор в основном работает с нагревательными элементами, электроплита, чайник, нагревательный тэн, источники света (только активная нагрузка), то значение угла cosφ равно 1. Формула перевода: Ватты = В/А х cosφ (1). Рассмотрим на практике устройство Энергия АСН 8000:

8000 ВА х 1 =8 кВт.

Если к стабилизатору в основном подключена техника с электродвигателями, насосами и компрессорами (активно/реактивная нагрузка), то в данном случае cosφ будет равен 0.8 или 0.7. Это зависит от конкретного случая (лучше использовать показатель 0.7). У Энергии HYBRID СНВТ 5000 полная мощность равна 5000 В/А. Чтобы понять сколько может выдать данная модель, необходимо 5000 (В/А) х 0.7 = 3.5 кВт. Если у вас будет подключена техника, как с нагревательными элементами, так и с двигателями, тогда cosφ нужно принимать значением 0,8.

А, что такое пусковые токи?

Если в конструкции техники есть электромотор, насос или компрессор (холодильник, стиральная машина, СВЧ печь, циркуляционный и погружной насос, пылесос), то во время включения такой техники данные приборы потребляют мощность в 3 – 7 раз больше своего номинала. Как только электрический двигатель выйдет на рабочие обороты, его потребляемая мощность будет равна номиналу. Длятся пусковые токи максимум несколько секунд, но пренебрегать ими во время расчёта суммарной мощности техники в помещении нельзя. Например, холодильник потребляет во время работы 300 Вт, а во время запуска в работу компрессора, его мощность увеличивается до 1 кВт. Значит, считать мощность холодильника нужно не по номинальному значению, а с учётом пусковых токов.

Виды установки и крепления

Все стабилизаторы для дома можно отнести или к напольному типу или настенному, существуют и универсальные по способу монтажа приборы, которые, в зависимости от особенностей помещения, в котором они планируются к размещению, могут или навешиваться на стену или монтироваться на полу.

Наиболее рациональным местом расположения можно считать настенное, так как, кроме очевидно более компактного способа его установки, этот вариант практически исключает возможности для его механического повреждения. Сам процесс установки на стену не представляет никакой сложности – для этого следует вкрутить два дюбеля, а на них и закрепить прибор.

Напольное размещение более характерно для трехфазных моделей, отличающихся массивностью и большим весом. Напольные стабилизаторы, как однофазные, так и трехфазные широко используются для регулировки напряжения во всей сети дома, а настенные могут как служить для этой цели, так и предназначаться для обслуживания конкретных электроприборов или их группы.

Среди наиболее популярных моделей следует отметить такие торговые марки как ЗОРД, ШТИЛЬ, ЭНЕРГИЯ, РУСЕЛФ. На рынке широко представлены модели отечественного производства, стран СНГ, много моделей китайского производства, а также европейской сборки. Часто, цена аналогичных моделей разных производителей может сильно колебаться, но главным определяющим фактором должна служить надежность аппарата, для определения которой репутация производителя играет немалую роль.

Также для домашнего использования популярны портативные, компактные приборы, которые предназначены для подключения единичных, самых уязвимых, приборов. На рынке их ассортимент также очень велик и подобрать модель, отвечающую предъявляемым требованиям и по доступной цене не является проблемой.