Стабилизаторы переменного напряжения

Что такое стабилизатор переменного напряжения?

Стабилизатор переменного напряжения – это преобразующее устройство, главным назначением которого является защита электроприборов (например, холодильника, телевизора, стиральной, машинки, сплит-системы) от воздействий колебаний и скачков напряжения в питающей сети, способных привести их к поломке и выходу из строя.

Первые стабилизаторы появились в середине прошлого века. Это были устройства электромагнитного типа, работа которых основана на явлении электромагнитной индукции – возникновении электрического тока в замкнутом контуре автотрансформатора. Они не отличались высокими значениями таких показателей эффективности работы как точность стабилизации напряжения, скорость реагирования на его изменение в сети, КПД, перегрузочная способность. К тому же, даже маломощные устройства тех времен были громоздкими и тяжёлыми.

Во многих современных автоматических регуляторах напряжения (AVR – Automatic Voltage Regulator) в качестве устройства преобразования до сих пор применяется автотрансформатор. В наиболее продвинутых инверторных устройствах нового поколения используется технология двойного, бестрансформаторного преобразования электроэнергии.

В зависимости от типа напряжения питающей сети, на которую рассчитаны стабилизаторы, существуют однофазные, трехфазные и устройства, имеющие конфигурацию 3:1 («три в один»). Первые применяются только для стабилизации питания однофазных электроприборов. Трехфазные стабилизаторы предназначены для работы в трехфазных сетях для питания оборудования, рассчитанного на 380 В, но при пофазном распределении нагрузки могут быть использованы и для питания однофазных электроприборов.

Отличительной особенностью устройств конфигурации 3:1 является возможность работы в цепях с разным типом напряжения: входное напряжение трехфазное, а на выходе стабилизатора – однофазное. Их применение предпочтительно для подключения однофазных нагрузок большой мощности – это обеспечит равномерность распределения токов потребления по всем трем фазам, исключив возможность возникновения перекоса фаз.

По принципу построения защиты стабилизаторы переменного напряжения могут быть локального типа (для индивидуального подключения отдельных электроприборов) и магистрального типа, рассчитанные на подключение всей имеющейся нагрузки в помещении. Первые – это, как правило, устройства небольшой мощности для установки по месту расположения электроприбора, подключение к входной сети и нагрузке которых выполняется при помощи штепсельных соединений (вилка-розетка). В более мощных магистральных стабилизаторах (обычно, это устройства мощностью свыше 4000 ВА) для подключения предусматривается клеммная колодка.

Какие типы стабилизаторов напряжения подходят для частного дома?

В настоящее время большинство представленных на рынке бытовых стабилизаторов можно разделить на четыре категории в зависимости от принципа их действия:

электромеханические;
релейные;
полупроводниковые (симисторные и тиристорные);
инверторные.

Тип стабилизатора	Описание принципа работы
Электромеханические	Устройства этого типа имеют специальный подвижный контакт. Если входное напряжение не соответствует норме, то он перемещается по обмотке автотрансформатора и изменяет количество включенных в работу витков до числа, обеспечивающего коэффициент трансформации, при котором входное отклонение будет нейтрализовано.
Релейные и полупроводниковые	Устройства этих типов иногда называют ступенчатыми или дискретными стабилизаторами. В процессе их работы напряжение регулируется не плавно, а скачкообразно – с резким переходом от отклоненного значения к номинальному значению. В данных стабилизаторах, как и в электромеханических, важную роль играет автотрансформатор – при некачественном входном напряжении его обмотки коммутируются так, чтобы их выходное напряжение имело характеристики максимально приближенные к номинальным.
Инверторные	Устройства четвертой категории построены на основе прогрессивной технологии двойного-бестрансформаторного преобразования энергии. Такие приборы дважды меняют вид приходящего из сети напряжения: сначала превращают переменное входное в промежуточное постоянное, затем из промежуточного постоянного генерируют выходное переменное, освобожденное от сетевых искажений и колебаний.

Что касается устройств из вышеназванных категорий, то электромеханические и релейные модели имеют серьезные недостатки: невысокую скорость срабатывания (для первых) и низкую точность стабилизации (для вторых). В условиях частых и сильных сетевых колебаний и то и другое не позволит обеспечить защиту приемлемого уровня. Поэтому велика вероятность того, что электромеханические и релейные приборы окажутся просто бесполезны при характерных для частного сектора проблемах электроснабжения.

В полупроводниковых моделях недостатки, свойственные электромеханическим и релейным устройствам, сведены к минимуму, а в инверторных – вообще исключены. Изделия именно этих двух категорий следует рассматривать как первоочередное средство для повышения качества электрической энергии в частном доме.

Назначение и функции стабилизаторов сетевого напряжения

Любое электрическое устройство, бытовой электроприбор или оборудование промышленного назначения, рассчитаны на подключение к сети переменного тока со стандартным (номинальным) значением напряжения. Эффективность и безопасность эксплуатации устройства гарантируется производителем при условии его работы в заявленном диапазоне рабочего напряжения.

Многим читателям, наверняка, приходилось сталкиваться с низким качеством электропитания: повышенным или пониженным значением напряжения питающей сети, его нестабильностью, а также искаженной формой сигнала и наличием импульсных (коммутационных) и высокочастотных помех. Это обусловлено ненадлежащим техническим состоянием сетей, их износом или несоответствием мощности устаревшего на сегодня оборудования систем электроснабжения фактическим объемам потребления электроэнергии. К сожалению, отклонения напряжения от нормы, нестабильность его значения – нередкие явления не только в сельских или дачных, но и в городских электрических сетях.

Эксплуатация бытовых электроприборов или промышленного электрооборудования в сетях с низким качеством электроэнергии может привести не только к их поломкам с последующим дорогостоящим ремонтом, но и к полному выходу из строя.

Эффективным решением организации качественного электропитания нагрузки в быту и на производстве является применение стабилизаторов напряжения. Основным назначением этих устройств является коррекция и постоянное поддержание требуемого уровня напряжения на выходе как при изменении его значения в питающей электросети, так и при возможном изменении тока нагрузки.

Многие современные стабилизаторы переменного напряжения также имеют ряд дополнительных функций:

коррекция формы сигнала напряжения на выходе;
защита от перегрева и коротких замыканий в цепи питания нагрузки;
защитное отключение устройства при недопустимых значениях напряжения входа (требуемый порог по верхней и нижней границе может быть задана пользователем самостоятельно);
подавление ВЧ- и импульсных помех выходным фильтром;
возможность задать требуемые значения выходного напряжения, отличные от стандартных;
возможность реализации мониторинга параметров и дистанционного управления стабилизатором.

Необходимо также отметить, что коррекция и стабилизация электропитания могут быть востребованы не только в случаях серьезных отклонений напряжения от нормы или при недопустимых колебаниях его значений. В соответствии с действующим в РФ ГОСТом 13109-97, определяющим качество электроэнергии, допустимые отклонения нормального напряжения в сети составляют ±10% от номинального значения. Таким образом, фазное напряжение в диапазоне 198–242 В, согласно данному стандарту, считается нормальным.

Действительно, такое напряжение обеспечит нормальную работу большинства электроприборов. Однако, для питания чувствительной к напряжению техники во избежание сбоев и ошибок в работе рекомендуется использование стабилизаторов. Так, например, для питания современных газовых котлов с электронным управлением установка стабилизатора сетевого напряжения точно не будет лишней. То же самое можно сказать относительно чувствительных к питанию электроприборов, изготовленных в странах с более жесткими требованиями стандартов качества электроэнергии.

Основные типы стабилизаторов переменного напряжения

В зависимости от принципа работы существуют следующие типы стабилизаторов:

феррорезонансные;
электромеханические (сервоприводные);
релейные;
электронные (полупроводниковые);
инверторные.

Далее кратко рассмотрены их основные отличия. Для получения более детальной информации рекомендуем ознакомиться со статьей о видах стабилизаторов напряжения.

Феррорезонансные

В основе преобразование напряжения лежит явление электромагнитного феррорезонанса – магнитного насыщения ферромагнитных сердечников дросселей. Благодаря статичности и простоте своей конструкции эти устройства отличаются высокими показателями безотказности и долговечности эксплуатации.

Небольшое их распространение в применении в наше время обусловлено такими недостатками как низкий КПД, модифицированность синусоиды на выходе, шум в работе, довольно узкий диапазон рабочих напряжений сети.

Электромеханические

Альтернативное название – сервоприводные, так как в их устройстве имеется сервопривод, обеспечивающий перемещение токосъемных щеток, снимающих вторичное напряжения с витков обмотки автотрансформатора. Наличие вращающихся и движущихся деталей в стабилизаторах представляет определенную уязвимость их конструкции: эксплуатация связана с частым износом деталей, расходных материалов и необходимостью регулярного технического обслуживания.

Имея неплохие технические характеристики и находясь в нижней ценовой категории, устройства востребованы как бюджетное решение задач защиты нетребовательного к питанию оборудования.

Релейные

По принципу преобразования напряжения могут быть отнесены к аналогам сервоприводных устройств. Разница между ними заключается в способе передачи вторичного напряжения с автотрансформатора. Коммутация осуществляется не токосъемными щетками с витков трансформатора, а силовыми реле, установленными на отпайках его обмотки.

Как и электромеханические, релейные устройства относятся к бюджетной категории стабилизаторов. Выигрывая в быстродействии и имея большую износостойкость, они уступают сервоприводным в точности и плавности коррекции напряжения.

Электронные

Отличаются от релейных полным отсутствием механических деталей. Коммутация выходного напряжения осуществляется полупроводниковыми силовыми ключами – тиристорами или симисторами. Главным преимуществом этих более совершенных устройств является высокое быстродействие. К сожалению, ступенчатость коррекции существенно снижает точность стабилизации напряжения.

Виды стабилизаторов

В основе всех стабилизаторов лежит использование трансформаторных катушек.
Работают стабилизаторы на основе различных физических принципов.

В зависимости от принципа функционирования стабилизаторы делят на несколько разновидностей:

Феррорезонансные. Используют для работы явление феррорезонанса, возникающее в электроцепях. При самопроизвольном возникновении приводит к повреждению техники. Однако если феррорезонанс спровоцирован целенаправленно и контролируется дополнительными узлами оборудования, с его помощью можно стабилизировать напряжение.
Ферромагнитные. Преобразование электрического тока в этой разновидности устройств происходит под действием электромагнитного поля, возникающего в катушках с ферритовыми сердечниками.
Вольтодобавочный. Малогабаритный стабилизатор, в основу работы которого положены свойства индукционной катушки. Подходит для незначительного изменения напряжения, но не годиться для запитывания нескольких электроприборов одновременно.

В зависимости от типа блока управления стабилизаторы бывают трёх видов.

Релейные. Подача напряжения на обмотку трансформатора осуществляется с помощью имеющегося в конструкции реле.
Электронные. Подачей тока в данном случае управляет «умный» электронный блок.
Электромеханические. Регуляция подачи тока осуществляется путем подвижного щеточного контакта, движущегося по обмотке трансформатора.

В зависимости от области применения стабилизаторы делят на:

Промышленные – способны запитать сразу большое количество электроприборов, выдерживают серьезные скачки напряжения в сети.

Бытовые – больше подходят для домашнего использования и значительно уступают в возможностям промышленным.

Мнение эксперта

Торсунов Павел Максимович

Для дома можно приобрести и промышленный стабилизатор. Это актуально, если вам нужно запитать сразу несколько требовательных к электричеству устройств (например, две и более сплит-систем, холодильное оборудование). Мощности промышленного прибора вполне для этого хватит. А вот бытовых девайсов понадобиться два или даже три, что, в конечном счете, обойдется дороже.