Гибридные стабилизаторы напряжения принцип работы

О гибридных стабилизаторах без купюр

Ни для кого не секрет, что электрические сети зачастую не в состоянии обеспечить потребителей именно теми параметрами, которые требуются для качественной и бесперебойной работы современного оборудования.

Быстрый рост энергопотребления заметен даже в пределах отдельно взятого частного дома или квартиры. Лет 20 назад такие приборы как бытовой кондиционер, СВЧ–печь, стиральная машина-автомат, только начинали входить в обиход, а посудомоечные машины, джакузи или увлажнители воздуха считались излишеством. Сегодня большинство домов и квартир укомплектованы полным набором техники. Джакузи и мультиварки перестали быть редкостью, а компьюторы, музыкальный центры, телевизоры теперь есть у каждого члена семьи. Стремительно растет ассортимент и возможности бытовой техники. На смену одним моделям приходят другие, более совершенные, более мощные, вытесняя те, что еще полгода назад считались новинкой. Такой прогресс, конечно вдохновляет и вселяет оптимизм. Но было бы совсем хорошо, если бы темпы модернизации электросетей соответствовали бы темпам роста электропотребления.

Покупая новую технику, делая свой быт комфортнее, одновременно с этим можно столкнуться с ситуацией, когда электропроводка в квартире окажется не рассчитанной на подключаемую нагрузку, а распределительные сети будут работать на пределе своих возможностей. Причем, если первую проблему можно решить путем замены устаревшей проводки на новую, то реконструкция или строительство новой подстанции нам самим вряд ли под силу. А между тем – если подстанция оказывается перегруженной, то мы рискуем столкнуться с целым рядом проблем, которые могут серьезно повлиять как на работоспособность техники, а, следовательно, на наш с вами комфорт, а иногда под угрозой может оказаться электробезопасность жилища или другого объекта. Небольшие населенные пункты и дачные поселки наиболее уязвимы. Ведь именно там темпы модернизации коммунального хозяйства весьма низкие и сильно отстают от темпов частного строительства. В итоге современные коттеджи, оборудованные по технологиям XXI века, получают электроэнергию от изношенных подстанций, которые давно выработали свой ресурс. И так по всей стране за исключением, пожалуй, Москвы и еще нескольких мегаполисов.

Что же делать?

У вышеизложенной проблемы несомненно есть решение. При помощи специальных устройств защиты и регулировки можно обеспечить стабильное питание с заданными параметрами для любого объекта, будь то жилой дом, квартира, офис или производственное помещение. И от того, какие именно параметры сети не соответствуют норме, будет зависеть то, какое оборудование нам необходимо.

Самая распространенная проблема – это колебания напряжения в электросетях. При перегрузках уровень сетевого напряжения может падать с 220 до 120 Вольт и ниже. Лампочки накаливания при этом горят тускло, утюг перестает греть, насос перестает качать воду, некоторые электроприборы просто не включаются.

Стабилизатор напряжения – это устройство, которое позволяет стабилизировать напряжение до нормального. Проще говоря, стабилизатор, пропуская через себя повышенное или пониженное напряжение — 130, 150, 200 или 260 вольт, должен выдать напряжение в допустимом диапазоне.

Этот диапазон по Российским стандартам должен быть от 200 до 240 вольт. Для большинства электроприборов, за исключением дорогой профессиональной аудиотехники, некоторого медицинского и лабораторного оборудования, некоторых специальных электронных приборов напряжение в сети от 200 до 240 вольт является нормальным и гарантирует стабильную и безопасную работу.

Вот уже более 10 лет Компания «Энергия» занимается разработкой и внедрением устройств для обеспечения стабильного и качественного электропитания.

Стабилизаторы напряжения торговой марки «Энегрия» занимают прочную позицию на рынке государств СНГ. Инженеры компании постоянно работают над техническим совершенствованием и добавлением новых возможностей в уже имеющиеся модели, а также созданием принципиально и конструктивно новых устройств защиты и стабилизации. Можно привести множество примеров технических инноваций от компании «Энергия.

Сегодня заострим внимание на одной из последних разработок – стабилизаторах напряжения «ЭНЕГРИЯ ГИБРИД»

Для начала вспомним 2 основных принципа работы — сервоприводный и релейный.

Сервоприводный тип стабилизации. Стабилизаторы с таким принципом работы являются самыми точными. Плавная регулировка позволяет добиться того, что погрешность в таких моделях стремится к нулю. А ведь именно высокая точность — один из тех показателей качества, который мы в первую очередь оцениваем.

Релейный принцип стабилизации. К несомненным достоинством этой конструкции можно отнести то, что диапазон работы стабилизатора можно увеличить или уменьшить путем добавления либо удаления ступеней регулировки.

Таким образом используя релейный принцип стабилизации можно приспособить наш стабилизатор к самым критическим условиям в электросетях.

Инженеры компании «Энергия» поставили перед собой задачу совместить описанные выше достоинства в новой модели, которая получила название «ЭНЕРГИЯ HYBRID». Принцип работы этих стабилизаторов — комбинированный. В диапазоне 145-265 вольт сетевого напряжения он работает по сервоприводному принципу с погрешностью, которая не превышает 3%.
Если же сетевое напряжение падает ниже 145 вольт, то стабилизатор Энергия HYBRID не отключается, как сделал бы на его месте чисто сервоприводый, а просто добавляет группу витков во вторичную обмотку трансформатора, выравнивая уровень напряжения и продолжая работать как релейный стабилизатор. Диапазон работы — расширен аж до 100 вольт на входе.

Используя этот комбинированный принцип работы, инженеры компании Энергия добились того, что высокая точность стабилизации и плавность регулировки теперь сочетаются с широким диапазоном работы.

Появление стабилизатоов Энергия HYBRID открывает новую главу в истории устройств защиты и контроля электроцепей.

Возможность использования сразу двух принципов регулировки в одном устройстве можно назвать техническим прорывом, избавившим нас от необходимости выбирать между высокой точностью сервоприводных и расширенным диапазоном релейных стабилизатоов.

Следует также отметить, что новый модельный ряд стабилизаторов Энергия New line сохранил все те особенности, которые выгодно отличают стабилизаторы Энергия от продукции других производителей. Это и повышенный рабочий ресурс и надежность электронных компонентов и наличие всех необходимых средств защиты. Все это — результат высокой культуры производства и непрерывного контроля технологических процессов на всех этапах — от первичной обработки сырья и заканчивая сборкой и тестированием готового изделия.

Обзор серии стабилизаторов «Энергия HYBRID»

Друзья, какие у вас ассоциации возникают со словом «гибрид»? Автомобили, сельхозпродукция? Однако на рынке стабилизаторов тоже существуют гибридные модели. Что это значит, на данный вопрос ответим в нашем обзоре серии Энергия Hybrid.

Обновление уже известной на рынке серии, которое прошло в 2017 г. положительно сказалось не только на начинке и системах контроля, но и на дизайне, он стал современным и где-то даже стильным.

Энергия Hybrid — это сервоприводный и релейный стабилизатор в одном корпусе, т.е. гибрид двух технологий, отсюда и название. Зачем производитель применил такое сочетание?

Сервоприводные стабилизаторы гораздо точнее релейных и более комфортны в домашней эксплуатации. При их работе не наблюдается миганий ламп накаливания, т.к. ползунок-токосъемник перемещается без ступеней по катушке. Однако у релейных шире диапазон входного напряжения. Именно поэтому, эти две системы взаимно дополнили друг друга, сделав работу в широком диапазоне не только точнее, но и комфортнее.

Таблица. Мощность, габариты и вес.

Модель	кВ·А	Габариты (ВхШхГ), мм	Вес, кг
Hybrid-500	0,5	235х240х180	5
Hybrid-1000	1	235х240х180	7
Hybrid-1500	1,5	235х240х180	8
Hybrid-2000	2	280х330х205	11
Hybrid-3000	3	280х330х205	14
Hybrid-5000	5	370х280х220	17
Hybrid-8000	8	415×350х225	26
Hybrid-10000	10	415×350х225	29

Общие характеристики

Диапазон / Точность 105-280 В / 3%
Допускаемая кратковременная перегрузка 130%
Время реакции 20 мс
Выходное напряжение 220 В
Частота переменного тока 50,60 Гц
Число фаз 1
Тип гибридный

Изменения в дизайне и наименовании

Новый корпус дает возможность размещать прибор на полу (полке) или вешать на стену. Дизайн изменен кардинально, теперь это не архаичный лабораторно-промышленный стиль, а современный взгляд на технику, ведь у части пользователей стабилизатор может быть на виду.

Вес также уменьшился, если сравнить 10 кВт модели (на фото), то новая стала легче на 1,5 кг (29 против 30,5 ранее).

Изменилось и наименование. Оно стало короче, например Энергия Hybrid-10000 соответствует предыдущему варианту Энергия Hybrid СНВТ-10000/1.

Как выглядит процесс работы?

В диапазоне сетевого напряжения от 135 до 275 вольт работает сервоприводный механизм. Если входное напряжение снижается ниже предела в 135 вольт, то стабилизатор переходит в релейный режим работы и вплоть до 105 вольт обеспечивает потребителям на выходе стабильные 220 В (с учетом допустимой погрешности).

Теперь о погрешности

Как и любой стабилизатор, сервоприводный также имеет свою погрешность. Сервоприводный механизм серии Энергия HYBRID имеет погрешность 3%, ее кстати, можно изменить увеличив до 5%. Это положительно скажется на ресурсе, но изменить данную настройку может только сервисный центр. Эксклюзивное новшество от инженеров «Энергия», которое, в принципе, простому владельцу ни к чему. Хоть для домашней, хоть для производственной эксплуатации достаточно заводских настроек точности. Это скорее дополнительная забота производителя, зачтем ее в дополнительный плюс.

В релейном режиме погрешность увеличивается и составляет 10%, что нормально для домашнего и производственного применения. Но для медицинского или сверхчувствительного оборудования нужна точность повыше, хотя для этого предусмотрена совершенно другая линейка.

Скорее всего, большую часть работы ваш стабилизатор проведет именно в сервоприводном режиме (135 — 275 В). Поэтому, три процента являются очень хорошим результатом и записывают линейку Энергия HYBRID в средне-высокоточные приборы.

Защита

*Кроме Hybrid-2000 и Hybrid-3000.

Допускаемая кратковременная перегрузка в течение 10 минут — 130%, далее следует защитное отключение. Это хороший результат и он дополнительно усилен всем возможным набором защитного функционала.

Надежность

О надежности нужно сказать отдельно. В серии Энергия HYBRID применен принципиально новый блок питания платы управления. Отныне питание схем контроля и управления самого стабилизатора не зависит от качества входного напряжения. Что это значит?

Даже если на вход подаётся всего 140 вольт с модифицированной синусоидой, блок контроля в стабилизаторе будет работать точно так же, как если бы на него подавали 220 вольт с идеальной синусоидой. Это очень важное нововведение, т.к. питающее напряжение сервомотора и других принципиальных модулей перестало зависеть от колебаний в сети.

Теперь обработка всех скачков, помех и искажений тока происходит всегда одинаково, что благоприятно сказалось на надежности, скорости реагирования и обеспечило стабильный крутящий момент электродвигателя.

Второе нововведение. В отличие от обычных, более дешевых электромеханических аналогов, конструкция токосъемного узла в данной серии выполнена по двойной симметричной схеме. Использование двух токосъемных элементов позволяет не только существенно увеличить скорость регулировки напряжения, но и снизить нагрузку на каждый из них, что, бесспорно, продлит срок службы токосъемников и самого прибора стабэксперт.ру.

Кроме этого, стабилизатор обладает двойной системой контроля напряжения, контролирующей значения, как на входе, так и на выходе стабилизатора. Эта функция, присущая, обычно, лишь дорогим профессиональным моделям, существенно выделяет серию Hybrid на фоне аналогов.

В моделях Hybrid-2000. 10000 предусмотрен режим «Байпас» для обхода сети. В младших вариациях его нет, но есть розетки (по одной) на 110 вольт для «американских» приборов.

Элементы на корпусе

Познакомимся с внешним видом младших из семейства линейки, это Hybrid-500/1000/1500.

На фото: [ 1 ] — Сетевой выключатель. [ 2 ] — Кнопка «Индикация напряжения» (отображение входного/выходного напряжения, В). [ 3 ] — Кнопка «Задержка» (выбор интервала времени (6/180 сек) между включением стабилизатора напряжения и включением нагрузки). [ 4 ] — Розетка выходной цепи 220 В. [ 5 ] — Розетка выходной цепи 220 В с заземлением. [ 6 ] — Розетка выходной цепи 110 В. [ 7 ] — Проушина для крепления на стену. [ 8 ] — Боковые ребра естественного охлаждения. [ 9 ] — Ножки для установки на пол.

Старшие модели сложнее, давайте взглянем на них: Hybrid-2000/3000/5000/8000/10000.

На фото: [ 1 ] — Кнопка «Задержка» (выбор интервала времени (6/180 сек) между включением сети напряжения и активацией нагрузки). [ 2 ] — Кнопка «Индикация напряжения» (отображение входного/выходного напряжения, В). [ 3 ] — Автоматический выключатель (защита входной цепи стабилизатора от перегрузки по току и короткого замыкания). [ 4 ] — Автоматический выключатель обходной цепи «Байпас». [ 5 ] — Ребра охлаждения. [ 6 ] — Ножки для установки на пол. [ 7 ] — Клеммная колодка для подключения (закрыта пластиной). [ 8 ] — Ручка транспортировки.

Подключение

Стабилизаторы Hybrid-500, -1000, -1500, -2000 подключаются к сети переменного тока 220 вольт с помощью штепсельного сетевого шнура с вилкой разъема типа «F». Старшие модели Hybrid-3000, -5000, -8000 -10000 подключаются с помощью клеммной колодки в соответствии с маркировкой на ней. Помните, что к клемме заземления (на колодке) следует подключить проводник заземляющего устройства сопротивлением не более 4-х Ом.

В качестве мер обязательной безопасности следует применять УЗО (АВДТ) с дифференциальным током на 30 мА, включенный до входной цепи стабилизатора.

Монтаж

При монтаже комплекта из трех стабилизаторов (в трехфазной сети) можно применить стойку от производителя (пример). Стойка упрощает монтаж, к полу крепится анкерами.

Специальная коммутационнная стойка

Конкуренты и цена

Электромеханические стабилизаторы есть у всех производителей, а вот гибрид с релейным дополнением не нашелся, поэтому прямого конкурента нет.

Как видим, самый широкий входной диапазон у гибридной технологии, остальные отстают, причем даже такой известный бренд, как Ортеа выглядит немного хуже, они более точны и перегрузку терпят в 200%, против 130% у Энергия Hybrid стабэксперт.ru. Но и стоимость у них в 3,9 раза выше, а это очень существенная разница.

Сколько стоят?

Возможно, политика производителя, возможно, не самая низкая цена, но стабилизаторы данной марки продаются, в основном, в специализированных магазинах, т.е. в федеральных сетях типа М.Видео, Эльдорадо и прочих, вы скорее всего, их не найдете. Но зато вас достойно проконсультируют, ведь в специализированных магазинах качество подготовки консультантов, скорее всего, выше.

Стоимость Hybrid на 8 кВт варьируется от 18 800 руб. до 19 950 руб. (пример).

Специализированные магазины с доставкой по России:

ГЕО	Все дилеры с официальной гарантией и доставкой по РФ
РФ	Энергия-МСК, смотреть Цены → (cкидки от 50 т.р.)
СПб + регион	СПБЭнерджи24, смотреть Цены →
Екатеринбург + регион	Екб.Энерджи, смотреть Цены →
Краснодар + регион	Энергия.Краснодар, смотреть Цены →

Заключение

Инженерами компании «Энергия», в свое время, впервые на отечественном рынке, была предложена «схема типа Hybrid», сочетающая в себе сервоприводный и релейный принципы работы. Однако в новом поколении им удалось очень сильно ее модернизировать, добавив новые системы защиты и сделав еще надежнее. И без того популярные стабилизаторы стали настоящими универсалами. Они имеют широкий диапазон, низкую погрешность и высокую плавность регулирования. Что будет комфортным не только в освещении большого коттеджа, но и подойдет для гаражей, садовых домиков и различных производств.

Еще раз, отдельно стоит отметить, что появился дополнительный контур контроля — это контроль выходного напряжения. Теперь выходная линия защищена на все 100%, что бы ни случилось в сети.

По данным розничных продавцов, Энергия Hybrid — это одна из самых ходовых линеек для частных домов, спрос на которую наиболее стабилен и практически не имеет сезонных колебаний.

Фактически, гибриды от Энергии это хороший промежуточный вариант. Уже не релейник, но еще и не электронный. Причем и по цене и по потребительским свойствам. Достойный вариант для тех, кто хочет заменить релейный прибор на что-то более современное или присматривает новый стабилизатор и не желает платить в полтора раза больше за электронный.

Виды стабилизаторов напряжения

При одинаковом количестве мотков напряжение на входе и выходе оказывается равным. Для смены напряжения на выходе потребуется уменьшить или увеличить число витков на вторичной обмотке.

С этой целью один из контактов в трансформаторе делают подвижным. В зависимости от направления движения контакта можно повысить или снизить напряжение. Решение относительно выбора, в какую сторону необходимо двигать контакт, принимается автоматически электронным блоком управления, снимающим показания с вольтметра.

В современных моделях данная функция осуществляется микропроцессором.

Поскольку изменение количества витков вторичной обмотки может изменяться различными способами, стабилизаторы напряжения подразделяются на несколько типов:

электромеханические
релейные
гибридные
тиристорные

Рассмотрим каждый из них несколько подробнее.

Электромеханические

Нередко из называют также сервоприводными. Стабилизация напряжения происходит при помощи контакта-щетки, передвигающегося за сет сервопривода (электрического двигателя). Блок управления производит анализ показаний вольтметра. При выявлении напряжения, отклонившегося от нормы, сервопривод получает соответствующий сигнал, после чего начинается вращение в нужном направлении. Щетка будет продолжать движение по виткам до полной нормализации напряжения.

Отличительной особенностью стоит выделить высочайшую точность стабилизации, что позволяет использовать даже для чувствительной аппаратуры. Напряжение регулируется плавно.

Что касается недостатков, то здесь стоит отметить:

более низкую скорость регулировки, по сравнению с релейными стабилизаторами
возможность работы лишь при положительных температурах
движущиеся щетки со временем подвергаются физическому износу

Таким образом, электромеханические стабилизаторы напряжения могут использоваться:

в отапливаемых зданиях
в регионах, где часто бывают проблемы с напряжением
при подключении осветительных оборудований, высокочувствительных и дорогостоящих бытовых приборов, для которых важна плавная регулировка напряжения

Релейные

Стабилизация напряжения происходит с помощью реле ступенчато. Как правило, бывает 4-9 ступеней. И чем их больше, тем плавне осуществляется процесс. Устройство релейного стабилизатора имеет само реле, плату и вольтодобавляющий трансформатор, отвечающий за добавление или отключение обмоток катушки.

Процесс нормализации происходит следующим образом. После получения данных плата посылает сигнал на трансформатор, который приводит в действие реле, подключающее/отключающее нужное число обмоток.

Каждая последующая обмотка прибавляется последовательно до того момента, пока не будет восстановлено нормальное напряжение.

Преимуществами релейного устройства можно отметить:

высокую скорость реагирования
обширный диапазон входного напряжения
возможность работы при температуре -30˚C
оптимальную цену, по сравнению с иными типами стабилизаторов

Среди недостатков выступает:

более низкая точность стабилизации – погрешность варьируется в пределах 5-10%
при переключении реле (добавлении дополнительной обмотки) могут немного приглушаться или помаргивать лампы, слышаться характерные щелчки.

для обеспечения надежной защиты газового оборудования и бытовой техники, требующей максимально высокой точности выходных показателей сети
в неотапливаемых зданиях
в регионах, где наблюдаются частые скачки напряжения, которые могут достигать экстремальных показателей

Гибридные

Достаточно новый вид стабилизаторов, который объединил в себе принципы работы предыдущих двух типов – релейного и электромеханического. Такой подход позволяет существенно расширить диапазон входного напряжения. При напряжении в 140-260 В стабилизатор работает, как электромеханический. При выходе за рамки основных показателей подключается система реле, которая нормализует экстремальные скачки.

Таким образом, гибридный стабилизатор отличается мгновенной реакцией на существенные перепады напряжения и стабильной работой в основном диапазоне. В числе недостатков остается возможность эксплуатации при положительных температурах. Сфера применения схожа с электромеханическими видами.

Тиристорные

Функционируют по аналогии с релейными. Основное отличие заключается в переключении, которое осуществляется тиристорами (симисторами). Вся работа по управлению и регулированию напряжения выполняется электронно. За счет этого обеспечивается точность и высокая скорость реагирования, что позволяет использовать их даже с особо чувствительным оборудованием.

Тиристорные стабилизаторы напряжения для дачи морозостойки и работают практически бесшумно. Поскольку в них отсутствуют движущиеся элементы, износа никакого не происходит, а соответственно, и срок эксплуатации повышается в разы.

Единственным недостатком можно отметить более высокую стоимость. Это связано с тем, что для их изготовления требуются дорогостоящие элементы.

Ознакомиться с ассортиментом стабилизаторов напряжения можно по ссылке

Как выбрать стабилизатор напряжения для дома

Наши электросети, особенно в удаленной от города местности, высоким качеством энергоснабжения пока, к сожалению, не балуют. И если при создании отечественных приборов это обстоятельство еще как-то стараются учитывать, предусматривая увеличенный запас прочности, то на импортную технику привычные для нас скачки напряжения действуют, как удар дубиной.

Для продления срока службы всевозможных электропомощников можно воспользоваться специальным прибором — стабилизатором (иначе — нормализатором) напряжения. В чем состоит принцип работы этого устройства и как выбрать стабилизатор для дома — читайте далее.

Виды и их особенности
Критерии выбора прибора
Обзор популярных моделей

Принцип работы и их разновидности

Сердцем любого стабилизатора напряжения является так называемый регулируемый автотрансформатор. Его обмотки могут включаться в работу частично, благодаря чему меняются рабочие параметры автотрансформатора и, как следствие, осуществляется стабилизация напряжения. Сегодня выпускаются три класса бытовых стабилизаторов, принципиальное отличие которых состоит в применении разных способов управления работой автотрансформатора.

Обмотки автотрансформатора в таких приборах состоят из нескольких частей с отводами, схема подключения которых меняется посредством тиристорных ключей или иных электронных переключателей. Точность регулирования напряжения при этом составляет 1% — 2%.

К преимуществам таких устройств можно отнести:

Высокую надежность и долговечность, обусловленные отсутствием механических контактов;
Отсутствие шума при переключении;
Способность корректировать напряжение при скачках от 85 В до 305 В (эта характеристика называется рабочим диапазоном);
Высокое быстродействие;
Компактные размеры.

К недостаткам электронных стабилизаторов относят ступенчатую схему подстройки напряжения и высокую стоимость. Устройства этого класса являются наиболее дорогостоящими.

Прибор представляет собой вольтодобавочный трансформатор, вторичная обмотка которого включается последовательно с нагрузкой (в разрыв фазы). В цепь первичной обмотки включен регулируемый автотрансформатор.

Смотрим видео о электромеханических типах:

Сервопривод управляет движением графитовых щеток или роликов, которые перемещаются вдоль обмоток подобно тому, как это происходит в катушечных реостатах. Благодаря этому выходное напряжение поддерживается в заданном диапазоне с точностью до 3%.

Данный принцип устройства стабилизатора характеризуется такими достоинствами:

Возможность плавной подстройки напряжения без прерываний и искажений;
Способность работать с любыми нагрузками;
Более высокий, чем у других разновидностей, рабочий ресурс;
Более доступная, чем у электронных стабилизаторов, стоимость (в среднем электромеханические нормализаторы обходятся на 50% дешевле).

К числу недостатков данной технологии можно отнести:

Низкую надежность, обусловленную наличием механических узлов;
Малую скорость изменения напряжения (у некоторых моделей – всего 10 В/с);
Узкий рабочий диапазон – от 140 до 260 В;
Наличие шума при переключении.

В этих приборах, как и в электронных стабилизаторах, обмотки автотрансформатора состоят из нескольких частей, но для их включения применяются силовые реле.

Смотрим видео о релейных моделях:

Привлекательной стороной данной разновидности стабилизаторов является:

Низкая стоимость (приборы данного класса являются самыми доступными);
Достаточно большой рабочий диапазон – от 100 до 280 В;
Высокая скорость изменения напряжения.

Есть и недостатки:

Малая надежность, связанная с механическим устройством реле;
Наличие прерываний при переключении (у некоторых моделей – до 20 мс);
Низкая точность выходного напряжения – до 8%.

Гибридные модели

В этих приборах имеются и сервопривод и реле. Последние подключаются при падении входного напряжения и ниже 150 В или его скачке выше 250 В. Гибридные стабилизаторы имеют такой же ресурс и точность, как электромеханические (у некоторых моделей точность удается поднять до 0,5%), но могут работать в рабочем диапазоне, характерном для релейных устройств.

Как выбрать грамотно оборудование

Чтобы выбрать оптимальную модель стабилизатора, необходимо обратить внимание на ряд важных параметров.

Квартиры и домики в дачных кооперативах принято запитывать от однофазной сети.

Для установки на подобных объектах следует приобретать стабилизатор напряжения 220В для дома: как выбирать такой прибор, чтобы он потянул имеющуюся нагрузку, мы расскажем ниже. В частных домах или гаражах, где имеется трехфазная разводка, может иметь место одна из двух ситуаций:

В наличии имеются трехфазные потребители: в этом случае необходимо однозначно приобретать трехфазный стабилизатор.
Трехфазные потребители отсутствуют, а трехфазная разводка разбита на отдельные фазы по 220 В, к каждой из которых подключена своя группа потребителей.

Тут можно установить либо один трехфазный стабилизатор на все, либо по одному на каждую фазу. Последний вариант является более предпочтительным, поскольку есть возможность установить стабилизаторы различного качества в зависимости от стоимости и режима работы подключаемых к ним приборов. Кроме того, выбор однофазных стабилизаторов гораздо шире, чем трехфазных.

До того как выбрать стабилизатор, необходимо определить суммарную мощность подключаемых к нему потребителей. Если среди таковых есть устройства с электродвигателями (холодильник, пылесос, насос и др.), то мощность самого мощного из них следует взять в 5-кратном размере, учитывая таким образом высокий пусковой ток. Учтите, что в характеристиках таких приборов может указываться как полная (в вольт-амперах — ВА), так и только активная (в ваттах — Вт) мощность. Суммировать нужно именно полную мощность.

Как подбирать стабилизатор напряжения, если на приборе с электродвигателем указана только мощность в ваттах? Необходимо узнать коэффициент мощности данного устройства, также обозначаемого как cos ϕ, а затем разделить на него активную мощность.

Подберем для примера стабилизатор напряжения к компьютеру: как выбрать прибор, если на блоке питания указано «400W»? Для компьютеров cos ϕ составляет примерно 0,7. Следовательно, максимальная мощность, которую может потреблять ПК, будет равна 400/0,7 = 571,4 ВА.

Смотрим видео, критерии выбора прибора для дома:

Также необходимо путем периодических замеров (утром, днем, вечером и ночью в течение нескольких суток) определить, до какой величины падает напряжение в сети. Дело в том, что при падении входного напряжения снижается и выходная мощность стабилизатора. Зависимость этих параметров отображается в виде графиков или таблиц в характеристике прибора.

К примеру, при нормальном напряжении в сети (220 В) наш компьютер (см. пример выше) можно подключить через стабилизатор мощностью 600 ВА. Но если напряжение падает до 130 В (60% от номинального), то понадобится уже более мощное устройство – около 1000 ВА. Эти данные, разумеется, являются приблизительными и приведены в качестве примера. Точные цифры будут зависеть от характеристики конкретной модели стабилизатора.

Дополнительные функции

Говоря о вопросах выбора стабилизатора напряжения для дома, следует упомянуть о разнообразных полезных опциях, наличие которых сделает работу прибора более эффективной:

Возможность переключения выходного напряжения на 210 В (применяют для ламп накаливания) или 230 В (подходит для некоторых видов импортной техники);
Функция отключения потребителей при выходе параметров напряжения за допустимые пределы;
Функция однократного повторного включения (через 10 с после аварийного отключения прибор снова включается);
Контроль выходного напряжения (при сбоях в стабилизаторе система отключит от него все электроприемники);
Функция возобновления работы стабилизатора при нормализации параметров входного напряжения.

Принципы работы стабилизаторов напряжения

Стабилизаторы переменного напряжения появились в нашей стране более 80 лет назад. C того момента они претерпели множество изменений и усовершенствований, включая саму технологию, использующуюся для регулировки сетевого напряжения.

В нашей статье мы расскажем о том, когда и как появились первые приборы для коррекции напряжения в бытовых электросетях, а также о том, как менялись технологии, лежащие в основе их работы.

Содержание

Технология стабилизации напряжения, основанная на эффекте феррорезонанса
Первые стабилизаторы напряжения в СССР
Стабилизация напряжения с помощью сервопривода
Релейная технология стабилизации напряжения
Стабилизация напряжения на основе тиристоров и симисторов
Технология двойного преобразования энергии

Технология стабилизации напряжения, основанная на эффекте феррорезонанса

В 1938 году был изобретен и запатентован феррорезонансный трансформатор (автор Джозеф Сола). Именно это устройство, изначально названное «трансформатор постоянного напряжения», стали впервые использовать для стабилизации параметров электрической энергии, так как оно за счет электромагнитного явления, называемого феррорезонансом, при колебаниях входного напряжения сохраняло неизменным значение выходного.

Отметим, что феррорезонансный эффект не регулирует напряжение напрямую, однако при правильном применении позволяет минимизировать влияние первичного (входного) напряжения на вторичное (выходное).

Феррорезонансный трансформатор включает в себя две магнитные цепи (обмотки) со слабой связью друг с другом. Магнитопроводы цепей имеют различную магнитную проницаемость, поэтому во время работы выходная цепь находится в режиме постоянного насыщения, а входная, наоборот, не достигает насыщенности. Благодаря этому даже значительные отклонения напряжения на входе не приводят к существенным колебаниям на выходе. Разница между величиной фактически снимаемого с трансформатора напряжения и его номинальным значением обычно не превышает пяти процентов (при соблюдении определённых условий).

Феррорезонансные трансформаторы выпускаются по сей день, правда, современные модели из-за высокой цены и некоторых особенностей эксплуатации, практически не используются в качестве стабилизаторов напряжения.

Первые стабилизаторы напряжения в СССР

В нашей стране разработки приборов, обеспечивающих коррекцию переменного напряжения, начались в конце 1950-х годов. Именно тогда возникла потребность в качественном электропитании бытовой техники, начавшей массово появляться в советских квартирах и домах.

За основу для первых серийных стабилизаторов отечественные инженеры взяли описанную выше технологию феррорезонанса – она не требовала сложной схемы и, самое главное, полностью удовлетворяла существующие на тот момент требования к качеству электропитания.

В широкий обиход советские феррорезонансные стабилизаторы вошли уже в 1960-х годах. Их конструкция включала в себя автотрансформатор, входной и фильтрующий дроссель, а также конденсатор.

Данные изделия не отличались большой мощностью и в основном были рассчитаны на 200-300 Вт. Но этого вполне хватало для питания типичных нагрузок того времени: цветных и чёрно-белых телевизоров, радиоаппаратуры, магнитофонов и измерительных приборов (более мощные трехфазные стабилизаторы использовались для защиты ответственного электрооборудования на промышленных предприятиях).

В течение 1960-1970-х годов наибольшее распространение в бытовом секторе получили модели ТСН-170, ФСН-200, СНБ-200, СН-200, УСН-200, ТСН-200 СН-250, СН-315 и СНП-400 (цифра в названии означает выходную мощность устройства). Перечисленные устройства выпускались как в пластиковых, так и металлических корпусах и предназначались для настенного или напольного размещения. Для сети предусматривался выведенный шнур со штепсельной вилкой, для нагрузки – розеточное гнездо.

Использовались советские феррорезонансные стабилизаторы в первую очередь для защиты телевизоров от сильно завышенного или заниженного сетевого напряжения: они обеспечивали возможность нормального приема телевизионных передач, сохранность и увеличение срока службы кинескопа, ламп и других элементов телевизионного приёмника.

Что касается технических характеристик, то данные изделия в основном были рассчитаны на работу от сети переменного тока с частотой 50 Гц и номинальным напряжением 127 или 220 В. При этом рабочий диапазон входных напряжений составлял 85-140 В (для сети 127 В) и 155-250 В (для сети 220 В). Приборы имели коэффициент полезного действия не менее 80%, не боялись перегрузок и коротких замыканий. Кроме того, феррорезонансные стабилизаторы благодаря отсутствию электромеханических частей имели длительный срок службы. У некоторых пользователей сделанные во времена СССР устройства до сих пор исправно работают!

Были у этих стабилизаторов и свои недостатки: постоянный гул при работе (доходил до 32 дБА), существенные искажения формы выходного напряжения, большая зависимость от входной частоты и величины подключённой нагрузки, а также сильное электромагнитное поле, которое при близком расположении к телевизору создавало помехи в его работе.

Отметим, что разработки в области стабилизации сетевого напряжения велись в СССР непрерывно, поэтому параллельно с феррорезонансными стабилизаторами с конвейеров профильных заводов выходили и приборы иных типов. В частности, автотрансформаторные регуляторы моделей АРН-250, АРБ-400 и АТ-2, которые предполагали ручное поддержание выходного напряжения в установленных пределах. Однако ни одна разновидность изделий не получила в советский период такого распространения, как стабилизаторы на базе феррорезонанса.

Лишь с начала 90-х годов, когда в нашей стране появляется большое количество требовательной к качеству электропитания зарубежной бытовой техники и электроники, российские производители начинают выпуск стабилизаторов напряжения, в основу которых положены рассмотренные далее технологии.

Стабилизация напряжения с помощью сервопривода

В 1960-х стали активно распространяться сервоприводы – специальные электромоторы, механизм которых мог поворачиваться под разным углом и удерживать необходимое положение.

В тех же годах сервопривод начал использоваться и в стабилизаторах напряжения. Так, в 1961 году был запатентован электромеханический стабилизатор, силовая честь которого состояла из регулируемого автотрансформатора, подвижного токосъемного контакта с приводом от двигателя постоянного тока и источника напряжения собственных нужд. Прибор позволял автоматически стабилизировать сетевое напряжение, не искажая при этом форму его кривой.

Сегодня электромеханические стабилизаторы по-прежнему выпускаются и несмотря на разнообразие моделей имеют схожий принцип работы – плата управления сравнивает значение напряжения на входе изделия с установленным образцовым. В случае различия этих двух параметров сервопривод с графитовым ползунком, роликом или щеткой (в зависимости от конкретной модели стабилизатора) перемещается по обмотке автотрансформатора и подключает к цепи количество витков, достаточное для получения выходного напряжения максимально приближенного к эталонной величине.

Такой принцип работы сопряжен с существенными недостатками. Речь, в первую очередь, о невысокой скорости срабатывания – сервоприводу при возникновении сетевого отклонения требуется определенное время, чтобы передвинуть токосниматель в необходимое положение. Кроме того, быстрый механический износ подвижных деталей обуславливает необходимость их периодической замены.

Шум при передвижении щеток сервопривода, возможное искрение во время работы и громоздкая конструкция создают дополнительные сложности при бытовой эксплуатации данных устройств.

Подробнее об электромеханических стабилизаторах можно узнать в статье «Электромеханические стабилизаторы напряжения».

Релейная технология стабилизации напряжения

Появившееся еще в 19 веке электромеханическое реле – это, наверное, самый распространённый в автоматике элемент. В нашей стране оно сначала применялось в промышленности для управления технологическими процессами, а затем вошло и в состав различной бытовой техники. Разработка в СССР стабилизаторов напряжения, действующих на основе релейного элемента и получивших соответствующее название «релейные», приходится на 1970-е годы.

Основные элементы типичного релейного стабилизатора – это автотрансформатор, электронная плата управления и блок силовых реле, каждое из которых по сути представляют собой автоматический выключатель, соединяющий или разъединяющий электрическую цепь под внешним воздействием либо при достижении определенных параметров.

Во время работы релейного стабилизатора управляющая плата постоянно контролирует входное напряжение и в случае его отклонения от номинальных показателей подает сигнал на релейный блок. Последующее замыкание (размыкание) определённого реле коммутирует обмотки трансформатора и обеспечивает необходимый для нейтрализации входного искажения коэффициент трансформации.

Устройства данного типа имеют повышенную скорость срабатывания, но регулировка сетевого напряжения выполняется ступенчато (не плавно), что сказывается на форме подаваемого на нагрузку сигнала. Кроме того, срабатывание реле всегда сопровождается щелчками, создающими определенный шум во время работы устройства.

Подробнее о данном типе стабилизаторов можно узнать в статье «Релейные стабилизаторы напряжения».

Стабилизация напряжения на основе тиристоров и симисторов

Активное проникновение в электротехнику полупроводниковых компонентов нашло своё отражение и в вопросе стабилизации электрической энергии. В конце 1970-х начались разработки стабилизаторов напряжения, работающих на основе тиристоров – полупроводниковых приборов, имеющих два состояния «закрытое» с низкой проводимостью и «открытое» с высокой.

Обычно тиристоры используются как силовые ключи в различных электронных устройствах, например, в переключателях скорости электродвигателей, таймерах, диммерах и т.д. Отметим, что тиристоры в зависимости от конструкции могут проводить ток как в одном направлении, так и в двух (приборы второго типа получили название – симисторы).

Тиристорные и симисторные стабилизаторы напряжения по принципу своей работы схожи с релейными и отличаются лишь тем, что коммутация обмоток автотрансформатора выполняется не релейными блоками, а электронными, состоящими из тиристоров или симисторов. Применение таких блоков позволяет регулировать напряжение гораздо быстрее, чем с помощью классических электромеханических реле. Другие преимущества данной технологии: абсолютная бесшумность работы и отсутствие требующих технического обслуживания деталей.

Сегодня симисторные и тиристорные стабилизаторы являются одними из самых распространённых и популярных, что, однако, не отменяет их главного недостатка – ступенчатого регулирования напряжения (аналогично релейным моделям).

Более подробно о тиристорных и симисторных стабилизаторах рассказано в статье «Электронные стабилизаторы напряжения».

Технология двойного преобразования энергии

Инверторы и выпрямители – статические преобразователи напряжения, совместное использование которых в 1980-х породило технологию двойного бестрансформаторного преобразования энергии. Данная технология в течение нескольких десятилетий успешно применялась в онлайн ИБП, а в 2015 году была использована и при создании стабилизаторов напряжения нового поколения. Полученные устройства, названые инверторными стабилизаторами, обеспечили непревзойдённые технические характеристики и стали настоящим прорывом в своей отрасли.

Инверторные стабилизаторы избавлены от громоздкого автотрансформатора и каких-либо электромеханических частей, силовая часть приборов состоит исключительно из электронных модулей: выпрямителя, накопительной емкости и инвертора.

Работа такого стабилизатора заключается в двукратном преобразовании поступающего на вход напряжения. Сначала оно с помощью выпрямителя преобразуется в постоянное, затем проходит через промежуточную (накопительную) емкость и попадает на инвертор, где снова становится переменным. В итоге на выход устройства подаётся снятое с инвертора напряжение, которое обладает точным значением и синусоидальной формой.

В настоящее время инверторные стабилизаторы удовлетворяют даже самые жесткие требования к качеству электропитания и входят в число наиболее популярных устройств в соответствующем им сегменте рынка.

Подробнее об инверторных стабилизаторах читайте в статье «Инверторные стабилизаторы: строение и принцип работы».