Сейчас в магазинах можно увидеть множество стабилизаторов разных типов. Каждый тип стабилизатора имеет свой способ стабилизации напряжения. Каждый из способов стабилизации напряжения имеет свои достоинства и свои недостатки. Если классифицировать стабилизаторы напряжения по способу стабилизации, получиться следующая таблица:

Стабилизаторы напряжения бывают

Ступенчатые корректоры напряжения » являются на сегодняшний день самым распространенным типом стабилизаторов. Поэтому мы достаточно подробно опишем их принцип работы.
Внутри стабилизатора находиться трансформатор. Для простоты понимания трансформатор можно представить в виде стопки железных пластинок, вокруг которых намотаны несколько мотков проволоки.

Принцип стабилизации напряжения очень прост. Он основан на эффекте «электромагнитной индукции». Для нас важно понять, что одним из проявлений этого эффекта будет следующая ситуация:

• Например, на первичной обмотке трансформатора 10 витков проволоки, к этим виткам подключено напряжение из городской сети в 220 вольт.
• Если на вторичной обмотке в это время будет тоже 10 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, будет тоже 220 вольт.
• Если на вторичной обмотке в это время будет только 5 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, будет уже 110 вольт.

То есть, возникает полезный эффект, который заключается в том, что если менять количество витков на вторичной обмотке, то можно менять напряжение, которое проходит через стабилизатор .

Зависимость изменений напряжения от изменения количества витков можно представить следующим образом:
На самом деле, и первичная и вторичная обмотка трансформатора состоят из сотен витков. Стабилизатор, подключая и отключая обмотки, может легко стабилизировать напряжение до нормы. Упрощая, можно сказать, что если к вторичной обмотке добавить 3 витка, это увеличит напряжение на 1 вольт, если убрать 3 витка - уменьшит напряжение на 1 вольт .

Пример:

Допустим, напряжение в сети упало до 200 вольт, чтобы оно стало нормальным (220 вольт), стабилизатору надо добавить еще 20 вольт, что означает, что нужно к вторичной обмотке добавить ещё (3 х 20) = 60 витков.
Допустим, напряжение в сети повысилось до 250 вольт, чтобы оно стало нормальным (220 вольт), стабилизатору надо убавить его на 30 вольт, что означает, что от вторичной обмотки нужно убрать ещё (30 х 3) = 90 витков.

Теперь стало понятно, как трансформатор стабилизирует напряжение, он просто подключает и отключает обмотки на трансформаторе.

Но как происходит это подключение и отключение?
Это происходит благодаря специальному устройству, которое называется «реле». Это простое устройство выполняет только одну функцию: оно как «выключатель» замыкает, или размыкает электрическую цепь. Разница между «реле» и обычным «выключателем» в том, что реле можно управлять.

В упрощенном виде процесс управления можно представить так:
Послала плата управления стабилизатора «сигнал» реле, реле включилось, и замкнуло обмотку. Послала плата управления ещё один «сигнал» реле, реле выключилось и разомкнуло обмотку.

Теперь мы вплотную подошли, к ответу на вопрос, почему же этот тип стабилизаторов называется «ступенчатым корректором». Для начала вспомним, что допустимым напряжением по Российским и Международным стандартам является напряжение в интервале от 200 до 240 вольт. То есть, для нормальной и безопасной работы бытовых приборов напряжение ровно в 220 вольт не требуется. Исходя из этого норматива, был спроектирован такой вид стабилизаторов как «ступенчатые корректоры напряжения».

Большинство стабилизаторов данного типа имеют «шаг» в 15 вольт. Это означает, что если напряжение понизиться, например, более чем на 15 вольт, то есть, в сети было напряжение 220 вольт и вдруг упало до 205. Тогда стабилизатор подключит ещё одну обмотку, которая будет состоять из (3 витка х 15 вольт) = 45 витков, в этом случае напряжение, которое будет выходить из стабилизатора, станет 220 вольт. Если напряжение в сети опять упадет с 205 вольт уже до 190 вольт, тогда стабилизатор подключит ещё одну обмотку, ещё дополнительно 45 витков, тогда напряжение из стабилизатора опять станет 220 вольт и так далее. Соответственно, если напряжение в сети было 220 вольт, а стало 235 вольт, тогда стабилизатор отключит обмотку, и, тем самым, уменьшит напряжение до нормы.

Многие стабилизаторы имеют интервал входящих напряжений от 160 до 260 вольт. Это означает, если в вашей городской сети в вашей розетке будет напряжение от 160 до 260 вольт, тогда стабилизатор, пропуская напряжение через себя (через трансформатор), обязан скорректировать его до нормы, при этом нормой будет считаться напряжение от 200 до 240 вольт.
В реальности это будет выглядеть так. Допустим, напряжение в вашей розетке по причинам перегруженности по вечерам (все приходят домой с работы включают бытовые электроприборы и свет) будет понижаться с 220 до 176 вольт.

Стабилизатор «выравнивает» напряжение только после того как оно опуститься ниже определенного значения. В данном случае этим значением является 208 вольт. Как только напряжение опускается ниже нормы, стабилизатор подключает обмотку и выравнивает напряжение. Поэтому этот тип стабилизаторов получил название ступенчатый корректор.

Сразу возникает вопрос, а почему нельзя сделать много отдельных обмоток, и много реле, чтобы напряжение, которое выходит из стабилизатора, было всегда около 220 вольт, и не опускалось до 208? Сделать можно, но возникают следующие трудности:

1) Если сделать больше 5 отдельных обмоток, тогда при включении стабилизатора будет раздаваться очень сильный дребезжащий звук, который будет очень сильно нервировать. Причина этого явления в том, что многие обмотки, как правило, при включении не задействованы, они вносят дисбаланс в магнитное поле трансформатора.

2) Если сделать много реле, потребуется гораздо более сложная плата управления и много дополнительных реле, которые удорожат стабилизатор на столько, что цена для стабилизатора такой же мощности вырастет в 1.5 -2 раза, а какой смысл удорожать, если напряжение и так находиться в пределах нормы.

3) Существует зависимость, что чем ниже входящее напряжение, тем больше увеличивается ток. Об этом будет подробнее рассказано дальше, в данном случае это означает, что при пониженных напряжениях в сети (ниже 180 вольт), чем ближе выходящее напряжение из стабилизатора будет к значению 220 вольт, тем больше будет ток. Чем больше ток, тем мощнее требуется трансформатор.

При прочих равных условиях, потребуется на 25 % более мощный трансформатор, а это в свою очередь ещё больше удорожит стабилизатор.

Все типы стабилизаторов, относящиеся к ступенчатым корректорам, работают по этому принципу. В свою очередь, этот тип стабилизаторов подразделяется на два больших подвида, а именно.

Стабилизаторы на механических реле, и на твердотельных реле (тиристорах). Хотя обычные механические реле и тиристоры совершенно разные устройства, функция, выполняемая ими в стабилизаторах, у них абсолютно одинакова. Эта функция, как вы уже знаете, подключать и отключать обмотки , то есть, и механическое реле (электромагнитное) и твердотельное реле (тиристор) по команде, полученной от платы управления стабилизатором, либо размыкают, либо замыкают обмотки трансформатора между собой. Важно понять, несмотря на то, что принципы работы у них абсолютно разные, на работу стабилизатора это никак не влияет. Если говорить о бытовых стабилизаторах для дома (мощностью до 10 киловатт), принципиально тиристоры имеют только одно неоспоримое преимущество перед механическими реле, а именно, тиристоры в отличие от механических реле работают абсолютно бесшумно, в остальном «высоко технологичность» тиристоров для потребителя никак не проявляется. Остальные плюсы и минусы механических и твердотельных реле (только в контексте использования их в стабилизаторах) можно увидеть в следующей таблице.

Механическое реле (электромагнитное)
	Относительно низкая стоимость самих реле. Возможность использовать простую недорогую и надежную аналоговую плату управления (без микроконтроллеров), благодаря которой стабилизатор может выдерживать десятки перепадов напряжения подряд, при этом он будет стабилизировать напряжение. Сбалансированная скорость переключения реле (10 миллисекунд), позволяет переключать обмотки со скоростью достаточной, чтобы напряжение не пропало, и одновременно не позволяет им замкнуть более двух обмоток одновременно, если это произойдет, будет короткое замыкание. Не вносят помех в момент переключения.
	Максимальная мощность стабилизатора 10 кв. Это связанно с тем, что самое мощное из существующих реле пригодное для использования в стабилизаторах, не может выдерживать больше 10 кв. (около 12 000 вольт-ампер) Шум (щелчки) в момент переключения реле. Ресурс работы 10 тыс. циклов включения выключения (около 2 лет работы) Из-за возникновения дугового разряда при переключении реле их нельзя использовать во взрывоопасной среде.
Твердотопливное реле (тиристор)
	Ресурс работы более 1 млрд. срабатываний. Отсутствие шума при работе Отсутствие дугового разряда при размыкании. (Применение во взрывоопасной среде. Например, на заправке). Относительно малое энергопотребление. Возможность изготавливать стабилизаторы напряжения до 500 киловатт.
-	Высокое быстродействие (время переключения близкое к нулю), применительно к стабилизаторам является проблемой, потому что скоростисрабатывания почти мгновенны, возникает большой риск, что тиристоры замкнут несколько обмоток одновременно, в результате чего сгорит либо самстабилизатор, либо то что в него включено. Чтобы этого не произошло нужна сложная и дорогая микропроцессорная плата управления, которая искусственно «тормозит» и синхронизирует работу тиристоров. Поэтому фактическая скорость срабатывания в стабилизаторах тиристоров обычно сопоставима или ниже чем скорость срабатывания механических реле. Микроконтроллерное управление (работой управляет микроконтроллер, можно представить как очень упрощенный вид процессора, стоящего в вашем компьютере), в стабилизаторах имеет большой минус. По мимо того, что такая плата будет относительно дорогой. Самой большой проблемой будет то, что такая плата при скачках напряжения будет «подвисать», так как, например, подвисает компьютер. Ведь микропроцессор, чтобы переключить тиристор, должен узнать какое сейчас напряжение в сети. 4-5 перепадов напряжения подряд, приводят либо к включению защиты, которая выключает стабилизатор, либо, если эта защита не сработает, плата управления стабилизатором просто сгорит, или в ней собьются настройки синхронизации и тогда сгорят тиристоры. Аналоговая плата управления практически нечувствительна к перепадам напряжения. После срабатывания защиты стабилизатор можно перезапустить только вручную (заново выключить и включить стабилизатор), что достаточно неудобно.

Микроконтроллерное управление, в случае использования тиристоров является необходимостью и слабым местом стабилизатора, так как оно, к сожалению, несет с собой сопутствующие проблемы. Так происходит, потому что никакой другой прибор, кроме стабилизаторов напряжения не предназначен для постоянной работы в сети с постоянными колебаниями (не постоянном напряжении, а именно, колебаниями) напряжения от 120 до 280 вольт.

Сильное удорожание тиристорных стабилизаторов возникает не из-за того что напряжение становиться «качественнее», оно такое же как и у всех ступенчатых корректоров плавает в определенном диапазоне, а из-за того, что тиристоры сами по себе очень дороги, и ещё требуют дорогую и сложную плату управления с использованием очень качественных комплектующих. Из этого вывод, что использование тиристорных стабилизаторов, имеет смысл в трех случаях:

1) Требуемая мощность более 10 киловатт
2) Необходимо использовать стабилизатор во взрывоопасной среде
3) Требуется абсолютная тишина.

Поскольку, первый и второй пункт как правило в быту (дома) не требуется, то как мы уже и говорили, остается только плюс «тишины». Плюс, за который придется заплатить в 2.5 - 3 раза больше, по сравнения со стоимостью аналогичного по мощности стабилизатора на обычных электромагнитных реле.
Как отмечалось, срок службы тиристоров в сотни раз превосходит срок службы реле, но, к сожалению, у других элементов платы управления стабилизатором, как и у трансформатора, срок службы намного скромнее.
Тиристорные стабилизаторы твердо занимают рыночную нишу, в стабилизаторах мощностью от 10 до 100 киловатт, так как не имеют в этом диапазоне прямых аналогов. Для такой мощности тиристорный стабилизатор будет лучшим по соотношению цена - качество.

Стоит отметить, что общим «минусом» всех ступенчатых корректоров, является то, что в момент переключения реле (или тиристоров) происходит небольшой перепад напряжения в 10 - 15 вольт, при этом ваши лампочки накаливания будут слегка менять интенсивность свечения. Обычно это не заметно, но если такое обнаружиться, это является особенностью конструкции (ступенчатой коррекции), а не браком.

«Электромеханические стабилизаторы » - большой класс стабилизаторов, в свое время очень широко распространенных на рынке, но в последние годы очень сильно потесненные «ступенчатыми корректорами», которые в обиходе и для удобства обычно называют «релейными».
Принцип их работы такой же, как и у «релейных», то есть стабилизатор, чтобы скорректировать напряжение меняет количество обмоток, но делает он это весьма специфическим образом:

Принцип работы очень прост, плата управления (аналоговая) проверяет какое в данный момент напряжение попадает в стабилизатор. Затем, если оно выходит за пределы допустимого, дает команду электродвигателю, электродвигатель в свою очередь в зависимости от команды двигает угольный контакт (щетку) в нужную сторону.
Если нужно понизить напряжение (допустим, оно у вас в сети 240 вольт) - контакт перемещается влево, уменьшая количество обмоток, тем самым снижая напряжение. Если нужно повысить напряжение (допустим, оно у вас в сети 160 вольт) - контакт перемещается вправо, увеличивая количество обмоток, тем самым повышая напряжение, которые выходит из стабилизатора. Этот тип стабилизаторов напряжения имеет следующие плюсы и минусы.

+ПЛЮСЫ:

• Возможность изготавливать стабилизаторы практически без ограничений по мощности, то есть, теоретически можно изготовить сколь угодно мощный стабилизатор, что ценно для промышленного использования (но совершенно не ценно для использования в быту).
• Очень высокая точность напряжения, которое выходит из стабилизатора,nbsp;максимальное отклонение от 220 вольт, обычно не превышает +\- 5 вольт.
• Возможность настраивать уровень напряжения, которое выходит из стабилизатора, обычно есть переключатель, которым можно выставить нужное напряжение, например, 110 вольт или 220 вольт. Или для импортной техники 230 или 240 вольт.
• Высокая надежность электронных компонентов стабилизатора, так как они очень простые и надежные по конструкции.

-МИНУСЫ:

• Удорожание на 20 - 25 % по сравнению со стабилизаторами на механических реле, связанное с тем, что по конструкции требуется гораздо более мощный трансформатор, чем потребовался бы на «релейный стабилизатор» такой же мощности.
• Наличие механических частей (электродвигателя и трущихся частей), угольного контакта, приводит к относительно быстрому износу прибора (первые поломки могут начаться после полугода использования, зачастую, это не брак, а особенности конструкции). Двигатель (особенно если он китайского производства) начинает заклинивать от частых скачков напряжения, а, следовательно, частых перемещений щетки. Стирается угольный контакт, что в лучшем случае приводит к сильному искрения, а в худшем - к короткому замыканию. Эти стабилизаторы для безопасного использования необходимо регулярно (раз в полгода минимум) обслуживать, осматривать состояние механических (трущихся) частей и чистить от пыли.
• Движения «щетки» при работе (поворотам вправо \ влево по катушке) зачастую сопровождаются неприятным звуком.
• Очень низкая скорость быстродействия (при резких изменениях напряжения сети стабилизатор не успевает срабатывать), и очень низкое/высокое напряжение кратковременно подается на вашу бытовую технику.

Это связанно с тем, что максимальная скорость перемещения контакт 40 вольт \ секунда. Это означает, что если в вашей сети было, например, 160 вольт, а вдруг стало 220 (где-то отключили мощный потребитель энергии), то у вас, пока щетка «доедет» до нужной обмотки, стабилизатор будет выдавать напряжение до 280 - 300 вольт, в течение примерно двух секунд. Если не дай бог ваш сосед из частного дома напротив или в гараже подключенного к сети дома «балуется» сварочный аппаратом (или есть постоянные большие перепады напряжения) тогда, ваш механический стабилизатор принесет больше вреда, чем пользы. Так как на нем не стоит защита от высоковольтных скачков. (А на 90 % механических стабилизаторов она, почему-то, не стоит. Не путать с защитой от повышенного напряжения, это другое.) Тогда, в случае мгновенного перепада со 160 до 220 вольт, ваш стабилизатор на пару секунд добавит (220 - 160) = 60 вольт сверху (всего станет 280 вольт), этого может быть достаточно, чтобы почти гарантированно «убить» всю бытовую технику в доме. Качественный механический стабилизатор должен в таком случае отключиться на время, чтобы такое повышенное напряжение не попало в ваши приборы.

• Механический стабилизатор очень не желательно использовать с электродвигателями (особенно мощными), так как при включении таких двигателей на несколько секунд возникает такое явление как пусковые токи, которые приводят к тому, что на 1-2 секунды нагрузка на стабилизатор вырастает примерно в два раза. Что может привезти к разрушению угольного контакта и короткому замыканию.

Как резюме, механические стабилизаторы для бытового применения имеет смысл использовать в случаях:

1. Если у вас нет больших и регулярных перепадов напряжения, например, у вас в городской сети постоянно пониженное напряжение около 170 - 180 вольт, или постоянно повышенное более 240, тогда использование механического стабилизатора будет оптимальным. Так как напряжение, которое он будет выдавать, будет наиболее качественным (близким к 220 вольтам).
2. Если вам хочется, чтобы лампочки никогда «не моргали», механический стабилизатор будет также лучшим решением, так как регулировка (подключение и отключение витков) происходит очень плавно.

«Феррорезонансные стабилизаторы ».
Были разработаны в середине 60 годов прошлого века. В то время бытовые феррорезонансные стабилизаторы получили очень широкое распространение в СССР. Обычно через них подключали телевизоры, имевшие на тот момент очень несовершенные блоки питания, которые часто не справлялись даже с небольшими колебаниями напряжения.
Феррорезонансный стабилизатор это очень простое устройство, которое состоит из двух и более катушек проволоки, намотанных на металлические стержни, (по сути это те же трансформаторы) и одного или нескольких больших конденсаторов, и работает на основе принципа феррорезонанса. Стержни должны быть разделены и должны находиться на определенном расстоянии друг от друга.
Феррорезонанс - это явление, при котором возникает резонанс (усиленное колебание электромагнитного поля) между трансформаторами.

Полезный эффект этого явления состоит в том, что в такой конструкции стабилизатора напряжение, попадающее на трансформатор «А» из вашей сети, практически не влияет на напряжение, которое становится в трансформаторе «Б», из которого напряжение попадает в ваши приборы, при этом напряжение на трансформаторе «Б» практически не отклоняется от заданной величины .

+ПЛЮСЫ:

• Высокая точность выходного напряжения, отклонение не более 1-3%.
• Высокая скорость регулирования, практически мгновенная.
• Высочайшая надежность, поскольку внутри прибора нет электронных компонентов.
• Срок работы более 20 лет.

-МИНУСЫ:

• Повышенный уровень шума.
• Зависимость качества стабилизации от величины нагрузки.
• Низкий коэффициент полезного действия
• Очень большие габариты
• Очень высокая цена, по сравнению с любыми другими типами стабилизаторов.

Подобный тип стабилизатор до сих пор используется в аэропортах, метро, больницах, стратегических объектах, поскольку является самым надежным из существующих в мире стабилизаторов напряжения. Использование данного типа стабилизаторов гарантирует стабильную работу, а кроме того самое высокое качество напряжение.

«Стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием » - по объективным причинам очень мало распространенный тип стабилизаторов напряжения не только в России, но и в мире.
Свое название этот прибор получил из-за своего принципа работы, а именно, потому, что прибор стабилизирует напряжение методом двойного преобразования электрического тока. Все знают, или во всяком случае слышали, что электрический ток бывает постоянный и переменный.

Если вы забыли, что такое электрический ток, можете посмотреть в начале нашей статьи. Самое главное это вспомнить, что ток по сути - это поток (как поток воды) электронов.

Переменным током называют такой ток, который периодически изменяется по величине, частоте и направлению. В нашей обычной розетке дома переменный ток, в высоковольтных электрических сетях тоже переменный ток.

Постоянным током называют такой ток, который никак не изменяется. Такой ток есть в обычных батарейках, в аккумуляторе вашей машины. Практически все электронные приборы (электронные схемы) работают на постоянном токе. Поэтому во всех устройствах есть блоки питания - внешние или внутренние, (например, как у вашего ноутбука или сотового телефона), которые как раз и преобразуют переменный ток в постоянный.

Два принципиальных отличия переменного и постоянного Ответы на, безусловно, интересные вопросы, почему же электроны движутся именно от «минуса» к «плюсу» и зачем люди используют два вида тока, можно найти в любом школьном учебнике физики.
Теперь, когда стало понятно, что же такое постоянный и переменный ток, рассмотрим принцип работы стабилизатора напряжения с двойным предобразованием.
Хотя в интернете можно найти много сложных схем подобных стабилизаторов, в большинстве своем трудных для понимания. Тем не менее, принцип работы таких стабилизаторов очень прост.

Схема работы стабилизатора с системой двойного преобразования:

По сути, переменный ток, попадая в стабилизатор, преобразуется в постоянный. В момент преобразования можно легко регулировать напряжение переменного тока. То есть, если напряжение в сети будет меняться от 160 до 240 вольт, то после преобразования в выпрямители, напряжение будет постойной величиной, допустим, напряжение станет 220 вольт, но уже постоянного тока.
Для многих приборов и бытовой техники постоянный ток не подходит, например, не подходит для электродвигателей и ламп накаливания. Они попросту сгорят, если подать на них постоянный ток. Поэтому, постоянный ток перед тем, как он выйдет из стабилизатора и попадет в ваши приборы надо преобразовать в переменный ток. Для этого используется устройство под названием инвертор, которое преобразует постоянный ток в переменный. (Про инверторы более подробно будет написано в других статьях).
В результате, на выходе из стабилизатора мы получаем напряжение, которое почти равно 220 вольтам переменного тока, то есть, такое, какое и было в городской сети.

+ПЛЮСЫ:

• Высокая точность выходного напряжения, отклонение не более 1%.
• Высокая скорость регулирования

-МИНУСЫ:

• Очень высокая цена, сопоставимая с ценой феррорезонансных стабилизаторов. Это связанно с тем, что самой проблемной деталью такого стабилизатора является инвертор. Устройство очень сложное и очень дорогое, предназначенное для работы очень ограниченное время, от получаса до пары суток. А стабилизатор напряжения, должен работать непрерывно - годы. Так как в процессе преобразования постоянного тока в переменный, инвертор (а конкретно транзисторы в нем) очень сильно перегревается, если прибор не отключится, он просто сгорит. Чтобы этого не произошло, для использования в стабилизаторах инвертор надо делать с очень большим запасом по мощности, а также ставить мощную систему охлаждения. В результате чего получается очень сложное и крайне ненадежное устройство.
• Максимальная мощность ограниченна 5 киловаттами, можно сделать больше, но цена будет такая, что проще будет купить автономный генератор и запас солярки на 3 года вперед.
• Прибор очень сильно греется, поэтому требует постоянной работы охлаждающих систем. В случае их выхода их поломки прибор очень быстро выйдет из строя.
• Крайне низкая надежность, сопоставимая с электромеханическими стабилизаторами. Так как в приборе очень много электронных компонентов, очень сложная система управления. В этом приборе огромная нагрузка на детали, которая требует очень качественных и очень дорогих комплектующих.
• Зачастую, хоть это и отрицается или замалчивается производителями, данный тип стабилизатора существенно искажает форму синусоиды переменного тока, в результате чего получается нечто среднее между нормальным «волной» переменного тока и ровной линией постоянного. Такой ток быстро выводит из строя электродвигатели или любую другую аппаратуру или бытовую технику, рассчитанную на переменный ток. В очень дорогих моделях форма синусоиды наиболее приближенна к оригинальной, но, естественно, не является полностью идентичной.

Данный тип стабилизаторов используется, как правило, для защиты очень дорогой профессиональной музыкальной аппаратуры и дорогого медицинского оборудования. Из-за цены и прочих проблем обычно не используется в быту.

«Компенсационные стабилизаторы напряжения » производятся, как правило, большой мощности - от 75 киловатт и выше (до 2000 киловатт). И используются для промышленности. В очень редких случаях люди покупают их для использования в коттеджах.
Этот тип стабилизатора можно отнести к дальним родственникам механических стабилизаторов, о которых рассказывалось ранее, но в отличие от них имеет несколько иное конструктивное исполнение, а самое главное избавлен от одного очень важно недостатка.

Вы помните, что одним из самых больших недостатков механических стабилизаторов является их быстродействие, то есть, если напряжение быстро изменится, за то время, пока «щетка» доедет до нужной обмотки, стабилизатор будет выдавать либо очень высокое, либо очень низкое напряжение. Компенсационный стабилизатор лишен этого недостатка. В его конструкции предусмотрен ещё один дополнительный трансформатор и емкости, которые в то время, пока «щетка» доезжает до нужной обмотки, на какое-то время сглаживает или компенсирует перепад напряжения. Поэтому этот тип стабилизатора и получил название «компенсационный».
Этот тип стабилизаторов имеет все плюсы и минусы электромеханических стабилизаторов, кроме одного большего минуса, а именно, минуса «скорости стабилизации».

На производстве и в быту широко применяется электрическая энергия. Переменным током питают системы освещение, приводы механизмов электрических приборов, его подают на сетевой разъем электронных устройств. Сбытовые организации не всегда обеспечивают надлежащее качество электрических сетей, что проявляется, в частности, в колебаниях сетевого напряжения. Это неприятное явление характерно для:

• дачных поселков и небольших населенных пунктов;
• сетей автономных электростанций, не входящих в единую энергосистему.

Колебания отрицательно влияют на качество функционирования техники, снижают ее надежность. Застраховать себя от этого явления можно применением стабилизатора, который включают между сетью и нагрузкой, рисунок 1.

Рисунок 1. Схема включения стабилизатора

Типы стабилизаторов напряжения по принципу работы

Стабилизацию можно выполняться различными способами. Принципы стабилизации, использованные разработчиком, определяют типы стабилизаторов напряжения.

Релейные

Релейные стабилизаторы, часто называемые ступенчатыми, представляют собой силовой трансформатор с несколькими выходами вторичной обмотки, один из которых принимается за общий. Датчик отслеживает состояние сети, при выходе за пределы разрешенных допусков осуществляет автоматическую регулировку выходного напряжения с помощью переключения реле. При срабатывании отдельных силовых реле происходит переключение обмоток с подключением нагрузки на тот вывод, напряжение на котором минимально отличается от заданного.

Конструктивная простота релейных стабилизаторов, неплохая точность регулирования, невысокая стоимость, высокая надежность обеспечивают им высокую популярность.

Недостатки:

• ступенчатый характер регулирования;
• заметные искажения формы синусоиды тока нагрузки при высоком входном напряжении из-за магнитного насыщения сердечника;
• относительно слабая нагрузочная способность рабочих контактов реле;
• высокий уровень акустического шума.

Электромеханические (сервоприводные)

Электромеханические или сервоприводные стабилизаторы устраняют один из основных недостатков стабилизаторов с механическими реле: обеспечение только ступенчатой регулировки выходного напряжения. Принцип их действия основан на изменении коэффициента трансформации. Оно реализовано с помощью щетки, соединенной с электродом выходных клемм. Щетку перемещает по вторичной обмотке тороидального трансформатора вспомогательный электродвигатель, рисунок 2.

Рисунок 2. Конструктивные особенности сервоприводного регулятора

Для электромеханических стабилизаторов характерны большой диапазон регулировки, небольшие габариты, малая стоимость.

Основные недостатки : низкое быстродействие, хорошо слышимый ночью шум работающего электродвигателя.

Инверторные (бесступенчатые, бестрансформаторные, IGBT, ШИМ)

Инверторные стабилизаторы реализуют двухступенчатую схему получения выходного напряжения. Сначала переменный входной ток преобразуют в постоянный, а затем из него вновь генерируют переменное напряжение. Автоматическое регулирование происходит на этапе формирования постоянного тока, здесь же реализованы функции ступени стабилизации.

Существует несколько вариантов каскадного преобразования, каждому из которых соответствует подкласс инверторных стабилизаторов. Наибольшее распространение получили ШИМ-устройства и стабилизаторы на IGBT-транзисторах.

Сильные стороны этого оборудования:

• высокая скорость реакции на изменения входного напряжения, точность регулировки выходного;
• хорошие массогабаритные характеристики (отсутствует силовой трансформатор);
• простотой получения КПД выше 50 %;
• возможность плавной регулировки выходного напряжения в сочетании с широкими пределами изменения выходного электрического тока, а также работы на холостом ходе;
• эффективное подавление скачков напряжения и импульсных помех.

При применении надлежащей элементной базы инверторная техника нормально функционирует при отрицательных температурах.

Главный недостаток: плохая перегрузочная способность, в т.ч. кратковременная (не более 25 – 50% на протяжении 1 – 2 с). Последнее заставляет тщательно контролировать выходную мощность устройства при работе на реактивную нагрузку (электродвигатели различного назначения, вентиляторы и т.д.). Кроме того, следует принимать во внимание сложность электрической схемы, что увеличивает риски отказа, и высокую стоимость из-за необходимости применения силовой полупроводниковой элементной базы.

Феррорезонансные

Феррорезонансный стабилизатор — это устройство трансформаторного типа. Его характерная особенность — применение обмоток трансформатора, одетых на магнитопроводы разного поперечного сечения. Параллельно вторичной обмотке L2 подключен дополнительный конденсатор С, рисунок 3. Его емкость подобрана так, чтобы за счет резонанса обеспечивать постоянное насыщение магнитопровода вторичной обмотки. Отсюда большие изменения входного напряжения не приводят к колебаниям выходного.

Рисунок 3. Схема феррорезонансного стабилизатора

Стабилизатор имеет высокую скорость отработки скачков, обладает повышенной надежностью за счет отсутствия схем переключения, обеспечивает неплохую точность стабилизации.

Отсутствие механически подвижных компонентов позволяет эксплуатировать феррорезонансные стабилизаторы при небольших отрицательных температурах.

Главные недостатки:

• меньший коэффициент мощности;
• значительные нелинейные искажения выходного тока, которые могут привести к нарушениям функционирования ряда бытовых приборов, например, к искажениям изображения цветного телевизора и некачественному стиранию старых записей магнитофоном;
• нестабильность функционирования при вариациях частоты входного напряжения более чем на 0,5 Гц от номинального значения, что нередко встречается при питании населенного пункта от автономной электростанции.

Электронные (симисторные, тиристорные)

Так называемые электронные стабилизаторы структурно повторяют устройства на электромагнитных реле, но для ступенчатых переключений использованы полупроводниковые изделия. Возможно несколько разновидностей таких электронных схем, каждая из которых осуществляет автоматическое переключение коэффициента трансформации. Серийно выпускаются стабилизаторы, в которых функции ключевых элементов ступенчатого регулирования возложены на симисторы и тиристоры.

Тиристор — это полупроводниковая структура с тремя p-n-переходами, в которой выполнена глубокая положительная обратная связь. Ее наличие обеспечивает высокую скорость переключения при работе в ключевой режиме. Симистор образован двумя тиристорами с объединенными управляющими электродами, включенными встречно-параллельно, рисунок 4. За счет возможности пропускания тока этим компонентом в двух направлениях симисторные стабилизаторы демонстрируют повышенный КПД. Это выгодно отличает их от тиристорных стабилизаторов.

Рис. 4. Принципиальная схема простейшего варианта симисторного регулятора

Общие преимущества:

• повышенный коэффициент стабилизации;
• прекрасное подавление перепадов напряжения, импульсных помех;
• хорошие массогабаритные параметры;
• высокая надежность при реализации на качественной элементной базе.

Кроме того, по быстродействию электронные стабилизаторы заметно превосходят свои релейные электромеханические аналоги, т.е. хорошо отрабатывают скачки напряжения.

Недостатки:

• плохо адаптированы для работы с реактивной нагрузкой;
• высокая стоимость;
• сложность выполнения ремонта.

Виды стабилизаторов напряжения по классу напряжения

Промышленность выпускает широкую гамму стабилизаторов.

По диапазону выходных напряжений электронное оборудование для однофазных сетей рассчитано на 220 – 240 В (популярна также промежуточная градация 230 В), доступны феррорезонансные стабилизаторы на 110 – 120 В.

Бытовое оборудование для трехфазных электросетей обеспечивает выходное напряжение 380 – 415 В вне зависимости от применяемых схемных решений и отдаваемого тока нагрузки.

Техника промышленного назначения может иметь более высокое выходное напряжение: вплоть до 6 – 10 кВ.

Походы к выбору стабилизатора

Перечень параметров, по которым выбирают стабилизаторы, обязательно включает:

• мощность нагрузки или отдаваемый номинальный ток;
• выходное напряжение;
• тип сети (однофазная – трехфазная).

Большую помощь окажет информация о стабильности сети, уровне импульсных помех в ней.

При определении номинальной мощности суммируют мощности всех потребителей защищаемой сети. Для оценки мощности номинальной нагрузки токовую нагрузочную способность входного автомата умножают на 220 В.

При прочих равных условиях выбирают однофазные модели линейных стабилизаторов, учитывают, что модульные конструкции более удобны в обслуживании.

Учитывают эстетические параметры и количество выходных розеток, рисунок 5.

Рис.5. Вариант исполнения однофазного стабилизатора

Окончательный выбор целесообразно выполнять с учетом производителя и места изготовления. Для определения качества техники юго-восточного производства, выпускаемой без контроля со стороны ведущих западных компаний, имеет смысл изучить профильные форумы. Такой подход позволяет сделать адекватный вывод о качестве прибора.

Кроме технических параметров обязательно принимают во внимание доступность сервисного обслуживания.

Следует учесть, что в продаже имеется большой выбор 220-вольтовых однофазных и 380-вольтовых трехфазных устройств. Стабилизаторы с широким диапазоном регулировки и выходным напряжением других номиналов часто поставляются под заказ.

Заключение.

Промышленность выпускает широкую гамму бытовых стабилизаторов напряжения, что позволяет произвести выбор конкретной модели устройства с учетом конкретной области применения.

Массовый характер рынка стабилизаторов определяет большое количество работающих на нем производящих предприятий, предлагающих свою продукцию через партнерскую сеть. Поэтому перед покупкой следует выполнить тщательный многокритериальный отбор продукта.

Видео по в дополнение статьи

Существуют различные возможности защиты электроприборов при отклонении параметров электрической линии от номинальных. По сетевой линии передаётся синусоидальный сигнал с величиной 220 вольт, отклонения этого значения допустимы в пределах 15 процентов и нормально воспринимаются бытовой техникой. Для поддержания величины напряжения, не выходящего из этого предела, проще всего применить стабилизатор напряжения.

Виды и принцип работы стабилизатора

В торговых точках можно встретить разного вида и принципа действия стабилизаторы напряжения, по-другому их называют нормализаторы. Но несмотря на разнообразие, задачи у них одинаковые - поддерживать номинальное напряжение в питающей сети. Требования, предъявляемые к ним, заключаются в обеспечении быстродействия реагирования на изменение сигнала, высокого значения коэффициента полезного действия (КПД), передачи правильной синусоиды и надёжности контроля входного и выходного сигналов.

Перед тем как определиться, какой стабилизатор напряжения выбрать, необходимо знать их различия. Классификация стабилизаторов напряжения происходит согласно их принципу действия, они бывают:

• релейные;
• тиристорные;
• электромеханические;
• феррорезонансные;
• двойного преобразования.

Кроме этого, их различают по техническим характеристикам, включающих в себя значения номинальной мощности, диапазона стабилизируемого напряжения, вида используемой сети.

Устройство релейного типа

Это наиболее популярный вид устройств, характеризующийся низкой ценой. Основными элементами, используемыми в релейном типе устройств, являются:

• реле;
• трансформатор;
• блок управления.

В основе конструкции лежит способность реле подключать или отключать, используя свои контакты, ответвления со вторичной обмотки трансформатора. Реле выполняются в герметичном корпусе, что защищает их от попадания пыли. Какую обмотку подключать анализируется блоком управления.

Работа устройства заключается в следующем. Блок управления отслеживает изменение уровня сигнала на входе стабилизатора и сравнивает его с эталонным напряжением 220 вольт. При уменьшении напряжения с помощью реле подключается дополнительная обмотка трансформатора, добавляющая величину напряжения , необходимую для сравнения его уровня с эталонным. При увеличении, наоборот, отключает одна из обмоток. Из-за такого характера работы, применяемый трансформатор называется вольтодобавочным.

Сам трансформатор работает по следующему принципу: напряжение сети попадает на его первичную обмотку. При прохождении по ней тока переменной величины образовывается переменный магнитный поток. Этот поток пронизывает сердечник и все обмотки, в которых наводится электродвижущая сила (ЭДС). Если к вторичной обмотке подсоединена нагрузка, то под действием ЭДС через неё начинает протекать переменный ток. При этом вторичная обмотка имеет несколько ответвлений, выполненных в разных её местах. Для увеличения напряжения количество подключённых витков увеличивается, а для уменьшения снижается.

Количество дополнительных обмоток зависит от модели устройства и влияет на точность выходного сигнала. Чем их больше, тем более приближенным к величине 220 вольт будет выходное значение. Из-за ступенчатой формы управления при переключении обмоток происходят всплески напряжения, при этом нормой выходного сигнала будет величина от 203 до 237 вольт.

Преимуществами такого типа стабилизации , кроме цены, является высокая способность выдерживать перегрузки и широкий диапазон рабочей температуры от -40 до +40 градусов по Цельсию. Такие нормализаторы практически нечувствительны к форме частоты сигнала на входе. К недостаткам относятся: возникающий при срабатывании реле шум, низкая мощность и надёжность. Надёжность зависит от качества исполнения реле. Ступенчатый способ регулировки сигнала приводит к кратковременным всплескам уровня напряжения, что негативно сказывается на подключённой к стабилизатору технике.

Тиристорный нормализатор напряжения

Работа этого типа стабилизатора не отличается по принципу действия от релейного. Только вместо ненадёжных и шумных реле, используется полупроводниковый элемент, тиристор. Это радиоэлемент с двумя устойчивыми состояниями, обладающий тремя или более p-n переходами. По своей работе он напоминает электронный ключ.

Такие устройства называют ещё симисторные, различия заключаются лишь в том, что тиристор пропускает сигнал только в одном направлении, а симистор в оба. Включённые параллельно и навстречу друг другу два тиристора образовывают симистор. Стабилизация происходит подключением или отключение дополнительных обмоток с помощью открывания или закрывания тиристора.

Тиристорные стабилизаторы выпускаются как с одним , так и двумя этапами преобразования. Во втором случае, на первом этапе, происходит грубое выставление уровня сигнала, а на втором точное. Это позволяет достигать высокой точности уровня выходного напряжения. К преимуществам относят:

• отсутствие шума;
• высокую надёжность;
• низкое энергопотребление;
• высокое быстродействие;
• малые физические размеры.

Кроме этого, из-за применения микропроцессорного управления, тиристорный стабилизатор не вносит искажения в форму выходного сигнала.

Недостатки заключаются в высокой цене из-за применения дорогостоящих тиристоров и сложной электронной схемы управления. А также тиристорные нормализаторы не лишены недостатка стабилизации релейного типа, а именно ступенчатой регулировки. Например, при точности стабилизации 2% шаг напряжения на выходе составляет 6 вольт.

Сервоприводный тип нормализации

Другое название сервоприводного нормализатора - стабилизатор электромеханического типа или сервомоторный. Такой прибор состоит из трёх основных элементов:

• автотрансформатора;
• электродвигателя;
• платы управления.

Принцип действия лежит в плавном перемещении с помощью двигателя угольных щёток, замыкающих вторичные обмотки автотрансформатора. Его обмотки соединены между собой, и за счёт этого возникает как магнитная, так и электрическая связь. Вторичная обмотка автотрансформатора имеет не менее четырёх ответвлений, на каждой из которых своё значение напряжения.

Работа мотора управляется платой электроники с микропроцессором. Благодаря такому подходу, стабилизация напряжения происходит без переходных процессов и форма выходного сигнала не изменяется. Правильная синусоида важна для приборов, использующих в своей конструкции двигатели, которые перегреваются при большой зашумлённости сигнала.

Недостатком сервомоторных регуляторов является низкая скорость быстродействия. Например, при отклонении величины входного сигнала на 5% время срабатывания составляет 0,2 секунды. Кроме того, при работе такой стабилизатор создаёт повышенный шум.

Прибор с эффектом феррорезонанса

Этот тип нормализатора использует в своей работе эффект феррорезонанса , возникающего в связке трансформатор-конденсатор. Благодаря чему он и получил своё название: феррорезонансный стабилизатор. Конструктивно, этот вид нормализатора похож на трансформаторный тип. Но тут используемый трансформатор не симметричен, вторичная обмотка размещена на магнитопроводе с большим поперечным сечением, что не позволяет находиться ей в состоянии насыщения.

В таком трансформаторе возникают три магнитных потока изменения мощности, величина которых и приводит к выравниванию напряжения на выходе. Параллельно вторичной обмотке и, соответственно, нагрузке подключается конденсатор. Добавление конденсатора стабилизирует напряжение при небольших токах намагничивания, увеличивая коэффициент мощности.

Основной минус такого типа устройства - в малом значении коэффициент мощности. Кроме того, стабилизатор обладает большим весом и размером, шумностью при работе. Плюсы его в точности регулировки и высокой надёжности.

Инверторный нормализатор питания

Принцип работы основан на двойном преобразовании входного сигнала сначала в постоянную величину, а затем снова в переменную. Неоспоримое его достоинство - использование в основе конструкции не громоздких 50 герцовых трансформаторов, а комплекса программно-аппаратной реализации. Это позволяет достичь КПД более 90% и при этом обеспечить отличную точность стабилизации напряжения.

В состав инверторного стабилизатора входят:

• формирователь напряжения;
• микроконтроллер;
• ёмкость;
• выпрямитель;
• корректор мощности.

Переменный ток, попадая на выпрямитель и проходя через частотный фильтр, преобразуется в постоянное значение. Высоковольтный стабилизированный сигнал, поступает на инвертор, накапливаясь на конденсаторах шины постоянного тока. Блок инвертора собирается на микросхеме с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и силовых транзисторах IGBT. ШИМ контроллер формирует высокочастотный сигнал, около 20 кГц, который управляет открытием IGBT транзисторов. Затем, при помощи ёмкостно-индуктивного фильтра и образовывается переменный выходной сигнал.

Из-за применения такого подхода устройство плавно регулирует сигнал и выдаёт синусоиду отличного качества, что важно, например, для работы газовых котлов. Недостаток заключается в использовании дорогих радиокомпонентов, это приводит к самой высокой цене из всех видов стабилизаторов. Силовые ключи IGBT нуждаются в защите от перегрева , поэтому они устанавливаются на кулеры, что добавляет уровень шума.

Выбор стабилизатора напряжения

Выбирая стабилизатор для работы с конкретным устройством или для использования его на вводе электроэнергии в дом, критерии выбора остаются одинаковые.

В зависимости от типа сети выбирается для 220 вольт однофазное, а для 380 вольт трёхфазное устройство. Немаловажный параметр - диапазон входного напряжения, так как при выходе из этого предела стабилизатор будет отключать подсоединённую к нему нагрузку или выключаться сам. Чтобы его правильно выбрать, необходимо знать разброс напряжения в электрической сети. Узнать его можно с помощью замеров величины сигнала в разное время суток на протяжении нескольких дней.

При выборе стабилизатора напряжения для дома учитывается не только тип приборов, нуждающихся в защите, но и их пиковая мощность. Её значение берётся с запасом не менее пятнадцати процентов и высчитывается путём сложения мощности всех приборов, подключённых к стабилизатору. Активная мощность всегда указывается в ваттах (Вт), а полная в вольт-амперах (ВА). Соотносятся они между собой как 1ВА=0,6 - 0,8 Вт. Необходимо понимать, что двигатели имеют пусковые токи и мощность устройств стабилизации при использовании асинхронных электродвигателей, компрессоров, насосов, должна в 3−4 раза превышать рабочую мощность потребителей.

Отдавая предпочтения виду устройства, учитывается, что электромеханические модели подойдут для защиты высокоточной техники. Релейные и тиристорные для линий, на которых возникают значительные скачки напряжения, а требования к точности стабилизации не является основным фактором. Например, это чувствительные к отклонениям значений напряжения узлы электроники, устанавливаемые в холодильниках, морозильниках и тому подобной технике, имеющей в своей конструкции пусковые двигатели.

Согласно статистике, к наиболее востребованным приборам на рынке, заслужившим доверие покупателей, относят следующих производителей:

• Luxeon;
• Ресанта;
• Powercom;
• RUCELF;
• Энергия;
• Logicpower.

Приобретая устройство от известных брендов, потребитель получает не только соответствие заявленных параметров с реальными характеристиками , но и обеспечение гарантийной и послегарантийной сервисной поддержки. Почти все устройства стабилизации напряжения оснащаются информативными экранами, на которые может выводиться: величина входного и стабилизированного напряжения, значение потребляемой мощности, форма сигнала и тому подобное.

Чем опасны скачки напряжения?

Скачок - это кратковременное увеличение входного напряжения до недопустимого предела - от 240 В и более. Даже очень непродолжительного (менее секунды) скачка может быть достаточно для выхода из строя блоков управления котла отопления, скважинного насоса, стиральной машины, любого устройста, которое имеет "мозги". Причина проста: подавляющее большинство электронных компонентов (кондесаторы, резисторы и пр.), из которых состоят платы управления, контроллеры и прочие микросхемы, способны выдержать напряжение до 250В. Это верхний предел, за которым, как правило, следует разрушение компонента.

Следует отметить, что стабилизаторы не являются рациональной защитой от импульсных скачков. Импульсный скачок возникает вследствии нескольких причин, но в основном это грозовые разряды. Качественный стабилизатор не пропустит импульсный скачок к потребителям, но и работать дальше не сможет: потребуется визит в сервисный центр. Для защиты от импульных перенапряжений применяют комплекс мер, центральное место в которых занимает особое устройство - УЗИП. Впрочем, с недавнего времени итальянские стабилизаторы Ortea оснащаются УЗИПами.

Хороший стабилизатор в большинстве случаев не пропустит грозовой разряд, но после этого ему потребуется ремонт.

• При повышенном или пониженном входном напряжении выравнивать и поддерживать на уровне нормального.

Чем опасно повышенное и пониженное напряжение?

Опасность повышенного напряжения очевидна: ко всем непрятностям скачка добавляется длительность: если скачок, в зависимости от своей амплитуды может теоретически пройти без последствий, то длительное воздействие высокого напряжения гарантированно приведёт к поломкам "умных" машин.

При пониженном напряжении многие приборы работают плохо: обогреватели разогреваются непомерно долго, "умная" техника не включается вообще, микроволновка не разогревает и т.д. Особому риску подвергается оборудование с электродвигателями: кондиционеры, холодильники, насосы, приводы автоматических ворот и т.д. Это связано с тем, что при понижении напряжения пропорционально возрастает ток в обмотках электродвигателя. Повышение тока ведёт к повышению температуры, что в свою очередь приводит к повреждению, а затем и к пробою изоляции. Ремонт двигателя в этом случае нецелесообразен.

Ни один стабилизатор не способен устранить проблемы, вызванные аварийным состоянием проводки, постоянно использоваться на пределе технических возможностей и работать в условиях сильных искажений частоты тока.

Определяющие параметры стабилизатора напряжения

• Скорость регулирования. Как быстро стабилизатор реагирует на изменение напряжение в сети и насколько быстро он его исправляет. Соотвественно, чем быстродействие выше, тем меньше шансов, что скачок напряжения пройдет к потребителям.
• Перегрузочная способность. Способность стабилизатора устойчиво работать при превышении его номинальной мощности. Полезное свойство при эксплуатации электродвигателей.
• Номинальный диапазон входного напряжения – рабочий диапазон стабилизатора, в пределах которого предполагается его использование. В этом диапазоне прибор сохраняет заявленные технические характеристики: номинальную мощность и точность стабилизации. Большинство стабилизаторов напряжения, после отключения в связи с падением входного напряжения ниже максимального диапазона, включаются только при достижении в сети на входе номинального диапазона.
• Максимальный диапазон входного напряжения – это диапазон, в котором стабилизатор продолжает работать, но основные технические характеристики (номинальная мощность, точность стабилизации) отклоняются от паспортных значений. Обычно максимальный диапазон входного напряжения граничит с отключением прибора.
• Точность стабилизации. Это погрешность выходного напряжения стабилизатора. Наш ГОСТ 13109-97 считает максимально-допустимую погрешность в размере 10%, однако далеко не все приборы способоны пережить такие отклонения. Чем выше точность стабилизации - тем сохраннее будет "умная" техника.
• Шум. Практически все стабилизаторы издают какие-то звуки: трансформаторный гул, шелест вентиляторов, щелчки переключения реле, звук работы сервопривода. В зависимости от конструкции стабилизаторы могут быть как более, так и менее шумными. Совершенно бесшумных стабилизаторов не бывает: любой стабилизатор зашумит, приближаясь в работе к предельным значениям своих технических характеристик.
• Климатическое исполнение. Рабочий диапазон температуры окружающей среды разнится в зависимости от производителя. Например, стабилизаторы Lider способны работать при -40 °C, Progress при -45 °C, а Штиль - только при положительной температуре.

Принцип работы и типы стабилизаторов

Классический стабилизатор напряжения представляет собой трансформатор, оснащённый платой управления, механизмом выбора количества витков обмоток катушки трансформатора, различными измерительными устройствами: как минимум, вольтметром и датчиком температуры трансформатора, средствами индикации и коммутационным устройством. Подбирая соотношение между количеством витков первичной и вторичной обмоток трансформатора, можно увеличивать или уменьшать напряжение на концах вторичной обмотки. На этом свойстве работают все стабилизаторы напряжения, за исключением инверторных.

Инверторный стабилизатор вообще не имеет в своём составе трансформатора, его работа основана на двойном преобразование тока: сначала из переменного в постоянный, а затем обратно. Это самый современный на сегодняшний день тип стабилизаторов напряжения.

На самом деле типов стабилизаторов больше, мы же перечислим только те, которые нашли массовое применение в быту и промышленности.

Как вы видите, по большому счёту есть три типа стабилизаторов: электронные, электромеханические и инверторные. Принципиальное отличие между первыми двумя - способ переключения между обмотками на трансформаторе. Электромеханические стабилизаторы имеют в своем составе маленький электродвигатель, который физически перемещает щётку или ролик по катушке трансформатора, используя тем самым необходимое количество витков. Электронные стабилизаторы не имеют движущихся частей, переключение между заранее определёнными витками катушки осуществляется с помощью силовых ключей: реле, тиристоров или симисторов. Инверторный стабилизатор вообще не имеет трансформатора: основными деталями в нём служат IGBT-транзисторы и конденсаторы.

Конструктивные особенности определяют преимущества и недостатки того или иного типа стабилизатора в работе. Попробуем отобразить их наглядно:

Параметр	Электромеханический стабилизатор	Электронный трансформаторный стабилизатор
Скорость регулирования	Низкая. (механическое движение несравненно медленнее электрического тока) Достоинство: плавная регулировка - отличное свойство для hi-fi / hi-end аппаратуры и для систем освещения на лампах накаливания - гарантированное отсутствие щелчков в колонках и мерцания света. Слабая сторона: регулировка не успевает за скачком. Как следствие - пропуск скачка в сеть (характерно для стабилизаторов китайского производства) или отключение потребителей (алгоритм российских и европейских производителей)	Высокая. (электронное переключение осуществляется за миллисекунды) Достоинство: Успевает сравнять скачок. Скорость регулирования, например, у стабилизаторов Progress - 500 вольт в секунду. Слабая сторона: ступенчатая регулировка, как следствие изменение напряжение сразу на несколько вольт (до 20 В в зависимости от модели). Возможны помехи в звуке на hi-fi / hi-end технике, мерцание ламп накаливания	Высокая. (переключений вообще не происходит) Достоинство: Успевает сравнять скачок. Бесступенчатое регулирование гарантирует отсутсвие мерцания ламп накаливания и помех в аудио-аппаратуре.
Перегрузочная способность	Высокая. Все электромеханические стабилизаторы способны к длительной перегрузке. (до 30 минут в зависимости от степени перегрузки)	Низкая. Даже кратковременная (до 10 сек) перегрузка скорее исключение, чем правило.	Очень низкая. до 5 сек максимум.
Фильтрация помех	нет	нет	есть

Электромеханические стабилизаторы в меньшей степени способны противостоять скачкам, но более способны к перегрузкам.
Электронные стабилизаторы, наоборот, лучше справляются со скачками, но хуже держат перегрузку.
Инверторные стабилизаторы отлично справляются со скачками напряжения, имеют бесступенчатое регулирование и способны устранить высокочастотные помехи в сети. Но совершенно неспособны к перегрузке.

Электромеханический стабилизатор напряжения

Другое его название - сервоприводный. Принцип действия довольно прост: по команде платы управления маленький электродвигатель приводит в движение держатель, на конце которого закреплена графитовая щётка. Регулирование осуществляется плавным перемещением щётки по обмоткам трансформатора.

На фото вы видите трансформатор и щёточный узел стабилизатора Энергия СНВТ-1500 New Line. Трёхлетняя эксплуатация оставила на нём заметные следы, но прибор по состоянию на май 2016 в строю. Отчётливо видны потемнения на трансформаторе в области перемещения щётки - это следы истирания графита. Также видно небольшое оплавление изоляции или лака на витках катушки. Это "вариант нормы", однако проблема может быть глубже. Если оплавление более значительное и происходит в зоне щёточного контакта, щётка начинает цепляется за выступы. Уменьшается площадь контакта, появляется искрение, растёт нагрев, стабилизатор выходит из строя. У отвественных производителей подобных неприятностей не происходит - плата управления по сигналу датчика тока и датчика температуры трасформатора отключит стабилизатор раньше, чем начнётся серьёзное оплавление.

Электродинамический стабилизатор напряжения

Эти стабилизаторы, также как и электромеханические, имеют сервопривод, но вместо щётки по обмоткам трансформатора перемещается ролик. Преимущества ролика над щёткой очевидны: ролик никогда не зацепится за неровность на катушке и не сотрётся даже при при очень интенсивной работе. На фото изображён стабилизатор Ortea Vega 2.5 в разборе. Хоть качество фотографии и оставляет желать лучшего, очевидно, что придраться не к чему. Намотка плотная - виток к витку, массивный держатель ролика, надёжное крепление трансформатора к корпусу, каждый проводок обжат наконечником. Качественный и продуманный монтаж налицо. Стабилизатор надёжный и долговечный.

Электронные релейные стабилизаторы напряжения

В основе принципа действия релейных стабилизаторов лежат электромеханические реле, которые осуществляют переключение между отводами трансформатора. При работе реле издаёт характерный звук - щелчок. На фотографии видно, как оранжевые провода из трансформатора соединяются через клеммную колодку с черными блоками на плате. Это и есть отводы трансформатора, соединённые с реле. Каждый отвод есть окончание определённого количества витков провода на катушке. Плата управления по замерам входного и выходного напряжения определяет, какой из отводов использовать в данный момент и задействует его, замыкая соответствующее реле. Реле, устанавливаемые на стабилизаторы отечественного производства (Каскад), имеют ресурс до 9 000 000 (!) срабатываний. Это очень много. На фото запечатлён стабилизатор Каскад СН-О-12 2005 года выпуска, который исправно работает по состоянию на май 2016 года. Релейные высокоточные стабилизаторы не встречаются: максимально высокая точность, представленная на сегодняшний день на рынке - 2,5%. В целом об отечественных релейных стабилизаторах можно сказать, что они имеют не самые выдающиеся технические характеристики, но при этом практически неубиваемы.

Электронные тиристорные и симисторные стабилизаторы напряжения

Алгоритм работы тиристорных и симисторных стабилизаторов точно такой же, как и у релейных - плата управления посылает сигнал, электронный ключ (тиристор или симистор) срабатывает - необходимый отвод задействован. Бесшумно, молниеносно. Говоря простым языком тиристор - это электронный выключатель. Он имеет два состояния - открытое и закрытое: подавая на него сигнал, можно управлять его состоянием. Симистор - это разновидность тиристора, разница между ними не влияет на определяющие технические характеристики стабилизатора. Надёжность, скорость работы, неприхотливость к температурным условиям этих компонентов определили массовость производства стабилизаторов на их основе. Тиристорные или симисторные стабилизаторы могуть иметь очень широкие технические характеристики. Приобретая любой тиристорный стабилизатор отечественного производства, можно рассчитывать на 7 - 10 лет его эксплуатации.

Инверторные стабилизаторы напряжения

Принцип работы инверторного стабилизатора заключается в двойном преобразовании проходящего через него тока. Трансформатор в таких стабилизаторах отсутствует, его место занимает цепь устройств: входной фильтр, выпрямитель, конденсаторы, инвертор и система управления.

Проходя через эту цепь, ток фильтруется от помех, преобразуется в постоянный, а затем обратно в переменный. Это позволяет достичь на выходе идеальной формы тока и напряжения, а скачки напряжения поглощаются конденсаторами. Это передовой тип стабилизаторв напряжения: они способны работать в очень широком диапазоне входного напряжения с очень высокой точностью. Впрочем, без недостатков не обошлось: перегрузочная способность практически отсутствует, а IGBT транзистор, лежащий в основе надёжного инвертора, очень дорог.

Какой стабилизатор выбрать: импортный, или отечественный?

Импортные стабилизаторы представлены на российском рынке в основном китайскими аппаратами. Они имеют очень привлекательную цену, но на этом их достоинства заканчиваются. Сомнительное качество электронных компонентов, минимальный запас прочности деталей, небрежная сборка и, как следствие, короткий срок службы, которого едва-едва хватает на гарантийный срок. Как только не ухищряются недобросовестные продавцы этих приборов, чтобы скрыть страну-производителя. Одной из таких уловок является ввоз партии через Прибалтику - отметка в документах о стране ввоза позволяет заявлять о прибалтийском происхождении стабилизаторов (знаменитые Латвийские стабилизаторы). Другой способ ввести покупателя в заблуждение - иметь отечественную торговую марку и собранный в Китае стабилизатор называть отечественным, не уточняя, что отечественный только бренд, а сборка и комплектующие, включая трансформатор, совершенно не отечественная.

Но есть и действительно высококачественные импортные аппараты: итальянские стабилизаторы Ortea или Oberon. Однако в условиях текущего курса евро они сильно проигрывают по цене своему аналогу - стабилизатору Сатурн , который совершенно не уступает им качестве. А по некоторым характеристикам, например, перегрузочной способности и вовсе превосходит. Стабилизаторы немецких производителей у нас в стране практически не представлены. Покупать их за те деньги, которые за них просят, разумный человек не станет.

Поэтому можно с уверенностью сказать, что

Качественный стабилизатор по относительно доступной цене в большинстве случаев окажется отечественным.

Как "на глаз" определить качество стабилизатора и срок его службы?

Ответ прост: по весу. Российский трансформаторный стабилизатор на 10 кВА со средними техническими характеристиками весит не менее 30 кг. Стабилизатор с хорошими техническими характеристиками, например, Progress 10000L , весит 43 кг. Большая часть этого веса приходится на трансформатор, а это значит, что он гарантированно выдержит номинальную мощность и заданный диапазон входного напряжения. Могучий магнитопровод из специальной трансформаторной стали и запас по намотке гарантируют долгий срок исправной службы. Поэтому, если вы видите трансформаторный стабилизатор мощностью 10000 ВА и при этом его вес составляет всего 20 кг, стоит задуматься о его надёжности и сроке службы.

Качественный трансформаторный стабилизатор лёгким быть не может.

В случае с инверторным стабилизатором следует убедиться, что он выполнен на IGBT-транзисторах: это залог его надёжности и соответствия паспортным характеристикам.

Выбор мощности стабилизатора

Самый верный способ подбора мощности стабилизатора - замер с ежесекундной записью в течение суток

Расчёт мощности стабилизатора по электропотребителям

Мощность стабилизатора (ВА) = сумма мощностей всех потребителей (Вт) * коэффициент одновременности / коэффициент нагрузки + запас 15%

Разберём эту формулу:

• Потребляемая мощность в паспортах электроприборов обычно указывается в киловаттах . Просуммировав мощность всех приборов, мы получили количество киловатт , которое они будут потреблять, работая все одновременно. На практике же одновременно все потребители не работают никогда. Поэтому был рассчитан коэффициент одновременности работы электроприёмников для жилой застройки. Берём ранее полученную сумму мощностей отдельных приборов и умножаем на коэффициент одновременного использования из таблицы. Получаем мощность в киловаттах , которая реально будет потребляться одномоментно. Обратите внимание, что если вы отапливаетесь электричеством, коэффициент одновременности ниже 0,8 быть не может.
• Мощность стабилизатора измеряется в киловольт-амперах , а у нас киловатты . Для перевода используем коэффициент нагрузки.

  где 0.8 - это и есть коэффициент нагрузки. Вот мы и получили полную мощность наших электроприборов в киловольт-амперах

• прибавляем 15% запаса, чтобы стабилизатор не работал внатяг и вот, казалось бы, всё. Но нет.
• Обязательно необходимо проверить величину пусковых токов приборов с электродвигателями: погружных насосов, кондиционеров, электрогазонокосилок, мойки и т.д. И хотя пусковые токи длятся всего секунды, они не должны превышать значения перегрузочной способности стабилизатора!

Расчёт мощности стабилизатора по вводному автоматическому выключателю

Мощность стабилизатора (ВА) = 220 (Вольт) * номинальный ток вводного автомата (Ампер)

Вводной автоматический выключатель служит не только последней ступенью защиты от короткого замыкания, но и физическим ограничителем тока, который вы вправе потреблять по договору с электросбытовой организацией. Устанавливают их не просто так, а исходя из мощности имеющего в населённому пункте трансформатора, сечения подводящих кабелей и общего состояния электрохозяйства населённого пункта. Поэтому их зачастую опечатывают.

Отсюда следует вывод, что мы не можем потребить тока больше, чем это позволяет вводной автоматический выключатель - он просто отключится.

На фотографии мы видим очень качественный и педантичный монтаж: во влагозащищённом щите на столбе размещён двухполюсной автоматический выключатель на входе, затем счётчик и пара узо-автомат после счётчика. На каждом из этих устройств указан номинальный ток, на который оно рассчитано.

На этой фотографии на автоматическом выключателе мы видим символы "C32". Они означают, что этот автомат имеет характеристику "С" и рассчитан на номинальный ток 32 Ампера. Номинальное напряжения в наших сетях 220 Вольт, поэтому номинальная мощность этого автомата = 32 А * 220 В = 7040 ВА.

Казалось бы, стабилизатор мощнее 8 кВА ставить сюда бессмысленно, т.к. автомат пропускает только 7 кВА. Подвох кроется в характеристике "С".

Характеристка автоматического выключателя представляет собой зависимость скорости отключения от перегрузки. Эта тема очень обширна, вкратце скажем лишь, что харктеристика С подразумевает моментальное отключение при превышении номинального тока автомата не менее чем в 8 - 10 раз при 25 °C. На графике видно, что при четырёхкратной перегрузке отключение будет происходить от 4 до 8 секунд! Это означает, что пусковые токи для этого автомата вообще нипочём. А если мы перегрузим автомат характеристики С в 1,5 раза, он отключится через 40 минут, и это при темпреатуре 25 °C. При низкой температуре отключение будет происходить ещё медленнее. То есть, если на улице мороз, а вы перегрузили ваш автомат характеристики "С" на 25% - он скорее всего, не отключится вовсе. Стабилизаторов с аналогичной перегрузочной способностью не существует.

Перегрузочная способность стабилизатора должна с лихвой покрывать пусковые токи электродвигателей!

Что такое байпас и зачем он нужен?

Байпас - это комммутационное устройство для переключения электроснабжения в обход стабилизатора.

Зачем эта функция может понадобиться?

• Работа не инверторным сварочным аппаратом. Работать трансформаторным сварочным аппаратом через стабилизатор нельзя.
• Подключение нагрузок сверх номинальной мощности стабилизатора.
• Неисправность стабилизатора.

На сегодняшний день производители стабилизаторов реализуют байпасы в следующих видах:

• Ручной внешний байпас . Как правило, это кулачковый переключатель на два положения в отдельном корпусе с клеммной колодкой. Такие байпасы выпускаются производителями стабилизаторов Lider и Progress. Достоинство: для монтажа/демонтажа стабилизатора не нужно отключения электроснабжения и последующего соединения входных и выходных проводов. Достаточно отсоединить три провода от клеммной колодки стабилизатора: при включённом байпасе они будут обесточены. Внешние байпасы можно использовать со стабилизаторами любых производителей. Недостаток: дополнительные, пусть и небольшие, траты.
• Ручной встроенный байпас . Может быть выполнен на автоматических выключателях (стабилизаторы Systems и Энергия) или на магнитном контакторе (стабилизаторы Прогресс , Каскад и Сатурн). Достоинства: эстетично (не болтаются провода от стабилизатора к байпасу), дешевле (не нужен отдельный корпус, исключается клеммная колодка и дополнительные провода). Недостаток: при демонтаже стабилизатора потребуется соединение входных и выходных проводов.
• Автоматический встроенный байпас . Это программно-аппаратный комплекс, который по заданному алгоритму производит переключение электроснабжения в обход стабилизатора. На сегодняшний день автоматическими байпасами оснащаются некоторые стабилизаторы напряжения Lider . Автоматический байпас Lider сработает при неисправности стабилизатора, при его перегрузке, перегреве и при падении входного напряжения ниже допустимого порога. При отключении стабилизатора по верхнему пределу входного напряжения байпас задействован не будет - нагрузка просто обесточится. Недостатки: автоматический байпас не является аналогом ручного: не получится по своему желанию пустить ток в обход стабилизатора. Если стабилизатор у вас не перед глазами, вы можете очень долго не узнать о том, что он в аварийном состоянии и работает в байпасе.

Выбор диапазона входного напряжения стабилизатора

Как правило, стабилизатор имеет два диапазона напряжения - номинальный и максимальный.

При выборе стабилизатора необходимо основываться на его номинальном диапазоне входного напряжения

Каждый конкретный стабилизатор рассчитан на непрерывную длительную эксплуатацию в номинальном диапазоне входного напряжения. Все основные характеристики прибора (мощность, погрешность, уровень шума и пр.) указаны в паспорте исходя из его работы в номинальном диапазоне входного напряжения. Отсюда следует:

Чем шире номинальный диапазон входного напряжения стабилизатора - тем лучше

Однако, диапазон входного напряжения стабилизатора напрямую связан с его ценой. Чем шире - тем дороже. Поэтому, купив мультиметр, можно попытаться сэкономить на стабилизаторе. Проведите серию замеров напряжения в разные дни недели, включая выходные, и в разное время суток, в том числе ночью. Даже проведя несколько замеров, оставьте себе запас по диапазону, так как напряжение может меняться со сменой времён года, особенно зимой.

Насколько важна точность стабилизации?

Для большинства бытовых приборов точности стабилизации в 3 - 5% достаточно.

Исключение составляют системы освещения, выполненные на лампах накаливания, электроника газовых котлов отопления, hi-fi и hi-end техника. Для этих приборов лучше выбирать стабилизаторы с погрешностью выходного напряжения от 1,5% и меньше.

Телевизоры, холодильники, насосы, кондиционеры, стиральные машины, в общем, вся бытовая техника в высокоточных стабилизаторах не нуждается: 2,5-3% погрешности оптимально, 5% - допустимо.

Расширяем кругозор:

1. Очень интересная статья про автоматические выключатели
2. Подключаем стабилизатор и дифавтомат
3. Люди мучаются с