Стабилизаторы напряжения: виды, особенности, популярные модели

Назначение и функции

Все электрические приборы рассчитаны на подключение к сети со стандартными параметрами. Производители гарантируют эффективную и безопасную работу изделий в определенном диапазоне напряжения. Для эксплуатации устройств в сетях с низким качеством электроэнергии требуется использование стабилизаторов напряжения, основная функция которых заключается в коррекции и поддержании значения напряжения в заданном диапазоне при изменении параметров сети. 

Многие модели современных стабилизаторов позволяют решать дополнительно следующие задачи:

• коррекция формы выходного напряжения;

• защита цепи питания нагрузки от перегрева и короткого замыкания;

• защита от изменения напряжения до недопустимого значения;

• подавление высокочастотных и импульсных помех с помощью фильтра;

• установка значения выходного напряжения, отличного от стандартного;

• контроль параметров и дистанционное управление работой стабилизатора.

Качество электроэнергии определяется ГОСТ 13109-97, в соответствии с которым допускаются отклонения ±10% от номинального значения напряжения. Большинство электроприборов рассчитаны на работу в отечественных электросетях, поэтому теоретически могут эксплуатироваться без стабилизации напряжения. 

Однако приборы с электронными компонентами чувствительны к перепадам напряжения, поэтому использование стабилизатора позволят продлить их срок службы и сделать работу безотказной. Некоторые импортные электроприборы, поступающие на отечественный рынок, изготовлены для стран с более жесткими требованиями к качеству электроэнергии, поэтому также требуют стабилизации напряжения.

Виды стабилизаторов напряжения

Релейные стабилизаторы

Стабилизаторы релейного типа — это силовой трансформатор, который имеет несколько выводов вторичной обмотки, причем один из них принимается как общий. Контроль параметров сети осуществляется датчиком, который с помощью реле автоматически регулирует выходное напряжение, если оно выйдет за допустимые пределы. В случае срабатывания отдельных силовых реле происходит переключение на ту обмотку, на выходе которой обеспечивается значение напряжение, минимально отличающееся от заданного. 

Преимущества:

• простота конструкции;

• достаточно высокая точность регулирования напряжения;

• доступная стоимость;

• надежность в эксплуатации.

Недостатки:

• регулирование происходит ступенчато;

• искажение формы синусоиды тока при больших значениях входного напряжения;

• высокий износ контактов реле;

• шумность.

Электромеханические стабилизаторы

Сервоприводные стабилизаторы напряжения плавно регулируют напряжение на выходе. Работа устройства основана на изменении коэффициента трансформации. Это достигается за счет использования щетки, которая соединена с электродом выходных клемм. Щетка перемещается по вторичной обмотке тороидального трансформатора с помощью дополнительного двигателя.

Преимущества:

• широкий диапазон регулировки;

• компактные габариты;

• плавная регулировка напряжения;

• не происходит искажения синусоиды;

• выдерживает кратковременные перегрузки.

Недостатки:

• низкое быстродействие из-за использования электродвигателя;

• более сложная конструкция и наличие движущихся деталей снижает надежность прибора;

• используются чаще всего в сетях, которым не свойственны резкие скачки напряжения;

• высокая акустическая нагрузка из-за работающего электродвигателя.

Инверторные стабилизаторы напряжения

Стабилизаторы напряжения инверторного типа сначала выпрямляют переменный ток, а затем с помощью инвертора снова преобразуют в переменный. Регулирование напряжение и реализация ступени стабилизации происходит при формировании постоянного тока. 

В зависимости от используемого варианта каскадного преобразования, инверторные стабилизаторы подразделяются на подклассы. Чаще всего используются стабилизаторы с ШИМ и на IGBT-транзисторах.

Преимущества:

• плавная регулировка напряжения в широком диапазоне;

• компактные размеры, так как в конструкции отсутствует трансформатор;

• низкая погрешность выходного напряжения;

• фильтрация высокочастотных помех;

• чрезвычайно высокое быстродействие;

• возможность эксплуатации при низких температурах.

Недостатки:

• плохо переносит перегрузки;

• повышенный риск отказа, обусловленный сложной электрической схемой;

• высокая стоимость.

Феррорезонансные стабилизаторы

В феррорезонансных стабилизаторах обмотки трансформатора одеты на магнитопроводы, имеющие разное поперечное сечение. Ко вторичной обмотке параллельно подключен дополнительный конденсатор. Постоянное насыщение магнитопровода вторичной обмотки обеспечивается за счет резонанса, который достигается конденсатором с точно подобранной емкостью для обеспечения этого эффекта. 

Преимущества:

• высокое быстродействие;

• надежность;

• достаточно высокая точность стабилизации.

Недостатки:

• регулирование напряжение возможно только в заданном диапазоне;

• искажает синусоиду;

• работа сопровождается шумом;

• большие габариты и массивность;

• образуются электромагнитные помехи;

• нестабильное напряжение при колебаниях частоты более 0,5 Гц от номинального значения.

Электронные стабилизаторы напряжения

Структура стабилизаторов электронного типа аналогична устройствам, работающих на электромагнитных реле. Отличие заключается в использовании полупроводниковых изделий (симисторов и тиристоров) для переключения обмоток трансформатора.

Тиристоры имеют глубокую положительную обратную связь, что обеспечивает высокое быстродействие. Симистор образуется двумя тиристорами с двумя управляющими электродами, которые включены в схему встречно-параллельно. За счет возможности пропускания электрического тока в двух направлениях достигается более высокий КПД по сравнению с тиристорными устройствами.

Преимущества:

• высокий коэффициент стабилизации;

• отличное подавление перепадов напряжения и импульсных помех;

• плавное регулирование напряжения;

• надежность и долговечность;

• сбалансированные массогабаритные параметры.

Недостатки:

• не могут работать с реактивной нагрузкой;

• сложный ремонт;

• высокая стоимость.

Гибридные стабилизаторы

Гибридные модели стабилизаторов предусматривают комбинированный способ переключения трансформаторной обмотки. На отечественном рынке они представлены двумя вариантами:

• Релейно-электромеханические стабилизаторы напряжения. Позволяет расширить диапазон стабилизации. Однако вместе с преимуществами объединения двух принципов работы устройство приобрело их недостатки: при работе в электромеханическом режиме стабилизация происходит с высокой точностью, но медленно, а когда начинает работать релейная часть точность снижается, а быстродействие повышается.

• Симисторно-релейные стабилизаторы напряжения. Механическое реле — слабое звено релейного стабилизатора. С объединением двух принципов работы этот недостаток нивелируется, и устройство безотказно работает как минимум в течение заявленного производителем срока службы.

Классификация стабилизаторов по классу напряжения

Производители предлагают множество моделей стабилизаторов напряжения. Все они подразделяются на:

• Однофазные. Стабилизаторы рассчитаны на работу в диапазоне 220-240 В. Существуют модели феррорезонансных стабилизаторов, работающих при 110-120 В.

• Трехфазные.  Выходное напряжение для бытовых потребителей находится в пределах 380-415 В, для промышленного оборудования  — до 6-10 кВ.

Как выбрать стабилизатор напряжения

При выборе стабилизатора следует обращать внимание на следующие основные параметры:

• мощность нагрузки или величина номинального тока;

• значение выходного напряжения;

• тип сети.

Если необходимо обеспечить защиту одного маломощного потребителя (например, газового котла или циркуляционного насоса), то следует обратить внимание на стабилизатор с полной мощностью до 1000 ВА.

Если приборы подвержены влиянию пониженного или повышенного напряжения, то потребуется стабилизатор с мощностью 3000-6000 ВА.

Если потребитель — это компьютер и периферия, то лучше всего купить стабилизатор напряжения с высокой перегрузочной способностью, оснащенный специальными розетками.

После выбора прибора с оптимальными характеристиками и функционалом, следует обратить внимание на бренд. Известный на рынке производитель имеет хорошую репутацию, что равносильно знаку качества.

Популярные модели

TEPLOCOM ST — серия стабилизаторов напряжения отечественного производства, которая предназначена для защиты газовых котлов и циркуляционных насосов от перепадов напряжения. Устройства относятся к релейному типу. Они характеризуются высоким быстродействием и не искажают синусоиду на выходе. Стабилизаторы могут работать с любыми моделями напольных и настенных газовых котлов, установленных в квартирах, частных домах и офисах.

Стабилизатор напряжения РАПАН СТ-220 — еще одна удачная модель ЗАО «Бастион», предназначенная для защиты настенных газовых котлов. Его подключить не сложнее, чем пользоваться удлинителем. Миниатюрные размеры делают устройство незаметным в интерьере, что не отражается на перегрузочной способности и быстродействии. Прибор разработан с учетом европейских стандартов качества электроснабжения.

Стабилизатор напряжения RUCELF SDW-500-D входит в линейку более совершенных настенных сервоприводных моделей, который пришли на смену популярным RUCELF TSD. Индекс D указывает на наличие цифрового дисплея. Устройство характеризуется расширенным диапазоном входного напряжения, улучшенным охлаждением и усиленными концевыми выключателями.  

Если напряжение в электросети сильно понижено, то целесообразно использовать стабилизатор напряжения Solpi-M TDR-1000VA. Он предусматривает все виды защиты и имеет расширенный диапазон регулирования от 100 В. Удобный информативный светодиодный дисплей позволяет контролировать напряжение в сети. Прибор установлен в металлический корпус, что повышает его уровень пожаробезопасности и надежности.

Стабилизаторы напряжения FED с интеллектуальной функцией защиты в зависимости от модели могут оснащаться информативным дисплеем. Они предназначены для круглосуточной эксплуатации с целью поддержания и корректировки напряжения на выходе. Устройство сочетает в себе, кроме функций стабилизатора, защиту от неполадок в сети, функционал заземляющего контакта и устройство коммутации фазы.