Принцип работы и типы стабилизаторов напряжения 220В для дома

Плюсы и минусы

Применение инверторной технологии позволило кардинально снизить вес и габариты стабилизирующих устройств. Главным образом это произошло за счёт отсутствия в инверторных схемах трансформаторов, являющихся самой тяжёлой и объёмной деталью приборов предыдущего поколения.

Инверторные стабилизирующие приборы превосходят все предыдущие модели, почти по всем основным показателям:

• самый широкий диапазон регулирования напряжения (от 90 до 310 Вольт);
• мгновенная реакция на любые скачки питающего сетевого напряжения (задержка 0 мс — без аналогов);
• идеальное качество выходного напряжения (выпрямляет синус — без аналогов);
• самый маленький вес и габариты приборов (у других есть трансформатор, он самый тяжелый из компонентов).

Данный прибор идеален для газового котла, так как тому критичен чистый синус, а инвертор выдает его в идеальном виде (при этом инвертора нет в других видах стабилизаторов).

К недостаткам можно отнести высокую цену, а так же возможное гудение у некоторых производителей, что, скорее всего, связано с экономией на компонентах. Если вам это мешает, то такой товар можно вернуть в течение 14 дней почти у всех продавцов.

Штиль Инстаб

Читайте по теме: полный обзор Штиль Инстаб + видео работы.

Вентиляторы охлаждения стабилизатора могут создавать некоторый шум при своей работе, что не делает его полностью бесшумным при эксплуатации.

И ещё, инверторные стабилизаторы критичны к качеству применяемых электронных компонентов и их монтажу. Плохое крепление транзистора к радиатору может вызвать быстрый его перегрев, и выход из строя всего прибора.

Стоимость хоть и не маленькая, но СтабЭксперт.ру считает, что постоянное совершенствование технологий производства основных электронных компонентов и увеличение их массового выпуска, безусловно, должны привести к удешевлению конечного продукта.

Симисторные, тиристорные стабилизаторы

Эти стабилизаторы относятся к электронным. Напряжение корректируется ступенями. В процессах переключения обмоток автотрансформатора задействованы симисторы или тиристоры.

Как видно из рисунка напряжение выравнивается, как только оно опустится ниже определенного значения.  На рисунке это значение — 208В. Только после достижения напряжения данной величины, происходит его выравнивание до 220В. Поэтому эти стабилизаторы и называют ступенчатыми.

Грубо говоря регулировка осуществляется как бы перепрыгиванием с одной ступеньки напряжения на другую. Чем больше ступеней, тем более точно осуществляется регулирование.

Работу устройства в отличии от релейных собратьев практически не слышно. Благодаря этому его можно размещать в любом помещении, никаких неудобств по созданию шума он не создаст. Также практически не будет видно и изменения в освещении. Раздражающее мигание ламп будет еле заметным.

Что внутри

Внутреннее устройство очень похоже на схему релейного:

1. Тороидальный трансформатор
2. Плата управления
3. Силовые ключи из симисторов

Трансформатор имеет несколько обмоток и среднюю точку, через которую подается напряжение на него. Одни ступени отвечают за понижение напряжение, другие за повышение. Благодаря плате управления и симисторам, стабилизатор может одновременно замкнуть как контакты повышающие так и понижающие выходное напряжение. Для чего это делается?

Например одна понижающая ступень изменяет напряжение в пределах 9 Вольт. А повышающая сразу на 27 Вольт. Замкнув одновременно обе ступени, мы изменим напряжение на +27-9=18 Вольт. Тем самым будем иметь очень широкий диапазон регулировок и относительно плавное изменение напряжения. Большое число ступеней почти помогает избежать различимого невооруженным глазом «мигания» лампочек.

Данный вид аппаратов менее подвержен перегрузкам. Может справиться с пусковыми токами на двигателях насосов, станков и т.д. Большинство моделей сохраняют свои качества и работоспособность при отрицательных температурах. Можете их монтировать в подсобных не отапливаемых помещениях.

За счет применения симисторов обеспечиваются следующие плюсы:

• малошумность при работе
• высокоскоростная коммутация до 20мс
• плавная регулировка
• большая надежность и долговечность из-за отсутствия механически подвижных элементов. Полупроводники по своим качествам и времени работы на отказ превосходят реле.

Минусами являются большая стоимость и низкая точность при регулировании. Еще они могут не подойти для поклонников музыки и радиолюбителей. Из-за создаваемых помех будет невозможно нормально ни послушать радио, ни включить музыкальную аппаратуру.

Как работает стабилизатор напряжения

Автотрансформатор — это устройство, которое может менять коэффициент трансформации, таким образом компенсируя просадки или скачки входного напряжения. Например, если напряжение опустилось до 180 В, то схема управления должна подключить обмотку автотрансформатора, обеспечивающую коэффициент усиления в 1.22 раза. Тода выходное напряжение составит 220 В.

В приведенной ниже в этой статье схеме, которую предлагается собрать, применено 4 повышающих и 2 понижающих отвода. Понятно, что при таком принципе работы всегда будет какая-то погрешность установки выходного напряжения. Но это не страшно, и более того абсолютно нормально, так как согласно требованиям к сетевому напряжению, оно может меняться в диапазоне 220 В+10%–5%, а конкретно 198–242 В. Таким образом, любой выпускаемый и имеющийся в продаже прибор, обязан работать в таком диапазоне питающих напряжений.

Таким образом, задача-минимум стабилизатора заключается в том, чтобы обеспечить выходное напряжение в указанном диапазоне. Устройство, выполненное по указанному выше принципу легко справится с этой задачей.

Существующая современная элементная база позволяет использовать для создания узла управления большой перечень программируемых микроконтроллеров, например, производства Atmel, MicroChip и так далее. Схема такого устройства получится небольшой и гарантированно рабочей. Однако, использование, программирование таких микроконтроллеров требует специальных знаний и поэтому в этой статье мы остановимся на более простом варианте стабилизатора, собрав который, вы получите готовое устройство, не требующее программирования.

Мы предлагаем собрать схему, включающую в свой состав операционные усилители и логические микросхемы типа «исключающее ИЛИ».

Алгоритм работы простого стабилизатора напряжения электронного типа:

1. Напряжение на входе в стабилизатора попадает на схему измерения уровня (схему сравнения), выполненную на множестве операционных усилителей LM339N. Результатом работы схемы будут множество сигналов, соответствующих возможному правильному решению выбора отвода автотрансформатора.
2. Далее эти сигналы поступают на логическую часть, выполненную на ИС К1554ЛП5 (SN74АС86), после которой остается только один сигнал выбора отвода, соответствующий ближайшему, правильному выводу автотрансформатора.
3. Затем выбранный сигнал проивзодит включение конкретного оптосимистора MOC3061, который уже непосредственно подключает симистор BTA41-800B, соединяющий вывод автотрансформатора с выходом устройства.

Устройство и принцип работы стабилизатора напряжения

Устройство подобного оборудования может различаться, в зависимости от его вида. А вот принцип работы у всех идентичен. Поступающее входное напряжение сглаживается посредством различных узлов, в результате чего на выходе исчезают даже малейшие перепады, независимо от магистральной сети.

Многие современные стабилизаторы имеют и свой встроенный аккумулятор, который позволяет при отключении напряжения в сети еще какое-то время работать подключенному к нему оборудованию. Чаще всего к таким подключаются компьютеры для возможности сохранения информации из оперативной памяти. Подобное оборудование называется УБС (устройство бесперебойной сети). Но если требуется подключение нескольких бытовых приборов к одному стабилизатору, приобретать оборудование со встроенной аккумуляторной батареей смысла не имеет. Стоимость его достаточно высока, а заряда вряд ли хватит на долгое время.

Но если все упростить, выглядеть подобное оборудование будет так

Поняв в общих чертах, как работает стабилизатор напряжения, имеет смысл понять, на какие параметры стоит обратить внимание, если решено приобрести устройство для дома? Попробуем разобраться

Релейный стабилизатор напряжения

Сегодня невозможно представить квартиру, в которой не было бы бытовой техники. Каждое устройство требует защиты от перепадов напряжения в бытовой сети. Одним из таких приборов защиты является релейный стабилизатор напряжения.

Благодаря такому прибору можно создать комфортные условия работы электрических устройств. Уровень напряжения в номинальном режиме должен составлять 220 В. Релейный вид стабилизатора встречается во многих областях. Это популярный вид защитного прибора, так как имеет простое устройство.

Конструктивные особенности

Перед применением прибора требуется изучить, как он устроен и работает. Релейный стабилизатор включает в себя автотрансформатор и схему электронных элементов, управляющих его действием. В корпусе кроме этого имеется реле. Стабилизатор релейного типа считается повышающим, так как при пониженном напряжении прибор осуществляет повышение напряжения.

Возрастание напряжения будет осуществляться путем подключения дополнительной обмотки. Чаще всего в трансформаторе есть 4 обмотки. При превышении напряжения в сети стабилизатор снижает излишнее напряжение. Схема стабилизатора релейного типа состоит из:

1. Повышающий трансформатор.
2. Управляющий микроконтроллер.
3. Реле.

Это основные элементы релейного стабилизатора. Также устройство может содержать вспомогательные элементы, например, дисплей.

Принцип действия

Разберемся в процессе функционирования стабилизатора релейного типа. Электронная система измеряет параметры входящей электроэнергии. После считывания данных прибор сравнивает эти параметры с величинами номинального режима.

Прибор автоматически производит подключение необходимой обмотки трансформатора для достижения нужных параметров сети. Работа релейного стабилизатора довольно простая. Прибор регулирует параметры сети по ступеням, в результате чего при очередной ступени напряжение изменяется на конкретную величину. Бывают ситуации, когда уровень напряжения не соответствует норме даже после корректировки. Такие ступенчатые регулировки могут также вызвать перепады напряжения.

Если подробно разобраться в принципе действия, то можно понять, что прибор быстро выбирает нужные обмотки. Такие ступенчатые скачки параметров считаются незначительными. Они станут заметнее, если на входе будут наблюдаться подобные скачки напряжения. При подключении к сети высокочувствительных устройств при сильных перепадах напряжения устройства выйдут из строя.

Недобросовестные производители могут запрограммировать стабилизатор таким образом, что на его дисплее всегда будет показывать значение 220 В.

Чаще всего релейный стабилизатор справляется с перепадами сети за 0,15 с. Такой прибор может отключить питание выходным током, когда на входе возникли значения тока наименьшего допустимого значения. После нормализации напряжения прибор снова подключится к работе. Напряжение восстанавливается за 0,6 с.

Достоинства

Основными преимуществами релейной модели стабилизатора можно назвать:

1. Малые габаритные размеры, так как трансформатор имеет только функцию повышения напряжения.
2. Большой интервал значений напряжения.
3. Значительный диапазон рабочих температур. Многие приборы нормально работают при температуре -40 +40 градусов.
4. Низкий уровень шума.
5. Допускается перегрузка до 110%.

Многие изготовители приборов утверждают, что их продукция способна функционировать много лет.

Недостатки

В работе релейных моделей стабилизаторов есть недостатки, которые обусловлены его методом работы, схемой прибора. Слабым звеном его конструкции считается реле. Если изготовитель установил некачественное реле, то оно может стать причиной неисправности прибора. Также при переключении режимов возникают щелчки и шумы.

Другим значимым недостатком является ступенчатое действие устройства выравнивания напряжения. При переключении с одной обмотки на другую напряжение может значительно изменяться, образуя некоторые скачки.

Недорогие модели имеют слабую мощность, которая не больше 30% от мощности бытовых устройств.

Выбор стабилизатора по рабочему напряжению

Очень важно, прежде чем покупать это недешёвое устройство, проанализировать причину нестабильного напряжения, а потом уже переходить к выбору модели и мощности стабилизатора. При выборе мощности также нужно учитывать то, что при пониженном входном напряжении выходная мощность стабилизатора уменьшается

При понижении входного напряжения до 170В мощность падает на 30-50% в зависимоти от вида и КПД стабилизатора

При выборе мощности также нужно учитывать то, что при пониженном входном напряжении выходная мощность стабилизатора уменьшается. При понижении входного напряжения до 170В мощность падает на 30-50% в зависимоти от вида и КПД стабилизатора.

Эта особенность стабилизаторов приводится на графике, который обычно есть в инструкции:

Падение мощности стабилизатора в связи с падением напряжения

Если напряжение в сети обычно занижено, то надо быть готовым, что при напряжении 150 В стабилизатор на 10 кВт будет уходить в ошибку по перегрузке при выходной мощности менее 7 кВт. Энергия не может браться ниоткуда, за всё надо платить. И мощность при пониженном напряжении может повыситься только за счет повышения тока.

Эта особенность стабилизаторов усугубляет проблемы и без того изношенных сетей. Ведь чем больше люди ставят стабилизаторы, тем больше потребляется ток, и тем больше проседает напряжение у соседей, которые ещё не купили стабилизатор. Замкнутый круг, в котором выигрывает тот, кто первый вложит деньги.

После 250 В мощность стабилизатора также ограничивается из-за перегрева, что видно на графике.

Поэтому, для правильного выбора стабилизатора замерьте напряжение в сети, поизучайте как сильно оно моргает, как сильно мигают лампочки. Это дает представление о просадках (обычно лампочка “на глаз” затухающая в два раза, получает не 220 Вольт, а 170-180 В.)

Исходя из замеренных реальных напряжений в доме, нужно определиться не только с мощностью стабилизатора, но и с диапазоном работы. Например, если напряжение постоянно занижено, нужно выбрать “повышающий” стабилизатор, а если завышено – широкодиапазонный.

Теперь перейдём к конкретным случаям выбора стабилизатора – для всего дома, для котла, для холодильника, и т.д.

Стабилизаторы на 15 В

Для устройств с напряжением 15 В используется сетевой стабилизатор напряжения, схема которого по своей структуре является довольно простой. Порог чувствительности у приборов находится на малом уровне. Модели с системой индикации встретить очень сложно. В фильтрах они не нуждаются, поскольку колебания в цепи незначительные.

Резисторы во многих моделях есть только на выходе. За счет этого процесс преобразования происходит довольно быстро. Входные усилители устанавливаются самые простые. Многое в данном случае зависит от производителя. Используются стабилизатор напряжения (схема показана ниже) этого типа чаще всего в лабораторных исследованиях.

Расчет мощности

Выше неоднократно отмечалось, что при выборе стабилизатор важно учесть такой критерий, как мощность. Для получения стабильных 220В на выходе требуется зафиксировать два ключевых показателя — суммарную мощность электрических приборов, а также напряжение в сети

Для получения стабильных 220В на выходе требуется зафиксировать два ключевых показателя — суммарную мощность электрических приборов, а также напряжение в сети.

Алгоритм действий имеет следующий вид:

Замеряем U в часы пиковых нагрузок (по вечерам), для этого можно воспользоваться мультиметром.
Вычисляем общую мощность имеющегося оборудования в доме, в квартире или на даче, учитывая пусковые токи. Номинальный параметр можно узнать из паспорта, посмотреть на самом приборе или в инструкции

При расчете важно учесть постоянно работающее оборудование, такое как холодильник, ТВ, бойлер и другое. Нельзя забывать и за другую технику, которая включается время от времени — фен, электрический чайник и другое

Если речь идет о частном доме или даче, стоит учесть уличное освещение, полив и привод открытия (закрытия) ворот с помощью электромагнитного замка
Как уже отмечалось, важно брать во внимание и пусковые токи, которые в 3-6 раз могут превышать номинальные. Такая особенность характерна для водяных насосов, сплит систем, холодильника и других аппаратов.

Итоговая мощность выбранного стабилизатора должна быть на 20% больше расчетного параметра. Это делается для того, чтобы в будущем иметь возможность подключить дополнительные приборы.

Высокочастотные модели стабилизаторов

По сравнению с релейными моделями, высокочастотный стабилизатор напряжения (схема показана ниже) является более сложным, и диодов в нем задействуется больше двух. Отличительной особенность приборов данного типа принято считать высокую мощность.

Трансформаторы в цепи рассчитаны на большие помехи. В результате данные приборы способны защитить любую бытовую технику в доме. Система фильтрации в них настроена на различные скачки. За счет контроля напряжения величина тока может изменяться. Показатель предельной частоты при этом будет увеличиваться на входе, и уменьшаться на выходе. Преобразование тока в этой цепи осуществляется в два этапа.

Первоначально задействуется транзистор с фильтром на входе. На втором этапе включается диодный мост. Для того чтобы процесс преобразования тока завершился, системе требуется усилитель. Устанавливается он, как правило, между резисторами. Таким образом, температура в устройстве поддерживается на должном уровне. Дополнительно в системе учитывается источник питания. Использование блока защиты зависит от его работы.

Как избежать ошибок до покупки — 3 фактора выбора

Чем отличается релейный стабилизатор от симисторного смотрите в этом видео.

Автор видео на примере двух моделей объясняет разницу в их работе: что находится внутри, принцип работы, количество ступеней регулирования и другие нюансы. Почему один из них дороже и что влияет на цену.

Таблица №3 Подборка популярных стабилизаторов напряжения в зависимости от поставленных перед ними задач.

Как видно из таблицы несколько торговых марок прочно удерживают пальму первенства в борьбе за покупателя.

Советы по выбору стабилизатора напряжения

Для того чтобы приобрести эффективный и надёжный прибор, необходимо следовать советам профессионалов, людей, которые знают толк в электричестве. Итак, перечень рекомендаций:

1. В том случае, если помещение не отапливается, стабилизатор в обязательном порядке должен устанавливаться морозостойкий. Если в холодном помещении установить обычный прибор, большая вероятность того, что срок эксплуатации его будет очень коротким, так как выпадет конденсат, что приведёт к короткому замыканию. Нужно понимать, что если выпадет конденсат и прибор придёт в негодность, гарантия на устройство считается недействительной.
2. Стабилизаторы напряжения с широким номинальным диапазоном напряжения на выходе – оптимальный вариант. При перепадах напряжения в зимний и летний период. Рассматриваемый вид прибора является лучшим вариантом из имеющихся.
3. Если говорить о стабилизаторе, то в первую очередь, нужно знать количество фаз в сети. В том случае, если сеть трёхфазная, а потребителей в три фазы мало или же они отсутствуют, тогда лучше приобрести три однофазных устроиств.

Стабилизатор напряжения 220в для дома как правильно подобрать видео

Выбор прибора является достаточно сложным процессом, потому как зависит от многих факторов. Рассмотренные типы стабилизаторов, их преимущества, недостатки и область применения помогут вам определиться с подходящим вариантом.

Стабилизатор напряжения однофазный или трехфазный, какой лучше?

Если вопрос поставлен таким образом, то, сначала нужно выяснить, сколько фаз в сети, для которой вы собираетесь приобретать рассматриваемый прибор. Стабилизаторы, как в принципе, и сеть бывают и 3-х фазные, и 1-но фазные. Если сеть включает в себя три фазы, то она называется соответственно количества фаз. Если же фаза одна, значит – однофазная. Здесь всё достаточно просто, также необходимо отметить, что номинальная мощность одной фазы составляет 220В.

Какой стабилизатор напряжения для дома лучше выбрать видео

Прибор с одной фазой, соответственно, подключается к сети с одной фазой, один провод в ней с одной фазой, второй называется нулевым. Нагрузка номинальная стандартная. Делятся рассматриваемые устройства на: цифровые и электромеханические.

Прибор с тремя фазами. Подключается к сети с таким же количеством фаз, три провода – трёхфазные, один – нулевой. Номинальная нагрузка составляет 380В.

Если сеть в вашем доме или квартире однофазная, тогда здесь просто без вариантов – только однофазный стабилизатор. Выбрать можно только вид – электромеханический или цифровой и настенный или же напольный. Если сеть трёхфазная, тогда вы можете брать либо один трёхфазный прибор, либо же подключить три однофазных, то есть, к каждой отдельной фазе будет присоединён отдельный устройство.

Разновидности стабилизаторов

Стабильность напряжения на выходе достигается разными способами. Есть десятки вариантов схем обеспечения стабильности сети, однако не все являются эффективными. На данный момент в магазинах продаются следующие стабилизаторы:

1. Ступенчатые устройства, созданные на базе механических или твердотельных реле – в их основе лежит стандартный трансформатор. Работает все просто: на первичную обмотку поступает ток, а со вторичной обмотки снимается выходное напряжение, реле переключает напряжение между ними. Обычно шаг переключения составляет 10-15 В, что позволяет корректировать колебания от 5-7%. Это весьма слабый показатель, но подобная схема является дешевой и распространенной. Большинство стабилизаторов, что есть в продаже на рынке, работают именно по такой схеме.
2. Электромеханические. Здесь также используется трансформатор, но вместо реле в качестве переключателя витков вторичной обмотки применяется перемещение щетки по обмотке. Данные устройства надежны, однако являются более дорогими. Более того, они имеют серьезный недостаток – медленную скорость реакции. Резкие скачки напряжения в сети банально не будут успевать сглаживаться.
3. Феррорезонансные – эти приборы являются очень дорогими и большими, поэтому в быту почти не применяются. Это самые надежные и точные агрегаты, и они используются только там, где работает чувствительная и дорогая техника.
4. Устройства на базе двойного преобразования тока. Как и феррорезонансные, эти стабилизаторы также являются дорогими, но и эффективными. Здесь переменный ток преобразуется в постоянный, после чего постоянный трансформируется обратно в переменный. Это позволяет сгладить самые мелкие колебания, в результате чего на выходе мы получим стабильное напряжение.