Який тип стабілізатора найкраще для дому. Види стабілізації та їх обґрунтування

Для того, щоб справлятися з перешкодами в мережі, необхідні стабілізатори струму. Дані пристрої можуть відрізнятися за своїми характеристиками, а пов'язано це з джерелами живлення. Побутові прилади в будинку є не дуже вимогливими у плані стабілізації струму, проте вимірювальне обладнання потребує стабільної напруги. Завдяки безперешкодним моделям у вчених з'явилася можливість отримувати достовірну інформацію у своїх дослідженнях.

Як влаштований стабілізатор?

Основним елементом стабілізатора прийнято вважати трансформатор. Якщо розглядати просту модель, там є випрямний міст. З'єднується він із конденсаторами, а також з резисторами. У ланцюзі вони можуть встановлюватись різних типів і граничний опір вони витримують різне. Також у стабілізаторі є конденсатор.

Принцип роботи

Коли струм потрапляє трансформатор, його гранична частота змінюється. На вході цей параметр знаходиться в районі 50 Гц. Завдяки перетворенню струму гранична частота на виході становить 30 Гц. Високовольтні випрямлячі при цьому оцінюють полярність напруги. Стабілізація струму у разі здійснюється завдяки конденсаторам. Зниження перешкод відбувається у резисторах. На виході напруга знову стає постійною, і трансформатор надходить з частотою не вище 30 Гц.

Принципова схема релейного пристрою

Релейний стабілізатор струму (схема показана нижче) включає компенсаційні конденсатори. Мостові випрямлячі у разі використовуються на початку ланцюга. Також слід враховувати, що транзисторів у стабілізаторі є дві пари. Один із них встановлюється перед конденсатором. Необхідно це для підвищення граничної частоти. В даному випадку вихідна напруга постійного струму буде на рівні 5 А. Щоб номінальний опір витримувався, використовуються резистори. Для найпростіших моделей властиві двоканальні елементи. Процес перетворення у разі відбувається довго, проте коефіцієнт розсіювання буде незначним.

Пристрій стабілізатору симисторного LM317

Як очевидно з назви, основним елементом LM317 (стабілізатор струму) є симистор. Він дає пристрою колосальну надбавку у граничній напрузі. На виході цей показник коливається в районі 12 В. Зовнішній опір системою витримується в 3 Ом. Для високого коефіцієнта згладжування використовують багатоканальні конденсатори. Для високовольтних пристроїв застосовуються транзистори лише відкритого типу. Зміна їх положення у такій ситуації контролюється за рахунок зміни номінального струму на виході.

Диференціальний опір LM317 (стабілізатор струму) витримує 5 Ом. Для вимірювальних приладів цей показник має становити 6 Ом. Нерозривний режим струму дроселя забезпечується потужним трансформатором. Встановлюється він у стандартній схемі за випрямлячем. Діодні мости для низькочастотних приладів використовуються рідко. Якщо розглядати приймачі на 12, то для них властиві резистори баластного типу. Це необхідно для того, щоб знизити коливання ланцюга.

Високочастотні моделі

Високочастотний стабілізатор струму на транзисторі КК20 відрізняється швидким процесом перетворення. Відбувається це рахунок зміни полярності на виході. Частотозадаючі конденсатори встановлюються в ланцюзі попарно. Фронт імпульсів у такій ситуації не повинен перевищувати 2 мкс. В іншому випадку стабілізатор струму на транзисторі КК20 чекають на значні динамічні втрати. Насичення резисторів у ланцюзі може здійснюватися за допомогою підсилювачів. У стандартній схемі їх передбачено щонайменше трьох одиниць. Для зменшення теплових втрат використовують ємнісні конденсатори. Швидкісні характеристики ключового транзистора залежать тільки від величини дільника.

Широтно-імпульсні стабілізатори

Широтно-імпульсний стабілізатор струму відрізняється великими значеннями індуктивності дроселя. Відбувається це за рахунок швидкої зміни дільника. Також слід враховувати, що резистори у цій схемі застосовуються двоканальні. Струм вони здатні пропускати в різних напрямках. Конденсатори у системі використовуються ємнісні. За рахунок цього граничний опір на виході витримується на рівні 4 Ом. У свою чергу максимальне навантаження стабілізатори здатні тримати 3 А.

Для вимірювальних пристроїв такі моделі використовуються досить рідко. Джерела живлення в даному випадку гранична напруга повинна мати не більше 5 В. Таким чином, коефіцієнт розсіювання перебуватиме в межах норми. Швидкісні характеристики ключового транзистора в стабілізаторах цього типу не дуже високі. Пов'язано це з низькою здатністю резисторів блокувати струм від випрямляча. В результаті перешкоди з високою амплітудою призводять до значних теплових втрат. Спади імпульсів у разі відбуваються виключно з допомогою зниження нейтралізації властивостей трансформатора.

Процесом перетворення займається лише баластовий резистор, який розташовується за випрямляючим мостом. Напівпровідникові діоди у стабілізаторах використовують рідко. Необхідність у яких відпадає через те, що фронт імпульсів у ланцюгу, зазвичай, вбирається у 1 мкс. Через війну динамічні втрати у транзисторах є фатальними.

Схема резонансних пристроїв

Резонансний стабілізатор струму (схема показана нижче) включають малоємнісні конденсатори і резистори з різним опором. Трансформатори у разі є невід'ємною частиною підсилювачів. Для збільшення коефіцієнта корисної дії використовується безліч запобіжників. Динамічні характеристики резисторів від цього зростають. Низькочастотні транзистори монтуються відразу за випрямлячами. Для хорошої провідності струму конденсатори здатні працювати за різної частоти.

Стабілізатор змінного струму

Стабілізатор струму цього типу є невід'ємною частиною джерел живлення потужністю до 15 В. Зовнішній опір пристроями сприймається до 4 Ом. Напруга змінного струму на вході в середньому становить 13 В. У даному випадку коефіцієнт згладжування контролюється за рахунок відкритих конденсаторів типу. Рівень пульсації на виході залежить від схеми побудови резисторів. Порогова напруга стабілізатор струму може бути здатним витримувати 5 А.

У разі параметр диференціального опору повинен бути на позначці 5 Ом. Максимально допустима потужність розсіювання становить 2 Вт. Це свідчить, що стабілізатори змінного струму мають суттєві проблеми з фронтом імпульсів. Зменшити їх коливання у разі здатні лише мостові випрямлячі. При цьому обов'язково враховується величина дільника. Для зниження теплових втрат у стабілізаторах застосовуються запобіжники.

Модель для світлодіодів

Для регулювання світлодіодів великою потужністю стабілізатор струму не повинен мати. В даному випадку завдання полягає в тому, щоб максимально знизити поріг розсіювання. Зробити стабілізатор струму для світлодіодів може декількома способами. Насамперед, у моделях застосовуються перетворювачі. У результаті гранична частота всіх етапах вбирається у 4 Гц. В даному випадку це дає значне збільшення до продуктивності стабілізатора.

Другий спосіб полягає у використанні підсилювальних елементів. У такій ситуації все зав'язується на нейтралізації змінного струму. Для зменшення динамічних втрат транзистори у схемі використовуються високовольтні. Впоратися із зайвим насиченням елементів здатні конденсатори відкритого типу. Для найбільшої швидкодії трансформаторів використовуються ключові резистори. У схемі вони розташовуються стандартно за випрямляючим мостом.

Стабілізатор із регулятором

Регульований стабілізатор струму затребуваний у промисловій сфері. З його допомогою користувач може проводити налаштування пристрою. Додатково багато моделей розраховані на дистанційне керування. З цією метою у стабілізаторах монтуються контролери. Гранична напруга змінного струму такі пристрої витримують лише на рівні 12 В. Параметр стабілізації у разі має становити щонайменше 14 Вт.

Показник граничної напруги залежить виключно від частотності приладу. Для зміни коефіцієнта згладжування регульований стабілізатор струму використовує ємнісні конденсатори. Максимальний струм системою підтримується лише на рівні 4 А. У свою чергу, показник диференціального опору допускається лише на рівні 6 Ом. Все це говорить про хорошу продуктивність стабілізаторів. Однак потужність розсіювання може дуже відрізнятися. Також слід знати, що нерозривний режим дроселя забезпечується за рахунок трансформатора.

На первинну обмотку напруга подається через катод. Блокування струму на виході залежить лише від конденсаторів. Для стабілізації процесу запобіжники зазвичай не використовуються. Швидкодія системи забезпечується з допомогою спадів імпульсів. Швидкий процес перетворення струму в ланцюзі призводить до зниження фронту. Транзистори у схемі застосовуються виключно ключового типу.

Стабілізатори постійного струму

Стабілізатор постійного струму працює за принципом подвійного інтегрування. Перетворювачі у всіх моделях відповідають за цей процес. Для збільшення динамічних характеристик стабілізаторів використовуються двоканальні транзистори. Щоб мінімізувати теплові втрати ємність конденсаторів повинна бути значною. Точний розрахунок значення дозволяє зробити показник випрямлення. При вихідній напрузі постійного струму 12 А граничне значення максимум має становити 5 В. У такому випадку робоча частота пристрою підтримуватиметься на позначці 30 Гц.

Порогова напруга залежить від блокування сигналу трансформатора. Фронт імпульсів у разі не повинен перевищувати 2 мкс. Насичення ключових транзисторів відбувається лише після перетворення струму. Діоди у цій схемі можуть використовуватися виключно напівпровідникового типу. Баластові резистори приведуть стабілізатор струму до значних теплових втрат. В результаті коефіцієнт розсіювання дуже зросте. Як наслідок – амплітуда коливань збільшиться, процес індуктивності не станеться.

Параметричний стабілізатор напруги- це пристрій, в якому стабілізація вихідної напруги досягається за рахунок сильної нелінійності вольт-амперної характеристики електронних компонентів, використаних для побудови стабілізатора (тобто за рахунок внутрішніх властивостей електронних компонентів без побудови спеціальної системи регулювання напруги).

Для побудови параметричних стабілізаторів напруги зазвичай використовуються стабілітрони, стабістори та транзистори.

Через низький ККД такі стабілізатори знаходять застосування в основному в слаботочних схемах (з навантаженнями до декількох десятків міліампер). Найчастіше вони використовують як джерела опорного напруги (наприклад, у схемах компенсаційних стабілізаторів напруги).

Параметричні стабілізатори напруги бувають однокаскадними, багатокаскадними та мостовими.

Розглянемо найпростіший параметричний стабілізатор напруги, побудований на основі стабілітрона (схема наведена нижче):

1. Iст - струм через стабілітрон
2. Ін - струм навантаження
3. Uвих = Uст - вихідна стабілізована напруга
4. Uвх - вхідна нестабілізована напруга
5. R 0 - баластовий (обмежувальний, гасить) резистор

Робота стабілізатора заснована на тому властивості стабілітрона, що на робочій ділянці вольт-амперної характеристики (від Iст min до Iст max) напруга на стабілітроні практично не змінюється (насправді звичайно змінюється від Uст min до Uст max, але можна вважати, що Uст min = Uст max = Uст).

У наведеній схемі, при зміні вхідної напруги або струму навантаження - напруга на навантаженні практично не змінюється (воно залишається таким же, як і на стабілітроні), натомість змінюється струм через стабілітрон (у разі зміни вхідної напруги і струм через баластовий резистор теж). Тобто, надлишки вхідної напруги гасяться баластним резистором, величина падіння напруги на цьому резистори залежить від струму через нього, а струм через нього залежить у тому числі від струму через стабілітрон, і таким чином, виходить, що зміна струму через стабілітрон регулює величину падіння напруги на баластному резистори.

Рівняння, що описують роботу цієї схеми:

Uвх = Uст + IR 0 , враховуючи, що I = Iст + Iн, отримаємо

Uвх = Uст + (Ін + Iст) R 0 (1)

Для нормальної роботи стабілізатора (щоб напруга на навантаженні завжди була в межах від Uст min до Uст max) необхідно, щоб струм через стабілітрон завжди був у межах від Iст min до Iст max. Мінімальний струм через стабілітрон буде текти при мінімальній вхідній напрузі та максимальному струмі навантаження. Знаючи це, знайдемо опір баластового резистора:

R 0 =(Uвх min-Uст min)/(Iн max+Iст min) (2)

Максимальний струм через стабілітрон буде текти при мінімальному струмі навантаження та максимальній вхідній напрузі. Враховуючи це та сказане вище щодо мінімального струму через стабілітрон, за допомогою рівняння (1) можна знайти область нормальної роботи стабілізатора:

Перегрупувавши цей вислів, отримаємо:

Або, інакше:

Якщо вважати, що мінімальна та максимальна напруга стабілізації (Uст min і Uст max) відрізняються незначно, то перший доданок у правій частині можна вважати рівним нулю, тоді рівняння, що описує область нормальної роботи стабілізатора, набуде наступного вигляду:

З цієї формули відразу видно один із недоліків такого параметричного стабілізатора - ми не можемо сильно змінювати струм навантаження, оскільки це звужує діапазон вхідної напруги схеми, більше того, можна побачити, що діапазон зміни струму навантаження не може бути більшим, ніж діапазон зміни струму стабілізації стабілітрона (оскільки у разі права частина рівняння взагалі стає негативною)

Якщо струм навантаження постійний або незначно змінюється, Тоді формула визначення області нормальної роботи стає дуже елементарною:

Далі, розрахуємо ККД нашого параметричного стабілізатора. Він визначатиметься ставленням потужності, що віддається у навантаження до вхідної потужності: ККД=Uст*Ін/Uвх*І. Якщо врахувати, що I = Iн + Iст, то отримаємо:

З останньої формули видно, що чим більша різниця між вхідною та вихідною напругою, а також чим більше струм через стабілітрон – тим гірше ККД.

Щоб зрозуміти, що означає «гірше» і наскільки взагалі погано ситуація з ККД у цього стабілізатора - давайте, використовуючи формули вище, спробуємо прикинути, що буде, якщо знижувати напругу скажемо з 6-10 Вольт до 5-ти. Візьмемо звичайнісінький стабілітрон, скажімо КС147А. Струм стабілізації у нього може змінюватися в межах від 3-х до 53-х мА. Щоб при таких параметрах стабілітрона отримати область нормальної роботи завширшки 4 Вольти - нам потрібно взяти баластовий резистор на 80 Ом (скористаємося формулою 4, начебто струм навантаження у нас постійний, оскільки якщо це не так, то все буде ще гірше). Тепер з формули 2 можна порахувати який саме струм навантаження ми можемо в цьому випадку розраховувати. Виходить всього 19,5 мА, а ККД у цьому випадку буде в залежності від вхідної напруги в межах від 14% до 61%.

Якщо для цього випадку порахувати на який максимальний вихідний струм ми можемо розраховувати за умови, що вихідний струм не постійний, а може змінюватися від нуля до Imax, то вирішивши спільно системи рівнянь (2) і (3), отримаємо R 0 =110 Ом , Imax = 13,5 мА. Як бачите, максимальний вихідний струм вийшов майже в 4 рази менше від максимального струму стабілітрона.

Більш того, вихідна напруга, отримана на такому стабілізаторі, матиме значну нестабільність залежно від вихідного струму (у КС147А на робочій ділянці ВАХ напруга змінюється від 4,23 до 5,16В), що може виявитися неприйнятним. Єдиний шлях боротьби з нестабільністю в даному випадку – взяти більш вузьку робочу ділянку ВАХ – такою, на якій напруга змінюється не від 4,23 до 5,16В, а скажемо від 4,5 до 4,9В, але в цьому випадку і робочий струм стабілітрона буде вже не 3..53мА, а скажемо 17..40мА. Відповідно, і так невелика область нормальної роботи стабілізатора стане ще менше.

Отже, єдиний плюс такого стабілізатора - це його простота, проте, як я вже казав, такі стабілізатори цілком собі існують і навіть знаходять активне застосування як джерела опорної напруги для більш складних схем.

Найпростіша схема, що дозволяє отримати значно більший вихідний струм (або значно ширшу область нормальної роботи, або й те й інше) - .

Лекція 8

Стабілізатори напруги та струму.

Принцип стабілізації Види стабілізаторів.

Величина напруги на виході випрямлячів, призначених для живлення різних РТУ, може коливатися у значних межах, що погіршує роботу апаратури. Основними причинами цих коливань є зміни напруги на вході випрямляча та зміна навантаження. У мережах змінного струму спостерігаються зміни напруги двох видів: повільні, що відбуваються протягом декількох хвилин до декількох годин, і швидкі, тривалістю частки секунди. Як і інші зміни негативно позначаються роботі апаратури. Наприклад, ЛБВ взагалі не можуть працювати без стабілізації напруги. Для забезпечення заданої точності вимірювальних приладів (електронних вольтметрів, осцилографів та ін.) також потрібна стабілізація напруги.
Стабілізатором напруги називається пристрій, що підтримує напругу на навантаженні з необхідною точністю при зміні опору навантаження та напруги мережі у відомих межах.
Стабілізатором струму називається пристрій, що підтримує струм у навантаженні з необхідною точністю при зміні опору навантаження та напруги мережі у відомих межах.
Стабілізатор одночасно зі своїми основними функціями здійснює придушення пульсацій.
Якість роботи стабілізатора оцінюється коефіцієнтом стабілізації, що дорівнює відношенню відносної зміни напруги на вході до відносної зміни напруги на виході стабілізатора:

Якість стабілізації оцінюється також відносною нестабільністю вихідної напруги.

Внутрішній опір

(3)

Коефіцієнт згладжування пульсацій

(4)

де Uвх~, Uвых~ - амплітуди пульсації вхідної та вихідної напруг відповідно. Для стабілізаторів струму важливі такі параметри:

Коефіцієнт стабілізації струму за вхідною напругою

(5)

Коефіцієнт стабілізації при зміні опору навантаження

(6)

Коефіцієнт корисної дії визначається для всіх типів стабілізаторів щодо вхідний та вихідний активних потужностей

Існують два основні методи стабілізації: параметричний і компенсаційний .
Параметричнийметод заснований на використанні нелінійних елементів, рахунок яких відбувається перерозподіл струмів і напруг між окремими елементами схеми, що веде до стабілізації.
Структурна схема параметричного стабілізатора складається з двох елементів - лінійного та нелінійного.

При зміні напруги на вході стабілізатора в широких межах () напруга на виході змінюється значно менших межах ()

Параметричні стабілізатори напруги будуються на основі кремнієвих стабілітронів. У кремнієвому стабілітроні при певному Uст розвивається лавинний пробій p-n переходу (див. рисунок (а)). Зазвичай робочу гілку зображують за іншого розташування осей (див. малюнок (б)). Робоча ділянка обмежена гранично допустимою за тепловим режимом Imax.

У параметричному стабілізаторі змінної напруги лінійним елементом є конденсатор, а нелінійним - дросель насичення.
Компенсаційний стабілізатор відрізняється наявністю негативного зворотного зв'язку, за допомогою якої сигнал неузгодженості посилюється і впливає на регульований елемент, змінюючи його опір, що веде до стабілізації. Компенсаційні стабілізатори, в яких регульований транзистор постійно (безперервно) знаходиться у відкритому стані, називаються лінійними або безперервним регулюванням. В імпульсному стабілізаторі регульований транзистор працює у ключовому режимі.

Нормальна робота електронної апаратури можлива за підтримки напруги живлення в заданих допустимих межах. Наприклад, для живлення вимірювальних пристроїв, що працюють із точністю 0,1%, потрібна стабільність напруги живлення 0,01%. Більшість випрямлячів не забезпечують заданої стабільності напруги. Зміна напруги живлення може статися через зміну напруги в мережі змінного струму або зміну постійного струму в апаратурі. Зі зміною опору навантаження змінюється струм і падіння напруги на внутрішньому опорі випрямних пристроїв, що призводить до зміни напруги живлення.

Для підтримки напруги живлення в допустимих межах між фільтром та навантаженням включається пристрій, званий стабілізатором напруги. Стабілізатор напруги підтримує напругу живлення апаратури із заданою точністю при зміні опору навантаження та напруги мережі в заданих межах. Після стабілізатора включається пристрій захисту від перевантажень стабілізатора.

Параметричні стабілізатори постійної напруги

Як нелінійні елементи в них застосовуються крем'яні або газорозрядні стабілітрони (рисунок 5).

Рисунок 5 – Принципова схема параметричного стабілізатора напруги

Так як при використанні крем'яних стабілітронів використовується ділянка зворотної гілки вольтамперної характеристики, то стабілітрон включається анодом до мінуса, а катодом до плюс вхідної напруги. Опір резистора, що гасить, R Г і навантаження R Н вибираються таким чином, щоб струм в ланцюгу I вх = I ст.

При збільшенні (зменшенні) вхідної напруги U вх струм стабілітрону I ст збільшується (зменшується) у межах від I ст мінімум до I ст максимум, а струм I н залишається постійним. Цим забезпечується стабільність напруги на навантаженні.

Параметричні стабілітрони напруги прості та надійні, проте мають суттєві недоліки:

Малий коефіцієнт стабілізації, малий коефіцієнт корисної дії, мала потужність, неможливість регулювання вихідної напруги, добре працюють на постійне навантаження.

Компенсаційні стабілізатори напруги

Принцип стабілізації напруги мережі можна розглянути з прикладу схеми (рисунок 6). Схема складається з регулюючого елемента Р, вимірювального елемента U(PV) та оператора (У). При зміні напруги мережі U вх або струму навантаження I н у заданих межах вихідної напруги U вих має залишатися незмінним. Відповідно до другого закону Кірхгофа U вих = U вх -U р = const. Для підтримки сталості вихідної напруги оператор повинен змінювати положення двигуна змінного резистора з урахуванням показань вольтметра.

Рисунок 6 – Прнцип роботи стабілізатора напруги

Розглянута схема (рисунок 6) прийнятна при повільних змінах U вх та I н. У реальних пристроях U вх і н можуть змінюватися в імпульсному режимі або з великою швидкістю. Тому стабілізатори мають виготовлятися на елементах із великою швидкодією, тобто. з використанням транзисторів та мікросхем.

Стабілізатори можуть бути виконані з послідовним (рисунок 7 а) та паралельним (малюнок 7 б) включенням регулюючого елемента щодо навантаження.

У послідовній схемі регулюючий елемент послідовно включений з навантаженням і сталість вихідної напруги досягається за рахунок зміни падіння напруги на самому регулювальному елементі. У паралельній схемі регулюючий елемент включений паралельно з навантаженням, а сталість вихідної напруги підтримується за рахунок зміни струму через регулюючий елемент, в результаті змінюється падіння напруги на опорі, що гасить (балласному) R r , включеному послідовно з навантаженням.

Схема з паралельним включенням регулюючого елемента застосовується лише в малопотужних стабілізаторах через низький ККД, так як потужність витрачається на гасячому резисторі R r і включеному паралельно навантаженні регулюючому елементі Р. Перевагою цієї схеми є те, що такий стабілізатор не боїться перевантаження.

Стабілізатори з послідовним включенням регулюючого елемента має більш високий ККД і знаходить ширше застосування. Принцип роботи такого стабілізатора є наступним. Нехай напруга U вх зросла, що спочатку призведе до деякого збільшення напруги U вих.

На вимірювальний елемент І надійде підвищена напруга (або його частина). Вимірювальний елемент автоматично порівнює напругу U вих з еталонною напругою (джерело еталонної напруги знаходиться в самому вимірювальному елементі) і виробляє сигнал неузгодженості U v . Цей сигнал посилюється підсилювачем і надходить на регулюючий елемент Р. Під впливом напруги U у регулюючий елемент збільшує опір. На зрослом опорі регулюючого елемента збільшується падіння напруги U р настільки, наскільки сталося збільшення вхідної напруги, і вихідна напруга буде майже незмінною. Таким чином, наскільки збільшиться (зменшиться) вихідна напруга, настільки збільшиться (зменшиться) падіння напруги на регулювальному елементі (тобто відбудеться компенсація вхідної напруги), і вихідна напруга U вих = U вх -U р залишиться постійною. Тому такі стабілізатори отримали назву компенсаційних.

Принцип роботи стабілізатора з паралельним включенням регулюючого елемента описується рівнянням U вих = U вх -U R г = const. При зміні вхідної напруги або струму навантаження в заданих межах струм регулюючого елемента I р (тобто падіння напруги U R г) змінюється таким чином, що вихідна напруга U вих залишається постійною.

При напругах до 150 В застосовуються напівпровідникові стабілізатори, тому що вони мають малі габарити та масу, високу надійність та велику довговічність. У послідовному напівпровідниковому компенсаційному стабілізаторі (рисунок 8) як регулюючий елемент використовується транзистор VT1, підсилювача постійного струму - транзистор VT2 і резистор R2. Як вимірювальний елемент застосований міст, що складається з резисторів R4… R6 та параметричного стабілізатора, що складається зі стабілітрона VD5 та обмежувального резистора R3. До діагоналі мосту вгдодана вихідна напруга стабілізатора, а до діагоналі абприєднано ділянку емітер - база транзистора VT2.

При підключенні до стабілізатора вхідної напруги в ньому протікають струми: струм дільника (плюс R6 R5 R4 емітер VT1 колектор VT1 мінус); струм параметричного стабілізатора (плюс VD5-R3-емітер VT1-колектор VT1-мінус); струм колектора VT2 (плюс ─ VD5 ─ VT2─колектор VT2─ R2─мінус); струм навантаження (плюс - R н (R8, R7) - емітер VT1 - колектор VT1 - мінус).

При зменшенні вихідної напруги, викликаного зростанням струму навантаження або зменшенням вхідної напруги, зменшується струм дільника. Падіння напруги на резисторі R6 та частини резистора R5 зменшиться, що призведе до зменшення напруги на емітерному переході транзистора VT2. Так як до емітера транзистора VT2 прикладена еталонна напруга U оп, то струм колектора транзистора R6 зменшиться пропорційно зменшенню вхідної напруги. Падіння напруги на резистори R2, прикладене плюсом до бази транзистора VT1, зменшиться, а отже, потенціал бази стане більш негативним по відношенню до емітера. Напруга U ЕБ1 зростає, і опір транзистора зменшиться. При правильно вибраних параметрах схеми падіння напруги на транзисторі зменшиться настільки, наскільки збільшиться вхідна напруга. Вихідна напруга при цьому прагне попереднього значення.

При збільшенні вхідної напруги або зменшення струму навантаження процес регулювання відбувається таким чином, що напруги U ЕБ1 регулюючого транзистора знижується, опір регулюючого елемента збільшиться і вихідна напруга прагне попереднього значення.

Процес регулювання відбувається майже миттєво.

При повороті осі змінного резистора R5 змінюється напруга U ЕБ1, що забезпечує плавне регулювання вихідної напруги в заданих межах від номінального значення. Для покращення згладжування пульсацій випрямленої напруги та придушення імпульсних перешкод опір верхнього плеча дільника шунтується конденсатором С2.

При короткому замиканні навантаження різко збільшується струм у регулюючому транзисторі та зростає падіння напруги на ньому. Це може призвести до виходу з ладу транзистора VT1 як збільшення потужності втрат, так і можливого пробою переходів.

Для захисту стабілізатора від перевантажень і коротких замикань у його схему вводяться додаткові елементи, які в режимі навантаження та короткого замикання виробляють напругу, що замикають транзистор VT1. У найпростішому випадку захист від коротких замикань у стабілізаторах малої потужності може бути виконана підбором опору резистора R1 таким, щоб вихідний струм у режимі короткого замикання не перевищував максимально допустимого струму колектора транзистора VT1 і моста випрямляча.

У цій статті йтиметься про стабілізатори постійної напруги на напівпровідникових приладах. Розглянуто найпростіші схеми стабілізаторів напруги, принципи їх роботи та правила розрахунку. Викладений у статті корисний матеріал для конструювання джерел вторинного стабілізованого харчування.

Почнемо з того, що для стабілізації будь-якого електричного параметра має бути схема стеження за цим параметром та схема управління цим параметром. Для точності стабілізації необхідна наявність "еталону", з яким параметр, що стабілізується, порівнюється. Якщо під час порівняння виявляється, що параметр більше еталонного значення, то схема стеження (назвемо її схемою порівняння) дає команду на схему управління "зменшити" значення параметра. І навпаки, якщо параметр виявляється меншим за еталонне значення, то схема порівняння дає команду на схему управління "збільшити" значення параметра. На цьому принципі працюють усі схеми автоматичного керування всіх пристроїв та систем, які нас оточують, від праски до космічного апарату, різниця лише у способі контролю та керування параметром. Так само працює стабілізатор напруги.

Структурна схема такого стабілізатора зображено малюнку.

Роботу стабілізатора можна порівняти з регулюванням води, що біжить із водопровідного крана. Людина підходить до крана, відкриває його, а потім, спостерігаючи за потоком води, регулює його подачу у більшу або меншу сторону, домагаючись оптимального для себе потоку. Сама людина виконує функцію схеми порівняння, як зразок виступає уявлення людини про те, який потік води має бути, а як схема управління виступає водопровідний кран, який управляється схемою порівняння (людиною). Якщо людина змінить своє уявлення про зразок, вирішивши, що потік води, що біжить з крана недостатній, він відкриє його більше. У стабілізаторі напруги так само. Якщо у нас з'являється бажання змінити вихідну напругу, тоді ми можемо змінити еталонну (опорну) напругу. Схема порівняння, помітивши зміну еталонної напруги, самостійно змінить вихідну напругу.

Резонним буде питання: Навіщо нам таке нагромадження схем, якщо можна на виході використати джерело вже "готової" еталонної напруги? Справа в тому, що джерело еталонної (далі по тексту - опорної) напруги - слаботочне (низкоамперне), тому не здатне живити потужне (низкоомное) навантаження. Таке джерело опорної напруги можна використовувати як стабілізатор для живлення схем та пристроїв, що споживають малий струм – КМОП-мікросхем, слаботочних підсилювальних каскадів та ін.

Схема джерела опорної напруги (слаботочного стабілізатора) зображена нижче. За своєю суттю – це спеціальний дільник напруги, описаний у статті, відмінність його в тому, що як другий резистор використовується спеціальний діод – стабілітрон. У чому особливість стабілітрона? Простими словами, стабілітрон, це такий діод, який на відміну від звичайного випрямного діода, при досягненні певного значення обернено доданої напруги (напруги стабілізації) пропускає струм у зворотному напрямку, а при його подальшому підвищенні, зменшуючи свій внутрішній опір, прагне утримати його на певному значенні.

На вольтамперній характеристиці (ВАХ) стабілітрона режим стабілізації напруги зображений в негативній області напруги, що прикладається, і струму.

У міру збільшення зворотної напруги, що прикладається до стабілітрона, він спочатку "опирається" і струм, що протікає через нього мінімальний. При певній напрузі струм стабілітрона починає збільшуватися. Досягається така точка вольтамперної характеристики (точка 1 ), після якої подальше збільшення напруги на дільнику "резистор – стабілітрон" не викликає збільшення напруги на p-nпереході стабілітрона. На цій ділянці ВАХ відбувається збільшення напруги лише на резисторі. Струм, що проходить через резистор і стабілітрон продовжує зростати. Від точки 1 , що відповідає мінімальному струму стабілізації, до певної точки 2 вольтамперної характеристики, що відповідає максимальному струму стабілізації, стабілітрон працює в необхідному режимі стабілізації (зелена ділянка ВАХ). Після точки 2 вольтамперної характеристики стабілітрон втрачає свої "корисні" властивості, починає грітися і може вийти з ладу. Ділянка від точки 1 до точки 2 є робочою ділянкою стабілізації, на якому стабілітрон виступає як регулятор.

Знаючи, як розраховується найпростіший дільник напруги на резисторах, можна елементарно розрахувати ланцюг стабілізації (джерело опорної напруги). Як і в дільнику напруги, в ланцюзі стабілізації протікають два струми - струм дільника (стабілізатора) I стта струм навантажувального ланцюга I нагр. З метою "якісної" стабілізації останній має бути на порядок менше першого.

Для розрахунків ланцюга стабілізації використовуються значення параметрів стабілітронів, що публікуються у довідниках:

• Напруга стабілізації U ст;
• Струм стабілізації I ст(зазвичай – середній);
• Мінімальний струм стабілізації I ст.min;
• Максимальний струм стабілізації I ст.max.

Для розрахунку стабілізатора, як правило, використовуються лише два перші параметри - U ст , I ст, Інші застосовуються для розрахунку схем захисту по напрузі, в яких можлива значна зміна вхідної напруги.

Для підвищення напруги стабілізації можна використовувати ланцюжок із послідовно з'єднаних стабілітронів, але для цього, допустимий струм стабілізації таких стабілітронів повинен бути в межах параметрів I ст.minі I ст.max, інакше існує можливість виходу стабілітронів з ладу.

Слід додати, що прості випрямляючі діоди також мають властивості стабілізації назад прикладеної напруги, тільки значення напруги стабілізації лежать на більш високих значеннях назад прикладеної напруги. Значення максимального обернено прикладеної напруги випрямних діодів зазвичай вказується в довідниках, а напруга при якому проявляється явище стабілізації зазвичай вище цього значення і для кожного випрямляючого діода, навіть одного типу, по-різному. Тому, використовуйте випрямні діоди як стабілітрон високовольтної напруги тільки в крайньому випадку, коли не зможете знайти необхідний Вам стабілітрон, або зробити ланцюжок зі стабілітронів. У цьому випадку напруга стабілізації визначається експериментально. Необхідно бути обережними при роботі з високою напругою.

Порядок розрахунку стабілізатора напруги (джерела опорної напруги)

Розрахунок найпростішого стабілізатора напруги ми здійснимо з розглядом конкретного прикладу.
Вихідні параметри, що пред'являються до схеми:

1. Вхідна напруга дільника - U вх(Може бути стабілізованим, а може й ні). Припустимо, що U вх= 25 вольт;

2. Вихідна напруга стабілізації - U вих(Опорна напруга). Припустимо, що нам необхідно отримати U виx= 9 вольт. Рішення:

1. Виходячи з необхідної напруги стабілізації, за довідником підбирають необхідний стабілітрон. У нашому випадку це Д814В.

2. З таблиці знаходять середній струм стабілізації. I ст. По таблиці він дорівнює 5 мА.

3. Обчислюють напругу, що падає на резисторі - U R1, як різниця вхідної та вихідної стабілізованої напруги. U R1 = U вx - U виx ---> U R1 = 25 - 9 = 16 вольт

4. За законом Ома ділять цю напругу струм стабілізації, що протікає через резистор, і набувають значення опору резистора. R1 = U R1 / I ст ---> R1 = 16 / 0,005 = 3200 Ом = 3,2 кОм

Якщо отриманого значення немає у резистивному ряді, виберіть найближчий за номіналом резистор. У нашому випадку це резистор номіналом 3,3 ком.

5. Обчислюють мінімальну потужність резистора, помноживши падіння напруги на ньому на струм, що протікає (струм стабілізації). Р R1 = U R1 * I ст ---> Р R1 = 16 * 0,005 = 0,08 Вт

Враховуючи, що через резистор крім струму стабілітрона протікає ще й вихідний струм, тому вибирають резистор потужністю не менше ніж у два рази більше обчисленої. У нашому випадку це резистор потужністю не меншою 0,16 Вт. За найближчим номінальним рядом (у більшу сторону) це відповідає потужності 0,25 Вт.

Ось і весь розрахунок.

Як було написано раніше, найпростіший ланцюжок стабілізатора постійної напруги можна використовувати для живлення схем, в яких використовують малі струми, а для живлення сильніших схем вони не годяться.

Одним з варіантів підвищення здатності навантаження стабілізатора постійної напруги є використання емітерного повторювача. На схемі зображено каскад стабілізації на біполярному транзисторі. Транзистор "повторює" прикладене до бази напругу.

Здатність навантаження такого стабілізатора зростає на порядок. Недоліком такого стабілізатора, як і найпростішого ланцюжка, що складається з резистора і стабілітрона, є неможливість регулювання вихідної напруги.

Вихідна напруга такого каскаду буде меншою за напругу стабілізації стабілітрона на значення падіння напруги на p-nпереході "база – емітер" транзистора. У статті, я писав, що для кремнієвого транзистора воно дорівнює – 0,6…0,7 вольта, для германієвого транзистора – 0,2…0,3 вольта. Зазвичай грубо вважають – 0,65 вольта та 0,25 вольта.

Тому, наприклад при використанні кремнієвого транзистора, напрузі стабілізації стабілітрона дорівнює 9 вольт, вихідна напруга буде на 0,65 вольта менше, тобто - 8,35 вольта.

Якщо замість одного транзистора використовувати складову схему включення транзисторів, то здатність навантаження стабілізатора зросте ще на порядок. Тут також, як і в попередній схемі, слід враховувати зменшення вихідної напруги за рахунок його падіння на p-nпереходах "база – емітер" транзисторів. В даному випадку, при використанні двох кремнієвих транзисторів, напрузі стабілізації стабілітрона дорівнює 9 вольт, вихідна напруга буде вже на 1,3 вольта менше (0,65 вольт на кожен транзистор), тобто - 7,7 вольта. Тому, при проектуванні подібних схем необхідно враховувати таку особливість та підбирати стабілітрон з урахуванням втрат на переходах транзисторів.

Розрахований таким чином опір дозволяє більш ефективно гасити реактивну складову вихідного транзистора та повноцінно використовувати потужні здібності обох транзисторів. Не забувайте робити розрахунок необхідної потужності резисторів, інакше все згорить у невідповідний момент. Вихід з ладу резистора R2може призвести до виходу з ладу транзисторів і того, що Ви підключите як навантаження. Розрахунок потужності стандартний, описаний на сторінці.

Як вибрати транзистор для стабілізатора?

Основні параметри для транзистора в стабілізаторі напруги: максимальний струм колектора, максимальна напруга "колектор-емітер" та максимальна потужність. Всі ці параметри завжди є у довідниках.
1. При виборі транзистора необхідно враховувати, що паспортний (за довідником) максимальний струм колектора повинен бути не меншим, ніж у півтора рази більшим за максимальний струм навантаження, який ви хочете отримати на виході стабілізатора. Це робиться для того, щоб забезпечити запас струму навантаження при випадкових короткочасних кидках навантаження (наприклад короткого замикання). При цьому слід врахувати, що більша ця різниця, тим менш потужний радіатор охолодження потрібний транзистору.

2. Максимальна напруга "колектор-емітер" характеризує здатність транзистора витримувати певну напругу між колектором та емітером у закритому стані. У нашому випадку цей параметр повинен також перевищувати не менше, ніж у півтора рази напруга, що підводиться до стабілізатора від ланцюга "трансформатор-випрямляч-фільтр живлення" вашого блоку стабілізованого живлення.

3. Паспортна вихідна потужність транзистора повинна забезпечувати роботу транзистора в режимі напіввідкритого стану. Вся напруга, що виробляється ланцюжком "трансформатор-випрямний міст-фільтр живлення" ділиться на два навантаження: власне навантаження вашого блоку стабілізованого живлення та опір колекторно-емітерного переходу транзистора. По обох навантаженнях тече і той ж струм, оскільки вони підключені послідовно, тоді як напруга ділиться. З цього слід, що необхідно вибрати такий транзистор, який при заданому струмі навантаження здатний витримувати різницю між напругою, що виробляється ланцюжком "трансформатор-випрямний міст-фільтр живлення" і вихідною напругою стабілізатора. Потужність обчислюється як добуток напруги струм (з підручника фізики середньої школи).

Наприклад: На виході ланцюга "трансформатор-випрямний міст-фільтр живлення" (а значить на вході стабілізатора напруги) напруга дорівнює 18 вольт. Нам необхідно отримати вихідну стабілізовану напругу 12 вольт при струмі навантаження 4 ампера.

Знаходимо мінімальне значення необхідного паспортного струму колектора (Iк max):
4*1,5 = 6 ампер

Визначаємо мінімальне значення необхідної напруги "колектор-емітер" (Uке):
18*1,5 = 27 вольт

Знаходимо середню напругу, яка в робочому режимі "падатиме" на переході "колектор-емітер", і тим самим поглинатиметься транзистором:
18 - 12 = 6 вольт

Визначаємо потрібну номінальну потужність транзистора:
6 * 4 = 24 ват

При виборі типу транзистора необхідно враховувати, що паспортна (за довідником) максимальна потужність транзистора повинна бути не менше ніж у два - три рази більше номінальної потужності падаючої на транзисторі. Це робиться для того, щоб забезпечити запас потужності при різних кидках струму навантаження (а отже і зміни падаючої потужності). При цьому слід врахувати, що більша ця різниця, тим менш потужний радіатор охолодження потрібний транзистору.

У нашому випадку необхідно вибрати транзистор з паспортною потужністю (Рк) не менше:
24 * 2 = 48 ват

Вибираєте будь-який транзистор, що задовольняє цим умовам, з урахуванням, що чим паспортні параметри будуть набагато більшими за розрахункові, тим менше за розмірами буде потрібно радіатор охолодження (а може і взагалі не потрібен буде). Але при надмірному перевищенні цих параметрів враховуйте той факт, що чим більша вихідна потужність транзистора, тим менший коефіцієнт його передачі (h21), а це погіршує коефіцієнт стабілізації в джерелі живлення.

У наступній статті ми розглянемо. У ньому використовується принцип контролю вихідної напруги бруківкою схемою. Він має меншу пульсацію вихідної напруги, ніж "емітерний повторювач", крім того, він дозволяє регулювати вихідну напругу в невеликих межах. На його основі буде розраховано просту схему стабілізованого блоку живлення.

Для живлення побутової та промислової техніки використовується мережа змінного струму з напругою 220/380 вольт, частотою 50 герц та різною кількістю фаз. Більшість побутової електронної техніки допускає коректну роботу в діапазоні напруги від 190 до 245 вольт.

Тим не менш, досить часто в мережі живлення відбуваються стрибки напруги, коли його величина може змінюватися у великих межах. Така ситуація зазвичай призводить до пошкодження або повної відмови дорогої побутової техніки. Стабілізатор напруги для будинку є приладом, що дозволяє підтримувати з високою точністю постійну величину напруги на виході.

Типи стабілізаторів напруги

Залежно від принципу дії, прилади для стабілізації напруги можна розділити на дві групи:

• Електромеханічні стабілізатори;
• Електронні стабілізатори.

До першої групи відносяться релейні та сервопривідні пристрої. Другу групу представляють ферорезонансні, симисторні, тиристорні та імпульсні прилади.

Фахівці рекомендують вибирати стабілізатори напруги українського виробництва, оскільки вони найкраще пристосовані до коливань напруги у вітчизняних мережах. На сайті Voltmarket.ru купують стабілізатори для дому вітчизняного виробника. Широкий вибір дозволяє підібрати стабілізатор під будь-які потреби, який чітко відпрацьовуватиме коливання напруги в електричній мережі, і залишать вашу техніку в безпеці.

Релейні. відрізняється простотою конструкції, невисокою вартістю та відсутністю перешкод. Основу його становить автотрансформатор із секційованою обмоткою та плата управління. При зміні величини напруги живлення, плата управління видає команду відповідному реле. Відбувається підключення секції обмотки трансформатора збільшення або зменшення вихідної напруги. Швидкість спрацьовування дорівнює 0,05-0,15 с, що цілком достатньо для більшості побутових приладів.

Точність стабілізації релейних пристроїв у межах 5-8%. Даний факт означає, що розбіг напруги на виході може змінюватись в межах 203-237В. Якщо цей показник критичний, наприклад, у разі придбання, фахівці радять робити вибір на користь електронних стабілізаторів із підвищеною точністю стабілізації.

До недоліків релейних стабілізаторів можна віднести невелику затримку стабілізації, ступінчасте регулювання вихідної напруги та можливе підгоряння контактів реле, що обмежує термін служби.

Сервопривідні. Сервопривідний стабілізатор організований на автотрансформаторі, в якому зміна напруги здійснюється не ступінчастим способом з перемиканням обмотки секцій, а плавно, за допомогою ковзного контакту. Ролик або щітка з графітовим наконечником, закріплена на осі серводвигуна, переміщається витками обмотки тороїдального автотрансформатора по сигналах з плати управління, яка відстежує зміну напруги на вході.

Прилад такого типу забезпечує хорошу точність та плавність регулювання, але має низьку швидкодію. Для нормальної роботи пристрою діапазон стрибків напруги в мережі повинен змінюватись в межах 190-250В. Наявність рухомих елементів знижує надійність пристрою. Щітки та ролики мають властивість забруднюватись та зношуватися, а при зносі часто іскрять, тому вимагають періодичної заміни. Крім того, пристрій шумить у процесі роботи.

Електронні. В електронних стабілізаторах немає механічних частин, що рухаються, що забезпечує високу надійність пристроїв.

• Ферорезонансні стабілізатори були поширені в 60-70 роки минулого століття. Вони використовувалися для живлення лампових телевізорів з трансформаторними блоками живлення. Такий пристрій працює за принципом магнітного резонансу. Стабілізатор даного типу відрізнявся невисокою вартістю та довговічністю. Серйозними недоліками пристрою можна вважати сильну електромагнітну перешкоду, яка могла вплинути на роботу інших пристроїв та спотворення форми вихідного сигналу. Ферорезонансні прилади видають сильний гул, а їхня робота сильно залежить від частоти мережі.

• за принципом можна порівняти з релейними пристроями, але необхідне перемикання обмоток здійснюється не контактами реле, а електронними елементами. Напівпровідникові ключі зазвичай виконані на тиристорах або симісторах. Такі прилади забезпечують хорошу швидкодію та тривалий термін служби. Точність стабілізації залежить від кількості щаблів, і в більшості систорних моделей цей показник знаходиться в межах 1-2,5% (невеликий розбіг напруги на виході 214-226В), що значно перевищує показники точності релейних пристроїв.

Стабілізатори мережі, виконані на тиристорах, коштують досить дорого, але хороші електричні параметри та стійкість до навантажень обумовлюють велику популярність таких приладів. Також ці прилади практично безшумні.

Інвертори. В даний час велике поширення набули електронні стабілізатори з подвійним перетворенням частоти (інвертори). Перетворення змінного струму в постійний і знову змінний рахунок особливостей електронної схеми, забезпечує отримання стабільної напруги на виході пристрою. безшумний, має компактні розміри і має великий ККД, який може досягати 90% і більше. При цьому форма вихідної напруги відповідає синусоїді, а сам пристрій не створює електромагнітних перешкод.

Стабілізатори із ШІМ. Сучасні мікроелектронні компоненти (ШІМ-контролери) застосовуються з широтно-імпульсною модуляцією. Такі стабілізатори мають майже миттєву швидкодію, точність і надійність. Їхнє застосування обмежується великою вартістю та низьким порогом напруги на вході (240-245 В).

Вибір виробника.При виборі стабілізатора напруги звертайте увагу на виробника. Наприклад, багато стабілізаторів напруги нібито вітчизняних марок виробляються в Китаї, і мають завищені показники, які відрізняються від реальності. Але є і ті, які відрізняються своєю надійністю і хорошим терміном служби.

Також пропонуємо подивитися дуже докладне та зрозуміле відео на тему вибору та підключення стабілізаторів напруги:

Основні параметри стабілізаторів напруги

Щоб вибрати стабілізатор напруги 220В для дому, потрібно знати характеристики таких пристроїв.

Мережеві стабілізатори мають такі параметри:

• Потужність;
• Швидкість спрацьовування;
• Точність напруги на виході;
• Розкид напруги на вході.

Крім того, при виборі стабілізатора враховується кількість фаз, контроль параметрів (дисплей) і захист від перевантажень.

Якщо планується підключити лише один споживач, наприклад, холодильник, можна використовувати малопотужний стабілізатор, розрахований однією електронний прилад. У тому випадку, коли вдома є велика кількість дорогого електронного обладнання, чутливого до перепадів енергії, доцільніше придбати потужний стабілізатор, який зможе забезпечити живленням всі споживачі енергії.

Дивіться відео про основні критерії вибору стабілізатора для дому:

Потужність стабілізатора

При підборі стабілізатора за потужністю необхідно враховувати загальну потужність всіх споживачів, що підключаються. Щоб розібратися в тому, який стабілізатор напруги краще для дому, необхідно знати, що таке активне та реактивне навантаження і чим вони відрізняються.

В активному навантаженні вся отримана енергія не запасається, а поглинається повністю, перетворюючись на тепло. Прикладами такого навантаження можуть бути електричні лампочки, плити, праски та інші подібні пристрої. Якщо сумарна потужність таких приладів дорівнює 4,0 кВт, то для їхнього живлення достатньо такої ж потужності стабілізатора з невеликим запасом.

У ланцюгах живлення таких пристроїв є індуктивність або ємність. Найпоширеніший тип реактивного навантаження це двигун, який використовується в електроінструментах, насосах та холодильниках. Для визначення потужності стабілізатора для живлення реактивного навантаження використовується певна формула, в якій враховується не тільки паспортна потужність, а й косинус фі (cos ϕ), який також вказується в паспорті.

Так, якщо потужність перфоратора дорівнює 900 Вт,cos? дорівнює 0,6, то потужність стабілізатора повинна бути не менше:

900/0,6 = 1500 Вт

Якщо в паспорті на пристрій з електродвигуном косинус фі не вказано, паспортну потужність слід розділити на коефіцієнт 0,7. Також слід враховувати пусковий струм двигуна, який може бути більшим за робітника в кілька разів. Для цього до розрахункової потужності стабілізатора додається 20% запас.

Коефіцієнт трансформації

Щоб точніше розібратися, який стабілізатор напруги для будинку краще вибрати, не слід забувати про коефіцієнт трансформації. Це відношення вхідної та вихідної напруги. Якщо вхідна напруга занижена, то в стабілізаторі відбуватиметься втрата потужності. Коефіцієнт трансформації для напруги 170В дорівнює 0,74.

Якщо навантаження дорівнює 3,0 кВт, то необхідна потужність стабілізатора дорівнюватиме:

3,0/0,74 = 4,05кВт

Швидкість спрацьовування

Цей параметр визначає, наскільки швидко стабілізатор відреагує на зміну вхідної напруги. За цією характеристикою електронні пристрої набагато перевершують , що визначає їх високу надійність. Швидкість спрацьовування особливо важлива під час експлуатації прецизійної апаратури, на яку найменше перевищення напруги загрожує виходом з ладу.

Точність вихідної напруги

Точність вихідної напруги стабілізатора вимірюється у відсотках. Якщо цей параметр дорівнює 6%, то неважко підрахувати, що стабілізатор забезпечить вихідну напругу в межах від 207 до 233 вольт. Практично вся домашня електронна техніка може працювати і при великих відхиленнях, тому в побуті за відсутності чутливої ​​техніки можна використовувати стабілізатори з точністю до 8-9 %.

Діапазон зміни вхідної напруги

Важливим параметром вважається допустимий діапазон зміни вхідної напруги. Зазвичай сучасні стабілізатори забезпечують працездатність пристроїв, що підключаються при зміні напруги в мережі від 190 до 240 вольт. Деякі моделі обладнані електронними запобіжниками, які вимикають пристрій за критичних рівнів вхідної напруги. Це дозволяє зберегти від пошкодження сам стабілізатор та його навантаження.

Однофазний чи трифазний?

У побуті зазвичай використовується однофазна мережа змінного струму з напругою 220В та частотою 50 Гц. У тому випадку, якщо в будинку є трифазна мережа, то і стабілізатор повинен бути відповідним. Найчастіше для цієї мети використовується пристрій, що являє собою три однофазні стабілізатори в загальному корпусі, що має деякі загальні силові елементи, або 3 окремих стабілізатори.

Інші параметри

Сучасні стабілізатори можуть мати екран для індикації параметрів. В обов'язковому порядку, стабілізатор повинен мати схему захисту від перевантажень та систему охолодження. Особливо це важливо для електронних пристроїв, компоненти яких є чутливими до перегріву.

Таким чином, при виборі побутового стабілізатора враховуються такі фактори:

• Повна потужність всіх можливих навантажень, включаючи активні та реактивні;
• Необхідна швидкість та точність роботи;
• Розкид вхідної напруги;
• Коефіцієнт трансформації.

Також на завершення пропонуємо подивитися вам ще один хороший відеоролик, що висвітлює тему вибору стабілізуючого пристрою:

Популярні моделі стабілізаторів

Ринок техніки пропонує великий вибір приладів, призначених для стабілізації напруги мережі, від зарубіжних та вітчизняних виробників. Як показала практика, недорогі китайські пристрої відрізняються низькою якістю, які реальні технічні характеристики не відповідають заявленим. З вітчизняних виробників добрими відгуками характеризуються стабілізатори компанії «Енергія». Вона пропонує широкий асортиментний ряд виробів із різними технічними параметрами, які можуть використовуватись для забезпечення електронної техніки високостабільним живленням. Наведемо приклад лише деякі з них.

"Енергія СНВТ-1500/1 Hybrid"

Дана модель стабілізатора може застосовуватися для пристроїв з малим споживанням енергії (наприклад, для холодильника), оскільки має невелику потужність лише 1,5 кВт. Стабілізатор "Енергія СНВТ-1500/1 Hybrid" забезпечує досить плавне регулювання енергії у вхідному діапазоні від 105 до 280 вольт. Ідеальний варіант для підключення поодиноких приладів, які споживають мало енергії.

Основні характеристики:

• Однофазний універсальний стабілізатор;
• Зміна вхідної напруги від 105 до 280В;
• Вихідна напруга 220В±3%;
• ККД – 98%;
• Потужність – 1,5 кВт;
• Робоча температура - від -5 до +40 ° С;
• Ціна - 6500 рублів.

Детальніше про стабілізатори напруги «Енергія» ви дізнаєтеся, подивившись наступний відеоролик:

"Енергія Classic 5000"

Даний має більш високу потужність і вже може використовуватися для підключення декількох пристроїв, що мають максимальне споживання до 5 кВт.

Технічні характеристики:

• Тип – тиристорний;
• Гранично допустима вхідна напруга – від 60 до 265 В;
• Номінальна вхідна напруга – від 125 до 255;
• Вихідна напруга 220В±5%;
• Потужність – 5,0 кВт;
• Швидкість перемикання – 20 мс;
• ККД – 98%;
• Заявлений термін служби – 15 років;
• Гарантія – 3 роки;
• Ціна - 22 500 рублів.

Завдяки великому діапазону вхідної напруги та високої надійності ця модель чудово підійде для заміського котеджу.

Чим далі ви живете від трансформаторної підстанції, тим менший вольтаж можна виміряти в розетках вашого будинку. Постачальники електроенергії на виході підстанції встановлюють такий вольтаж, щоб дорівнював 220В посередині лінії (якщо точку 220В перемістити ближче до трансформатора, то до кінцевого будинку воно зовсім не дійде). Ті, хто перебувають у першій половині, страждатимуть від надмірної напруги, а ті, хто живе на другій половині, помітять різке падіння вольтажу. Перше і друге однаково шкідливе для побутових електроприладів. Щоб вирівнювати напругу, домовласники змушені купувати випрямлячі струму.

Стабілізатор – механізм із входом та виходом для напруг, усередині його тече процес вирівнювання вступного вольтажу до певних параметрів вихідного. Причому в ідеалі параметри вивідного струму не повинні залежати від параметрів вхідного (для більш глибокого розуміння радимо докладніше прочитати, ). Синоніми "стабілізатора" - "вирівнювач", "нормалізатор", "перетворювач" і "регулятор".

Оскільки для агрегату існує кілька варіантів виконання, розрізняють такі види стабілізаторів напруги для дому:

• Тиристорні;
• Симисторні;
• Релейні;
• Електромеханічні;
• електродинамічні;
• Гібридні.

Увага!Бувають інші види нормалізаторів, але застосовуються у виробничих цехах, спортивних і медичних установ. Їхні характеристики високі, але й апарати дорогі. Тому для застосування у побуті не підходять.

Тиристорні

Включають у себе силову та керуючу частини. Тиристорний стабілізатор однофазний напруги в силовій частині містить 2 паралельних тиристора, трифазний - 6 (по 2 на кожну фазу). Керує ними процесор в одному з двох режимів:

• Фазно-імпульсний. Зміна провідності тиристорів відбувається кожний напівперіод. Оскільки в мережах змінної напруги частота 50 Гц (50 коливань за секунду), то провідність змінюється кожну секунду 100 разів, що корисно для навантаження з невеликою інерційністю: не відбувається перегрівання;
• З перепусткою періодів. Тиристори кілька періодів включені, а потім кілька періодів – відключені. Нехай відключення викликає обрив харчування, але він короткостроковий і відбувається тільки тоді, коли на синусоїді напруга перетинає вісь часу (тобто воно і так дорівнює нулю).

Симисторні

Симисторні стабілізатори напруги за принципом дії схожі з тиристорними. Різниця лише в силових елементах: тиристори замінені на симістори, або тріаки. Так називають симетричні тиристори без регулюючого електрода, вони мають 4 p-n переходу (у тиристорів 3). Управління відбувається за допомогою процесора.

Релейні

Залежно від вхідної напруги процесор релейного регулятора транслює сигнал реле, яке приєднує до ланцюга одну з обмоток. Усередині є рухомі елементи, тому чисто електронним, як тиристорні та симісторні аналоги, релейний агрегат називатися не може. Релейний стабілізатор напруги 220В для будинку містить 4-5 обмоток, а нормалізатор на 380В - по 4-5 на кожну лінію, разом 12-15. Кількість обмоток на лінії відповідає числу ступенів вольтажу, що виводиться, що виводиться - майже постійно.

Увага!Якщо мережі 220 Вольт – це однофазна лінія, і якщо 380 – трифазна.

Електромеханічні

Включає 4 частини:

1. Керуючий елемент;
2. Електричний двигун;
3. Автотрансформатор;
4. Блок захисту.

Вступний і вивідний вольтаж аналізується керуючим елементом, що передає сигнал двигуну. Він надає руху щітки з вугілля. Вони, переміщаючись трансформаторною обмоткою, плавно збільшують або знижують вивідну напругу до номінального значення. Блок захисту відключає регулятор, якщо напруга набуває критично малих або великих значень. При робочому вольтажному діапазоні відбувається самостійне включення.

Електродинамічні

Пристрій та принцип дії аналогічно електромеханічним перетворювачам. Виняток – лише зміна щіток вугільним роликом, який менше зношується.

Гібридні

Це агрегати "два в одному". Усередині гібридного вирівнювача є релейний та електромеханічний перетворювачі струму. Останній відрізняється плавністю регулювання та постійністю вивідного вольтажу, але працює він тільки при невеликій зміні вступного вольтажу. Цієї недосконалості позбавлений релейний побратим. Тому коли вольтаж виходить за рамки робочого діапазону для електромеханіки, вливається в роботу релейний нормалізатор. Але якість стабілізації в нього нижча.

Значні параметри вирівнювачів струму

Нижче ви побачите таблицю, в якій перераховані параметри стабілізатора напруги, їх зміст та зразок позначення у техпаспорті.

Параметр	Зразок позначення	Сенс
Номінальна потужність навантаження	15 кВА/10 кВА	Оскільки вступний вольтаж непостійний, він мимоволі впливає на величину вивідної напруги. Від нього залежить потужність, яку може забезпечити перетворювач струму. Верхня потужність (15 кВА) буде при нормальному значенні напруги, а нижня (10 кВА) – при його падінні до мінімально допустимого рівня. Від потужності залежить, скільки приладів певної потужності зможуть живитись від цього перетворювача струму.
Робочий діапазон вступного вольтажу	110-280 Вольт	Якщо напруга в мережі вища за верхню межу (280В) або нижчу (110В), то стабілізатор не в змозі підтримувати необхідний рівень вольтажу для споживачів. І вимикається.
Точність стабілізації	5%	Максимальна відмінність у більшу чи меншу сторону вихідного вольтажу від номіналу. Однофазні стабілізатори напруги змінного струму 220В повинні за 5% точності підтримувати на виході діапазон 209-231 Вольт. А трифазні 380В – від 361 до 399 Вольт.
Номінальний діапазон вступного вольтажу	130-250 Вольт	Якщо ваш вирівнювач струму за технічним паспортом видає вольтаж 220В з точністю 5%, то така точність повинна дотримуватися при значенні напруги, включеної до номінального діапазону. Якщо вольтаж на вході буде вищим або нижчим за допустимі межі, то точність стабілізації не гарантується виробником.
Напруга, що викликає спрацювання ПЗВ	125-255 Вольт	Якщо вольтаж опустився або піднявся до вказаних меж, то стабілізатор перестане живити навантаження, щоб уберегти побутові електроприлади від виходу з ладу.
Реагування на зміну величини вольтажу, що вводиться	10 мс	Це час, через який перетворювач струму «зрозуміє», що відбулася зміна, і настав час коригувати параметри напруги на вході до номінальних параметрів, які повинні бути на виході.
Швидкість корекції напруги	20 В/с	Це означає, що з вирівнювання струму 200В до 220В потрібна 1 секунда. Саме стільки потрібно стабілізатору часу, щоб скоригувати вольтаж на величину 20В. Якщо на вході вольтаж 120В, 220В на виході буде тільки через 5 секунд. Чим вища швидкість корекції, тим краще.
Число рівнів стабілізації	5	Кількість рівнів дорівнює кількості трансформаторної обмотки. Весь робочий діапазон ділиться на кілька щаблів. Чим більше, тим менший діапазон вольтажу кожного рівня. Тому перемикання між ними залишається майже непоміченим, тому що воно виконується навіть із малим падінням напруги. Якщо ступенів мало, то діапазон кожної великої. Тоді при перемиканні обмоток видно, як змінюється потужність освітлення чи роботи бойлера, мікрохвильової печі.
Затримка увімкнення	10 с	Час, протягом якого стабілізатор не ввімкнеться після екстреного відключення для переходу побутових приладів у стабільний режим, коли пускові ємності порожні, а рухомі частини перебувають у спокої.
Охолодження	Примусове	У пристрій вбудований вентилятор, що вмикається при небезпеці перегріву. Рівень шуму у своїй підвищується.
Спосіб встановлення	На дин рейку, настінний, підлоговий або універсальний.	Не всі стабілізатори можна встановлювати довільно. Тому при виборі перетворювача струму це один із значних параметрів для споживача.

Інші корисності

Додаткові можливості перетворювачів струму підвищують вартість стабілізуючого обладнання, але з ними оцінювати роботу та керувати нею стає простіше. Корисними будуть:

• Дисплей, який показує вольтаж на вході та на виході. Якщо він ніколи не змінюється, показання недостовірні (таке можливе у дешевих перетворювачів струму);
• Вирівнювач струму із захистом від короткого замикання. Якщо в мережі відбудеться нагрівання струмопровідних елементів до певної температури, спрацьовує вбудований запобіжник, і живлення електроприладів припиняється з метою захисту;
• Кнопка відключення, яку можна скористатися, якщо напруга на вході відповідає номіналу (навіщо його коригувати?);
• Кнопка затримки. Функція аналогічна кнопки відключення, але стабілізатор увімкнеться сам, якщо раптом напруга різко зросла або впала;
• Стабілізатор із вбудованим безперебійним джерелом живлення. ДБЖ із вбудованим конденсатором накопичує електричну енергію, яка витрачається при повному обриві вольтажу на вході. Він може підтримувати роботу електроприладів від кількох одиниць до кількох десятків хвилин.

Не можна просто прийти в магазин і взяти будь-який пристрій, що стабілізує. складний та вимагає попередніх вимірювань вольтажу в мережі, технічних розрахунків та аналізу параметрів кожного виду стабілізатора.

Існують різні можливості захисту електроприладів у разі відхилення параметрів електричної лінії від номінальних. По лінії мережі передається синусоїдальний сигнал з величиною 220 вольт, відхилення цього значення допустимі в межах 15 відсотків і нормально сприймаються побутовою технікою. Для підтримки величини напруги, що не виходить з цієї межі, найпростіше застосувати стабілізатор напруги.

Види та принцип роботи стабілізатора

У торгових точках можна зустріти різного виду та принципу діїстабілізатори напруги, інакше їх називають нормалізатори. Але незважаючи на різноманітність, завдання у них однакові - підтримувати номінальну напругу в мережі живлення. Вимоги, що пред'являються до них, полягають у забезпеченні швидкодії реагування на зміну сигналу, високого значення коефіцієнта корисної дії (ККД), передачі правильної синусоїди та надійності контролю вхідного та вихідного сигналів.

Перед тим, як визначитися, який стабілізатор напруги вибрати, необхідно знати їх відмінності. Класифікація стабілізаторів напруги відбувається згідно з їх принципом дії, вони бувають:

• релейні;
• тиристорні;
• електромеханічні;
• ферорезонансні;
• подвійне перетворення.

Крім цього, їх розрізняють за технічними характеристиками, що включають значення номінальної потужності, діапазону напруги, що стабілізується, виду використовуваної мережі.

Влаштування релейного типу

Це найпопулярніший вид пристроїв, що характеризується низькою ціною. Основними елементами, що використовуються в релейному типі пристроїв, є:

• реле;
• трансформатор;
• блок керування.

В основі конструкції лежить здатність реле підключати або відключати, використовуючи свої контакти відгалуження з вторинної обмотки трансформатора. Реле виконуються в герметичному корпусі, що захищає їх від попадання пилу. Яку підключати обмотку аналізується блоком управління.

Робота пристрою полягає у наступному. Блок управління відстежує зміну рівня сигналу на вході стабілізатора і порівнює його з еталонною напругою 220 вольт. При зменшенні напруги за допомогою реле підключається додаткова обмотка трансформатора, яка додає величину напруги, Необхідну для порівняння його рівня з еталонним. При збільшенні, навпаки, відключає одну з обмоток. Через такий характер роботи, застосовуваний трансформатор називається вольтодобувальним.

Сам трансформатор працює за таким принципом: напруга мережі потрапляє на його первинну обмотку. При проходженні нею струму змінної величини утворюється змінний магнітний потік. Цей потік пронизує осердя і всі обмотки, в яких наводиться електрорушійна сила (ЕРС). Якщо до вторинної обмотці приєднано навантаження, то під дією ЕРС через неї починає протікати змінний струм. У цьому вторинна обмотка має кілька відгалужень, виконаних у її місцях. Для збільшення напруги кількість підключених витків збільшується, а зменшення знижується.

Кількість додаткових обмоток залежить від моделі пристрою та впливає на точність вихідного сигналу. Чим більше, тим більше наближеним до величини 220 вольт буде вихідне значення. Через ступінчасту форму управління при перемиканні обмоток відбуваються сплески напруги, при цьому нормою вихідного сигналу буде величина від 203 до 237 вольт.

Перевагами такого типу стабілізаціїКрім ціни, є висока здатність витримувати навантаження і широкий діапазон робочої температури від -40 до +40 градусів за Цельсієм. Такі нормалізатори майже нечутливі до форми частоти сигналу на вході. До недоліків відносяться шум, що виникає при спрацьовуванні реле, низька потужність і надійність. Надійність залежить від якості виконання реле. Ступінчастий спосіб регулювання сигналу призводить до короткочасних сплесків рівня напруги, що негативно позначається на підключеній до стабілізатора техніки.

Тиристорний нормалізатор напруги

Робота цього стабілізатора не відрізняється за принципом дії від релейного. Тільки замість ненадійних та галасливих реле, використовується напівпровідниковий елемент, тиристор. Це радіоелемент із двома стійкими станами, що володіє трьома або більше p-n переходами. За своєю роботою він нагадує електронний ключ.

Такі пристрої називають ще симісторні, відмінності полягають лише в тому, що тиристор пропускає сигнал лише в одному напрямку, а симістор обидва. Включені паралельно і назустріч один одному два тиристори утворюють симистор. Стабілізація відбувається підключенням або відключенням додаткових обмоток за допомогою відкривання або закривання тиристора.

Тиристорні стабілізатори випускаються як з одним, і двома етапами перетворення. У другий випадок, першому етапі, відбувається грубе виставлення рівня сигналу, але в другому точне. Це дозволяє досягати високої точності рівня вихідної напруги. До переваг відносять:

• відсутність шуму;
• високу надійність;
• низьке енергоспоживання;
• висока швидкодія;
• малі фізичні розміри.

Крім цього, через застосування мікропроцесорного управління тиристорний стабілізатор не вносить спотворення у форму вихідного сигналу.

Недоліки полягають у високій ціні через застосування дорогих тиристорів та складну електронну схему управління. А також тиристорні нормалізатори не позбавлені нестачі стабілізації релейного типу, а саме ступінчастого регулювання. Наприклад, при точності стабілізації 2% крок напруги на виході становить 6 вольт.

Сервопривідний тип нормалізації

Інша назва сервопривідного нормалізатора – стабілізатор електромеханічного типу або сервомоторний. Такий прилад складається із трьох основних елементів:

• автотрансформатора;
• електродвигуна;
• плати управління.

Принцип дії лежить у плавному переміщенні за допомогою двигуна вугільних щіток, що замикають вторинні обмотки автотрансформатора. Його обмотки з'єднані між собою, і рахунок цього виникає як магнітна, і електрична зв'язок. Вторинна обмотка автотрансформатора має щонайменше чотирьох відгалужень, кожному з яких своє значення напруги.

Робота двигуна управляється платою електроніки з мікропроцесором. Завдяки такому підходу стабілізація напруги відбувається без перехідних процесів і форма вихідного сигналу не змінюється. Правильна синусоїда важлива для приладів, що використовують у своїй конструкції двигуни, які перегріваються при великій шумі сигналу.

Недоліком сервомоторних регуляторів є низька швидкість швидкодії. Наприклад, при відхиленні величини вхідного сигналу на 5% час спрацьовування становить 0,2 секунди. Крім того, під час роботи такий стабілізатор створює підвищений шум.

Прилад з ефектом ферорезонансу

Цей тип нормалізатора використовує у своїй роботі ефект ферорезонансу, що виникає у зв'язці трансформатор-конденсатор. Завдяки чому він і отримав свою назву: ферорезонансний стабілізатор. Конструктивно цей вид нормалізатора схожий на трансформаторний тип. Але тут використовуваний трансформатор не симетричний, вторинна обмотка розміщена на магнітопроводі з великим поперечним перерізом, що не дозволяє знаходитися в стані насичення.

У такому трансформаторі виникають три магнітні потоки зміни потужності, величина яких і призводить до вирівнювання напруги на виході. Паралельно вторинній обмотці і відповідно навантаженню підключається конденсатор. Додавання конденсатора стабілізує напругу при невеликих струмах намагнічування, збільшуючи коефіцієнт потужності.

Основний мінус такого типу пристрою – у малому значенні коефіцієнт потужності. Крім того, стабілізатор має велику вагу і розмір, шумність при роботі. Плюси його в точності регулювання та високої надійності.

Інверторний нормалізатор живлення

Принцип роботи заснований на подвійному перетворенні та вхідного сигналуспочатку постійну величину, а потім знову змінну. Незаперечна його перевага - використання в основі конструкції не громіздких 50 герцових трансформаторів, а комплексу програмно-апаратної реалізації. Це дозволяє досягти ККД більше 90% і забезпечити відмінну точність стабілізації напруги.

До складу інверторного стабілізатора входять:

• формувач напруги;
• мікроконтролер;
• ємність;
• випрямляч;
• коректор потужності.

Змінний струм, потрапляючи на випрямляч і проходячи через частотний фільтр, перетворюється на постійне значення. Високовольтний стабілізований сигнал надходить на інвертор, накопичуючись на конденсаторах шини постійного струму. Блок інвертора збирається на мікросхемі з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ) та силових транзисторах IGBT. ШИМ контролер формує високочастотний сигнал близько 20 кГц, який керує відкриттям IGBT транзисторів. Потім, за допомогою ємнісно-індуктивного фільтра та утворюється змінний вихідний сигнал.

Через застосування такого підходу пристрій плавно регулює сигнал і видає синусоїду відмінної якості, що важливо, наприклад, для газових котлів. Недолік полягає у використанні дорогих радіокомпонентів, це призводить до найвищої ціни всіх видів стабілізаторів. Силові ключі IGBT потребують у захисті від перегрівутому вони встановлюються на кулери, що додає рівень шуму.

Вибір стабілізатора напруги

Вибираючи стабілізатор для роботи з конкретним пристроєм або використання його на введенні електроенергії в будинок, критерії вибору залишаються однакові.

Залежно від типу мережі вибирається для 220 вольт однофазний, а для 380 вольт трифазний пристрій. Важливий параметр - діапазон вхідної напруги, тому що при виході з цієї межі стабілізатор буде відключати приєднане до нього навантаження або вимикатися сам. Щоб правильно вибрати його, необхідно знати розкид напруги в електричній мережі. Дізнатися його можна за допомогою вимірювання величини сигналу в різний час доби протягом декількох днів.

При виборі стабілізатора напруги для будинку враховується не тільки тип приладів, що потребують захисту, а й їх пікова потужність. Її значення береться із запасом щонайменше п'ятнадцяти відсотків і обчислюється шляхом складання потужності всіх приладів, підключених до стабілізатору. Активна потужність завжди вказується у ватах (Вт), а повна у вольт-амперах (ВА). Співвідносяться вони між собою як 1ВА = 0,6 - 0,8 Вт. Необхідно розуміти, що двигуни мають пускові струми та потужність пристроїв стабілізації при використанні асинхронних електродвигунів, компресорів, насосів повинна в 3-4 рази перевищувати робочу потужність споживачів.

Віддаючи перевагу виду пристрою, враховується, що електромеханічні моделі підійдуть для захисту високоточної техніки. Релейні та тиристорні для ліній, на яких виникають значні стрибки напруги, а вимоги до точності стабілізації не є основним фактором. Наприклад, це чутливі до відхилень значень напруги вузли електроніки, що встановлюються в холодильниках, морозильниках тощо техніки, що має в своїй конструкції пускові двигуни.

Згідно зі статистикою, до найбільш затребуваних приладів на ринку, що заслужили довіру покупців, відносять таких виробників:

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

Купуючи пристрій від відомих брендів, споживач отримує не тільки відповідність заявлених параметрів з реальними характеристиками, а й забезпечення гарантійної та післягарантійної сервісної підтримки. Майже всі пристрої стабілізації напруги оснащуються інформативними екранами, на які може виводитися: величина вхідної та стабілізованої напруги, значення споживаної потужності, форма сигналу тощо.

Існує 4 основні види стабілізаторів напруги. Далі розглянемо плюси та недоліки кожного з видів.

Одне та трифазні

Перше, що вам потрібно знати при виборі, вони бувають однофазними і трифазними. З'ясуйте, яка у вас мережа. Якщо однофазна, як правило, у квартирах і приватних будинках саме вона переважає, значить купуйте апарат на 220В.

Якщо ж у вас «трифазка», то потрібно визначитися, встановлюватимете ви один 3-х фазний стабілізатор, або три однофазний. Вирішуйте виходячи з економічних міркувань та умов монтажу.

Хоча доцільніше поставити саме три однофазні. Тому що при короткому замиканні та відсутності однієї з фаз трифазний апарат працювати не буде, поки не відновиться живлення по всіх фазах. Із трьома однофазними таких проблем не виникне. Головний мінус при їх виборі – габаритні розміри.

Режим транзит чи байпас

При виборі стабілізатора напруга того чи іншого виду, перевірте, чи має він два режими роботи:

• режим стабілізації напруги
• режим транзиту чи «байпас»

Зі стабілізацією все зрозуміло — це звичайний режим роботи. А що таке "байпас"? Це коли вхідна напруга йде повз всю електроніку і трансформатор без перетворення, тобто транзитом.

Для чого він може знадобитися:

• щоб підключити потужну техніку, що перевищує потужність стабілізатора, запустити великий ел.двигун. Або за необхідності попрацювати зварюванням.
• щоб продовжити термін служби пристрою

Коли у вас в будинку напруга стабільна, наприклад, вночі, можна вручну переключитися на режим байпас. Тим самим відключається холостий перебіг.

Адже стабілізатор навіть не регулюючи напруги, сам споживає енергію як проста лампочка до 40-60Вт.

Плюс не зношуються внутрішні щітки та реле.

Режимом байпас оснащуються стабілізатори, що підключаються через клемні колодки. При цьому вони мають два автомати, які одночасно увімкнути неможливо або перекидний автомат-рубильник.

Важливо запам'ятати: не перемикайте автомати з режиму стабілізації в режим байпаса під навантаженням - це може пошкодити стабілізатор напруги.

Захист стабілізаторів

Більшість сучасних моделей мають захист від перенапруги. Вони не здатні нескінченно вирівнювати будь-які великі або малі значення вхідної напруги, і через певний час відключать живлення, тим самим зберігши ваше обладнання.

Більше того, після нормалізації вхідної напруги, вона подається на вихід не відразу, а з деякою затримкою за кілька секунд. Даний час може бути встановлений жорстко або змінюватись і налаштовуватися самостійно, все залежить від моделі та виробника.

Основні види стабілізаторів широко представлені сьогодні в магазинах можна поділити на 4 типи:

• релейні
• електронні
• електромеханічні
• інверторні

Ось порівняльна таблиця щодо кожного з видів стабілізатора, включаючи приблизні ціни за 1кВт:

Ознайомитися з поточнимицінами на сьогоднішній день і підібрати собі потрібну модель можна.

Розглянемо кожен із них докладніше.

Релейні стабілізатори напруги

При роботі даного пристрою ви реально чутимете як перемикаються внутрішні реле. Це відбувається за зміни ступенів регулювання. Якщо прилад стоїть у тихому приміщенні (спальні), це може суттєво дратувати.

Ну а коли хтось із ваших сусідів вирішив трошки скористатися електрозварюванням, то стабілізатор за звуковими ефектами може перетворитися на "балалайку".

Крім того, якщо у вас в кімнаті стоять прості лампочки розжарювання, не тільки по слуху, але й візуально можна буде розрізнити перемикання щаблів, оскільки лампи трохи блиматимуть. А це, у свою чергу, обов'язково позначиться на термінах їхньої служби.

Що всередині

Внутрішнє компонування включає:

Ці стабілізатори не люблять, коли їх перевантажують.

Найпоширеніша проблема виходу їх з ладу у 90% випадків – це перевантаження за потужністю.

Швидкість спрацьовування регулювання у якісних моделей становить 20мс, натомість у більшості дешевих сягає 100мс.

• відносно невелика ціна
• більш компактні розміри

Мінуси:

• регулювання ступінчасте
• не висока якість та точність регулювання напруги
• використовується з електроапаратурою малої потужності
• спотворює синусоїду вихідної напруги
• реле з часом можуть виходити з ладу (залипати, підгоряти)

Як бачимо мінусів тут набагато більше ніж плюсів, за винятком звичайно вартості.

Сімісторні, тиристорні стабілізатори

Ці стабілізатори належать до електронних. Напруга коригується ступенями. У процесах перемикання обмоток автотрансформатора задіяні симістори чи тиристори.

Як видно з малюнка напруга вирівнюється, як тільки вона опуститься нижче за певне значення. На малюнку це значення – 208В. Тільки після досягнення напруги даної величини відбувається його вирівнювання до 220В. Тому ці стабілізатори і називають ступінчастими.

Грубо регулювання здійснюється як би перестрибуванням з однієї сходинки напруги на іншу. Чим більше щаблів, тим точніше здійснюється регулювання.

Роботу пристрою на відміну релейних побратимів мало чутно. Завдяки цьому його можна розміщувати в будь-якому приміщенні, ніяких незручностей щодо шуму він не створить. Також практично не буде видно і змін у освітленні. Дратівливе миготіння ламп буде ледь помітним.

Що всередині

Внутрішній пристрій дуже схожий на схему релейного:

Трансформатор має кілька обмоток та середню точку, через яку подається напруга на нього. Одні щаблі відповідають зниження напруга, інші підвищення. Завдяки платі управління і симісторам, стабілізатор може одночасно замкнути як контакти, що підвищують так і знижують вихідну напругу. Навіщо це робиться?

Наприклад, один знижуючий ступінь змінює напругу в межах 9 Вольт. А що підвищує одразу на 27 Вольт. Замкнувши одночасно обидві ступені, ми змінимо напругу на +27-9 = 18 Вольт. Тим самим матимемо дуже широкий діапазон регулювань та відносно плавну зміну напруги. Велика кількість ступенів майже допомагає уникнути помітного неозброєним оком "миготіння" лампочок.

Цей вид апаратів менш схильний до навантажень. Може впоратися із пусковими струмами на двигунах насосів, верстатів тощо. Більшість моделей зберігають свої якості та працездатність за негативних температур. Можете їх монтувати в підсобних приміщеннях, що не опалюються.

За рахунок застосування симісторів забезпечуються такі плюси:

• малошумність під час роботи
• високошвидкісна комутація до 20мс
• плавне регулювання
• велика надійність та довговічність через відсутність механічно рухливих елементів. Напівпровідники за своїми якостями та часом роботи на відмову перевершують реле.

Мінусами є велика вартість та низька точність при регулюванні. Ще вони можуть не підійти для шанувальників музики та радіоаматорів. Через створювані перешкоди неможливо буде нормально ні послухати радіо, ні включити музичну апаратуру.

Сервопривідні або електромеханічні стабілізатори

Цей вид можна назвати золотою серединою між електронними та релейними стабілізаторами.

Сервопривід - це пристрій з реверсивного (працюючого в обидва боки) двигуна, розташованого всередині тороїдального трансформатора. Двигун отримує команди від електронної плати управління та переміщуючи контакти, збільшує чи зменшує кількість витків на вторинній обмотці. Таким чином, сервопривід, на відміну від двох інших пристроїв розглянутих вище, є безступінчастим регулятором.

Це дуже популярна модель, оскільки має відносно невисоку вартість і має такі плюси:

• плавне регулювання за принципом реостату
• хороша точність регулювання
• не спотворює синусоїду
• здатні витримувати короткочасне навантаження

Є й мінуси:

• за рахунок застосування ел.приводу, який керує контактами, створюється низька швидкість регулювання
• так як застосовуються механічні деталі, що рухаються, відповідно зменшується надійність (графітові щітки періодично потрібно міняти)
• застосовуються в основному в мережах, де не відбувається різких стрибків напруги
• не рекомендується використовувати при низьких температурах навколишнього повітря

Для стабільної і надійної роботи хоча б раз на три роки робіть його обслуговування - чистіть щітки і змащуйте механізми, що рухаються.

Від різких перепадів при електрозварюванні сервопривід з контактами буде крутитися як "білка в колесі". Що значно знизить ресурс роботи стабілізатора. Тому думайте при покупці про умови його експлуатації.

Ферорезонансні стабілізатори

Це стабілізатор, який багато хто з нас використовував у радянські часи для живлення лампових телевізорів. Він збирав зазвичай увесь пил у приміщенні, а гул від нього через вбудовані трансформатори можна було почути в іншій кімнаті.

• швидкодія на високому рівні
• довгий ресурс роботи вщент
• хороша надійність
• точно стабілізує вихідну напругу

Мінуси:

Він вважається ефективнішим на відміну всіх вищенаведених. Якщо в інших похибка вихідної напруги може досягати 5-10% і це вважається нормальною величиною, то інверторна вона не перевищує 2%! Ще один плюс - ширший діапазон вхідної напруги для вирівнювання.

Справа в тому, що 90% всіх стабілізаторів, призначені для нормальної роботи та вирівнювання напруги починаючи від 160В. Якщо у вас в розетках напруга нижче цього значення, то інверторний варіант – єдиний вихід із ситуації.

Стабілізатор перетворює нестабільний змінний струм пропускаючи його через фільтр постійний, після чого, проходячи через інвертор, знову повертає його в змінну величину з ідеальною синусоїдою.

Даний пристрій вже не має в собі громіздкого тороїдального трансформатора. А відповідно в рази менше та легше.

При збільшенні навантаження вище 50% від номінальної для інвертора починається зниження його вхідних параметрів напруги. Тобто він вже не буде здатний вирівняти напругу 110В, а нормально працюватиме тільки від 160В і вище.
Основною причиною виходу з експлуатації таких пристроїв є саме перевантаження.

Щоб захистити себе від перевантаження, дорожчі і якісні стабілізатори інверторні при перевищенні потужності в автоматичному режимі можуть переходити на байпас, тобто видавати не перетворене напруга, а таке ж, як і на вході.

Зате у інверторного стабілізатора немає такої хвороби як у ступінчастих - миготіння лампочок при перемиканні щаблів регулювання.

І він найкраще справляється з характерними стрибками напруги при роботі в мережі живлення зварювального апарату.

Хороший ролик наочно показує різницю роботи релейного та інверторного стабілізатора при різких стрибках напруги: