Сетевые стабилизаторы напряжения 220В - сравнение различных типов, достоинства и недостатки

У каждого дома есть масса бытовой техники, стоимостью начиная от единиц до десятков и даже сотен тысяч рублей. Чтобы она служила как можно дольше за ней нужно следить, ухаживать и выполнять все работы по обслуживанию, если они есть. Однако, опасностью остаются лишь скачки напряжения.

В бытовых электросетях они происходят часто, могут быть вызваны коммутацией мощного электрооборудования, а также проблемами на линиях, типа плохого контакта, ветхих опор и так далее. Чтобы уменьшить риск выхода из строя техники из-за плохой электросети можно использовать стабилизаторы напряжения 220В. В этой статье мы рассмотрим какими они бывают и чем отличаются.

Автотрансформатор

Прежде чем приступить к обзору типов электрических стабилизаторов мы рассмотрим, что такое автотрансформатор, потому что он лежит в основе большинства современных стабилизаторов.

Автотрансформатор – отличается от обычного приставкой «авто» в названии, она расшифровывается как «сам». Принципиальным отличием от обычного трансформатора является то что у него одна обмотка, она же и первичная, и вторичная. На рисунке ниже вы видите его схему.

Если условно разделить автотрансформатор на первичную и вторичную стороны – то напряжение подается не на концы обмоток, а между одним концом и отводом. Тогда между крайними концами обмоток напряжение будет выше, чем входное.

Автотрансформаторы могут выполняться либо с несколькими отводами от обмотки, для реализации ступенчатого переключения выходного напряжения. Но большинство лабораторных автотрансформаторов обеспечивают плавную регулировку «выхода», как это организовано?

Для этого выходные клеммы соединены со скользящим контактом – графитовой щеткой, которая снимает напряжение с его витков. Этот узел изображен на фото ниже.

Типы и характеристики

Для начала рассмотрим классификацию по типам и их характеристики. Стабилизаторы различают по способу стабилизации и регулирования напряжения:

1. Феррорезонасные.

2. Релейные.

3. Электромеханические или сервоприводные;

4. Электронные или инверторные, с полупроводниковыми ключами.

При выборе стабилизатора любого типа в первую очередь нужно смотреть на его характеристики. Пожалуй, основной является мощность, она указывается в ВА – вольт-амперы или кВА – киловольт-амперы.

Обратите внимание:

Вольт-амперы – это единица измерения полной мощности, которая состоит из суммы активной и реактивной мощностей. Вы платите за активную мощность, которая измеряется в Ваттах (Вт) или киловаттах (кВт), а потребленная мощность – кВт/ч соответственно.

Кроме мощности также нужно обращать на погрешность регулирования выходного напряжения и диапазон входных, а также скорость реакции на изменения напряжения.

Это нужно учитывать при выборе прибор, ведь если вы посчитаете суммы активный мощностей, потребляемых приборами и купите стабилизатор «впритык» - он может не выдержать. Чтобы определить полную мощность следует активную умножить на косинус фи – это коэффициент мощности, равен отношению активной мощности к полной, тогда полная мощность равна частному от активной и коэффициента:

Полная мощность = активная мощность/cosФ

Также нужно учитывать КПД и пусковые токи. В любом случае берите стабилизатор с запасом полной мощности в 30-40% в идеальном случае в 50% от планируемой мощности потребителей.

Например:

Если общая мощность защищаемых приборов равна 3 кВт, то лучше приобрести стабилизатор на 4-4.5 кВА.

Различают однофазные и трёхфазные стабилизаторы напряжения, но так, как в бытовых электросетях чаще распространен однофазный ввод, - то далее мы сделаем акцент на таких стабилизаторах.

Феррорезонансный стабилизатор

Феррорезонансный стабилизатор защитит электрооборудование от скачков напряжения. Он состоит из двух дросселей и конденсатора, примерная его схема изображена на рисунке ниже.

Они дешевые, но не обеспечивают реальную стабилизацию выходного напряжения, хотя и дают определенную защиту электрооборудования. В настоящее время на рынке встречаются не слишком часто. Для нормальной и безопасной работы вашей техники их рассматривать не стоит. На рисунке ниже изображен его внешний вид.

Следует помнить, что его достоинствами является долговечность, так как нет никаких исполнительных механизмов и быстродействие.

Релейный стабилизатор

В основе релейного стабилизатора лежит автотрансформатор и система управления на базе реле и микроконтроллера. Принцип работы заключается в переключении отводов от витков автотрансформатора для достижения стабильного напряжения выходной сети. Примерная схема такого стабилизатора изображена ниже:

В схеме видно, что релейный стабилизатор обеспечивает ступенчатую регулировку выходного напряжения. Отсюда есть погрешность в регулировании выходного напряжения порядка 8%. Фактически погрешность зависит от числа ступеней.

Как было сказано отводы от обмотки трансформатора коммутируются с помощью электромеханических реле, и для обеспечения работы как на повышение, так и на понижение автотрансформатор выполняется таким образом, чтобы было допустим 4 отвода на понижение выходного напряжения, и 3 отвода на повышение.

Реле срабатывают достаточно быстро, скорость реакции стабилизатора. В зависимости от типа конкретных реле они срабатывают за 2-7 миллисекунды. Сам прибор обеспечивает переключение ступеней и итоговую реакцию в 2-12 миллисекунды.

На фото виден сам трансформатор и переключающие реле – это блоки в корпусах черного цвета за ним.

Чем в большем количестве установлены реле, тем большая точность регулировки и диапазон рабочих напряжений. Некоторые модели работают в диапазоне напряжений 100-290В. 

Их достоинства:

• дешевизна;

• надёжность;

• не создают помех в сети;

• большинство моделей обладает дополнительными функциями, типа защиты от импульсных перенапряжений, подачи напряжения со входа на выход напрямую. этот режим называется байпасом (обход), нужен для уменьшения потерь на трансформаторе при нормальном значении напряжения питающей сети. Также может быть встроена защиты от КЗ и перегрева;

• срок службы 8-15 лет;

• отличная ремонтопригодность – если реле выйдут из строя их можно легко, быстро и дешево заменить. критическим является выход из строя трансформатора или платы управления;

• высокий КПД – 97-99%.

Недостатком является ступенчатость регулировки. Некоторых могут не устраивать регулярные щелчки при переключении реле. Однако они не слишком громкие.

Релейные стабилизаторы хорошо подходят для питания холодильников, стиральных машин и других приборов с двигателями и нагревателями.

Электромеханические или сервоприводные стабилизаторы напряжения

Сервоприводные стабилизаторы напряжения принципом действия напоминают лабораторный автотрансформатор, отличие лишь в том, что напряжение регулируется автоматически, с помощью сервопривода.

С такой конструкцией нельзя обеспечить резкой реакции на изменение напряжения, скорость реакции находится в пределах 10-15 вольт за 1 секунду. Поэтому он хорошо подходит для районов где постоянно наблюдается пониженное или повышенное напряжение, или вообще плавает в течение дня. Такое часто бывает в деревнях и частном секторе. Они среагируют на плавные изменения питающего напряжения и обеспечат стабильное выходное на уровне 220 В.

Преимущества:

• плавная регулировка напряжения;

• точность регулировки.

Недостатки:

• износ подвижных частей, и необходимость их регулярной профилактики или замены;

• работа стабилизатора достаточно шумная из-за звуков от сервопривода и движения токосъемника по обмотке, это значит что при изменениях входного напряжения вы будете слышать жужжание;

• пыль и влажность – злые враги любого электроприбора, но в случае с сервоприводным стабилизатором это особенно критично, так как фактически основной функциональный узел внутри находится в открытом состоянии.

Электронный стабилизатор напряжения

Фактически это тот же релейный стабилизатор, но вместо реле используются полупроводниковые ключи – тиристоры или симисторы. Это обеспечивает тихое переключение и более быстрое срабатывание.

Модели с тиристоров имеют аналогичное устройство:

Если напряжение в сети в нормальных пределах, то система управления электронным стабилизатором включит режим «байпас», и пустит ток в обход трансформатора. Это нужно для повышения КПД.

На этом видео сравнивают работу релейного и электронного стабилизатора напряжения:

Преимущества:

1. Надежность. Полупроводниковым ключам не свойственен механический износ контактов.

2. Быстродействие на порядок выше.

3. Бесшумность.

Недостатки:

1. Стоимость выше чем у релейных моделей.

2. Способность к кратковременным перегрузкам у полупроводниковых ключей ниже, чем у электромеханических реле.

3. Также симмисторы могут выйти из строя, при пробое импульсным высокого напряжения, но производители минимизируют эти проблемы.

Инверторный стабилизатор

Другое название этого типа приборов – стабилизаторы с двойным преобразованием. Структурная схема устройства изображена на рисунке ниже.

То есть в этой схеме напряжение поступает на входной фильтр электромагнитных помех, далее на корректор коэффициента мощности (его может не быть в дешевых моделях) после этого выпрямляется и поступает на инвертор и на выходную цепь – к нагрузке. Таким образом выходное напряжение не влияет на выходное и скорость реакции стабилизатора с двойным преобразователем выше чем у остальных типов.

Единственное ограничение – диапазон входных напряжений, – он ограничен характеристиками схемы инвертора. В двойном преобразовании участвует инвертор с трансформатором, поэтому обеспечивается и гальваническая развязка входной и выходной цепи. Более наглядно это отражено на схеме ниже, хотя это схема источника бесперебойного питания, но смысл тот же.

Ниже изображён пример электрической принципиальной подобного устройства.

Соответственно условный график напряжения на входе и выходе стабилизатора с двойным преобразованием.

Преимущества:

• Бесшумность;

• Точность и скорость регулировки;

• Большой диапазон входных напряжений.

Недостаток - стоимость.

Заключение

Все стабилизаторы по-своему хороши, и установка любого из них улучшит условия работы электроприборов и продлит их срок службы. Однако следует учитывать быстродействие и делать выводы, если в вашей электросети часто происходят импульсные всплески напряжения.

Для того чтобы подвести итоги и сделать правильный выбор ознакомьтесь с таблицей, я подобрал несколько моделей разных типов приблизительно одинаковой мощности. Цены взяты с «яндекс.маркета» и указаны на июль 2018.

Как подключить стабилизатор напряжения к домашней электропроводке

Алексей Бартош