Категории

Принцип работы стабилизатора напряжения

Как работает стабилизатор напряжения - принцип действия

Стабилизатором напряжения называется устройство, к которому подключается напряжение на его вход, с неустойчивыми и нестабильными свойствами для нормальной работы потребителей. На выходе прибора напряжение имеет необходимые качества и свойства, способствующие нормальному функционированию нагрузки потребителей.

Стабилизаторы постоянного тока

Питание сети постоянного тока требует выравнивания при входном напряжении ниже или выше допустимого предела. При протекании тока по стабилизатору, оно выравнивается до необходимой величины. Также схему стабилизатора можно выполнить со сменой полярности питания.

Линейные

Такой прибор является делителем, на который поступает нестабильное напряжение, а на его выходе напряжение выравнивается и имеет необходимые свойства. Его принцип действия состоит в постоянном изменении значения сопротивления для создания выровненного питания на выходе.

Достоинства:

При эксплуатации отсутствуют помехи.
Простое устройство с малым числом деталей.

Недостатки:

При значительной разнице выходящего и входящего питания линейный стабилизатор показывает малый КПД, так как значительная часть производимой мощности переходит в тепло и расходится на сопротивлении.

Параметрический

Такое исполнение прибора с контрольным элементом, подключенным параллельно нагрузке, выполнено на полупроводниковых и газоразрядных стабилитронах.

По стабилитрону проходит ток, который выше в десять раз тока на резисторе. Поэтому такая схема подходит для стабилизации питания только в маломощных устройствах. Чаще всего его применяют в качестве составного компонента преобразователей тока со сложной конструкцией.

Последовательный

Работа прибора видна на изображенной схеме.

Эта схема соединяет два компонента:

Биполярный транзистор, повышающий ток. Он является эмиттерным повторителем.
Параметрический стабилизатор, рассмотренный выше.

Выходное напряжение не зависит от проходящего по стабилитрону тока. Однако оно зависит от вида вещества полупроводника. По причине сравнительной независимости этих величин выходное напряжение получается устойчивым.

При протекании по транзистору напряжение на выходе прибора повышается. При применении одного транзистора напряжение может не удовлетворить потребителя. В этом случае выполняют прибор из нескольких транзисторов, чтобы повысить ток до необходимой величины.

Компенсационный последовательный

Компенсационный последовательный стабилизатор имеет обратную связь. В нем выходное напряжение сравнивается с эталоном. Разница между ними нужна для создания сигнала устройству, контролирующему напряжение.

С сопротивления снимается некоторое количество выходного напряжения, сравнивающееся с основным значением стабилитрона. Эта разница поступает на усилитель и подается на транзистор.

Устойчивое функционирование создается при сдвиге фаз. Так как часть напряжения на выходе поступает на усилитель, то оно сдвигает фазу на угол 180 градусов. Транзистор, подключенный по типу усилителя, фазы не сдвигает, и петлевой сдвиг равен 180 градусов.

Импульсные

Электрический ток, обладающий неустойчивыми свойствами, с помощью коротких импульсов поступает на устройство накопления стабилизатора, которым является конденсатор или катушка.

Накопленная энергия далее выходит на потребитель с другими свойствами. Есть два способа стабилизации:

Управление длиной импульсов.
Сравнение выходного напряжения с наименьшим значением.

Импульсный стабилизатор может изменять напряжение с разными результатами. Их делят на виды:

Инвертирующий.
Повышающе-понижающий.
Повышающий.
Понижающий.

Достоинства:

Недостатки:

Помехи в виде импульсов на выходе.

Стабилизаторы переменного напряжения

Такие приборы предназначены для выравнивания переменного напряжения независимо от его параметров входа. Выходное напряжение должно быть в виде идеальной синусоиды, независимо от входных дефектов питания. Различают несколько видов стабилизаторов

Накопители

Это стабилизаторы, накапливающие энергию от входного источника, а далее энергия создается снова, однако уже с постоянными параметрами.

Двигатель-генератор

Принцип работы стабилизатора напряжения такого типа состоит в изменении электроэнергии в кинетический вид, применяя электродвигатель. Далее генератор снова производит обратное изменение, уже с постоянными параметрами.

Основным компонентом системы является маховик, накапливающий энергию и выравнивающий напряжение. Он соединен с подвижными элементами генератора и двигателя, имеет большую массу, инерцию, которая сохраняет быстродействие. Так как скорость маховика постоянная, то напряжение также будет постоянным, даже при малых перепадах напряжения на входе.

Феррорезонансный

Прибор состоит:

Конденсатор.
Катушка с ненасыщенным сердечником.
Катушка индуктивности с насыщенным сердечником.

К катушке с сердечником насыщенным приложено постоянное напряжение, и не зависит от тока, поэтому можно подобрать данные второй катушки и емкости для стабилизации питания в необходимых пределах.

Работа такого устройства сравнивается с качелями. Их трудно сразу остановить, или сделать скорость качания выше. Качели также не нужно постоянно подталкивать, так как инерция делает свое дело. Поэтому могут быть значительные падения и обрыв питания.

Инверторный

Схема такого прибора состоит:

Преобразователь напряжения.

Микроконтроллер.
Емкость.
Выпрямитель с регулятором мощности.
Фильтры входа.

Принцип работы инверторного стабилизатора заключается в протекании 2-х процессов:

Вначале входное переменное напряжение изменяется в постоянное при прохождении по выпрямителю и корректору. При этом электроэнергия накапливается в емкостях.
Далее постоянное напряжение изменяется в переменное на выходе. Из емкости ток течет к инвертору, трансформирующему ток в переменный с постоянными данными.

Корректирующие

Электромагнитный, который имеет отличие от феррорезонансного отсутствием емкости, и пониженной мощностью.
Электромеханический и электродинамический.
Релейный.

Конструкция стабилизатора напряжения …

(3 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Принцип работы стабилизатора напряжения

Принцип работы релейного стабилизатора напряжения

Работа всех типов стабилизаторов переменного напряжения заключается в поддержании выходного напряжения на уровне 220 В при сильном изменении входного напряжения. Работа релейного стабилизатора основана на переключении обмоток трансформатора мощными реле. При таком переключении обмоток выходное напряжение меняется ступенями.

При переключении с одной обмотки на другую, выходное напряжение трансформатора изменится приблизительно на 20 В, или больше. Команду на переключение обмоток трансформатора поступает с контроллера на реле. Число переключаемых обмоток может меняться от 5 до 10, которое определяет точность стабилизации выходного напряжения. В большинстве релейные стабилизаторы работают при входном напряжении 150 — 250 В.

К положительным качествам релейных стабилизаторов можно отнести небольшое время срабатывания реле и невысокую стоимость. Недостатком таких стабилизаторов является скачок напряжения при переключении обмоток на 20 Вольт. На бытовых электроприборах это не отражается, однако лампы освещения могут моргать. Еще релейный стабилизатор издает щелчки при переключении реле, которые ночью хорошо слышны.

Скачки напряжения при переключении обмоток трансформатора

В момент переключения контакты реле на время зависают в воздухе. В это время, хотя и короткое, нагрузка отключена, что вызывает ЭДС самоиндукции автотрансформатора. Эта ЭДС выражается в коротком импульсе напряжения, которое может достичь 1000 В. Такие импульсные помехи могут вызвать повреждение техники, особенно при многократном переключении обмоток стабилизатора.

Схема работы релейного стабилизатора

В этой ситуации нужно после релейного стабилизатора ставить ограничители напряжения на варисторах. Обмотка большинства автотрансформаторов намотана алюминиевым проводом, который имеет меньшую нагрузочную способность, чем медный. Контакты реле, особенно при большой нагрузке, искрят и подгорают, что вызывает необходимость их чистки. Релейные стабилизаторы имеют право на существование как недорогой вариант при больших перепадах сетевого напряжения.

Принцип работы симисторных стабилизаторов

Работа симисторных стабилизаторов похожа на работу релейных устройств. Отличие составляет узел переключения обмоток трансформатора. Вместо реле у симисторных устройств переключение обмоток происходит мощными симисторами или тиристорами. Контроллер управляют работой симисторов.

Симисторное управление обмотками не имеет контактов, поэтому отсутствуют щелчки. Автотрансформатор намотан медным проводом. Эти стабилизаторы могут работать с пониженным напряжением от 90 В и высоким напряжением до 300 В. Точность регулировки напряжения может достичь 2%, что не вызывает моргание ламп.

Однако ЭДС самоиндукции во время переключения симисторами также имеет место, как и у релейных устройств. Так как симисторные ключи очень чувствительны к перегрузкам, им необходимо иметь запас по мощности. Такие устройства стабилизаторов напряжения имеют тяжелый температурный режим.

Схема работы симисторного стабилизатора

Поэтому симисторы ставятся на радиаторы с принудительным охлаждением вентиляторами. Работа этого вида устройства осуществляется по заводской программе, которая имеет неприятность ошибаться при эксплуатации.

В этом случае поможет только заводской ремонт. Стоимость таких стабилизаторов, на мой взгляд, завышена. Существуют симисторные стабилизаторы марки Volter с высокой степенью точности. Принцип работы этих стабилизаторов напряжения осуществляется по двухступенчатой системе. Первая ступень регулирует выходное напряжение грубо, а вторая степень имеет точную регулировку выходного напряжения.

Схема работы двухступеньчатого стабилизатора Volter

Один контроллер управляет двумя ступенями. По сути это два стабилизатора в одном корпусе. Обмотки обеих ступеней намотаны на одном трансформаторе. При 12 ключах двух ступеней стабилизатор имеет 36 уровней регулировки выходного напряжения, чем и достигается высокая точность выходного напряжения.

Принцип работы сервопривода стабилизатора

Эти устройства относятся к самым простым стабилизаторам переменного напряжения. В устройстве стабилизатора напряжения главным элементом является тороидальный трансформатор с сервоприводом, который управляется не сложной электронной схемой сравнения выходного и входного напряжений.

При разнице этих напряжений, сигнал с положительной или отрицательной полярностью подается на сервопривод постоянного тока, который включаясь, поворачивает токосъемник с графитовой щеткой до тех пор, пока на выходе напряжение не станет равным 220 В. Токосъемник двигается по контактной площадке трансформатора захватывает одновременно несколько витков обмотки, поэтому напряжение регулируется без скачков.

Вид открытого стабилизатора с сервоприводом

Время отклика на изменение напряжения сервопривода выше, чем у релейного устройства. Положительным качеством сервопривода является хорошая точность установки 2 – 3%. На этом, наверное, заканчиваются все положительные качества сервопривода. У стабилизатора с сервоприводом есть один очень большой недостаток, о котором нигде не говориться. Это его пожароопасность.

Схема работы стабилизатора с сервоприводом

По его вине также выходят из строя все электробытовые приборы и техника. Причина проста. При падении сетевого напряжения ниже низкого порога или подъема напряжения выше высокого порога стабилизатора, сервопривод выводит токосъемную щетку в крайние положения и клинит. Это происходит из-за низкого качества китайских сервоприводов или схема управления сервоприводом не вытягивает токосъемник с крайних точек контактной площадки.

А теперь представьте, упало сетевое напряжение, токосъемник естественно пополз в верхнюю крайнюю точку, поднимая напряжение и заклинил. Вернуться не может. Когда напряжение восстановилось на входе стабилизатора, то выходное напряжение будет равным 300 В или больше. Бытовые приборы такое напряжение не выдерживают. Подобное не раз встречалось на моей практике. Поэтому при выборе стабилизатора переменного напряжения нужно учитывать его надежность и безопасность.

Принцип работы стабилизатора напряжения

Категория: Поддержка по стабилизаторам напряжения Опубликовано 13.03.2015 00:40 Автор: Abramova Olesya

Стабилизаторы или как их еще называют, нормализаторы напряжения – специальные устройства, которые обеспечивают стабильное напряжение для конкретного потребителя или целого объекта (дом, квартира, офисный центр, производственный цех и т. д.).

К выбору устройства необходимо подходить тщательно, чтобы получить требуемый эффект от работы стабилизирующего прибора. Так, для различных ситуаций применяются стабилизаторы с разными принципами действия, в подавляющем числе ситуаций допустима погрешность при корректировке, реже, требуется плавная регулировка и поддержание напряжения с высокой точностью с другими функциями (фильтрация сетевых помех, молниезащита и т.д.). Данная статья направлена на поддержку клиентов и посетителей сайта с целью дать профессиональное разъяснение о принципе работы стабилизаторов напряжения их преимуществах и недостатках на конкретных примерах.

1. Электронный принцип работы

В данную категорию относятся устройства симистрного и тиристорного типа. Система регулирования полностью автоматизирована и не требует дополнительных корректирующих настроек со стороны пользователя. На территории Украины данные типы широко распространены благодаря наличию более 10 заводов по производству стабилизаторов, наш ассортимент представлен сериями Breeze, Normic, Shteel, Calmer, Flagman для однофазных и трехфазных сетей. Также электронные нормализаторы поставляет на Украину ряд европейских производителей, таких как ORTEA предлагает однофазные GEMINI и трехфазные AQUARIUS.

Алгоритм работы этих устройств заключается в измерении напряжения на входе стабилизатора, обработке информации микропроцессором, который в свою очередь управляет электронными ключами (симисторами, тиристорами). При изменении входного напряжения одна ступень закрывается, другая открывается, тем самым регулируя количество витков трансформатора влияющих на коррекцию напряжения. Чем больше ступеней у стабилизатора, тем меньше погрешность. Основная масса бюджетных нормализаторов имеет от 8 до 12 ступеней, а их погрешность колеблется от 6 до 4%, устройства более высокого класса содержат от 16 до 36 ступеней, в это случае погрешность снижается с 3 до 1%.

Достоинства:

высокая скорость регулирования: 20 мс;
компактные размеры и вес;
низкий уровень шума;
оптимальной соотношение цены и качества;
длительный ресурс эксплуатации – 10-20 лет;

Недостатки:

дискретное (ступенчатое) регулирование;
невысокая перегрузочная способность до 150%.

2. Электродинамический (сервоприводный) принцип работы

К этой категории относятся устройства на основе электродвигателей. Как и электронные собраться, электродинамические устройства имеют полностью автоматизированный процесс коррекции сетевого напряжения. Украинских заводов по выпуску данного оборудования не существует из-за большого количества предложений китайских стабилизаторов низкого качества (характеристики этих устройств не рассматриваются). Однако практически все европейские производители также предлагают большое множество моделей электродинамических нормализаторов высокого качества. Итальянские производители ORTEA и IREM, а также турецкий завод NTT Stabilizer предлагают модели на напряжение 220В (серии Vega, Antares, DVS11 до 135кВА), 380В (серии DVS33, Orion-Y, Orion-Plus, Sirius до 6000кВА) и даже 6 и 11кВ (серии Sirius MV6 и Sirius MV11 до 6000кВА).

Принцип действия данных устройств основан на электродвигателе, которые контролируется микропроцессором. При изменении входного напряжения, контроллер подает сигнал двигателю, который перемещает графитовый ролик по обмоткам трансформатора, тем самым добавляя или снижая выходное напряжение до номинального. В зависимости от мощности стабилизатора, могут применяться разные системы регулирования, к примеру, итальянский производитель ORTEA запатентовал уникальную разработку с применением колоновидных медных стержней по которым перемещается электродвигателей с графитовым роликом высокого качества. Замер изменения напряжения происходит 2000 раз в секунду! Как правило погрешность электродинамических стабилизаторов не превышает 0,5 – 1%.

Достоинства:

плавная регулировка;
высокая точность стабилизации – 0,5%;
высокое быстродействие – 8-16мс/В;
низкий уровень шума;
высокая перегрузочная способность – 500-1000%;
молниезащита, EMI-фильтр, защитное исполнение IP54
стабильная работа при температуре от –25 … 50 С;
длительный ресурс эксплуатации – 20-30 лет.

Недостатки:

относительно высокая стоимость;
относительно большой вес.

3. Релейный принцип работы

Стабилизаторы релейного типа относятся к полностью автоматическим и не требуют дополнительного вмешательства в процесс регулирования. На Украине существуют несколько заводов, которые длительное время выпускают устройства относящиеся к этой категории (серии Гибрид-Н, Струм). По принципу действия релейные нормализаторы очень схожи с электронными, отличие заключается лишь в том, что в место симисторов и тиристоров применяются силовые реле, которые коммутируют обмотки трансформатора.

Достоинства:

высокое быстродействие – 20-40мс;
компактные размеры и вес;
низкая стоимость.

Недостатки:

отсутствие моделей средней и большой мощности;
погрешность может достигать 220В±7,5%;
дискретное регулирование напряжения;
шум при работе (щелчки);
низкая перегрузочная способность – 120-150%;
короткий срок эксплуатации – 2-5 лет.

4. Феррорезонасный принцип работы

Феррорезонансные нормализаторы, как и прочие современные типы имеют автоматический процесс регулирования напряжения. В основе принципа действия лежит явление магнитного насыщения сердечников трансформатора или дросселей.

Современные устройства феррорезонансного типа обладают впечатляющими характеристиками и очень длительным сроком службы, однако стоимость устройств достаточно высокая. В настоящее время есть возможность приобрести стабилизаторы серии SOLA-HD, производства компании EMERSON (США). Данное оборудование оправдано применять с технологическими установками высокой стоимости.

Достоинства:

высокое быстродействие – 20-40мс;
высокая точность стабилизации – 1%;
длительный срок эксплуатации – 40-50 лет;
встроенные фильтры помех;
форма выходного напряжения – синусоида;
высокая перегрузочная способность – 200-300%.

Недостатки:

высокий уровень шума (гул);
высокая стоимость;
относительно большие размеры и вес.

5. Тип регулирования в зависимости от принципа работы

Тип стабилизатора	Принцип регулирования	Погрешность
Электронные	дискретный (ступенчатый)	230±7– 0,8%
Релейные	дискретный (ступенчатый)	230±7,5 – 2,5%
Электродинамические	плавный	230±1,5 – 0,5%
Феррорезонансные	плавный	230±3 – 1%

Метод регулирования является основным отличием в принципах работы. Как правило, дискретное регулирование может применяться в электронных и релейных устройствах, а плавное соответствует электродинамическим (сервоприводным) и феррорезонансным нормализаторам. Для бытового применения подходит любой тип стабилизаторов, однако погрешностью более 3 – 4% будет проявляется в виде мерцания ламп накаливания. Это единственный недостаток видимый человеческому глазу, для основной массы бытовых приборов погрешность до 8-10% является нормальной.

Плавное регулирование и высокая точность стабилизации напряжения оправданы в медицинских учреждениях, промышленных установках, системах связи и передачи данных, технологических установках, а также в бытовом секторе, где установлены дорогостоящие системы видео- и аудио-аппаратуры и т. д.

6. Графики плавного и дискретного регулирования

График выходного напряжения стабилизатора ORTEA Vega 15кВА (Рис. 1)

На рисунке 1 изображена кривая выходного напряжения в соответствии с точностью 220В±0,5% или 1,5 Вольта, при этом хорошо видно, что выходное напряжение отклоняется незначительно и плавно.

График выходного напряжения стабилизатора НОНС-15000 NORMIC 15кВА (Рис. 2)

На рисунке 2 можно заметить явные скачки напряжения в пределах заданной погрешности, в данном случае это 220В±4,5% или 10 Вольт.

7. Заключение

Несомненно, плавное регулирование обязательно для высокотехнологических устройств, где отсутствие скачков и высокая точность напряжения является важным фактором. Электродинамические и феррорезонансные стабилизаторы обеспечивают фильтрацию помех, а также могут комплектоваться дополнительными опциями, которые будут полезны для производства: мониторинг, удаленное управление, корпусы с усиленной защитой IP54, масляное охлаждение, электронный байпас, молниезащита и т. д. Кроме этого, как электродинамические, так и феррорезонансные стабилизаторы могут могут применяться в неотапливаемых помещениях или металлических щитах, где допускается падение температуры до –25 С и влажность до 95%.

Стабилизаторы с дискретным принципом регулирования (электронные и релейные) хорошо зарекомендовали себя в бытовом сегменте, где ключевую роль играет стоимость, компактные размеры и отсутствие шума при работе. Кроме этого у электронных стабилизаторов есть преимущество в виде моментального регулирования, а также система защит от аварий в сети, удобная индикация и дополнительные функции по тонкой настройке стабилизаторов.

За рекомендациями по выбору типа стабилизатора и конкретной модели, обращайтесь по телефонам и email к продакт-менеджерам компании. Вам будет предложено оптимальное решение, которое решит требуемую задачу и будет соответствовать имеющемуся бюджету.

Что такое стабилизатор напряжения?

В электрической сети существует множество потребителей электроэнергии. Напряжение питания большинства из них определяется несколькими трансформаторами, расположенными в электросети по ходу передачи электроэнергии от электростанции. Мощность этих трансформаторов, а также сопротивление соединительных электрических цепей в основном определяет величину напряжения на потребителях. Чем больше нагруженных разветвлений в электросети и удаление потребителя электроэнергии от последнего трансформатора, тем значительнее меняется напряжение на клеммах этого потребителя электроэнергии.

Назначение

По мере развития предприятий и увеличения числа жителей населённых пунктов потребление электроэнергии увеличивается. В определённое время мощностей трансформаторов оказывается недостаточно для обеспечения штатной работы некоторых видов электрооборудования. Это можно показать на примере распространённых электробытовых приборов. Например, утюги, масляные радиаторы и все нагревательные приборы, использующие ТЭН или другие конструкции нагревательных резисторов при уменьшении напряжения будут нагреваться до более низкой температуры.

Большинство холодильников, стиральных машин и прочих довольно-таки мощных электроприборов с электродвигателями при существенном уменьшении напряжения не обеспечат своего полноценного предназначения. И такие ситуации весьма распространены в жилых посёлках и дачных кооперативах при массовом поливе или обогреве жилья электричеством. Поэтому во многих ситуациях, как на производстве, так и в быту появляется потребность в таком устройстве, которое позволит нормально работать оборудованию при существующих изменениях питающего напряжения. Этими устройствами являются стабилизаторы напряжения.

Принцип работы

Эти устройства имеют применение ограниченное собственной конструкцией. В зависимости от неё каждый стабилизатор формирует стабильное выходное напряжение, которое зависит от мощности нагрузки и входного питающего напряжения. Существует множество различных схем стабилизаторов напряжения. В общем виде они разделяются по принципу работы на три типа:

параметрические;
компенсационные;
индукционные.

Параметрический стабилизатор может быть заменён эквивалентным переменным сопротивлением, которое соединено параллельно с нагрузкой. Компенсационный вариант представляет собой эквивалентное сопротивление, соединённое с нагрузкой последовательно. Индукционный содержит регулируемый источник ЭДС. Её параметры определяют сердечник и число витков трансформатора или дросселя.

В сети электроснабжения мощность каждого из потребителей электроэнергии существенно меньше мощности трансформатора, который обеспечивает питание всех потребителей. Увеличение силы тока потребляемого нагрузкой всегда приводит к уменьшению напряжения на ней. Если напряжение на первичной обмотке питающего трансформатора достаточно стабильно, а его вторичные фазные обмотки, питающие электрическую сеть, нагружены весьма неравномерно и в двух из них присутствует в основном повышенное напряжение из-за перегрузки третьей обмотки, возможно применение всех трёх типов стабилизаторов напряжения.

Для потребителей постоянно работающих при повышенном напряжении наилучшими решениями будут параметрический и компенсационный стабилизаторы, а для пониженного напряжения – индукционный. Переменное сопротивление в параметрическом и компенсационном вариантах может иметь различные технические решения. Выбор его в основном определяется скоростью изменения импеданса нагрузки. Чем медленнее изменяется его величина, тем более экономичным можно сделать переменное сопротивление за счёт его реактивной составляющей.

Исполнительные регуляторы

В наиболее быстродействующих параметрических и компенсационных стабилизаторах переменным сопротивлением является охлаждаемый транзистор. Его состояние определяется специальной схемой, которая отслеживает напряжение на нагрузке и соответствующим образом подстраивает транзистор так, чтобы компенсировать изменения напряжения изменением его сопротивления. Поскольку транзистор может обеспечить наиболее широкий диапазон величин сопротивления и является самым быстродействующим регулятором, такие стабилизаторы получаются наиболее качественными в отношении выходного напряжения.

Если необходимо сделать стабилизатор напряжения для дома с настолько большим током нагрузки, который транзистор не сможет обеспечить из-за своих физических принципов работы, применяются иные более медленные переменные сопротивления. Наиболее быстродействующим из таких устройств является электромеханический регулятор. Он состоит из множества тонких плоских графитовых колец надетых на общий стержень. Крайние кольца соединены с клеммами, которые служат для подключения к электрической цепи. При сжатии колец их общее сопротивление уменьшается пропорционально силе сжатия. Источником этой силы может быть либо соленоид, либо электродвигатель со схемой управления. Пример такого регулятора показан на изображении слева.

И транзистор, и угольный регулятор рассеивают значительное тепло, которое является компромиссом между быстродействием и экономичностью. Более экономичным и медленным получается регулятор с использованием магнитного усилителя. Он изменяет свой импеданс соответственно току подмагничивания. По причине незначительной величины сопротивления проводов такой регулятор почти не рассеивает тепла и получается наиболее экономичным, хотя и медленным. Пример одной из многих конструкций магнитного усилителя показан на изображениях далее.

Наилучший, хотя и наиболее дорогостоящий стабилизатор получается при использовании магнитного усилителя вместе с транзистором или угольным регулятором. В таком стабилизаторе магнитный усилитель работает в продолжительном режиме и рассеивает мало тепла. Другой регулятор (транзисторный тип более быстродействующий) функционирует кратковременно в течение инерции магнитного усилителя. Необходимость совмещения таких регуляторов вполне обоснованна. Например, включение мощной печки – каменки, которая подключена только к одной фазе может вызвать скачок напряжения на маломощных нагрузках, подключенным к одной или двум другим фазам.

Если этой нагрузкой являются лампы накаливания, а момент включения печки совпал с увеличением амплитуды напряжения питания, их спирали могут перегореть. Транзисторный регулятор, несомненно, успеет подстроиться под нарастающее напряжение и не позволит ему достичь опасной для нагрузки величины. Если повышенное напряжение опасно для электрооборудования как, например, в отношении упомянутых ламп накаливания, пониженное напряжение не позволяет некоторым электроприборам обеспечить нормальную работу.

Индукционные стабилизаторы

Параметрические и компенсационные стабилизаторы не способны сформировать выходное напряжение на нагрузке более высокое, чем входное напряжение. С такой задачей может справиться только индукционный. Название «индукционный» не является широко распространённым. Оно применено, поскольку даёт определение группе технических решений по стабилизации переменного напряжения использующих явление электромагнитной индукции. Наиболее надёжным и давно используемым типом являются феррорезонансные стабилизаторы, показанные на изображениях далее.

Они содержат трансформатор с магнитопроводом специальной конструкции. Часть магнитопровода на которой расположена вторичная обмотка насыщается. По этой причине напряжение на ней и на подключенной к её клеммам нагрузке мало зависит от напряжения электросети, изменяющегося в некотором диапазоне. Но такой принцип формирования выходного напряжения не обеспечивает его синусоидальной формы. По мере приближения к состоянию насыщения магнитопровод утрачивает свои трансформирующие свойства. Это приводит к преждевременному уменьшению напряжения на вторичной обмотке, что и является причиной искажений.

Но кроме достаточно толстого обмоточного провода, магнитопровода и конденсатора который необходим для увеличения эффективности стабилизатора он не содержит иных деталей. Поэтому в нём нечему ломаться. Феррорезонансный стабилизатор может прийти в негодность только из-за некачественной межвитковой изоляции или механического повреждения. Его свойства за исключением магнитострикционного эффекта (жужжащий звук, идущий от магнитопровода, деформирующегося воздействием электромагнитного поля) делают его оптимальным для использования в быту как наиболее долговечный вариант устройства.

Однако главным недостатком феррорезонансных стабилизаторов являются вес и габариты. По этой причине изготавливаются модели в диапазоне выходных мощностей 100 – 8000 Вт. До появления технических решений с использованием полупроводниковых приборов феррорезонансные стабилизаторы были наиболее широко используемыми. Другие индукционные стабилизаторы по сути своей аналогичны лабораторному автотрансформатору (ЛАТР).

Он имеет ручной регулятор, который перемещает одну из выходных клемм по виткам. Как видно из схемы слева, выходное напряжение на клеммах а и б может быть как меньше входного напряжения U1 электросети, так и больше него при сближении клеммы а с точкой с. В существующих стабилизаторах типа ЛАТР перемещение клеммы происходит автоматически под контролем схемы управления. Эта схема выполнена с применением полупроводниковых приборов и микросхем. Для перемещения клеммы применяется несколько решений. В некоторых моделях стабилизаторов применяется электромотор.

Это морально устаревший способ и весьма инертный. К тому же для него необходим скользящий контакт, который может искрить и подгорать при перемещении. С целью устранения перечисленных недостатков применяются более дорогие, но зато более быстродействующие конструкции шагового действия. В них применяется автотрансформатор с несколькими ответвлениями обмотки. Выходные клеммы подключаются к той клемме, которая в данный момент времени обеспечивает ближайшее значение напряжения к заданному напряжению.

Подключение выполняется либо контактами реле, либо полупроводниковыми ключами. Схемы таких стабилизаторов показаны на изображениях далее.

Основным недостатком индукционных стабилизаторов с коммутацией выходного напряжения является их малая перегрузочная способность. Чтобы наглядно продемонстрировать значение этого недостатка для пользователя можно рассмотреть такой пример. Наиболее подвержено изменениям напряжение в электросетях посёлков и дач. Для обогрева домов при поездках на выходные наиболее часто применяются электрические обогреватели. Весной и осенью когда начинается или заканчивается дачный сезон или централизованное отопление в посёлках в частных домах (если оно есть) отключено, периодически на полную мощность включаются электрообогреватели.

Напряжение при этом может упасть до 140 – 150 Вольт. Для холодильника, который постоянно подключен к электросети это весьма неполезно, поскольку существенно сокращается срок службы компрессора и к тому же не обеспечивается его нормальная работа. Поэтому многие домовладельцы подключают свой холодильник через стабилизатор напряжения. Но при пуске компрессора, который время от времени происходит в любом холодильнике, кратковременное значение мощности, потребляемой от сети, в 2-3 раза превышает номинальную мощность движка компрессора.

При уменьшении напряжения его стабилизация под нагрузкой обеспечивается увеличением силы тока. А по мере увеличения силы тока напряжение на входе стабилизатора уменьшается ещё больше. Поэтому при существенном уменьшении напряжения ток, потребляемый от сети индукционным стабилизатором с переключением выходных клемм, может достигать величин срабатывания автоматических выключателей. При каждом пуске холодильника при максимально пониженном напряжении будет либо срабатывать автомат на щитке в доме, либо токовая защита. И получается такая ситуация что и стабилизатор в наличии, и холодильник не работает.

Преодолеть рассмотренную проблему может иная конструкция устройства. Это также индукционный стабилизатор, но с инвертором, формирующим выходное переменное напряжение из постоянного напряжения. В таком варианте используется промежуточное выпрямление электрического тока для питания инвертора. При этом можно использовать конденсаторы большой ёмкости, имеющие небольшие габариты и предназначенные для использования при постоянном напряжении.

Энергия, накопленная в этих конденсаторах, существенно уменьшает нагрузку на электрическую сеть при кратковременных перегрузках. А инвертор, который может работать на частотах в несколько десятков килогерц может обеспечить качественное выходное напряжение при небольших размерах и массе всего устройства. Использование инверторов это самое передовое решение в конструкции стабилизаторов. Несмотря на её сложность и сравнительно высокую цену устройства с инверторами оправдывают их качеством электропитания.

Если в электросети напряжение нестабильно и очевидна необходимость стабилизации напряжения надо оптимально выбрать его. При этом следует правильно определить мощность потребителей электроэнергии. От этого будет зависеть цена стабилизатора. В зимнее время частный дом средних размеров нуждается в электрической мощности в пределах 6-10 кВт. Причём основная часть этой мощности будет потреблена электрообогревателями. Нужно ли стабильное напряжение для них это вопрос спорный. Большинство из обогревательных электроприборов и при 150 Вольтах дают много тепла.

Электрические котлы, имеющие электронное управление снабжены встроенными стабилизаторами напряжения. Поэтому сама схема управления котлом не должна быть подвержена изменениям напряжения в электросети, если это качественная модель котла или бойлера. При пониженном напряжении нагрев будет более длительным. Если это обстоятельство не критично, за общий стабилизатор для всего дома нет смысла переплачивать. Современные электронные бытовые электроприборы снабжены импульсными источниками электропитания. Они обеспечивают бесперебойную работу этих устройств даже при значительных перепадах напряжения. То же самое относится и к энергосберегающим лампам.

Наиболее требовательны к стабильности напряжения бытовые электроприборы с двигателями. Кофемолки, водяные насосы, холодильники, стиральные машины и большинство других устройств с коллекторными и асинхронными двигателями существенно замедляются при уменьшении напряжения и не создают необходимых оборотов для обеспечения того или иного процесса. Для перечисленных устройств стабилизатор является объективной необходимостью.

Поэтому рекомендуется правильно организовать использование этих устройств так, чтобы работал только один электроприбор, подключенный к стабилизатору. Это даст возможность сэкономить деньги и занимаемое место. Чем меньше мощность, тем компактнее устройство.