Стабилизаторы напряжения для больших токов

Стабилизаторы напряжения. Теория.

Стабилизаторы напряжения. Теория.

При изменениях напряжения сети и тока нагрузки выходное напряжение выпрямителя также изменяется, причем иногда значительно. В ряде случаев (например, при питании оконечного каскада УМЗЧ) это вполне допустимо, а вот, скажем, для радиоприемников, генераторов и других радиоэлектронных устройств напряжение должно быть стабильным при изменении тока нагрузки. Здесь без стабилизатора не обойтись. Одновременно этот прибор выполняет и другую функцию — снижает до минимума пульсации питающего напряжения.

Основа простейшего стабилизатора (рис. 68,а) — цепочка из резистора R1 и стабилитрона VD1. Стабилитрон — это специальный диод, включенный в обратной полярности и работающий в режиме лавинного обратимого пробоя. Если повышать обратное напряжение на стабилитроне, то сначала ток будет небольшим, а по достижении напряжения стабилизации (об этом указывается в справочных данных) резко возрастет. Чтобы ограничить возрастание тока через стабилитрон, его включают через резистор R1 (это так называемый балластный резистор). Рассчитывают ток через стабилитрон по формуле I = (Uвх — Uст)/R. Таким образом, входное напряжение должно быть всегда больше выходного, стабилизированного.

При питании маломощных устройств часто обходятся таким простейшим стабилизатором, снимая выходное напряжение со стабилитрона. При расчете по данной формуле ток I должен включать в себя как ток стабилитрона (обычно 5. 20 мА), так и ток нагрузки (такого же порядка). При большем токе нагрузки используют дополнительный транзистор VT1, включенный как эмиттерный повторитель (рис. 68,б). Он «повторяет» на нагрузке стабилизированное напряжение базы. Выходное напряжение Uст примерно на 0,7 В (падение напряжения на переходе база-эмиттер) меньше паспортного напряжения стабилизации стабилитрона. При больших токах нагрузки используют составной транзистор.

Схема более совершенного стабилизатора приведена на рис. 69. Стабилитрон VD1 выбирают на напряжение, примерно равное половине выходного стабилизированного Uст. Такое же напряжение подают и на базу маломощного управляющего транзистора VT2 с делителя напряжения R2-R4. Если по каким-либо причинам выходное напряжение понизится, это изменение полностью передастся через стабилитрон на эмиттер транзистора VT2, в то время как на его базе изменение напряжения будет меньше. В результате транзистор приоткроется и его увеличившийся коллекторный ток откроет мощный регулирующий транзистор VT1, компенсируя падение выходного напряжения. При повышении выходного напряжения оба транзистора закрываются. Регулирование происходит, таким образом, благодаря сильной отрицательной обратной связи.

Поскольку управляющий сигнал вырабатывается из уже стабилизированного выходного напряжения, параметры стабилизатора при простой схеме получаются довольно высокими. Дополнительное достоинство стабилизатора в том, что он не боится коротких замыканий на выходе — при КЗ пропадает и управляющее напряжение, в результате чего оба транзистора закрываются. Ток срабатывания защиты зависит в основном от тока стабилитрона, который подбирают резистором R1.

Конструкций стабилизаторов напряжения много, но все они обладают существенным недостатком — входное напряжение должно быть выше выходного стабилизированного, при одном и том же токе, в итоге часть мощности выпрямителя превращается в тепло и рассеивается на теплоотводе регулирующего транзистора. Этот недостаток устранен в импульсных стабилизаторах, имеющих высокий КПД.

Импульсные источники питания

Традиционные блоки питания с низкочастотным трансформатором, выпрямителем и стабилизатором просты, надежны, практически не создают помех, но при большой выходной мощности имеют значительные габариты, массу и низкий КПД. Эти недостатки особенно заметны при больших мощностях. Размеры и масса трансформатора, а также емкости сглаживающих конденсаторов уменьшаются при повышении частоты питающей сети. В связи с этим некоторые местные электросети, особенно военного назначения, имеют повышенную частоту (400 Гц).

В бытовой аппаратуре, в частности в современных телевизорах и компьютерах, используют импульсные блоки питания (рис. 70), принцип действия которых состоит в следующем. Сетевое напряжение 220 В выпрямляется диодным мостом VD1- VD4. Получившееся постоянное напряжение примерно 300 В подается на генератор, вырабатывающий последовательность импульсов, питающих малогабаритный импульсный трансформатор Т1 на магнитопроводе из феррита. Он и обеспечивает гальваническую развязку питаемой аппаратуры от сети.

Чтобы уменьшить проникновение импульсных помех в питающую сеть, обязательно устанавливают фильтр, содержащий дроссели Lф и конденсаторы Сф. Резистор R1 нужен для ограничения тока через диоды выпрямителя в момент включения, когда оксидный конденсатор С1 (емкостью до 100 мкФ и более) еще не заряжен. Керамический конденсатор С2 значительно меньшей емкости уменьшает высокочастотные пульсации выпрямленного напряжения при работе генератора.

Мощный высоковольтный транзистор VT1 работает в ключевом режиме с высоким КПД. Он открывается импульсами генератора и создает ток в первичной обмотке трансформатора. Импульсное напряжение со вторичных обмоток (III и IV) выпрямляется и сглаживается. Еще одна обмотка (II) питает цепь стабилизации, которая управляет длительностью и/или частотой импульсов так, чтобы напряжения U1 и U2 были стабилизированы. Более подробное описание импульсных блоков питания можно найти в журнальных статьях и специальной литературе. В мощных импульсных блоках питания используют и двухтактные генераторы и выпрямители. Генераторы импульсов и цепи стабилизации (обозначенные прямоугольниками на рис. 70) теперь часто выполняют в виде готовых интегральных схем.

Импульсные стабилизаторы напряжения выполняют по похожим схемам, но вместо трансформатора в них используют дроссели на ферритовых магнитопроводах. Рассмотрим схему понижающего преобразователя-стабилизатора (рис. 71), вырабатывающего, например, стабилизированное напряжение 5В из нестабилизированного 12. 18 В. Он работает с высоким КПД (только при стабильном токе нагрузки), достигающим 90% и более. Это означает, что ток в нагрузке больше потребляемого!

Ключевой транзистор VT1 включается короткими импульсами от задающего генератора. Ток в дросселе L1 нарастает за время импульса до сравнительно большого значения (порядка тока нагрузки). Когда же по окончании импульса транзистор закрывается, ток в дросселе продолжает протекать через открывшийся диод VD1 до начала следующего импульса. При этом расходуется энергия, запасенная в магнитном поле дросселя. Цепь стабилизации регулирует длительность или частоту повторения импульсов так, чтобы выходное напряжение оставалось неизменным. Например, при возрастании выходного напряжения длительность импульсов уменьшается. Учитывая, что импульсные стабилизаторы создают помехи, они требуют хорошей фильтрации напряжения на входе и выходе.

Промышленный стабилизатор напряжения: по каким критериям делать выбор?

Промышленные стабилизаторы напряжения представляют собой отдельную категорию устройств, предназначенных для нормализации параметров сети. К этим устройствам предъявляются определённые требования. Чаще всего промышленная сеть является трёхфазной, что и определяет конструкцию стабилизатора.

Содержание:

Особенности

Если разобраться, что отличает промышленный стабилизатор напряжения от простого домашнего стабилизатора, то найти разницу будет непросто. Принципиальные электрические схемы стабилизации бытового и промышленного стабилизаторов не имеют существенных отличий. Не существует каких-либо специальных технических решений отличающих промышленные устройства.

Наиболее явным отличием является повышенный уровень мощности. Принято считать, что стабилизаторы с мощностью свыше 30 кВт являются промышленными устройствами, но это совершенно не значит, что такие приборы нельзя использовать в быту.

Если подойти к вопросу более детально, то можно выделить некоторые признаки отличающие промышленные стабилизаторы:

• Мощность;
• Число фаз;
• Сложная схема защиты;
• Конструктивное исполнение.

Большие уровни мощности накладывают жёсткие ограничения на тип стабилизаторов. Это связано с токами нагрузки. Если использовать релейные стабилизаторы, то при слишком больших токах контакты коммутирующих реле будут очень быстро обгорать, что приведёт к выходу стабилизатора из строя. При относительно небольших нагрузках и хорошей мощности релейного стабилизатора, его все же можно использовать на производстве. Релейные стабилизаторы являются вторыми в списке пригодных для промышленности стабилизаторов после электромеханических.

Ещё более уязвимыми в этом отношении являются стабилизаторы, собранные на полупроводниковых приборах – тиристорах. Промышленность выпускает тиристоры, предназначенные для работы с токами в сотни ампер, но размеры и сложные схемы управления не позволяют использовать их в стабилизаторах напряжения.

Поэтому из всех типов стабилизаторов, работать с большими нагрузками могут только сервоприводные, и в некоторых случаях релейные стабилизаторы. Мощность электромеханических устройств можно наращивать до очень больших величин. Для этого нужны только мощные тороидальные трансформаторы с обмотками, выполненными из провода определённого сечения. Некоторые модели электромеханических трёхфазных стабилизаторов работают на мощностях 100-300 кВт и более.

Что касается числа фаз, то и бытовые стабилизаторы могут быть трехфазными и промышленные устройства могут работать в однофазной сети.

Трёхфазный промышленный стабилизатор напряжения электромеханического типа конструктивно состоит из трёх отдельных блоков. Каждый блок имеет собственный трансформатор. Самым опасным нарушением, которое может привести к выходу стабилизатора из строя, является нагрев обмотки свыше определённого предела. Поэтому каждый трансформатор имеет собственную схему защиты от перегрева, обычно выполненную на термисторе. В случае возникновения критического нагрева стабилизатор полностью отключается, загорается индикатор «Авария» и во многих моделях подаётся звуковой сигнал.

Наличие трех силовых трансформаторов предполагает определённое конструктивное исполнение устройства. Это, как правило, вертикальная напольная конструкция, где каждый трансформатор установлен на своей полке.

Область применения промышленных стабилизаторов

Сферой применения промышленных стабилизаторов являются отрасли, в которых используются технические устройства, чувствительные к колебаниям напряжения:

• Системы телекоммуникации;
• Мобильная связь;
• Серверы;
• Медицинские центры, больницы и клиники;
• Диспетчерские службы аэропортов;
• Системы радиолокации;
• Комплексы оборонного значения;
• Банки;
• Некоторые виды промышленного производства.

Любая электроника негативно реагирует на малейшие отклонения питающего напряжения, поэтому системам стабилизации уделяется первоочередное внимание. Все мощные промышленные стабилизаторы выполнены по электромеханической схеме, где выравнивание напряжения сети осуществляется перемещением контакта по обмотке тороидального трансформатора. За этот процесс отвечает сервоприводной механизм с электродвигателем, который и передвигает контакт на определённый угол, изменяя, тем самым величину напряжения на выходе.

В отличие от маломощных домашних и дачных стабилизаторов, в промышленных моделях вместо графитовой щётки применяется скользящий ролик, что снижает возможность подгорания контакта и продлевает безаварийный срок службы устройства.

Промышленные стабилизаторы очень большой мощности имеют особое конструктивное исполнение. Вместо тороидального трансформатора, узел коррекции напряжения представляет собой обмотку, намотанную на вертикальном цилиндре. Каретка с роликом, управляемая серводвигателем, так же перемещается вверх и вниз.

Преимущества, недостатки и критерии выбора

Поскольку у промышленных стабилизаторов в случаях повышенных мощностей нет альтернативы, и единственно возможный тип это электромеханическое устройство, то приходится мириться с некоторыми его недостатками:

• Низкая скорость выравнивания напряжения;
• Наличие механических узлов;
• Эксплуатация только в отапливаемых помещениях;
• Определённый шум при работе.

Медленная реакция на изменения напряжения сети может считаться самым существенным недостатком. Скорость стабилизации может составлять 10-50 вольт в секунду, поэтому при выборе следует ориентироваться на больший показатель, а если в документации указано время срабатывания, которое может быть 20-40 мс, то выбирать прибор следует по меньшей величине.

Приобретая электромеханический промышленный стабилизатор напряжения 220В, нужно быть готовым к тому, что прибору требуется регулярное техническое обслуживание, а отельные узлы сервопривода придётся менять примерно раз в 3-5 лет.

Наличие механических движущихся частей не позволяет эксплуатировать сервоприводной стабилизатор при низких температурах, а риск искрения подвижных контактов при износе ограничивает их использование в качестве стабилизаторов для газового оборудования. Последним недостатком может служить шум, возникающий в процессе работы устройства.

• Широкий диапазон входных напряжений;
• Высокая точность установки;
• Нечувствительность к изменению частоты.

При выборе промышленного стабилизатора можно уточнить, при каких напряжениях сети устройство обеспечивает заявленные параметры. Точность установки напряжения у сервоприводных устройств самая высокая среди всех стабилизаторов, поэтому при выборе устройства на эту величину можно не обращать внимания.

Кроме скорости выравнивания важным параметром является мощность устройства. После подсчёта мощности всех потребителей к результату следует добавить 25-30%.

Комплект трёхфазных стабилизаторов

Комплект стабилизаторов для трёхфазной сети на 30 кВт «Энергия Voltron» представляет собой три однофазных блока. Такая система может быть использована в том случае, если на объекте отсутствуют трёхфазные потребители, а вся нагрузка разделена на три группы по 10 кВт в каждой. При аварии на одной из фаз, будет отключена от сети только одна группа, а две другие будут продолжать нормально работать. Каждый блок собран по релейной схеме и имеет 7 ступеней регулировки.

Комплект рассчитан на непрерывный режим работы при напряжениях сети от 105 до 256В. Напряжение меньше 95 и больше 280В вызывает срабатывание схемы защиты. Промышленный стабилизатор напряжения Энергия оборудован функцией «Байпас», автоматом «Перегрузка» и цифровым дисплеем.

Open Library — открытая библиотека учебной информации

Открытая библиотека для школьников и студентов. Лекции, конспекты и учебные материалы по всем научным направлениям.

• Главная

Категории

• Астрономия
• Биология
• Биотехнологии
• География
• Государство
• Демография
• Журналистика и СМИ
• История
• Лингвистика
• Литература
• Маркетинг
• Менеджмент
• Механика
• Науковедение
• Образование
• Охрана труда
• Педагогика
• Политика
• Право
• Психология
• Социология
• Физика
• Химия
• Экология
• Электроника
• Электротехника
• Энергетика
• Юриспруденция
• Этика и деловое общение

Электроника Транзисторные стабилизаторы напряжения

Транзисторные стабилизаторы напряжения, имеющие значи­тельные преимущества перед параметрическими стабилизаторами напряжения, наиболее широко распространены. Стабилизаторы, содержащие замкнутую систему регулирования (систему управле­ния по отклонению), осуществляемую по цепи обратной связи, называются компенсационными стабилизаторами напряжения. Их основными элементами являются регулирующие элементы РЭ, выполненные на одном или каскадном соединœении транзисторов (рисунок 5.10). Цепь обратной связи ОС содержит источник опорного напряжения ОН, кремниевый стабилитрон и схему сравнения СС с усилителœем постоянного тока УПТ. Учитывая зависимость отспособа включения регулирующего элемента компенсационные стабилиза­торы напряжения делят на два класса: параллельного и после­довательного типа.

Рисунок 5.10 – Структурные схемы компенсационного стабилизатора напряжения параллельного (а) и последовательного (б) типов

Изменения входного напряжения или тока нагрузки в ком­пенсационных стабилизаторах вызывают отклонения выходного напряжения от номинального. Эти изменения сравниваются с опорным напряжением и через усилитель постоянного тока УПТ подаются на регулирующий элемент РЭ и изменяют его соп­ротивление. В компенсационных стабилизаторах напряжения па­раллельного типа (см. рисунок 5.10, а) это вызовет изменение тока, протекающего через резистор R, и падение напряжения на нем. В компенсационных стабилизаторах напряжения последовательно­го типа (см. рисунок5.10, б) изменится падение напряжения непосредст­венно на самом регулирующем элементе РЭ. В обоих случаях действие РЭ будет сводиться к поддержанию выходного напря­жения в заданных пределах, ᴛ.ᴇ. к его стабилизации.

Наиболее широко распространены стабилизаторы последова­тельного типа. Οʜᴎ имеют довольно высокий к. п. д., экономичнее в режиме холостого хода, обладают более высоким коэффициентом стабилизации.

В схемах простейших стабилизаторов последова­тельного типа с регулирующими транзисторами р-п-р и п-р-п структуры (рисунок 5.11, а и б) регулирующий транзистор VT1 включен по схеме усилителя с нагрузкой R_н в эмиттерной цепи (эмиттерный повторитель). Резистор R и стабилитрон VD1 образуют пара­метрический стабилизатор напряжения и являются источником опорного напряжения U_ст. Выходное напряжение транзисторного стабилизатора определяется разностью опорного напряжения и напряжения участка база-эмиттер регулирующего транзистора U_н = U_СТ — U_6э. Так как напряжение U_6э транзистора, работающего в активном режиме, составляет десятые доли вольта и мало зависит от тока эмиттера и напряжения U_ЭК, то напряжение на нагрузке будет близко к напряжению на стабилитроне.

При повышении входного напряжения (при R_н = const) сначала увеличится напряжение на выходе стабилизатора U_н, что приводит к увеличению токов I, протекающих в параллельной ветви, через стабилитрон I_ст и резистор R. Падение напряжения на R возрастет. Это напряжение, приложенное к базе регулирующего транзистора относительно коллектора, является «запирающим» и вызывает увеличение падения напряжения на участке эмиттер — коллектор VT1(U_ЭК), адекватное изменению входного напряжения. Напряжение на выходе при этом вернется к номинальному значению. Уменьшение входного напряжения первоначально приведет к снижению вы­ходного напряжения, что в свою очередь снижает ток в парал­лельной ветви (VD1, R). Воздействие на транзистор будет таким, что снизится падение напряжения на участке эмиттер — коллектор VT1, что увеличит выходное напряжение до исходного значения.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, всœе изменения входного напряжения будут скомпенсированы на участке эмиттер-коллектор регулирующего транзистора.

Напряжение на выходе при этом останется в заданных пределах, ᴛ.ᴇ. оно стабилизируется.

С изменением тока нагрузки при постоянном входном напряжении изменяется ток базы регулирующего транзистора, где В — статический коэффициент усиления тока базы.

Рисунок 5.11 – Стабилизаторы последовательного типа с транзисторами p-n-p (a), n-p-n (б) структурами

Так как потенциал базы транзистора VT1практически не изменяется, то падение напряжения на резисторе R также постоян­но, не изменится при этом и ток I. Следовательно, изменится ток стабилитрона VD1 на значение изменения тока базы транзистора. Динамическое сопротивление регулирующего транзистора будет изменяться в соответствии с током базы. При большем токе нагрузки сопротивление транзистора VТ1 становится меньшим, при малом токе нагрузки — большим. В обоих случаях падение напря­жения на участке эмиттер-коллектор транзистора останется почти неизменным. Следовательно, напряжение на выходе стабилизатора будет оставаться в заданных пределах.

Токи и напряжения в рассматриваемых схемах транзисторных стабилизаторов напряжения в установившемся режиме связаны следующими соотношениями:

; .

Входное напряжение U_вх = U_Н + U_ЭК на элементах параллельной ветви распределится таким образом:

, откуда ,

тога .

Максимальный ток нагрузки транзисторного стабилизатора

.

Из приведенного равенства очевидно, что максимально допус­тимый ток транзисторного стабилизатора в В раз больше мак­симально допустимого тока стабилитрона. Он зависит от коэф­фициента усиления транзистора и ограничивается его максимально допустимой мощностью рассеяния Р_яоп:

.

К основным параметрам стабилизаторов последовательного типа относятся:

коэффициент стабилизации ;

выходное сопротивление ,

где h_11э входное сопротивление для схемы с общим эмиттером;

h_21э— коэффициент усиления по току для схемы с общим эмиттером;

коэффицент полезного действия .

Рассмотренные схемы транзисторных стабилизаторов последо­вательного типа имеют ряд преимуществ перед параметрическими. Οʜᴎ допускают большие токи нагрузки, имеют меньшее внутреннее сопротивление, выше коэффициент стабилизации. При этом достичь очень высоких значений коэффициента стабилизации в них не удается.

Для улучшения электрических характеристик схемы компенса­ционного стабилизатора напряжения последовательного типа в цепь обратной связи вводят усилитель постоянного тока, выполненный на транзисторе VТ2 (рисунок 5.12, а). В эмиттерную цепь VT2 включен стабилитрон VD1 (источник опорного напряжения). Резистором R2 задается ток VD1. В базовую цепь VТ2 включен делитель напряжения R3R4. Резистор R1, включенный в коллектор­ную цепь VТ2, является нагрузкой усилителя постоянного тока. Делитель RЗR4 и резистор R2 со стабилитроном VD1 образуют измерительный мост, в одну из диагоналей которого включен резистор R_н, а в другую — участок эмиттер-база транзистора VТ2. При воздействии дестабилизирующих факторов и изменении выходного напряжения стабилизатора изменяется ток, протекаю­щий через делитель R3R4. Изменяется падение напряжения на резисторе R4. Это напряжение, являющееся частью выходного, подводится к базе транзистора VT2и сравнивается с опорным напряжением стабилитрона VD1. Разностный сигнал усиливается транзистором VТ2.

Напряжение с коллекторной нагрузки усилителя постоянного тока (резистор R1) поступает на базу регулирующего транзистора VT1и вызывает изменение падения напряжения на нем (участок эмиттер — коллектор).

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, изменения входного напряжения будут ском­пенсированы на регулирующем транзисторе.

Коэффициент стабилизации этой схемы

,

— коэффициент делœения делителя;

h₁₁ — входное сопротивление;

β₂-коэффициент усиления по току.

Рисунок 5.12 – Схемы компенсационного стабилизатора напряжения с усилителœем постоянного тока (а); с усилителœем постоянного тока и составным регулирующим транзистором (б)

.

Введение усилителя постоянного тока в цепь обратной связи увеличивает коэффициент стабилизации. Вместе с тем, в данный усилитель должен быть включен транзистор с возможно большим β, а также стабилитрон с малым дифференциальным сопротив­лением r_Д. Оптимальный выбор этих значений уменьшает выходное сопротивление стабилизатора. Увеличение К_ст возможно за счет увеличения сопротивления R1. При этом его нельзя выбрать очень большим, так как при этом ограничивается ток базы регули­рующего транзистора VТ1.

При больших токах нагрузки стабилизатора, когда крайне важно использование мощного регулирующего транзистора, ток базы его может значительно (иногда в несколько раз) превышать ток коллектора транзистора усилителя постоянного тока. Важно заметить, что для сог­ласования их по допустимым токам в качестве регулирующего элемента применяют так называемый составной транзистор с включением двух и более транзисторов. В схеме такого компен­сационного стабилизатора напряжения (рисунок 5.12, б) транзистор VТЗ является согласующим между усилителœем постоянного тока и регулирующим элементом (согласует коллекторный ток транзис­тора VТ2 и базовый ток транзистора VT1). Резистором R5 подбирают режимы работы транзистора VT3. В остальном эта схема аналогична схеме (см. рисунок 5.12, а). Параметры схемы (коэффициент стабилизации и выходное сопротивление) опреде­ляются по тем же соотношениям. Необходимо только вместо коэффициента усиления по току регулирующего транзистора (β₁) подставлять значение общего коэффициента усиления составного транзистора из двух транзисторов VТ1 и VТЗ, равного их произ­ведению .

Компенсационные стабилизаторы с составным транзистором обладают более высокими электрическими характеристиками. У них выше коэффициент стабилизации, меньшее выходное сопро­тивление, большие токи нагрузки.

Мощность компенсационных стабилизаторов может быть значительно увеличена при параллельном включении транзисторов в регулирующем элементе (рисунок 5.13, а). Для более равномерного распределœения тока нагрузки между этими транзисторами (из-за разброса параметров) в их эмиттерные или базовые цепи включают симметрирующие резисторы R1 и R2. Включение резисторов в эмиттерные цепи получило более широкое распространение и используется чаще.

Читайте также

Транзисторные стабилизаторы напряжения, имеющие значи­тельные преимущества перед параметрическими стабилизаторами напряжения, наиболее широко распространены. Стабилизаторы, содержащие замкнутую систему регулирования (систему управле­ния по отклонению). [читать подробенее]

Стабилизаторы напряжения

О некачественном электропитании знают не понаслышке даже домохозяйки. Когда не включается микроволновая печь, не тянет стиральная машина, а бойлер вышел из строя накануне сильных морозов, приходится думать — как защитить себя от этого безобразия.

Причин понижения напряжения в сети великое множество: удаленность от трансформаторной подстанции, наличие на питающем фидере мощных потребителей, устаревший и не рассчитанный на современные электроприборы кабель, просто ведущиеся рядом сварочные работы и многое другое. Пониженное напряжение в сети опасно для холодильников, насосов и любых двигателей и, в большинстве случаев, является основной причиной выхода их из строя. Повышение напряжения — ситуация не столь частая, но более фатальная по последствиям, так как опасна для всех электроприборов без исключения. И уж, конечно, многие слышали про навевающую ужас неисправность — «ноль отгорел», последствием которой в сети становятся процессы, развитие которых прогнозировать не берутся даже специалисты. Первый признак, по которому можно судить о неполадках в сети — мигание или частое перегорание ламп накаливания.

Надежной защитой от некачественного электроснабжения в большинстве случаев являются стабилизаторы напряжения.

Стабилизаторы напряжения — аппараты для автоматического поддержания в сети потребителя напряжения 220 вольт

Итак, Вы уже поняли, что Вам необходим стабилизатор напряжения. Осталось только его выбрать и приобрести. И вот тут, на стадии выбора, главное не допустить ошибку при выборе стабилизатора. Итак, приступаем.

Первый шаг — определяем такой параметр как диапазон входного напряжения. Это можно узнать у электрика, который обслуживает Ваш дом/квартиру или замерить самостоятельно тестером в «часы пик» (утро, вечер) и в часы минимальной нагрузки (день, раннее утро, ночь) сделав такие замеры несколько дней и выбрать из этих значений минимальное — UminВ и максимальное — UmaxВ. Таким образом, диапазон входных напряжений определен как UminВ — UmaxВ.

Второй шаг — нам необходимо определить точность выходного напряжения. Как правило, для бытовых приборов, отклонение питающего напряжения 5-10%. Этот параметр указывается в паспорте к электроприбору. Точность определяется следующим образом: из минимальных значений допустимых значений выбирается максимальное, а из максимальных — минимальное, или по самому требовательному потребителю. То есть если у нас в паспортах на оборудование указано: для холодильника 220В +10 -8%, для телевизора 220В +7 -10%, для телевизора 220В +10 -10% то общая необходимая точность будет +7% — 8%. Теперь выбираем стабилизатор по точности выходного напряжения. Если такая точность как вам нужна, отсутствует, то берем стабилизатор с точностью выше, но максимально приближенную к Вашим выбранным параметрам. Если рассмотреть линейку стабилизаторов напряжения Volter то увидим, что Вам подходит модель «у» — с точностью +5% -7,5%.

Третий шаг это выбор мощности. Здесь можно дать несколько рекомендаций. Если вы хотите поставить стабилизатор на весь дом или квартиру, то его мощность подбирается следующим образом. Смотрим на входной автомат на входе счетчика и читаем номинал автоматического выключателя. Допустим, видим надпись С20А. Если автомат однополюсный или двухполюсный (число полюсов равно числу входящих или выходящих из него проводов) то это значит, что вам необходим однофазный стабилизатор напряжения, рассчитанный на 20 ампер переменного тока. В случае 3-х или 4-х полюсного автомата, Вам необходим 3-х фазный или 3 однофазных стабилизатора с номиналом 20 ампер на фазу. Итак, Вы уже знаете какой вам надо стабилизатор напряжения одно или трехфазный и знаете на какой номинал тока надо рассчитывать. Далее по номиналу тока входного автомата подбираем мощность стабилизатора в кВт. 10А–2.2 кВт, 16А–3.5 кВт, 25А–5.5 кВт, 32А–7 кВт, 40А–9 кВт, 50А–11 кВт, 63А–14кВт, 80А–18 кВт, 100А–22 кВт,125А–27 кВт.
В случае если номинал автоматического выключателя не совпадает в вышеприведенном перечне, то берем номинал тока ближайший в сторону увеличения. Допустим, что у Вас номинал входного автоматического выключателя 20А то вам надо брать стабилизатор напряжения с максимальным током 25А, т.е. мощностью 5.5 кВт. Далее зная величину входного напряжения, выбираем по таблице коэффициент, который учитывает изменение напряжения в питающей сети.

Входное напряжение UminВ или UmaxВ

Коэффициент Ku

Если значение UminВ или UmaxВ находятся между значениями приведенных в таблице тогда для UminВ берем значение левее, а для UmaxВ — правее. Сравниваем эти два коэффициента и выбираем больший из них. Найденную выше мощность умножаем на этот коэффициент. Для нашего примера пусть Мы выбрали стабилизатор напряжения на 7 кВт. Но мы знаем, что входное напряжение у нас находится в диапазоне 160-240В. Выбираем коэффициент Ku. Для нижнего значения 160В: в таблице 160В находится между значениями 150В и 170В. Берем значение коэффициента Ku1 — 1,47(левее от 160В, а именно 150). Аналогично 240В находится между значениями 230 и 250. Берем значение коэффициента для 250В (правее), а именно Ku2 — 1,29. Среди коэффициентов Ku1 и Ku2 выбираем больший, а именно 1,47. Теперь умножаем предварительно выбранную мощность на этот коэффициент, получаем 7*1,47= 10,29 кВт. По модель ному ряду стабилизаторов выбираем ближайший в сторону увеличения мощности. Как правило, это будет 11 кВт. Таким образом, стабилизатор напряжения мощностью 11 кВт полностью обеспечит Вас работой в диапазоне входных напряжений 160-240В. Таким образом, Вы определились уже с мощностью стабилизатора напряжения.

Если Вам надо подобрать стабилизатор напряжения для одного устройства или для группы устройств, то шаги 1 и 2 выполняются аналогично. Шаг 3 также выбирается по суммарной мощности потребителей с одной особенностью – потребители содержащие электродвигатели потребляют мощность при запуске в 3-4 раза выше, а при работе – номинальную мощность (та, которая указана в паспорте).
А теперь ВНИМАНИЕ Вы полностью подобрали стабилизатор напряжения по параметрам: мощность, диапазон входных напряжений и точность выходного напряжения, осталось только определиться с его типом.

Типы стабилизаторов напряжения

1. Электромеханические стабилизаторы напряжения (еще их называют сервоприводными и электродинамическими стабилизаторами) представляют собой систему состоящую из автотрансформатора, серводвигателя и системой (блоком) управления серводвигателя. Его принцип работы схож с принципом работы ЛАТРа с тем дополнением, что перемещение ползунка выполняет серводвигатель. Данные стабилизаторы непрерывно контролируют выходное напряжение. Рассмотрим преимущества данных стабилизаторов. Он не вносит искажений в форму выходного напряжения. Точность выходного напряжения составляет чаще всего менее 5%(как правило, около 3%). Регулировка выходного напряжения является плавной. Но они имеют существенные недостатки. Время реакции составляет около 1 секунды на 10% корректируемого напряжения. Это означает, что при изменении входного напряжения, отличного от номинального, время, через которое на выходе будет номинальное, может, составит до 3 секунд — при сильных скачках, например во время работы сварочного аппарата. Данные стабилизаторы имеют постоянный механический щеточный контакт, что приводит при постоянной эксплуатации к износу щеток, что приводит потом к искрению, плохого контакта. При работе во время стабилизации слышится характерный звук. Учитывая все вышесказанное можно сделать выводы, что данный тип стабилизаторов можно эксплуатировать в том случае, если в сети нет скачков напряжения, а изменение входного напряжения происходит плавно или стабильно завышено/занижено. В случае сильных кратковременных скачков напряжения, например во время работы сварочного аппарата, стабилизатор не сможет поддержать номинальное напряжение. Но как показывает практика, что в наших сетях частые скачки напряжения обычное дело так что можно сделать вывод, что данный тип стабилизаторов зачастую не подходит для наших потребителей.

2. Релейные стабилизаторы напряжения относятся к автотрансформаторным стабилизаторам. Принцип регулирования напряжения — ступенчатый, путем переключения обмоток силового автотрансформатора при помощи силовых электромеханических реле. Это значит что изменение (повышение или понижение) напряжения на выходе идет параллельно изменению (повышению или понижению) на входе стабилизатора. Преимущества данного типа стабилизатора. Точность выходного напряжения такого стабилизатора составляет 10%. Диапазон входного напряжения составляет порядка 145- 285В. Также он не вносит не каких изменений (искажений) в форму выходного напряжения. Время реакции на изменение входного напряжения составляет около 30мс. Даже при сильных и частых скачках (во время работы сварочного автотрансформатора) время реакции будет в разы меньше чем у электромеханического стабилизатора. Не требует технического обслуживания. К недостаткам данного вида стабилизаторов можно отнести то, что реле со временем изнашивается. Износ сильно зависит в первую очередь от интенсивности перепадов напряжения. Мощносной ряд таких стабилизаторов ограничен из-за габаритов реле и коммутирующего тока. Также слышны переключения реле. На больших токах возможно «залипание» реле. Но, не смотря на недостатки можно заключение, что данный тип стабилизаторов полностью подходит для наших сетей и потребителей за исключением оборудования, для которого нужна высокая точность питающего напряжения.

3. Симисторные стабилизаторы напряжения по принципу работы аналогичны релейным. У них вместо реле стоят силовые ключи — симисторы. Преимущества — высокая скорость реакции на входное напряжение 20 мс, нет изменений выходной формы напряжения, переключение ступеней происходит практически бесшумно, широкий мощностной ряд и относительно не большие габариты, гарантия на такого типа стабилизаторы, как правило, выше (3-5 лет) и период работы гарантированный производителем, как правило, составляет 10-15 лет. Не требует технического обслуживания. Обладают, как правило, большой перегрузочной способностью. Точность таких стабилизаторов (в зависимости от числа ключей) может достигать до 0,5-0,7%, что подходит к высокотребовательным по напряжению нагрузкам. К недостаткам можно отнести цену таких стабилизаторов. Она выше, чем на такуе же мощность релейных или сервоприводных, из-за высокой стоимости силовых ключей. Но они, как правило, подходят в 95% случаях под наши сети.

4. Преобразователи напряжения типа онлайн или двойного преобразования — в этих устройствах переменный ток через инвертор преобразуется в постоянный, а затем формирует форму, частоту и амплитуду выходного напряжения. Как правило, у таких стабилизаторов напряжения очень широкий диапазон входных напряжений (есть модели с диапазоном от 100 до 400 В), форма синусоиды на выходе не зависит от формы напряжения на входе. То есть он берет из сети напряжение с искаженной синусоидой, а на выходе дает высококачественную синусоиду. Недостаток устройств — относительно высокая стоимость. Некоторые онлайновые стабилизаторы, совмещаются с источниками бесперебойного питания (UPS) — к ним дополнительно подключается аккумулятор и при пропадании напряжения в сети встроенный инвертор (преобразователь с 12, 24, 36 и т.д. кратно 12В постоянного тока в 220 В 50 Гц) продолжает снабжать подключенное оборудование электроэнергией. Данные приборы наилучшие для питания не только газовых котлов, охранных систем и домашней автоматики, но и всего дома в целом, поскольку каждый потребитель получает КАЧЕСТВЕННОЕ питание, что существенно продлевает его срок эксплуатации. Точность выходного напряжения такого стабилизатора доходит до 0,5%, а КПД (коэффициент полезного действия) до 96%. Данный стабилизатор подходит для всех типов потребителей и электрических сетей.

5. Стабилизаторы напряжения с (ШИМ) широтно-импульсной модуляцией — новый класс стабилизаторов напряжения. Прибор работает путем сравнения входного напряжения с эталонным и, при необходимости, корректирует амплитуду и форму синусоиды. Таким образом, ШИМ стабилизатор напряжения очень похож на онлайновые стабилизаторы напряжения. Отметим основные достоинства: высокая точность (до 1%), практически мгновенное быстродействие — стабилизатор напряжения отменно «отрабатывает» частые и большие скачки напряжения, сварочные работы на линии — электролампочки не будут мигать. Недостатки — низкий порог верхнего входного напряжения (до 245В) и высокая цена. Данный стабилизатор подходит для всех типов потребителей и электрических сетей.

6. Также существуют другие типы стабилизаторов — стабилизаторы напряжения с подмагничиванием, стабилизаторы напряжения с фазовым регулированием, стабилизаторы напряжения с дискретным высокочастотным регулированием, и др. Но они широкого распространения на рынке не получили.