Стабилизаторы напряжения  

Стабилизатор напряжения - электронный или электромеханический прибор, который служит для поддержания в заданном диапазоне - стабилизации - питающего напряжения.

Наиболее востребованы стабилизаторы для бытовых приборов, так как качество переменного напряжения 220В/50Гц бытовой электросети в Украине оставляет желать лучшего. Ситуация обостряется в холодный период года, когда замерзающие жители панельных домов массово включают электрообогреватели, и напряжение в розетке «скачет» - падая до 170 вольт по вечерам, и взлетая до 250 вольт ранним утром... Вы просыпаетесь, включаете любимую утреннюю программу, а ваш телевизор с ужасным хлопком перегорает... Вот тут вы и подумаете, что надо было купить стабилизатор...

Стабилизатор оценивает (измеряет) значения входного напряжения - если показатели выходят за пределы заданного диапазона, прибор автоматически меняет напряжение на выходе, поднимая или опуская его значение на требуемую величину. Кроме того, есть стабилизаторы, которые отслеживают не только величину, но и качество входного напряжения, фильтруя шумы, импульсные помехи, поддерживая требуемую частоту напряжения питания. Если стабилизатор не в состоянии справиться с корректировкой параметров напряжения сети, которые выходят за пределы регулировки, он переходит в аварийный режим, и отключает нагрузку от сети до восстановления нормальных параметров питающего напряжения. Отключение нагрузки и восстановление питания происходит, как правило, в автоматическом режиме.

Типовой стабилизатор состоит из автотрансформатора, с обмоток которого можно снять пониженное, либо повышенное напряжение. Коммутация обмоток - изменение коэффициента трансформации напряжения - производится силовыми реле, электронными ключами - симисторами/тиристорами, или же - электромеханическим способом с помощью двигателя, который перемещает ползунок контакта по обмотке. Управление коммутацией осуществляется блоком электронного управления на основе микропроцессорного контроллера с отображением состояния работы стабилизатора светодиодными индикаторами или - с выводом информации на жидкокристаллическую панель. В состав стабилизатора также входят фильтры помех, силовой выключатель, коммутационная коробка. Если стабилизатор управляемый, то пользователь может управлять диапазоном выходного напряжения, устанавливать порог срабатывания защиты, при достижении которого нагрузка отключается от сети, и производить другие регулировки работы стабилизатора.

Все стабилизаторы, независимо от стоимости, делятся на три основных типа по способу регулировки напряжения - ступенчатые, электромеханические и феррорезонансные. Два первых мы уже кратко рассмотрели: первые меняют напряжение на выходе ступенчато, электронными ключами, что позволяет добиться высокой скорости коммутации (быстрой реакции на проблему); вторые изменяют напряжение плавно, что позволяет более точно и непрерывно менять напряжение, но - в более узком диапазоне. Таким образом, стабилизаторы со ступенчатой регулировкой необходимо применять тогда, когда напряжение в сети меняется скачками на значительную величину, а стабилизаторы электромеханические хороши для поддержания стабильного напряжения на выходе при незначительных и нечастых скачках питающего напряжения. Феррорезонансные стабилизаторы широко применялись лет 30 назад для питания стабильным напряжением ламповых и транзисторных цветных телевизоров. Принцип работы феррорезонансных стабилизаторов основан на эффекте магнитного усиления, который позволяет добиться неплохих параметров стабилизации напряжения, но сегодня такие устройства применяются редко, потому что имеют большой вес, высокий уровень шума, и не могут работать на холостом ходу.

Стабилизаторы со ступенчатой регулировкой сегодня наиболее распространены на рынке Украины, потому что напряжение бытовой сети 220В у нас меняется скачкообразно и в широких пределах. Ступенчатые стабилизаторы, в свою очередь делятся на релейные и тиристорные. Релейные - более дешевые, коммутация обмоток в этих стабилизаторах осуществляется электрическими реле, поэтому релейным стабилизаторам свойственны недостатки, связанные с т.н. «залипанием» контактов реле, когда реле не переключается, и в этот момент стабилизатор не отслеживает изменение напряжения; или - с обгоранием контактов реле, что приводит к искрению на контактах, и, как следствие, к нежелательным помехам в стабилизируемом напряжении. Релейные стабилизаторы редко имеют мощность более 3 кВт, потому что с увеличением тока и напряжения возрастает риск искрения и залипания контактов реле.

Недостатков и ограничений релейных стабилизаторов нет у тиристорных моделей, в которых коммутация обмоток осуществляется высокоскоростными электронными ключами - тиристорами или симисторами. Но и тиристорные стабилизаторы могут давать помехи - такое встречается у недорогих китайских стабилизаторов с очень простой схемой управления. Необходимо помнить, что стабилизаторы со ступенчатой регулировкой меняют напряжение на выходе ступенчато, и выходной сигнал становится, строго говоря, несинусоидальным (т.н. «обрывы синусоиды») - это может быть неприемлемо для некоторых электроприборов, которые вы собираетесь питать через стабилизатор!

Электромеханические стабилизаторы меняют напряжение с помощью электромеханического сервопривода, плавно перемещающего ползунок контакта по оголенной обмотке. Это обеспечивает плавность регулировки выходного напряжения без помех, обрыва фазы, и каких-либо искажений формы напряжения - на выходе имеем идеальную синусоиду. Электромеханические стабилизаторы часто применяют для питания высокоточных электронных приборов. В быту такие стабилизаторы применяются реже, потому что регулируют напряжение в узком диапазоне, имеют низкое быстродействие, и менее надежны, из-за наличия механических узлов, подверженных износу.

Для полноты картины стоит упомянуть т.н. «стабилизаторы двойного преобразования», в роли которых часто применяют источники бесперебойного питания (ИБП) On-Line типа. В таких устройствах напряжение преобразуется дважды: сначала переменное напряжение преобразуется в постоянное, затем идет обратный процесс - из постоянного напряжения с помощью инвертора получают требуемое переменное напряжение. Инвертор обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения по величине, форме и частоте. ИБП отличается от стабилизаторов только тем, что имеет в своем составе накопитель энергии - аккумуляторы, и поэтому ИБП может питать нагрузку и в отсутствие сетевого напряжения. Стабилизаторы двойного преобразования, так же как и ИБП - это дорогие устройства, которые редко применяются для стабилизации питания бытовой техники, или коттеджей, разве что - ИБП в составе альтернативной системы энергоснабжения.

Как выбрать стабилизатор напряжения?

Чтобы сделать грамотный выбор, необходимо знать мощность подключаемой нагрузки, количество фаз (стабилизаторы могут быть и трехфазные), необходимые диапазон регулировки напряжения, точность стабилизации, скорость регулирования напряжения.

1. Мощность стабилизатора. Определяется по суммарной мощности всех электроприборов в нагрузке с необходимым запасом. То есть, если вы планируете питать стабильным напряжением три электроприбора мощностью 100, 200, 300 Ватт, то суммарная мощность будет 600 Вт, а с необходимым запасом по мощности в 20-30% - 750 Вт. И выбирать стабилизатор надо на эту мощность, не меньше. Если же нагрузка носит индуктивный характер - в ее составе есть асинхронные электродвигатели переменного тока, то ее пиковая мощность может в разы превышать паспортное значение - и это тоже необходимо учитывать.
2. Количество фаз. Если у вас обыкновенная бытовая двухфазная сеть (вы живете в квартире), то стабилизатор нужен двухфазный. Если в вашем коттедже необходимо стабилизировать трехфазное напряжение 380В - вам потребуется трехфазный стабилизатор. При этом часто трехфазные стабилизаторы состоят из трех отдельных однофазных стабилизаторов, каждый из которых регулирует напряжение в своей фазе.
3. Диапазон входного напряжения, которое требуется регулировать. Определяется среднесуточными колебаниями напряжения в сети: если напряжение в розетке «скачет» от 190 до 240 вольт в течение суток, то стабилизатор должен обязательно перекрывать эти границы в меньшую и большую стороны с запасом. Иначе вы рискуете, что он будет аварийно отключать нагрузку, не справляясь с регулировкой входного напряжения.
4. Точность стабилизации определяет границы напряжения на выходе стабилизатора, и здесь ваш выбор зависит от требуемых параметров питания электроприборов, которые вы планируете подключить к стабилизатору. Если один из приборов в нагрузке надо питать строго напряжением 220В с колебаниями +/-5%, а другой допускает отклонения в пределах 10%, то ориентироваться надо на более узкий диапазон колебаний выходного напряжения - 5%, или 209-231 вольт, - именно в этих пределах, не шире, должно быть выходное напряжение стабилизатора.
5. Скорость регулирования напряжения/время стабилизации. Важный параметр: если входное напряжение меняется очень быстро, скачками, то необходимо применять ступенчатый стабилизатор, который сможет его быстро стабилизировать. Если напряжение в сети меняется в узких пределах и плавно, то тут лучше всего справится электромеханический стабилизатор с сервоприводом. Обратите внимание на характеристики ступенчатого стабилизатора - в них указана скорость регулировки, и она у разных ступенчатых стабилизаторов разная, и может сильно отличаться.
6. Габариты стабилизатора. Не самый важный параметр, если у вас - большая квартира. Обычным смертным, живущим в хрущевках, приходится учитывать, что чем больше мощность стабилизатора, тем больше размер автотрансформатора внутри его, больше вес и габариты самого устройства. Иногда, для стабилизации напряжения питания большого дома, под стабилизатор приходится выделять целую комнату...

Стабилизаторы небольшой мощности часто выполняются в настенном исполнении - они крепятся на стену, чтобы занимали меньше места. Широко распространены также портативные стабилизаторы небольшой мощности - размером не намного больше стандартного сетевого фильтра, которые включают перед ответственной нагрузкой - телевизором, холодильником, компьютером, - для защиты их от бросков напряжения в сети.

Особенности выбора стабилизатора небольшой мощности для стабилизации напряжения питания бытовой техники:

1. Мощность бытовых стабилизаторов редко превышает 3,5 кВт, и ток, соответственно, не более 16 ампер: эти ограничения накладываются бытовой электросетью - сечением проводов, максимально допустимым током штепсельных вилок и розеток.
2. Многие бытовые электроприборы, такие холодильник, стиральная машина, электромясорубка оснащены электродвигателями, которые потребляют большую мощность в момент включения - т.н. «пусковой ток» может в 5 раз превышать паспортное значение. Поэтому и стабилизатор для питания таких устройств надо подбирать с большим (многократным) запасом по мощности.

Особенности использования стабилизаторов средней и большой мощности для защиты электрооборудования квартиры, коттеджа:

1. Однофазные или трехфазные стабилизаторы устанавливаются на входе после счетчика, и обязательно заземляются (как и все электророзетки в доме, стиральная машина, и т.д.).
2. Стабилизатор выбирается по мощности таким образом, чтобы обеспечить защиту всех электроприборов в доме при одновременном их включении с запасом, обусловленным наличием индукционной нагрузки - электродвигатели могут иметь значительный пусковой ток, а также с запасом, рассчитанным на дальнейший рост энергопотребления в доме.
3. Точность стабилизации напряжения для квартиры/коттеджа должна быть в пределах ±5%, что вполне достаточно для питания большинства бытовых электроприборов. Увеличение точности может привести к неоправданному росту стоимости стабилизатора.
4. Стабилизатор для дома должен иметь большой ресурс работы, быть надежным прибором - вы ведь не собираетесь его менять каждый год...