Принцип работы стабилизатор напряжения 220в для дома

Стабилизатор напряжения – это устройство, к входу которого подается напряжение с неустойчивыми или неподходящими параметрами для потребителя электроэнергии. На выводе стабилизатора напряжение уже обладает нужными (устойчивыми) параметрами, которые делают возможным снабжение электроэнергией восприимчивых к изменению вольтажа потребителей. А как работает стабилизатор напряжения, и для чего он нужен?

Стабилизаторы постоянного напряжения

Стабилизация напряжения постоянного тока требуется, если входящий вольтаж слишком мал или велик для потребителя. При прохождении через поддерживающее устройство оно становится больше или меньше до нужного значения. При необходимости схема стабилизатора может быть составлена так, чтобы выводимое напряжение имело полярность, противоположную поступающему.

Линейные

Линейный стабилизатор – делитель, в который подается неустойчивое напряжение. Выходит оно уже выравненное, со стабильными характеристиками. Принцип работы заключается в постоянном изменении сопротивления для поддержания на выводе постоянного вольтажа.

Преимущества:

  • Простая конструкция с небольшим количеством деталей;
  • В работе не наблюдаются помехи.

Недостатки:

  • При большом различии входящего и выходящего вольтажа линейный преобразователь тока выдает слабый КПД, поскольку большая часть вырабатываемой мощности превращается в тепло и рассеивается на регуляторе сопротивления. Поэтому появляется необходимость в установке контролирующего устройства на радиаторе достаточного размера.

Параметрический со стабилитроном, параллельный

Для схемы стабилизирующего ток устройства, в котором контролирующий работу элемент расположен параллельно нагруженной ветви, подходят газоразрядные и полупроводниковые стабилитроны.

Через стабилитрон должен проходить ток, превышающий от 3 до 10 раз ток в RL. Поэтому механизм подходит для выравнивания напряжения только в механизмах со слабым током. Обычно его используют как составной элемент преобразователей тока с более сложной начинкой.

Последовательный с биполярным транзистором

Принцип работы стабилизатора напряжения можно рассмотреть с помощью схемы устройства.

принцип работы стабилизатор напряжения 220в для дома

Видно, что она объединяет в себе два элемента:

  1. Уже известный нам параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне;
  2. Биполярный транзистор, который увеличивает ток с постоянным коэффициентом. Его еще называют эмиттерным повторителем.

Выводимое напряжение определяется по формуле: Uout = Uz — Ube. Uz – напряжение, поддерживаемое стабилитроном. Оно почти не зависит от тока, идущего через стабилитрон. Ube – разница вольтажа выходящего и стабилизируемого стабилитроном. Она почти не зависит от тока, который подается на p-n переход. Однако разница зависит от природы вещества (для кремния Ube – 0,6 В, для германия – 0,25 В). Именно из-за сравнительной независимости этих значений выводимое напряжение устойчиво.

При прохождении через трехслойный транзистор напряжение на выводе стабилизатора увеличивается. Если использование одного транзистора не удовлетворяет запросам потребителя энергии, то берется конструкция из нескольких транзисторов для увеличения тока до нужного значения.

Последовательный компенсационный на операционном усилителе

Компенсационный – значит с обратной связью. В этом стабилизаторе выводимое напряжение всегда сопоставляется с тем, что принято за эталон. Отличие между ними необходимо для формирования и передачи сигнала механизму, контролирующему вольтаж.

принцип работы стабилизатор напряжения 220в для дома

С резистора R2 снимается часть выходящего напряжения Uout, которая сравнивается с Uz (напряжение опорное) на стабилитроне, обозначенном на схеме как D1. Полученная разность проходит через операционный усилитель (на схеме U1) и передается управляющему транзистору.

Устойчивая работа обеспечивается при петлевом сдвиге фаз, который приближается к 180°+n*360°. Поскольку часть выходящего напряжения подается на усилитель, то последний сдвигает фазу на развернутый угол. Транзистор, включенный по схеме усилителя тока, не вызывает сдвига фаз. При этом петлевой сдвиг остается равным 180о.

Импульсный

Электрический ток с неустойчивыми параметрами посредством коротких импульсов подается на накопительное устройство стабилизатора (в его роли выступает индуктивная катушка или конденсатор). Запасенная электроэнергия впоследствии выходит в нагрузку уже с другими параметрами. Возможно два варианта стабилизации:

  1. Путем управления продолжительностью импульсов и пауз между ними (принцип широтно-импульсной модуляции);
  2. Путем сравнивания выходящего напряжения с минимально и максимально допустимыми значениями. Если оно выше максимального, то накопитель перестает накапливать энергию и разряжается. Тогда на выводе напряжение становится меньше минимального. При этом накопитель снова начинает работать (принцип двухпозиционного управления).

В зависимости от схемы импульсный выравниватель тока может преобразовывать напряжение до достижения разных результатов. Поэтому различают его разновидности:

  • Понижающий (напряжение на выводе меньше, чем на вводе, но с той же полярностью);
  • Повышающий (напряжение на выводе больше, чем на вводе, но с той же полярностью);
  • Понижающе-повышающий (напряжение на выводе может быть больше или меньше, чем на вводе, но полярность та же). Устройства применяется, когда U на вводе и выводе сильно отличаются, но на вводе возможны нежелательные отклонения в большую или меньшую сторону;
  • Инвертирующий (напряжение на выводе больше или меньше, чем на вводе, полярность противоположная).

Преимущества:

  • Низкие потери энергии.

Недостатки:

  • Импульсные помехи на выводе.

Стабилизаторы переменного напряжения

Стабилизатор переменного напряжения предназначен для поддержания постоянного тока на выводе, независимо от того, какими параметрами он обладает на вводе. Выводимое напряжение должно описываться идеальной синусоидой даже при резких скачках, падении или даже обрыве на вводе. Различают накопительные и корректирующие стабилизирующие устройства.

Стабилизаторы-накопители

Это устройства, которые сначала накапливают электроэнергию от входящего источника питания тока. Затем энергия генерируется заново, но уже с постоянными характеристиками, ток направляется к выходу.

Система «двигатель – генератор»

Принцип работы заключается в преобразовании электрической энергии в кинетическую с помощью электродвигателя. Затем генератор обратно преобразует ее из кинетической в электрическую, но ток уже обладает конкретными и постоянными характеристиками.

Клюевой элемент системы – маховик, который накапливает в себе кинетическую энергию и стабилизирует выводимое напряжение. Маховик жестко соединен с подвижными частями двигателя и генератора. Он очень массивный и обладает большой инерцией, сохраняющей скорость, которая зависит только от фазной частоты. Поскольку скорость вращения маховика относительно постоянна, напряжение остается постоянным даже при значительных провалах и скачках на вводе.

Система «двигатель-генератор» подходит для напряжения с тремя фазами. Сегодня она используется только на стратегических объектах. Ранее применялась для запитывания быстродействующих электронных вычислительных машин.

Феррорезонансный

Устройство включает в себя:

  • Индуктивная катушка с насыщенным сердечником;
  • Катушка индуктивности с ненасыщенным сердечником (внутри есть магнитный зазор);
  • Конденсатор.

Поскольку катушка с насыщенным сердечником имеет постоянное напряжение, независимо от тока, который по нему идет, путем подбора характеристик второй катушки и конденсатора можно добиться стабилизации напряжения в нужных пределах.

Принцип действия полученного механизма можно сравнить с качелями, которые трудно резко остановить или заставить качаться с большей скоростью. Даже нет необходимости каждый раз подталкивать качели, потому что колебательное движение – инерционный процесс. Поэтому допустимы сильные провалы и обрывы напряжения. Частоту колебаний тоже трудно поменять, поскольку у системы собственная установившаяся частота.

Феррорезонансные стабилизаторы были популярными в советские времена. Их использовали для снабжения электроэнергией телевизоров.

Инверторный

В схему инверторного стабилизатора включаются:

  • Входные фильтры;
  • Выпрямитель с устройством, изменяющим мощностной коэффициент;
  • Конденсаторы;
  • Микроконтроллер;
  • Преобразователь напряжения (из постоянного в переменное).

Принцип работы основан на двух процессах:

  1. Сначала входящий переменный ток преобразуется в постоянный при проходе через корректор и выпрямитель. Энергия накапливается в конденсаторах;
  2. Затем постоянный ток преобразуется в переменный выходящий. Из конденсатора ток идет к инвертору, который трансформирует ток в переменный, но с неизменными параметрами.

Пример (принцип работы стабилизатора напряжения 220В): на вводе напряжение меньше или больше 220В, его форма не соответствует синусоиде. После прохождения через выпрямитель и корректор ток становится постоянным, форма напряжения – идеальная синусоида. После прохождения через инвертор к выходу устремляется переменный синусоидальный ток с частотой 50 Гц и напряжением 220В.

Благодаря высокой отдаче механизма (КПД близко к 100%) такой стабилизатор используют для дорого оборудования медицинского и спортивного назначения.

ИБП

Источники бесперебойного питания по конструкции и принципу действия аналогичны инверторным преобразующим устройствам. Сходство заканчивается на том, что накопление электроэнергии происходит не в конденсаторе, а в аккумуляторе, из которого выходит ток с нужными для потребителя параметрами.

ИБП необходимы для запитывания вычислительной техники, поскольку они не только стабилизируют напряжение, но и исключают сбой работы программ при аварийном отключении. Пример: если произойдет обрыв вольтажа, то накопленной в аккумуляторе энергии хватит для правильного завершения работы компьютера. Все данные будут сохранены, а компьютерная «начинка» останется целой.

Корректирующие

К корректирующим стабилизаторам относят преобразователи напряжения, которые изменяют его за счет добавочного потенциала, которого не доставало для получения необходимого для потребителя значения.

Электромагнитный

Другое название – ферромагнитный. От феррорезонансного отличается отсутствием конденсатора, более низкой мощностью и большими размерами.

Если линейный реактор (на схеме L1) включить последовательно с резистором Rh, а нелинейный реактор L2 включить параллельно Rh, то как бы ни менялось входящее напряжение, выводимое будет постоянным. Это обусловлено работой второго реактора в режиме насыщения, отчего вольтаж на нем не меняется при меняющемся токе. В связи с этим меняющееся напряжение на вводе не оказывает влияние на значение на выводе. Оно лишь перераспределяется между L1 и L2. Прирост от входящего значения полностью уходит на L1.

Электромеханический и электродинамический

Это два схожих по конструкции вида стабилизаторов, представляющих собой вольтодобавочный трансформатор. В них напряжение преобразуется за счет перемещения узла, снимающего ток у входа, по трансформаторной обмотке. В результате коэффициент стабилизации меняется мягко до той величины, которая нужна для выходящего напряжения.

В электромеханическом выравнивателе управление реализовывается щетками, которые быстро изнашиваются, поскольку это подвижные элементы. Снизить изнашиваемость удается в электродинамическом аналоге, в котором щетки заменены роликом.

Это единственные преобразователи тока, которые не только обеспечивают гладкую его трансформацию, но и формируют из него синусоиду. На выводе значение относительно неизменно, максимальное отклонение от номинала не превышает 3%. Такая подача энергии оптимальна для бытовой и производственной техники.

Преимущества:

  • Широкий диапазон входящего напряжения (130-260В);
  • Отсутствие помех на выводе;
  • Возможность перегрузки до 200% на полсекунды;
  • Бесшумная работа (если нет перегрузки);
  • Отличная помехоустойчивость.

Недостатки:

  • Нельзя применять при морозах (конструкция может работать только при непродолжительных легких заморозках и до 40 градусов тепла);
  • Низкая скорость стабилизации (проблема решается путем добавления количества щеток).

К преимуществам электродинамического аналога стоит отнести его способность работать при отрицательных температурах (не более 15 градусов мороза). Еще один плюс: конструкция выдерживает перегрузки на 200% до 120 секунд.

Релейный

Принцип работы релейного стабилизатора напряжения схож с работой других автотрансформаторных преобразователей с регулировкой по ступеням за счет включения/выключения отдельных обмоток силового автоматического трансформатора с помощью электромеханических реле. Поэтому повышение и понижение выходящего напряжения – это параллельный процесс повышения и понижения на вводе поддерживающего устройства.

Особенность релейного преобразователя – выводимое значение всегда меняется в пределах ступени. Например, задан диапазон допустимых значений от 215 до 220 Вольт. Это значит, что напряжение будет постоянно меняться в этих рамках, в то время как на вводе этот диапазон может составлять 200-230 Вольт. Размах ступени зависит от количества обмоток: чем их больше, тем меньше диапазон, и тем более ровное будет напряжение на выводе.

Из этого можно сделать вывод, что качественный стабилизатор не может показывать на экране только 220 Вольт. Если же значение не меняется, можно сделать вывод, что светодиоды расположены именно в форме числа «220» и никакого другого числа они показать не могут. Так делают недобросовестные производители для уменьшения себестоимости преобразователей переменного тока.

Преимущества:

  • Высокая скорость стабилизации;
  • Небольшие размеры;
  • Большой диапазон напряжения на вводе (от 140 до 270 Вольт);
  • Низкая восприимчивость к изменениям входящего напряжения;
  • Допустимая перегрузка в 110% на 4 секунды;
  • Бесшумная работа;
  • Возможность работы от -20 до +40 градусов Цельсия.

Недостатки:

  • Ступенчатая (а не плавная) стабилизация (свет моргает при большом диапазоне ступени);
  • Скорость стабилизации зависит от точности выходящего напряжения: чем точнее вольтаж, тем меньше скорость.

Электронный

Если вам нужно преобразовывать ток с неустойчивыми параметрами, то обратите внимание на электронный стабилизатор. Электронное устройство стабилизатора напряжения 220 вольт – это аналог релейного преобразователя. Разница между ними заключается только в способе смены включенной в нагруженную цепь трансформаторных обмоток.

В данной конструкции переключение происходит не благодаря наличию реле, а за счет симисторов или тиристоров. Так как механические детали отсутствуют, срок службы устройства резко возрастает. В сочетании с приемлемой стоимостью этот вариант для бытовой техники является оптимальным. В остальном преимущества и недостатки совпадают с теми, что указаны для релейного преобразователя.

Гибридный

В 2012 году в продаже появился новый вид стабилизатора – гибридный. Он представляет собой электромеханическое устройство, в конструкцию которого дополнительно входят два релейных преобразователя.

Основной элемент — электромеханический. Релейные элементы включаются в работу только тогда, когда последний уже не может выдать на выводе 220 Вольт. Это бывает, если входящее напряжение либо слишком низкое, либо слишком высокое. Так, электромеханический преобразователь работает при 144-256В. А релейный включается, когда значение опускается ниже 144В или поднимается выше 256В. Максимальный диапазон составляет 105-280 Вольт.

Гибридные преобразователи подходят для бесперебойного энергоснабжения потребителей электроэнергии в частном доме, квартире, офисе или даже магазине.

Качество и срок службы электроприборов зависит от параметров подаваемой энергии. При резких скачках, обрывах или провалах вольтажа техника выходит из строя. Противостоять этому может только бесперебойное энергоснабжение с напряжением условленного значения. Именно его позволяют получить стабилизаторы напряжения, без которых невозможна современная жизнь.

Современный мир нельзя представить без электричества. В каждой квартире или частном доме находится большое количество потребителей электроэнергии. Идеальным напряжением в электрической сети является 220 вольт. Но на самом деле его значение постоянно изменяется.

Назначение стабилизатора

Итак, 220 вольт — это фазное напряжение, то есть между фазами и нулевым проводом. Применяемая у нас бытовая техника рассчитана на напряжение 220 вольт. Равномерную нагрузку обеспечить по фазам невозможно. У кого-то в доме включена только лампочка, кто-то убирает пылесосом и готовит в микроволновой печи. Плохие контактные группы, а порой даже отгорание проводов приводят к перенапряжениям в сети.

Существует несколько способов борьбы с этим явлением. Это модернизация электрических сетей, что совсем непросто для обычного обывателя, или установка стабилизатора напряжения.

Стабилизатор — это устройство, служащее для выравнивания и подержания выходной разности потенциалов в установленных значениях, вне зависимости от его значения на входе. Таким образом, напряжение на выходе всегда будет соответствовать заданным установкам, несмотря на различные отклонения на входе.

Принцип работы

Стабилизаторы напряжения в первую очередь разделяются по способу работы:

  1. Феррорезонансные. Основываются в работе на принципе резонанса. Конструктивно состоят из набора дросселей. Оконечный дроссель входит в насыщение при 220 вольтах. Главные преимущества этого типа — надёжность, высокая скорость подстройки. Недостатки: вес, габариты, шум и цена. Зато устройства такого типа можно выполнить под любую мощность. В наше время их редко можно найти в продаже.
  2. Сервоприводные. В основе работы лежат лабораторный автотрансформатор, блок контроля напряжения и сервопривод. При изменении напряжения с блока контроля идёт сигнал на сервопривод, а тот изменяет положение контактных групп на автотрансформаторе. Основные достоинства: хороший КПД, плавность настройки выходного напряжения, точность, не изменяется форма сигнала. Хорошо зарекомендовали себя при использовании на высоких нагрузках. Недостатки связаны с механизмом переключения: это искрение контактных прижимов, ограниченный ресурс привода, медленная реакция на изменение входного сигнала. Из-за этого на выходе само устройство может создавать скачки напряжения во время переключения.
  3. Автотрансформаторные. По принципу работы похоже на предыдущий тип, только в качестве основы применяется реле. В зависимости от входного сигнала реле соединяет различные отводы под действием управляющего модуля. Достоинства: высокий КПД, быстрое время реакции, низкая цена, не влияет на форму сигнала. Главные недостатки: ступенчатость переключения и низкий срок службы реле. Здесь также при работе возникают помехи и всплески напряжения. Точность уровня сигнала не очень высокая по сравнению с другими типами.
  4. Автотрансформаторные с электронной коммутацией отводов. Альтернативой реле являются электронные ключи. В их качестве используются симисторы или тиристоры. Применение их вместо шумных ненадёжных реле избавило почти от всех недостатков, присущих предыдущим моделям. Основные преимущества: высокое быстродействие и точное значение выходного сигнала. Недостатки: нагрев силовых ключей и ступенчатость в регулировке. Некоторые модели выпускаются с плавной регулировкой, КПД такого устройства ниже.
  5. Электронные стабилизаторы с двойным преобразованием. Представляют собой сложное устройство. Вначале переменный ток преобразуется в постоянный, проходит фильтрацию и после опять инвертируется. Этим достигается высокое качество, точное значение сигнала, а также возможность кратковременно поддерживать напряжение при его пропадании в сети. Самые большие недостатки — это цена и сложность устройства. Большие размеры, вес, использование активного охлаждения доставляют также немалые неудобства.

Подбор стабилизатора напряжения

При выборе устройства в первую очередь надо принимать во внимание то, какое оборудование будет подключено. Главные параметры стабилизаторов:

  • фазность;
  • нагружаемая мощность;
  • диапазон напряжений;
  • точность стабилизации;
  • время срабатывания.

Например, вы задались вопросом, какой стабилизатор напряжения выбрать для частного дома или дачи. Исходя из устройств, планируемых к подключению через стабилизатор, определимся, хотим ли мы поставить стабилизатор на весь дом или на конкретные устройства. Если он будет стоять на входе в дом, то проще всего взять во внимание величину тока, написанного на вводном пакетном предохранителе, на такой ток и нужно будет приобретать прибор. Если стабилизатор будет на меньший ток, то большая вероятность его поломки, а покупка с избытком мощности будет экономически нецелесообразна.

Если стабилизатор будет устанавливаться на часть устройств, необходимо просуммировать мощность подключаемой нагрузки. Разделим эту мощность на минимальное сетевое напряжение и получим рабочую минимальную мощность.

Второе, на что необходимо обратить внимание, — это диапазон напряжений в электрической сети дома. Обычно пределы работы стабилизаторов лежат в области 150−265 вольт. Для определения диапазона, который необходим для дачи или дома, необходимо на протяжении пары суток проводить измерения напряжения в различное время. Другой вариант — воспользоваться специальными измерителями, ваттметром. Способность работать при критической нагрузке небольшое время носит название перегрузочная способность. Этот показатель характеризует надёжность стабилизатора.

Если решено купить стабилизатор напряжения 220 вольт для дома или дачи, есть смысл обратить внимание на автотрансформаторные устройства с коммутацией на электронных ключах. При переключении обмоток они действуют бесшумно, скорость реакции на колебания входного сигнала — порядка 20 миллисекунд. По сочетанию «цена — качество» очень хороший вариант. В частном доме сеть по способу организации может быть однофазной или трехфазной. Это тоже следует учитывать при подборе изделия.

Отзывы пользователей

Изучив специализированные форумы, можно составить свой рейтинг из отзывов, какой стабилизатор напряжения 220 вольт для дома лучше. Вот некоторые сообщения:

Если у вас напряжение опускается до 160 вольт, рекомендую к покупке электромеханический стабилизатор Ресанта АСН-15000. Это устройство, даже если на входе будет уровень 140 вольт, сможет вытянуть на выходе 180 вольт. В работе показал себя отлично, без сбоев. А у друга АСН-10000/1-Ц, электронный, не может справиться с насосом.

Алесей Клюев, Москва

Приобрёл пару лет назад RUCELF SDF-500, он отработал три недели и перестал включаться. Отнёс в мастерскую, сделали. После того как отремонтировали, проблем нет.

Александр Приходько, Запорожье

Я пользуюсь Энергия Voltron, прибор небольшой, крепится на стену. Я доволен.

Никита Воликов, Москва

Выбрал модель среднего класса НОНС Shteel отечественного производства. В квартире использую на 10 кВт, а на даче две штуки по 7,5 кВт. Всё устраивает. Радует отсутствие вентиляторов и щелчков переключения, тишина полная. Когда была авария в электросети и напряжение в розетке достигло 310 вольт, он всё обесточил. Согласно мануалу должен был сам включиться при нормализации питания. Но, к сожалению, этого не произошло. В холодильнике произошла большая беда).

Андрей Тимофеев, Киев

Дома поставил Luxeon 10000 сервоприводный. Мощность 10 кВт. Уже несколько раз спасал аппаратуру. Цена около 220−250 $. Поставил его, так как в розетке было 270 вольт, стабилизирует до 220 вольт чётко.

Сергей Дронов, Суздаль

Нужны были стабилизаторы напряжения для дачи. Отзывы, какой лучше, помогли определиться с моделью. Взял один Suntek СНЭТ 1000 и два Энергия АСН-1000. Всё работает как часики.

Алишеров Денис, Краснодар

Немаловажно и место его установки. Они могут быть настенные и напольные. Пагубное влияние на стабилизатор оказывают влажность, пыль, температура. Поэтому нельзя устанавливать на чердаках и подвалах. Наилучшее место — это сухая кладовка (при использовании на весь дом) или непосредственно перед потребителем энергии.

Рейтинг стабилизаторов согласно сайту «Марка качества»

Периодически Интернет-издания и журналы проводят тесты устройств. Вот пример: сайт «Марка качества» провёл Интернет-опрос среди потребителей и, подытожив результат, получил следующих лидеров в номинациях:

Релейного типа на десять киловатт

  1. Quattro Elementi Stabilia 12000. Популярный и недорогой.
  2. РЕСАНТА LUX АСН 10000 Н/1Ц. Оптимальная стоимость.
  3. RUCELF SRWII 12000L. Надёжность в работе.

Электронного исполнения

  1. PROGRESS 8000ТR. Качество и скорость переключения.
  2. Lider PS10000W50. Отличный диапазон входного сигнала.
  3. Энергия Classic 7500. Отличный КПД.

Электромеханического типа до десяти киловатт

  1. RUCELF SDWII 12000 L. Надёжность.
  2. РЕСАНТА ACH 8000/1. Оптимальная цена.

Важно отметить, что, приобретая стабилизатор, неважно, релейный или автоматический, следует обратить внимание не только на производителя, но и на продавца. Продавец должен уметь оказать качественную консультацию и техническую поддержку. Не стоит забывать, что стабилизатор необходим для обеспечения сохранности намного более важного и ценного оборудования, чем он сам.

8 месяцев ago

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *