Основные типы стабилизаторов напряжения

Скачки сетевого напряжения - такая же актуальная проблема сегодня, как и десятки лет назад. Количество электроприборов даже в домашних условиях растет быстрее, нежели движется модернизация электрических сетей, поэтому остается крайне актуальной проблема обеспечения стабилизации напряжения для бесперебойной работы бытовой техники и электроники, а также продления сроков их эксплуатации. Для ее решения, как правило, требуется установка стабилизатора напряжения.

Раньше выбор этих устройств был не широк, сейчас, напротив, достаточно легко подобрать модель российского или иностранного производства для любых сценариев применения. Самыми распространенными являются четыре типа стабилизаторов напряжения: электромеханические, релейные, электронные и инверторные.

Практически все виды устройств (кроме инверторных) схожи в плане внутреннего устройства и состоят из:

• автотрансформатора, от типа обмотки которого (медь, алюминий) отчасти зависит и цена стабилизатора;


• замыкающих ключей, функцию которых в разных типах стабилизаторов выполняют либо латр либо силовые реле или симисторы/тиристоры;


• электронной управляющей схемы, от которой зависит алгоритм замыкания ключей.

Чтобы не ошибиться с выбором, потребуется в обязательном порядке изучить основные характеристики всех представленные типов стабилизаторов напряжения, особенности их принципа работы, достоинства и недостатки.

Инверторные стабилизаторы

Принцип работы этой группы приборов основан на двойном преобразовании входного напряжения - сначала из переменного в постоянное, затем из постоянного в переменное. Устройства инверторного типа, примером которых является стабилилизатор напряжения Штиль, кардинально отличаются от релейных, электронных и электромеханических приборов по внутреннему строению. Они не имеют в своем составе 50-герцового автоматического трансформатора, подвижных элементов или реле. Основными компонентами инверторных стабилизаторов являются: выпрямитель, инвертор, накопитель энергии, а также входной и выходной фильтры высоких частот.

В отличие от стабилизаторов предыдущего поколения, инверторные модели осуществляю непрерывное регулирование выходного напряжения и практически не ограничены в плане диапазона входного напряжения - они стабильно функционируют при перепадах 90-310 В. При этом обеспечивается прецизионная точность стабилизации - 2% и высокий КПД - до 97%. Таким образом, качество выходного напряжения в инверторных моделях сравнимо с источниками бесперебойного питания, с одной лишь разницей в том, что в инверторных стабилизаторах отсутствует батарея.

Дополнительные преимущества инверторных стабилизаторов:

• небольшие размеры и легкий вес за счет отсутствия громоздких трансформаторов;


• бесшумность, опять же благодаря отсутствию движимых элементов и гудящих трансформаторных сердечников.

Электромеханические стабилизаторы

Особенность конструкции заключается в применении автотрансформатора с серводвигателем, так называемым латром. Отсюда альтернативное название - латерные или сервоприводные стабилизаторы. Принцип работы немного устарел - регулировка выходного напряжения осуществляется путем изменения количества витков в трансформаторе за счёт перемещение подвижных контактов по его обмотке с помощью встроенного электропривода.

Из немногочисленных достоинств этого типа устройств следует выделить высокую точность регулирования выходного напряжения - до 2% и отсутствие искажений синусоиды. Также электромеханические стабилизаторы выигрывают у ступенчатых благодаря плавности регулировки, что особенно важно учитывать при подключении сверхточной техники.

Ввиду особенностей конструкции электромеханические стабилизаторы страдают рядом недостатков:

• самое низкое быстродействие по сравнению с остальными типами стабилизаторов, а значит и неспособность вовремя отреагировать на резкие скачки напряжения в сети;


• внушительные потери мощности в режиме стабилизации - даже согласно паспортным данным потери составляют до 50%;


• высокий уровень шума, обусловленный механическим принципом работы;


• быстрый выход из строя подвижных компонентов;


• плохая производительность при низких температурах.

Релейные стабилизаторы

В данной конструкции функцию замыкающих ключей выполняют силовые реле - отсюда и наименование стабилизаторов. Принцип действия весьма прост - под управлением электронной схемы силовые реле в автоматическом режиме переключают обмотки автотрансформатора. Благодаря этому релейные стабилизаторы достаточно быстро реагируют на изменения сетевого напряжения, чем и обусловлена высокая скорость регулировки - не более 10-20 мс. Следует отметить полное отсутствие искажений синусоиды и излучения сетевых помех.

Устройства обладают простейшей структурой, в которой исключены сложные узлы и дорогостоящие компоненты, что упрощает их техническое обслуживание и ремонт. Релейные стабилизаторы не боятся перегрузок, чем и обусловлен их длительный срок эксплуатации. Также этот тип устройств выделяется сравнительно небольшими габаритами и малым весом. Они не требуют дополнительного охлаждения и отлично справляются со своими функциями в условиях отрицательных температур.

И все же релейным стабилизатором присущи некоторые недостатки

• ввиду ступенчатого изменения напряжения этот тип устройств обеспечивает весьма низкую точность стабилизации - погрешность может составлять до 5-8%;


• устройства обладают ограниченной выходной мощностью, поэтому сфера их применения, в основном, ограничена использованием в домашних условиях;


• несмотря на то, что релейные модели работают гораздо тише латровых, при переключении реле постоянно раздается щелчок, что может раздражать в условиях идеальной тишины в помещении;


• обрывы тока во время переключения реле ведут к последующим скачкам напряжения, что ограничивает выбор подключаемой техники;


• при низком входном напряжении падает и выходная мощность стабилизатора, причем на пике падение производительности может достигать 50%.

Электронные стабилизаторы (тиристорные/симисторные)

Ключевая особенность электронных стабилизаторов заключается в полном отсутствии механических элементов - в качестве силовых переключающих ключей используются исключительно полупроводниковые компоненты - тиристоры или симисторы. Их применение позволило избавиться от ряда недостатков, свойственных электромеханическим и релейным стабилизаторам. В частности, электронные стабилизаторы отличаются высоким быстродействием и КПД. Также следует отметить точность стабилизации, которая составляет 3-5%.

Устройства отлично выдерживают кратковременные перегрузки и стабильно работают при повышении силы тока. Отсутствие обмоток, реле и движимых элементов снижает уровень собственного энергопотребления. Плюс, благодаря способности тиристоров и симисторов работать «до отказа», приборы, построенные на этих компонентах, отличаются долговечностью.

Дополнительные преимущества тиристорных стабилизаторов:

• стабильно работают при понижении температуры до -40 градусов, следовательно, подходят для установки в холодных помещениях даже в условиях климата северных регионов страны;


• стабилизаторы обладают скромными габаритами и небольшим весом;


• в отличие от релейных и электромеханических моделей, тиристорные устройства абсолютно не создают шума, и, несмотря на дороговизну, являются предпочтительной альтернативой более старым моделям.

Главный недостаток этой группы обусловлен наличием столь большого количества регулируемых ступеней, на каждой из которых происходит обрыв фазы, и возникают сетевые помехи. Также к недостаткам можно отнести более трудоемкий и дорогостоящий ремонт из-за особенностей конструкции, часть которой составляют полупроводники.