Стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения – это прибор, который позволяют устранить дефекты питающей сети, подавая на выход напряжение, близкое к синусоидальному. Компенсирует или устраняет все недостатки. Зачем? Существует государственный стандарт, где предъявляются требования к параметрам промышленных энергосетей. Известно, например, что при превышении амплитуды всего на 10% срок службы лампочек накала снижается вчетверо. Задумайтесь над этим, когда будете решать вопрос о том, стоит ли купить стабилизатор напряжения.

Требования к параметрам промышленных сетей питания 220 В переменного тока. Зачем нужен стабилизатор напряжения

ГОСТ 13109 однозначно устанавливает требования к качеству напряжения сетей общего назначения:

  1. Действующее значение напряжения (220 В) нормально отклоняется от своего значения на 5% в обе стороны. Предельно допустимо – на 10%.
  2. Отклонение частоты (50 Гц), как правило, должно быть не более 0,2 Гц, максимально допустимое – 0,4.

Кроме того отдельные требования предъявляются к так называемой дозе фликера, то есть мерцанию. При отклонении напряжения по форме от синусоиды источники света дают визуальные колебания, которые не только утомляют зрение, но могут привести и к другим негативным моментам. Особенно это касается нервной системы. Стабилизаторы напряжения, в частности, могут исправлять форму. Так, чтобы предоставить потребителю идеальное качество.

Стабилизатор питающей сети

Стабилизатор питающей сети

Начиная с напряжения 380 В, с поставщиком заключается договор, в основу которого ложится в том числе и ГОСТ 13109. В частности, прописываются требования к электрическим параметрам. И хотя по нормам действующее значение не должно выходить за рамки 210 – 230 В (округлённо), на практике можно видеть совсем другую картину. В результате иные приборы могут вовсе отказаться работать, либо даже выйти из строя. Последнее особенно актуально для трёхфазных сетей, вот почему стабилизаторы напряжения в этом случае отслеживают не только параметры, но и наличие питания по всем каналам. И если одна из ветвей пропадает, то энергоснабжение отключается полностью. Это помогает уберечь оборудование и объясняет, почему трёхфазный стабилизатор напряжения нельзя заменить тремя однофазными.

Кроме того более стойкие параметры сети снижают, например, шумность персонального блока компьютера. За счёт такого простого явления, как более ровное вращения лопастей кулеров. Вся техника, в особенности электроника, лучше работает при совпадении параметров питающей сети с номинальными. Однако на практике требования ГОСТ 13109 грубо нарушаются. Это происходит даже не из-за халатности обслуживающего сети персонала, а скорее по причине неграмотности, наплевательского отношения и несознательности населения. Понятно, что гораздо удобнее сидеть тише воды и ниже травы, нежели наживать врагов среди управляющей верхушки города, которая спокойно разворовывает бюджет для строительства личных объектов вместо того, чтобы заниматься приведением в порядок имущества управляющих и снабжающих компаний.

Предъявляются требования и к скачкам напряжения, а также некоторым другим параметрам. Обо всем этом можно узнать из приложений стандарта 13109. Но зачем это так необходимо? Оказывается, те же лампочки накала не только служат вчетверо меньше при повышении напряжения выше 10%, но и дают на 40% меньше света, если показатели сети упали на то же значение. То есть плохими вариантами являются и тот, и другой случай. Что касается электроники, то многим будет интересно знать, что повышение напряжения накала всего лишь на 1% (до ли вольта) уменьшает срок службы вакуумной лампы на 15%. Медленные изменения частоты питающего напряжения:

  • В электронно-лучевых трубках нарушают процесс построения изображения. Кадр изменяется в размерах, пропадает фокусировка, варьируется самопроизвольно яркость.
  • В приёмной части нарушается частота гетеродина. В результате чего качество картинки или звука может значительно отличаться от нормы.
Скачок напряжения

Скачок напряжения

Быстрые изменения (скачки напряжения) в большинстве случаев напрямую проходят на выход, потому что имеют достаточно большую амплитуду. В случае тех же старых телевизоров это будет вызывать неприятное дрожание изображения. Посему если после покупки материнской платы со встроенной графикой оказалось, что магазин подсунул брак, а вернуть не вариант (потому что в другом городе и связываться с торгашами неохота), то купите цифровой монитор. В нем этот эффект будет устраняться автоматически, благодаря самому принципу действия.

Читайте также:  Люминесцентная лампа

Итак, мы установили, что стабилизатор напряжения во многих ситуациях позволяет качественно повысить показатели и срок службы аппаратуры. А в особо тяжёлых случаях – заставит её работать в принципе. Поэтому если свет в доме постоянно мерцает, а холодильник работает с перебоями, то необходимо задуматься о том, чтобы купить стабилизатор напряжения.

Какие бывают стабилизаторы напряжения

Понятно, что внутри стабилизатора напряжения должен иметься регулирующий элемент. От способа управления приборы делятся на следующие три типа:

  1. Параметрические стабилизаторы напряжения действуют предельно просто. Они влияют на входной сигнал так, чтобы привести его к нужному виду. Проще говоря, в них отсутствует схема оценки параметров выходного напряжения, поэтому электрическая схема получается максимально простой.
  2. Компенсационный стабилизатор сравнивает выходное напряжение с опорным, благодаря чему и вырабатывает управляющий сигнал. Понятно, что такой тип приборов идеален для сетей постоянного тока. Максимально простыми методами опорное напряжение получается применением любого стабилитрона.
  3. Комбинированные стабилизаторы работают на обоих перечисленных принципах одновременно. То есть являются совокупностью всего, что имеется хорошего в прочих моделях.

По способу включения в цепь выделяют стабилизаторы напряжения:

  • Последовательного типа. В этом случае регулирующий элемент включён в цепи нагрузки. Эти приборы имеют малый ток холостого хода. Зато через регулирующий элемент проходит полностью вся мощность. Стабилизаторам напряжения этого типа присущи следующие особенности:
  1. Высокий КПД, экономичность в режиме холостого хода (когда нагрузка отключена или не работает), потрясающий диапазон регулирования. Если стабилитрон может легко в случае чего выйти из строя, то транзисторный ключ выдерживает намного более жёсткие условия.
  2. Основной недостаток проистекает из самой схемы: при коротком замыкании или перегрузке надёжность резко снижается, потому что через регулирующий элемент проходит очень высокий ток, что провоцирует увеличение мощности рассеивания. В то же время дополнительные системы защиты приводят к удорожанию прибора.
Схема подключения стабилизатора

Схема подключения стабилизатора

  • Параллельного типа. Регулирующий элемент включён параллельно нагрузке. В этом случае образуется подстраиваемый резистивный делитель. Минус в том, что часть мощности сразу же и непременно теряется. Зато она не столь большая, как полная потребляемая, что в некоторой степени снижает требования к элементной базе стабилизатора напряжения. Вот их главные особенности:
  1. Параметрический стабилизатор параллельного типа видел каждый. Это тот самый стабилитрон, который применяется, начиная импульсными блоками питания адаптеров сотовых телефонов и заканчивая автоматической схемой управления космического летательного аппарата. Здесь ток стабилизатора должен быть выше нагрузочного для обеспечения должной стабильности. Для обеспечения этого требования иногда приходится параллельные стабилизаторы соединять каскадом, что значительно снижает КПД.
  2. Понятно, что по конструкции стабилитрон (один-единственный элемент) намного проще транзисторного ключа. Это и является главной причиной применения параллельных стабилизаторов на практике. А второй – некритичность к перегрузкам: фактически стабилитрону нет дела до того, сколько потребляет полезная часть схемы. Но, как мы помним, стабильность от этого снижается. Для напряжения 220 В такой прибор найти будет достаточно сложно.
Читайте также:  Трёхфазный ток

Почти все параметрические стабилизаторы напряжения параллельного типа, тогда как компенсационные бывают разными. Кроме того иные приборы могут учитывать температурные колебания или ток потребления. Но самым главным является принцип деления по конструкции регулирующего элемента:

  1. Самыми любопытными вариантами на сегодняшний день являются электронные. Они могут даже строиться на основе инверторов, чтобы гарантированно обеспечить стабильность частоты. В составе активно применяются транзисторы, тиристоры и интегральные схемы. Чаще всего напряжение ограничивается управляющим сигналом. В этом случае идёт управление по току, и благодаря сравнительно малому сопротивлению p-n-перехода в открытом состоянии выделяемая мощность не столь велика. К плюсам такой конструкции можно отнести малый вес и наличие множества настроек, но самая высокая скорость переключения и точность по-прежнему у электромеханических разновидностей.
  2. Электромеханические стабилизаторы напряжения в своём составе имеют двигатель, который переключает обмотки автотрансформатора (или трансформатора) так, чтобы компенсировать скачки на входе. Иногда разница между соседними состояниями сводится к одному-единственному витку из толстой медной проволоки. Вот почему так велика точность, а скорость во многом зависит от характеристик двигателя. В этом случае нужно следить и своевременно проводить обслуживание. В противном случае на контакторах и в механической части можно получить целый ряд негативных эффектов, вплоть до искрения вследствие наводимых ЭДС.
  3. Релейные стабилизаторы напряжения обычно также управляют обмотками, но не столь точно. Это очевидно, поскольку рост количества переключателей значительно снижает надёжность всего прибора в целом. Понятно, что в этом случае нужно тщательно гасить искру, которая сама по себе уже является помехой и вредит нагрузке. Зато релейные стабилизаторы, несмотря на сравнительно низкую точность, относительно бесшумны. Такие можно ставить и в домашних условия. Лишь иногда будут слышны щелчки реле.
Стабилизатор релейного типа

Стабилизатор релейного типа

Характеристики стабилизаторов напряжения

  • Нестабильность при изменении входного напряжения показывает, какой процент скачка пройдет в нагрузку. Понятно, что этот параметр стремятся снизить.
  • Нестабильность при изменении нагрузки показывает, как стабилизатор напряжения может отрабатывать потребность приборов в электрическом токе. В реальности возможности ограничены. То есть выходной ток не может быть бесконечным, иначе сгорит уже и сам стабилизатор.
  • Диапазон входных напряжений показывает пределы работоспособности аппаратуры касательно параметров сети, а выходных – максимальные отклонения от нормы (в идеале по действующему значению напряжения не более 5% в каждую сторону).
  • Разность напряжений между входом и выходом – максимальная величина, в пределах которой обеспечиваются заданные параметры. Если сеть упадёт ещё ниже или, наоборот – вырастет, то режим функционирования нагрузки будет нарушен.
  • Напряжение шумов – собственные помехи, вносимые стабилизатором напряжения. Для современных сложных моделей неактуально.
  • Чувствительность показывает, на какие изменения входного напряжения реагирует прибор. Все, что меньше, будет проигнорировано и передано на выход.
  • Скорость отработки является важным параметром. Мы уже сказали, что лидером в этом плане пока что остаются электромеханические стабилизаторы.

Что касается производителя, то сложно посоветовать что-то определённое. Можно сказать с долей уверенности лишь одно: строительная техника, электрический инструмент, к классу которых можно в первом приближении отнести и стабилизаторы, в нашем государстве действительно умеют делать. Поэтому нет опасности купить какую-нибудь ерунду по несусветной цене.