Стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения – это прибор, устраняющий дефекты питающей сети, подавая на выход напряжение, близкое к синусоидальному. Компенсирует или устраняет все недостатки. Выработан государственный стандарт, где предъявляются требования к параметрам промышленных энергосетей. Известно, к примеру, что при превышении амплитуды на 10% срок службы лампочек накала снижается вчетверо. Задумайтесь, решая, стоит ли купить стабилизатор напряжения.

Требования к параметрам промышленных сетей питания 220 В переменного тока. Цели стабилизатора напряжения

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

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

Отдельные требования предъявляются к дозе фликера – мерцанию. При отклонении напряжения по форме от синусоиды источники света дают визуальные колебания, утомляющие зрение, приводящие к негативным моментам. Особенно это касается нервной системы. Стабилизаторы напряжения способны исправлять форму, предоставляя потребителю идеальное качество.

Стабилизатор питающей сети

Начиная с напряжения 380 В, с поставщиком заключается договор, в основу ложится ГОСТ 13109. Прописываются требования к электрическим параметрам. По нормам действующее значение не должно выходить за рамки 210 – 230 В (округлённо), на практике видим противоположную картину. В результате иные приборы отказываются работать либо выходят из строя. Последнее особенно актуально для трёхфазных сетей, поэтому стабилизаторы напряжения отслеживают параметры и наличие питания по всем каналам. Если ветвь пропадает, энергоснабжение отключается полностью. Это помогает уберечь оборудование и объясняет, почему трёхфазный стабилизатор напряжения нельзя заменить тремя однофазными.

Стойкие параметры сети снижают, к примеру, шумность персонального блока компьютера. За счёт простого явления – ровное вращения лопастей кулеров. Техника, в особенности электроника, лучше работает при совпадении параметров питающей сети с номинальными. Однако на практике требования ГОСТ 13109 грубо нарушаются. Это происходит не из-за халатности обслуживающего сети персонала, а скорее, по причине неграмотности, наплевательского отношения и несознательности населения.

Предъявляются требования к скачкам напряжения, прочим параметрам. Нетрудно узнать из приложений стандарта 13109. Необходимость оговаривается. К примеру, лампочки накала служат вчетверо меньше при повышении напряжения выше 10%, дают на 40% меньше света, если показатели сети упали на аналогичное значение. Плохи оба варианта случаев. В электронике повышение напряжения накала 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 качество картинки или звука значительно отличается от нормы.

Скачок напряжения

Быстрые изменения (скачки напряжения) в большинстве случаев напрямую проходят на выход, обнаруживая большую амплитуду. У старых телевизоров это вызывает неприятное дрожание изображения. Если после покупки материнской платы со встроенной графикой оказалось, что магазин подсунул брак, а вернуть не вариант, купите цифровой монитор. В нем эффект устраняется автоматически, благодаря принципу действия.

Итак, стабилизатор напряжения в частых ситуациях качественно повышает показатели и срок службы аппаратуры. В особо тяжёлых случаях – заставит её работать в принципе. Если свет в доме постоянно мерцает, а холодильник работает с перебоями, пора задуматься о покупке стабилизатора напряжения.

Разновидности стабилизаторов напряжения

Внутри стабилизатора напряжения устанавливается регулирующий элемент. От способа управления приборы делятся на три типа:

1. Параметрические стабилизаторы напряжения действуют предельно просто. Влияют на входной сигнал, чтобы привести его к нужному виду. В них отсутствует схема оценки параметров выходного напряжения, электрическая схема получается максимально простой.
2. Компенсационный стабилизатор сравнивает выходное напряжение с опорным, вырабатывает управляющий сигнал. Указанный тип приборов идеален для сетей постоянного тока. Простейшими методами опорное напряжение получается применением любого стабилитрона.
3. Комбинированные стабилизаторы работают на обоих перечисленных принципах одновременно, представляя совокупность лучших качеств прочих моделей.

По способу включения в цепь выделяют стабилизаторы напряжения:

• Последовательного типа. Регулирующий элемент включён в цепи нагрузки. Эти приборы показывают малый ток холостого хода. Через регулирующий элемент проходит полностью вся мощность. Стабилизаторам напряжения этого типа присущи особенности:

1. Высокий КПД, экономичность в режиме холостого хода (когда нагрузка отключена или не работает), потрясающий диапазон регулирования. Если стабилитрон способен легко выйти из строя, транзисторный ключ выдерживает жёсткие условия.
2. Основной недостаток проистекает из схемы: при коротком замыкании или перегрузке надёжность резко снижается, через регулирующий элемент проходит высокий ток, что провоцирует увеличение мощности рассеивания. Дополнительные системы защиты приводят к удорожанию прибора.

Схема подключения стабилизатора

• Параллельного типа. Регулирующий элемент включён параллельно нагрузке. Образуется подстраиваемый резистивный делитель. Минус – часть мощности сразу непременно теряется. Впрочем, не настолько большая, как полная потребляемая, что в определённой степени снижает требования к элементной базе стабилизатора напряжения. Главные особенности:

1. Параметрический стабилизатор параллельного типа видел каждый. Это стабилитрон, который применяется, начиная импульсными блоками питания адаптеров сотовых телефонов и заканчивая автоматической схемой управления космического летательного аппарата. Здесь ток стабилизатора выше нагрузочного для обеспечения должной стабильности. Для обеспечения требования иногда приходится параллельные стабилизаторы соединять каскадом, сильно снижая КПД.
2. По конструкции стабилитрон (единственный элемент) намного проще транзисторного ключа. Это становится главной причиной применения параллельных стабилизаторов на практике. А второй – некритичность к перегрузкам: фактически стабилитрону нет дела, сколько потребляет полезная часть схемы. Но стабильность от этого снижается. Для напряжения 220 В прибор найти сложно.

Параметрические стабилизаторы напряжения – параллельного типа, компенсационные – различаются. Иные приборы способны учитывать температурные колебания или ток потребления. Главенствует принцип деления по конструкции регулирующего элемента:

1. Любопытными вариантами сегодня признаны электронные. Способны строиться на основе инверторов, чтобы гарантированно обеспечить стабильность частоты. В составе применяются транзисторы, тиристоры и интегральные схемы. Чаще напряжение ограничивается управляющим сигналом. В этом случае идёт управление по току, благодаря сравнительно малому сопротивлению p-n-перехода в открытом состоянии выделяемая мощность не столь велика. К плюсам конструкции относится малый вес и наличие множества настроек, но высочайшая скорость переключения и точность по-прежнему у электромеханических разновидностей.
2. Электромеханические стабилизаторы напряжения в составе содержат двигатель, переключающий обмотки автотрансформатора (или трансформатора), чтобы компенсировать скачки на входе. Иногда разница между соседними состояниями сводится к единственному витку из толстой медной проволоки. Отсюда великая точность, а скорость часто зависит от характеристик двигателя. Потребуется следить и своевременно проводить обслуживание. В противном случае на контакторах и в механической части возможен ряд негативных эффектов, вплоть до искрения вследствие наводимых ЭДС.
3. Релейные стабилизаторы напряжения управляют обмотками не настолько точно. Рост количества переключателей снижает надёжность прибора в целом. Полагается тщательно гасить искру, помеху, вредящую нагрузке. Зато релейные стабилизаторы, несмотря на сравнительно низкую точность, относительно бесшумны. Допустимо ставить и в домашних условия. Лишь иногда слышны щелчки реле.

Стабилизатор релейного типа

Характеристики стабилизаторов напряжения

• Нестабильность при изменении входного напряжения показывает, какой процент скачка пройдет в нагрузку. Параметр стремятся снизить.
• Нестабильность при изменении нагрузки показывает, как стабилизатор напряжения отрабатывает потребность приборов в электрическом токе. В реальности возможности ограничены. Выходной ток не может быть бесконечным, иначе сгорит собственно 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 ниже или, наоборот – вырастет, режим функционирования нагрузки нарушается.
• Напряжение шумов – собственные помехи, вносимые стабилизатором напряжения. Для современных сложных моделей неактуально.
• Чувствительность показывает, на какие изменения входного напряжения реагирует прибор. Все, что меньше, окажется проигнорировано и передано на выход.
• Скорость отработки считается важным параметром. Лидером в этом плане остаются электромеханические стабилизаторы.

Сложно посоветовать конкретного производителя. Скажем с долей уверенности: строительная техника, электрический инструмент, к классу которых в первом приближении относятся и стабилизаторы, в России умеют делать. Нет опасности купить ерунду по несусветной цене.