Стабилизатор напряжения - что это, какие бывают и в чем их отличия?
Сейчас в магазинах можно увидеть множество стабилизаторов разных типов. Каждый тип стабилизатора имеет свой способ стабилизации напряжения. Каждый из способов стабилизации напряжения имеет свои достоинства и свои недостатки. Если классифицировать стабилизаторы напряжения по способу стабилизации, получиться следующая таблица:
Ступенчатые корректоры напряжения» являются на сегодняшний день самым распространенным типом стабилизаторов. Поэтому мы достаточно подробно опишем их принцип работы.
Внутри стабилизатора находиться трансформатор. Для простоты понимания трансформатор можно представить в виде стопки железных пластинок, вокруг которых намотаны несколько мотков проволоки.
Принцип стабилизации напряжения очень прост. Он основан на эффекте «электромагнитной индукции». Для нас важно понять, что одним из проявлений этого эффекта будет следующая ситуация:
Зависимость изменений напряжения от изменения количества витков можно представить следующим образом:
На самом деле, и первичная и вторичная обмотка трансформатора состоят из сотен витков. Стабилизатор, подключая и отключая обмотки, может легко стабилизировать напряжение до нормы. Упрощая, можно сказать, что если к вторичной обмотке добавить 3 витка, это увеличит напряжение на 1 вольт, если убрать 3 витка - уменьшит напряжение на 1 вольт.
Пример:
Но как происходит это подключение и отключение?
Это происходит благодаря специальному устройству, которое называется «реле». Это простое устройство выполняет только одну функцию: оно как «выключатель» замыкает, или размыкает электрическую цепь. Разница между «реле» и обычным «выключателем» в том, что реле можно управлять.
В упрощенном виде процесс управления можно представить так:
Послала плата управления стабилизатора «сигнал» реле, реле включилось, и замкнуло обмотку. Послала плата управления ещё один «сигнал» реле, реле выключилось и разомкнуло обмотку.
Теперь мы вплотную подошли, к ответу на вопрос, почему же этот тип стабилизаторов называется «ступенчатым корректором». Для начала вспомним, что допустимым напряжением по Российским и Международным стандартам является напряжение в интервале от 200 до 240 вольт. То есть, для нормальной и безопасной работы бытовых приборов напряжение ровно в 220 вольт не требуется. Исходя из этого норматива, был спроектирован такой вид стабилизаторов как «ступенчатые корректоры напряжения».
Большинство стабилизаторов данного типа имеют «шаг» в 15 вольт. Это означает, что если напряжение понизиться, например, более чем на 15 вольт, то есть, в сети было напряжение 220 вольт и вдруг упало до 205. Тогда стабилизатор подключит ещё одну обмотку, которая будет состоять из (3 витка х 15 вольт) = 45 витков, в этом случае напряжение, которое будет выходить из стабилизатора, станет 220 вольт. Если напряжение в сети опять упадет с 205 вольт уже до 190 вольт, тогда стабилизатор подключит ещё одну обмотку, ещё дополнительно 45 витков, тогда напряжение из стабилизатора опять станет 220 вольт и так далее. Соответственно, если напряжение в сети было 220 вольт, а стало 235 вольт, тогда стабилизатор отключит обмотку, и, тем самым, уменьшит напряжение до нормы.
Многие стабилизаторы имеют интервал входящих напряжений от 160 до 260 вольт. Это означает, если в вашей городской сети в вашей розетке будет напряжение от 160 до 260 вольт, тогда стабилизатор, пропуская напряжение через себя (через трансформатор), обязан скорректировать его до нормы, при этом нормой будет считаться напряжение от 200 до 240 вольт.
В реальности это будет выглядеть так. Допустим, напряжение в вашей розетке по причинам перегруженности по вечерам (все приходят домой с работы включают бытовые электроприборы и свет) будет понижаться с 220 до 176 вольт.
Стабилизатор «выравнивает» напряжение только после того как оно опуститься ниже определенного значения. В данном случае этим значением является 208 вольт. Как только напряжение опускается ниже нормы, стабилизатор подключает обмотку и выравнивает напряжение. Поэтому этот тип стабилизаторов получил название ступенчатый корректор.
Сразу возникает вопрос, а почему нельзя сделать много отдельных обмоток, и много реле, чтобы напряжение, которое выходит из стабилизатора, было всегда около 220 вольт, и не опускалось до 208? Сделать можно, но возникают следующие трудности:
1) Если сделать больше 5 отдельных обмоток, тогда при включении стабилизатора будет раздаваться очень сильный дребезжащий звук, который будет очень сильно нервировать. Причина этого явления в том, что многие обмотки, как правило, при включении не задействованы, они вносят дисбаланс в магнитное поле трансформатора.
2) Если сделать много реле, потребуется гораздо более сложная плата управления и много дополнительных реле, которые удорожат стабилизатор на столько, что цена для стабилизатора такой же мощности вырастет в 1.5 -2 раза, а какой смысл удорожать, если напряжение и так находиться в пределах нормы.
3) Существует зависимость, что чем ниже входящее напряжение, тем больше увеличивается ток. Об этом будет подробнее рассказано дальше, в данном случае это означает, что при пониженных напряжениях в сети (ниже 180 вольт), чем ближе выходящее напряжение из стабилизатора будет к значению 220 вольт, тем больше будет ток. Чем больше ток, тем мощнее требуется трансформатор.
При прочих равных условиях, потребуется на 25 % более мощный трансформатор, а это в свою очередь ещё больше удорожит стабилизатор.
Все типы стабилизаторов, относящиеся к ступенчатым корректорам, работают по этому принципу. В свою очередь, этот тип стабилизаторов подразделяется на два больших подвида, а именно.
Стабилизаторы на механических реле, и на твердотельных реле (тиристорах). Хотя обычные механические реле и тиристоры совершенно разные устройства, функция, выполняемая ими в стабилизаторах, у них абсолютно одинакова. Эта функция, как вы уже знаете, подключать и отключать обмотки, то есть, и механическое реле (электромагнитное) и твердотельное реле (тиристор) по команде, полученной от платы управления стабилизатором, либо размыкают, либо замыкают обмотки трансформатора между собой. Важно понять, несмотря на то, что принципы работы у них абсолютно разные, на работу стабилизатора это никак не влияет. Если говорить о бытовых стабилизаторах для дома (мощностью до 10 киловатт), принципиально тиристоры имеют только одно неоспоримое преимущество перед механическими реле, а именно, тиристоры в отличие от механических реле работают абсолютно бесшумно, в остальном «высоко технологичность» тиристоров для потребителя никак не проявляется. Остальные плюсы и минусы механических и твердотельных реле (только в контексте использования их в стабилизаторах) можно увидеть в следующей таблице.
Микроконтроллерное управление, в случае использования тиристоров является необходимостью и слабым местом стабилизатора, так как оно, к сожалению, несет с собой сопутствующие проблемы. Так происходит, потому что никакой другой прибор, кроме стабилизаторов напряжения не предназначен для постоянной работы в сети с постоянными колебаниями (не постоянном напряжении, а именно, колебаниями) напряжения от 120 до 280 вольт.
Сильное удорожание тиристорных стабилизаторов возникает не из-за того что напряжение становиться «качественнее», оно такое же как и у всех ступенчатых корректоров плавает в определенном диапазоне, а из-за того, что тиристоры сами по себе очень дороги, и ещё требуют дорогую и сложную плату управления с использованием очень качественных комплектующих. Из этого вывод, что использование тиристорных стабилизаторов, имеет смысл в трех случаях:
1) Требуемая мощность более 10 киловатт
2) Необходимо использовать стабилизатор во взрывоопасной среде
3) Требуется абсолютная тишина.
Поскольку, первый и второй пункт как правило в быту (дома) не требуется, то как мы уже и говорили, остается только плюс «тишины». Плюс, за который придется заплатить в 2.5 - 3 раза больше, по сравнения со стоимостью аналогичного по мощности стабилизатора на обычных электромагнитных реле.
Как отмечалось, срок службы тиристоров в сотни раз превосходит срок службы реле, но, к сожалению, у других элементов платы управления стабилизатором, как и у трансформатора, срок службы намного скромнее.
Тиристорные стабилизаторы твердо занимают рыночную нишу, в стабилизаторах мощностью от 10 до 100 киловатт, так как не имеют в этом диапазоне прямых аналогов. Для такой мощности тиристорный стабилизатор будет лучшим по соотношению цена – качество.
Стоит отметить, что общим «минусом» всех ступенчатых корректоров, является то, что в момент переключения реле (или тиристоров) происходит небольшой перепад напряжения в 10 - 15 вольт, при этом ваши лампочки накаливания будут слегка менять интенсивность свечения. Обычно это не заметно, но если такое обнаружиться, это является особенностью конструкции (ступенчатой коррекции), а не браком.
«Электромеханические стабилизаторы» - большой класс стабилизаторов, в свое время очень широко распространенных на рынке, но в последние годы очень сильно потесненные «ступенчатыми корректорами», которые в обиходе и для удобства обычно называют «релейными».
Принцип их работы такой же, как и у «релейных», то есть стабилизатор, чтобы скорректировать напряжение меняет количество обмоток, но делает он это весьма специфическим образом:
Принцип работы очень прост, плата управления (аналоговая) проверяет какое в данный момент напряжение попадает в стабилизатор. Затем, если оно выходит за пределы допустимого, дает команду электродвигателю, электродвигатель в свою очередь в зависимости от команды двигает угольный контакт (щетку) в нужную сторону.
Если нужно понизить напряжение (допустим, оно у вас в сети 240 вольт) – контакт перемещается влево, уменьшая количество обмоток, тем самым снижая напряжение. Если нужно повысить напряжение (допустим, оно у вас в сети 160 вольт) – контакт перемещается вправо, увеличивая количество обмоток, тем самым повышая напряжение, которые выходит из стабилизатора. Этот тип стабилизаторов напряжения имеет следующие плюсы и минусы.
+ПЛЮСЫ:
Были разработаны в середине 60 годов прошлого века. В то время бытовые феррорезонансные стабилизаторы получили очень широкое распространение в СССР. Обычно через них подключали телевизоры, имевшие на тот момент очень несовершенные блоки питания, которые часто не справлялись даже с небольшими колебаниями напряжения.
Феррорезонансный стабилизатор это очень простое устройство, которое состоит из двух и более катушек проволоки, намотанных на металлические стержни, (по сути это те же трансформаторы) и одного или нескольких больших конденсаторов, и работает на основе принципа феррорезонанса. Стержни должны быть разделены и должны находиться на определенном расстоянии друг от друга.
Феррорезонанс - это явление, при котором возникает резонанс (усиленное колебание электромагнитного поля) между трансформаторами.
Полезный эффект этого явления состоит в том, что в такой конструкции стабилизатора напряжение, попадающее на трансформатор «А» из вашей сети, практически не влияет на напряжение, которое становится в трансформаторе «Б», из которого напряжение попадает в ваши приборы, при этом напряжение на трансформаторе «Б» практически не отклоняется от заданной величины.
+ПЛЮСЫ:
«Стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием» - по объективным причинам очень мало распространенный тип стабилизаторов напряжения не только в России, но и в мире.
Свое название этот прибор получил из-за своего принципа работы, а именно, потому, что прибор стабилизирует напряжение методом двойного преобразования электрического тока. Все знают, или во всяком случае слышали, что электрический ток бывает постоянный и переменный.
Если вы забыли, что такое электрический ток, можете посмотреть в начале нашей статьи. Самое главное это вспомнить, что ток по сути - это поток (как поток воды) электронов.
Переменным током называют такой ток, который периодически изменяется по величине, частоте и направлению. В нашей обычной розетке дома переменный ток, в высоковольтных электрических сетях тоже переменный ток.
Постоянным током называют такой ток, который никак не изменяется. Такой ток есть в обычных батарейках, в аккумуляторе вашей машины. Практически все электронные приборы (электронные схемы) работают на постоянном токе. Поэтому во всех устройствах есть блоки питания - внешние или внутренние, (например, как у вашего ноутбука или сотового телефона), которые как раз и преобразуют переменный ток в постоянный.
Два принципиальных отличия переменного и постоянного Ответы на, безусловно, интересные вопросы, почему же электроны движутся именно от «минуса» к «плюсу» и зачем люди используют два вида тока, можно найти в любом школьном учебнике физики.
Теперь, когда стало понятно, что же такое постоянный и переменный ток, рассмотрим принцип работы стабилизатора напряжения с двойным предобразованием.
Хотя в интернете можно найти много сложных схем подобных стабилизаторов, в большинстве своем трудных для понимания. Тем не менее, принцип работы таких стабилизаторов очень прост.
Схема работы стабилизатора с системой двойного преобразования:
По сути, переменный ток, попадая в стабилизатор, преобразуется в постоянный. В момент преобразования можно легко регулировать напряжение переменного тока. То есть, если напряжение в сети будет меняться от 160 до 240 вольт, то после преобразования в выпрямители, напряжение будет постойной величиной, допустим, напряжение станет 220 вольт, но уже постоянного тока.
Для многих приборов и бытовой техники постоянный ток не подходит, например, не подходит для электродвигателей и ламп накаливания. Они попросту сгорят, если подать на них постоянный ток. Поэтому, постоянный ток перед тем, как он выйдет из стабилизатора и попадет в ваши приборы надо преобразовать в переменный ток. Для этого используется устройство под названием инвертор, которое преобразует постоянный ток в переменный. (Про инверторы более подробно будет написано в других статьях).
В результате, на выходе из стабилизатора мы получаем напряжение, которое почти равно 220 вольтам переменного тока, то есть, такое, какое и было в городской сети.
+ПЛЮСЫ:
«Компенсационные стабилизаторы напряжения» производятся, как правило, большой мощности - от 75 киловатт и выше (до 2000 киловатт). И используются для промышленности. В очень редких случаях люди покупают их для использования в коттеджах.
Этот тип стабилизатора можно отнести к дальним родственникам механических стабилизаторов, о которых рассказывалось ранее, но в отличие от них имеет несколько иное конструктивное исполнение, а самое главное избавлен от одного очень важно недостатка.
Вы помните, что одним из самых больших недостатков механических стабилизаторов является их быстродействие, то есть, если напряжение быстро изменится, за то время, пока «щетка» доедет до нужной обмотки, стабилизатор будет выдавать либо очень высокое, либо очень низкое напряжение. Компенсационный стабилизатор лишен этого недостатка. В его конструкции предусмотрен ещё один дополнительный трансформатор и емкости, которые в то время, пока «щетка» доезжает до нужной обмотки, на какое-то время сглаживает или компенсирует перепад напряжения. Поэтому этот тип стабилизатора и получил название «компенсационный».
Этот тип стабилизаторов имеет все плюсы и минусы электромеханических стабилизаторов, кроме одного большего минуса, а именно, минуса «скорости стабилизации».
Стабилизаторы напряжения бывают
| Ступенчатые корректоры напряжения | Электромеханические стабилизаторы | Редкие или устаревшие типы стабилизаторов |
| 1. Стабилизаторы напряжения на механических реле 2. Стабилизаторы напряжения на твердотопливных реле (тиристорах) |
3. Электромеханические стабилизаторы с электроприводом | 4. Феррорезонансные стабилизаторы 5. Стабилизаторы с двойным преобразованием 6. Компенсационные стабилизаторы напряжения |
Ступенчатые корректоры напряжения» являются на сегодняшний день самым распространенным типом стабилизаторов. Поэтому мы достаточно подробно опишем их принцип работы.
Внутри стабилизатора находиться трансформатор. Для простоты понимания трансформатор можно представить в виде стопки железных пластинок, вокруг которых намотаны несколько мотков проволоки.
Принцип стабилизации напряжения очень прост. Он основан на эффекте «электромагнитной индукции». Для нас важно понять, что одним из проявлений этого эффекта будет следующая ситуация:
- Например, на первичной обмотке трансформатора 10 витков проволоки, к этим виткам подключено напряжение из городской сети в 220 вольт.
- Если на вторичной обмотке в это время будет тоже 10 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, будет тоже 220 вольт.
- Если на вторичной обмотке в это время будет только 5 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, будет уже 110 вольт.
Зависимость изменений напряжения от изменения количества витков можно представить следующим образом:
| Напряжение в городской сети, которое входит трансформатор | Количество витков на первичной обмотке | Действие (подключаем или отключаем обмотки) |
Количество витков на вторичной обмотке | Напряжение, которое выходит из трансформатора |
| 220 вольт | 10 | Ничего не меняем | 10 | 220 вольт |
| 220 вольт | 10 | Отключаем 2 обмотки | 8 | 176 вольт |
| 220 вольт | 10 | Подключаем 2 обмотки | 12 | 264 вольта |
На самом деле, и первичная и вторичная обмотка трансформатора состоят из сотен витков. Стабилизатор, подключая и отключая обмотки, может легко стабилизировать напряжение до нормы. Упрощая, можно сказать, что если к вторичной обмотке добавить 3 витка, это увеличит напряжение на 1 вольт, если убрать 3 витка - уменьшит напряжение на 1 вольт.
Пример:
Теперь стало понятно, как трансформатор стабилизирует напряжение, он просто подключает и отключает обмотки на трансформаторе.Допустим, напряжение в сети упало до 200 вольт, чтобы оно стало нормальным (220 вольт), стабилизатору надо добавить еще 20 вольт, что означает, что нужно к вторичной обмотке добавить ещё (3 х 20) = 60 витков.
Допустим, напряжение в сети повысилось до 250 вольт, чтобы оно стало нормальным (220 вольт), стабилизатору надо убавить его на 30 вольт, что означает, что от вторичной обмотки нужно убрать ещё (30 х 3) = 90 витков.
Но как происходит это подключение и отключение?
Это происходит благодаря специальному устройству, которое называется «реле». Это простое устройство выполняет только одну функцию: оно как «выключатель» замыкает, или размыкает электрическую цепь. Разница между «реле» и обычным «выключателем» в том, что реле можно управлять.
В упрощенном виде процесс управления можно представить так:
Послала плата управления стабилизатора «сигнал» реле, реле включилось, и замкнуло обмотку. Послала плата управления ещё один «сигнал» реле, реле выключилось и разомкнуло обмотку.
Теперь мы вплотную подошли, к ответу на вопрос, почему же этот тип стабилизаторов называется «ступенчатым корректором». Для начала вспомним, что допустимым напряжением по Российским и Международным стандартам является напряжение в интервале от 200 до 240 вольт. То есть, для нормальной и безопасной работы бытовых приборов напряжение ровно в 220 вольт не требуется. Исходя из этого норматива, был спроектирован такой вид стабилизаторов как «ступенчатые корректоры напряжения».
Большинство стабилизаторов данного типа имеют «шаг» в 15 вольт. Это означает, что если напряжение понизиться, например, более чем на 15 вольт, то есть, в сети было напряжение 220 вольт и вдруг упало до 205. Тогда стабилизатор подключит ещё одну обмотку, которая будет состоять из (3 витка х 15 вольт) = 45 витков, в этом случае напряжение, которое будет выходить из стабилизатора, станет 220 вольт. Если напряжение в сети опять упадет с 205 вольт уже до 190 вольт, тогда стабилизатор подключит ещё одну обмотку, ещё дополнительно 45 витков, тогда напряжение из стабилизатора опять станет 220 вольт и так далее. Соответственно, если напряжение в сети было 220 вольт, а стало 235 вольт, тогда стабилизатор отключит обмотку, и, тем самым, уменьшит напряжение до нормы.
Многие стабилизаторы имеют интервал входящих напряжений от 160 до 260 вольт. Это означает, если в вашей городской сети в вашей розетке будет напряжение от 160 до 260 вольт, тогда стабилизатор, пропуская напряжение через себя (через трансформатор), обязан скорректировать его до нормы, при этом нормой будет считаться напряжение от 200 до 240 вольт.
В реальности это будет выглядеть так. Допустим, напряжение в вашей розетке по причинам перегруженности по вечерам (все приходят домой с работы включают бытовые электроприборы и свет) будет понижаться с 220 до 176 вольт.
Стабилизатор «выравнивает» напряжение только после того как оно опуститься ниже определенного значения. В данном случае этим значением является 208 вольт. Как только напряжение опускается ниже нормы, стабилизатор подключает обмотку и выравнивает напряжение. Поэтому этот тип стабилизаторов получил название ступенчатый корректор.
Сразу возникает вопрос, а почему нельзя сделать много отдельных обмоток, и много реле, чтобы напряжение, которое выходит из стабилизатора, было всегда около 220 вольт, и не опускалось до 208? Сделать можно, но возникают следующие трудности:
1) Если сделать больше 5 отдельных обмоток, тогда при включении стабилизатора будет раздаваться очень сильный дребезжащий звук, который будет очень сильно нервировать. Причина этого явления в том, что многие обмотки, как правило, при включении не задействованы, они вносят дисбаланс в магнитное поле трансформатора.
2) Если сделать много реле, потребуется гораздо более сложная плата управления и много дополнительных реле, которые удорожат стабилизатор на столько, что цена для стабилизатора такой же мощности вырастет в 1.5 -2 раза, а какой смысл удорожать, если напряжение и так находиться в пределах нормы.
3) Существует зависимость, что чем ниже входящее напряжение, тем больше увеличивается ток. Об этом будет подробнее рассказано дальше, в данном случае это означает, что при пониженных напряжениях в сети (ниже 180 вольт), чем ближе выходящее напряжение из стабилизатора будет к значению 220 вольт, тем больше будет ток. Чем больше ток, тем мощнее требуется трансформатор.
При прочих равных условиях, потребуется на 25 % более мощный трансформатор, а это в свою очередь ещё больше удорожит стабилизатор.
Все типы стабилизаторов, относящиеся к ступенчатым корректорам, работают по этому принципу. В свою очередь, этот тип стабилизаторов подразделяется на два больших подвида, а именно.
Стабилизаторы на механических реле, и на твердотельных реле (тиристорах). Хотя обычные механические реле и тиристоры совершенно разные устройства, функция, выполняемая ими в стабилизаторах, у них абсолютно одинакова. Эта функция, как вы уже знаете, подключать и отключать обмотки, то есть, и механическое реле (электромагнитное) и твердотельное реле (тиристор) по команде, полученной от платы управления стабилизатором, либо размыкают, либо замыкают обмотки трансформатора между собой. Важно понять, несмотря на то, что принципы работы у них абсолютно разные, на работу стабилизатора это никак не влияет. Если говорить о бытовых стабилизаторах для дома (мощностью до 10 киловатт), принципиально тиристоры имеют только одно неоспоримое преимущество перед механическими реле, а именно, тиристоры в отличие от механических реле работают абсолютно бесшумно, в остальном «высоко технологичность» тиристоров для потребителя никак не проявляется. Остальные плюсы и минусы механических и твердотельных реле (только в контексте использования их в стабилизаторах) можно увидеть в следующей таблице.
| Механическое реле (электромагнитное) | |
+ |
|
- |
|
| Твердотопливное реле (тиристор) | |
+ |
|
- |
|
Микроконтроллерное управление, в случае использования тиристоров является необходимостью и слабым местом стабилизатора, так как оно, к сожалению, несет с собой сопутствующие проблемы. Так происходит, потому что никакой другой прибор, кроме стабилизаторов напряжения не предназначен для постоянной работы в сети с постоянными колебаниями (не постоянном напряжении, а именно, колебаниями) напряжения от 120 до 280 вольт.
Сильное удорожание тиристорных стабилизаторов возникает не из-за того что напряжение становиться «качественнее», оно такое же как и у всех ступенчатых корректоров плавает в определенном диапазоне, а из-за того, что тиристоры сами по себе очень дороги, и ещё требуют дорогую и сложную плату управления с использованием очень качественных комплектующих. Из этого вывод, что использование тиристорных стабилизаторов, имеет смысл в трех случаях:
1) Требуемая мощность более 10 киловатт
2) Необходимо использовать стабилизатор во взрывоопасной среде
3) Требуется абсолютная тишина.
Поскольку, первый и второй пункт как правило в быту (дома) не требуется, то как мы уже и говорили, остается только плюс «тишины». Плюс, за который придется заплатить в 2.5 - 3 раза больше, по сравнения со стоимостью аналогичного по мощности стабилизатора на обычных электромагнитных реле.
Как отмечалось, срок службы тиристоров в сотни раз превосходит срок службы реле, но, к сожалению, у других элементов платы управления стабилизатором, как и у трансформатора, срок службы намного скромнее.
Тиристорные стабилизаторы твердо занимают рыночную нишу, в стабилизаторах мощностью от 10 до 100 киловатт, так как не имеют в этом диапазоне прямых аналогов. Для такой мощности тиристорный стабилизатор будет лучшим по соотношению цена – качество.
Стоит отметить, что общим «минусом» всех ступенчатых корректоров, является то, что в момент переключения реле (или тиристоров) происходит небольшой перепад напряжения в 10 - 15 вольт, при этом ваши лампочки накаливания будут слегка менять интенсивность свечения. Обычно это не заметно, но если такое обнаружиться, это является особенностью конструкции (ступенчатой коррекции), а не браком.
«Электромеханические стабилизаторы» - большой класс стабилизаторов, в свое время очень широко распространенных на рынке, но в последние годы очень сильно потесненные «ступенчатыми корректорами», которые в обиходе и для удобства обычно называют «релейными».
Принцип их работы такой же, как и у «релейных», то есть стабилизатор, чтобы скорректировать напряжение меняет количество обмоток, но делает он это весьма специфическим образом:
Принцип работы очень прост, плата управления (аналоговая) проверяет какое в данный момент напряжение попадает в стабилизатор. Затем, если оно выходит за пределы допустимого, дает команду электродвигателю, электродвигатель в свою очередь в зависимости от команды двигает угольный контакт (щетку) в нужную сторону.
Если нужно понизить напряжение (допустим, оно у вас в сети 240 вольт) – контакт перемещается влево, уменьшая количество обмоток, тем самым снижая напряжение. Если нужно повысить напряжение (допустим, оно у вас в сети 160 вольт) – контакт перемещается вправо, увеличивая количество обмоток, тем самым повышая напряжение, которые выходит из стабилизатора. Этот тип стабилизаторов напряжения имеет следующие плюсы и минусы.
+ПЛЮСЫ:
- Возможность изготавливать стабилизаторы практически без ограничений по мощности, то есть, теоретически можно изготовить сколь угодно мощный стабилизатор, что ценно для промышленного использования (но совершенно не ценно для использования в быту).
- Очень высокая точность напряжения, которое выходит из стабилизатора,nbsp;максимальное отклонение от 220 вольт, обычно не превышает +\- 5 вольт.
- Возможность настраивать уровень напряжения, которое выходит из стабилизатора, обычно есть переключатель, которым можно выставить нужное напряжение, например, 110 вольт или 220 вольт. Или для импортной техники 230 или 240 вольт.
- Высокая надежность электронных компонентов стабилизатора, так как они очень простые и надежные по конструкции.
- Удорожание на 20 – 25 % по сравнению со стабилизаторами на механических реле, связанное с тем, что по конструкции требуется гораздо более мощный трансформатор, чем потребовался бы на «релейный стабилизатор» такой же мощности.
- Наличие механических частей (электродвигателя и трущихся частей), угольного контакта, приводит к относительно быстрому износу прибора (первые поломки могут начаться после полугода использования, зачастую, это не брак, а особенности конструкции). Двигатель (особенно если он китайского производства) начинает заклинивать от частых скачков напряжения, а, следовательно, частых перемещений щетки. Стирается угольный контакт, что в лучшем случае приводит к сильному искрения, а в худшем - к короткому замыканию. Эти стабилизаторы для безопасного использования необходимо регулярно (раз в полгода минимум) обслуживать, осматривать состояние механических (трущихся) частей и чистить от пыли.
- Движения «щетки» при работе (поворотам вправо \ влево по катушке) зачастую сопровождаются неприятным звуком.
- Очень низкая скорость быстродействия (при резких изменениях напряжения сети стабилизатор не успевает срабатывать), и очень низкое/высокое напряжение кратковременно подается на вашу бытовую технику.
- Механический стабилизатор очень не желательно использовать с электродвигателями (особенно мощными), так как при включении таких двигателей на несколько секунд возникает такое явление как пусковые токи, которые приводят к тому, что на 1-2 секунды нагрузка на стабилизатор вырастает примерно в два раза. Что может привезти к разрушению угольного контакта и короткому замыканию.
- Если у вас нет больших и регулярных перепадов напряжения, например, у вас в городской сети постоянно пониженное напряжение около 170 – 180 вольт, или постоянно повышенное более 240, тогда использование механического стабилизатора будет оптимальным. Так как напряжение, которое он будет выдавать, будет наиболее качественным (близким к 220 вольтам).
- Если вам хочется, чтобы лампочки никогда «не моргали», механический стабилизатор будет также лучшим решением, так как регулировка (подключение и отключение витков) происходит очень плавно.
Были разработаны в середине 60 годов прошлого века. В то время бытовые феррорезонансные стабилизаторы получили очень широкое распространение в СССР. Обычно через них подключали телевизоры, имевшие на тот момент очень несовершенные блоки питания, которые часто не справлялись даже с небольшими колебаниями напряжения.
Феррорезонансный стабилизатор это очень простое устройство, которое состоит из двух и более катушек проволоки, намотанных на металлические стержни, (по сути это те же трансформаторы) и одного или нескольких больших конденсаторов, и работает на основе принципа феррорезонанса. Стержни должны быть разделены и должны находиться на определенном расстоянии друг от друга.
Феррорезонанс - это явление, при котором возникает резонанс (усиленное колебание электромагнитного поля) между трансформаторами.
Полезный эффект этого явления состоит в том, что в такой конструкции стабилизатора напряжение, попадающее на трансформатор «А» из вашей сети, практически не влияет на напряжение, которое становится в трансформаторе «Б», из которого напряжение попадает в ваши приборы, при этом напряжение на трансформаторе «Б» практически не отклоняется от заданной величины.
+ПЛЮСЫ:
- Высокая точность выходного напряжения, отклонение не более 1-3%.
- Высокая скорость регулирования, практически мгновенная.
- Высочайшая надежность, поскольку внутри прибора нет электронных компонентов.
- Срок работы более 20 лет.
- Повышенный уровень шума.
- Зависимость качества стабилизации от величины нагрузки.
- Низкий коэффициент полезного действия
- Очень большие габариты
- Очень высокая цена, по сравнению с любыми другими типами стабилизаторов.
«Стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием» - по объективным причинам очень мало распространенный тип стабилизаторов напряжения не только в России, но и в мире.
Свое название этот прибор получил из-за своего принципа работы, а именно, потому, что прибор стабилизирует напряжение методом двойного преобразования электрического тока. Все знают, или во всяком случае слышали, что электрический ток бывает постоянный и переменный.
Если вы забыли, что такое электрический ток, можете посмотреть в начале нашей статьи. Самое главное это вспомнить, что ток по сути - это поток (как поток воды) электронов.
Переменным током называют такой ток, который периодически изменяется по величине, частоте и направлению. В нашей обычной розетке дома переменный ток, в высоковольтных электрических сетях тоже переменный ток.
Постоянным током называют такой ток, который никак не изменяется. Такой ток есть в обычных батарейках, в аккумуляторе вашей машины. Практически все электронные приборы (электронные схемы) работают на постоянном токе. Поэтому во всех устройствах есть блоки питания - внешние или внутренние, (например, как у вашего ноутбука или сотового телефона), которые как раз и преобразуют переменный ток в постоянный.
Два принципиальных отличия переменного и постоянного Ответы на, безусловно, интересные вопросы, почему же электроны движутся именно от «минуса» к «плюсу» и зачем люди используют два вида тока, можно найти в любом школьном учебнике физики.
Теперь, когда стало понятно, что же такое постоянный и переменный ток, рассмотрим принцип работы стабилизатора напряжения с двойным предобразованием.
Хотя в интернете можно найти много сложных схем подобных стабилизаторов, в большинстве своем трудных для понимания. Тем не менее, принцип работы таких стабилизаторов очень прост.
Схема работы стабилизатора с системой двойного преобразования:
По сути, переменный ток, попадая в стабилизатор, преобразуется в постоянный. В момент преобразования можно легко регулировать напряжение переменного тока. То есть, если напряжение в сети будет меняться от 160 до 240 вольт, то после преобразования в выпрямители, напряжение будет постойной величиной, допустим, напряжение станет 220 вольт, но уже постоянного тока.
Для многих приборов и бытовой техники постоянный ток не подходит, например, не подходит для электродвигателей и ламп накаливания. Они попросту сгорят, если подать на них постоянный ток. Поэтому, постоянный ток перед тем, как он выйдет из стабилизатора и попадет в ваши приборы надо преобразовать в переменный ток. Для этого используется устройство под названием инвертор, которое преобразует постоянный ток в переменный. (Про инверторы более подробно будет написано в других статьях).
В результате, на выходе из стабилизатора мы получаем напряжение, которое почти равно 220 вольтам переменного тока, то есть, такое, какое и было в городской сети.
+ПЛЮСЫ:
- Высокая точность выходного напряжения, отклонение не более 1%.
- Высокая скорость регулирования
- Очень высокая цена, сопоставимая с ценой феррорезонансных стабилизаторов. Это связанно с тем, что самой проблемной деталью такого стабилизатора является инвертор. Устройство очень сложное и очень дорогое, предназначенное для работы очень ограниченное время, от получаса до пары суток. А стабилизатор напряжения, должен работать непрерывно - годы. Так как в процессе преобразования постоянного тока в переменный, инвертор (а конкретно транзисторы в нем) очень сильно перегревается, если прибор не отключится, он просто сгорит. Чтобы этого не произошло, для использования в стабилизаторах инвертор надо делать с очень большим запасом по мощности, а также ставить мощную систему охлаждения. В результате чего получается очень сложное и крайне ненадежное устройство.
- Максимальная мощность ограниченна 5 киловаттами, можно сделать больше, но цена будет такая, что проще будет купить автономный генератор и запас солярки на 3 года вперед.
- Прибор очень сильно греется, поэтому требует постоянной работы охлаждающих систем. В случае их выхода их поломки прибор очень быстро выйдет из строя.
- Крайне низкая надежность, сопоставимая с электромеханическими стабилизаторами. Так как в приборе очень много электронных компонентов, очень сложная система управления. В этом приборе огромная нагрузка на детали, которая требует очень качественных и очень дорогих комплектующих.
- Зачастую, хоть это и отрицается или замалчивается производителями, данный тип стабилизатора существенно искажает форму синусоиды переменного тока, в результате чего получается нечто среднее между нормальным «волной» переменного тока и ровной линией постоянного. Такой ток быстро выводит из строя электродвигатели или любую другую аппаратуру или бытовую технику, рассчитанную на переменный ток. В очень дорогих моделях форма синусоиды наиболее приближенна к оригинальной, но, естественно, не является полностью идентичной.
«Компенсационные стабилизаторы напряжения» производятся, как правило, большой мощности - от 75 киловатт и выше (до 2000 киловатт). И используются для промышленности. В очень редких случаях люди покупают их для использования в коттеджах.
Этот тип стабилизатора можно отнести к дальним родственникам механических стабилизаторов, о которых рассказывалось ранее, но в отличие от них имеет несколько иное конструктивное исполнение, а самое главное избавлен от одного очень важно недостатка.
Вы помните, что одним из самых больших недостатков механических стабилизаторов является их быстродействие, то есть, если напряжение быстро изменится, за то время, пока «щетка» доедет до нужной обмотки, стабилизатор будет выдавать либо очень высокое, либо очень низкое напряжение. Компенсационный стабилизатор лишен этого недостатка. В его конструкции предусмотрен ещё один дополнительный трансформатор и емкости, которые в то время, пока «щетка» доезжает до нужной обмотки, на какое-то время сглаживает или компенсирует перепад напряжения. Поэтому этот тип стабилизатора и получил название «компенсационный».
Этот тип стабилизаторов имеет все плюсы и минусы электромеханических стабилизаторов, кроме одного большего минуса, а именно, минуса «скорости стабилизации».