Стабилизаторы напряжения и их сравнительные характеристики

Для того чтобы избавить свое жилище, офис или производственный объект от подобных неприятностей, достаточно установить стабилизатор напряжения. Стабилизатор напряжения - автоматическое устройство, которое в непрерывном режиме поддерживает напряжение в вашей электросети на уровне 220/380 Вольт с заданной точностью.

ГОСТ регламентирует допустимое отклонение напряжения питающей сети в пределах 10% от нормы. На практике это должно составлять 220 Вольт +/- 22 Вольта = диапазон 198...242 В. Требования ГОСТа конечно же устарели, и современная техника предъявляет более жесткие требования в напряжению в сети.
Однако и такие отклонения часто кажутся идеалом для многих Украинцев. Нам не редко встречаются объекты, напряжение в сети которых в течении суток колеблется в пределах 170 - 250 Вольт. Реже, но тоже не диковинкой является напряжение в сети 140-280 Вольт. Особенно большим перекосом напряжения может похвастаться частный сектор.

Сравнительная таблица разных типов стабилизаторов переменного напряжения

Типы стабилизаторов	Феррорезо нансные	Сервопри водные	Релейные	Симисторные ступенчатые	Симисторные плавно- регулируемые	Транзисторные высокочастотные
Основные силовые элементы	Дроссель и нелинейный дроссель 50Гц	Трансформатор 50Гц	Трансформатор 50Гц	Трансформатор 50Гц и фильтрующие дроссели	Трансформатор 50Гц и дроссель	Трансформатор 50Гц и высокочастотные дроссели
Точность	большая	большая	малая	средняя	большая	большая
Регулировка	плавная	плавная	ступеньчатая	ступеньчатая	плавная	плавная
Помеха при переключении	нет	малая	есть	малая	нет	Нет
Генерация помех	малая	нет	нет	малая	есть	малая
Чувствительность к помехам	нет	нет	нет	есть	есть	есть
Искажения формы синусоиды	есть	нет	нет	очень малые	есть	нет
Уровень шума при работе	высокий	средний	низкий	низкий	высокий	низкий
Быстродействие	высокое	очень низкое	среднее	высокое	высокое	очень высокое
КПД	70-80%	97-98%	98-99,9%	96-97%	96-98%	95-97%
Себестоимость	очень высокая	очень низкая	низкая	высокая	очень низкая	очень высокая
Системная надежность	очень высокая	низкая	очень высокая	очень высокая	очень высокая	очень высокая
Ремонто пригодность	высокая	низкая	очень высокая	средняя	высокая	средняя
Перегрузочная способность	высокая, но нет малых нагрузок	очень высокая	очень высокая	высокая	высокая	высокая
Диапазон	средний	большой	большой	большой	средний	большой

ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР
Не рекомендуется при малых нагрузках, так как нелинейный дроссель рассеивает большую избыточную энергию и перегревается (у газовых котлов нагрузка постоянно изменяется от 10 Вт до 200 Вт). Хорошо работает на нагрузках близких к максимальной. Относительно легко переносит короткое замыкание по выходу.

СЕРВОПРИВОДНЫЕ
Состоят из автотрансформатора, по обмотке которого, зачищенной от изоляции, электроприводом перемещается подвижный контакт. Этот контакт сделан, как щетка в электродвигателе или в виде ролика. Перемещение контакта изменяет коэффициент трансформации, чем и обеспечивается плавное регулирование напряжения. Автотрансформатор по мощности наиболее оптимален по сравнению со всеми остальными типами стабилизаторов. Основной недостаток - медленная реакция и необходимость периодичной чистки места контакта и, как следствие, невозможность работы в пыльном помещении или в условиях агрессивной среды.

РЕЛЕЙНЫЕ
Состоят из автотрансформатора с отводами. Реле под управлением электронной схемы подключают нужный отвод на выход, чем и обеспечивается ступенчатая стабилизация. Очень похожи на сервоприводные, но быстрая реакция и герметичные контакты. Реле изнашиваются гораздо меньше. У реле основной недостаток - разрыв цепи тока при переключении. Сейчас некоторые производители релейных стабилизаторов говорят о ноль-переключении, о том, что они переключают реле в ноле тока, но это, к большому сожалению авторов, только рекламный ход и не более. Единственный положительный момент это отсутствие дуги. контакты не подгорают и не изнашиваются, надежность увеличивается в 10 и более раз. Долговечность контактов будет определяться только механическим износом, а он составляет 10 миллионов переключений. Еще одним существенным преимуществом релейного стабилизатора напряжения является его способность работать при отрицательных температурах. Это удалось добиться благодаря тому, что в релейных стабилизаторах отсутствуют открытые контакты.

Основным недостатком релейных стабилизаторов является ограниченная выходная мощность. Это связано с тем, что у реле токи ограничены 40-80А, причем быстрые реле до 40А. И реле практически трудно запараллелить, поэтому мощность ограничена 5-10 кВт на одном выходе. То есть релейные стабилизаторы отлично работают до мощностей 5кВт на один выход. Для увеличения мощности предлагается применить несколько выходов параллельно (двухканальные или многоканальные стабилизаторы). При этом нагрузка по электрической разводке должна быть разбита на группы до 5 кВт. У транзисторных стабилизаторов такая же проблема, но транзисторы легко включаются параллельно.

СИМИСТОРНЫЕ ИЛИ ТИРИСТОРНЫЕ СТУПЕНЧАТЫЕ
Есть много типов стабилизаторов, но принцип тот же, что и у релейных, только переключение бесконтактное. Есть много модификаций, например, тиристорами управляют с помощью реле или разрыв тока при переключении достигает 7-10 миллисекунд (полпериода) - такие здесь не рассматриваем, потому что релейные лучше таких тиристорных. И еще важный момент: возле каждого симистора должен стоять дроссель иначе при резких скачках будут короткие замыкания переключаемых симисторов на полупериода, и это приведет к ударным перегрузкам. То есть будет потеряно главное преимущество тиристорных стабилизаторов над релейными - способность к частым переключениям без помех. Дроссели надо ставить, потому что при переключении симисторы дают взаимные помехи друг на друга! И возникают короткие замыкания которые длятся всего пол периода но трансформатор и тиристоры подвергаются большим ударным перегрузкам что снижает надежность стабилизатора и сопровождается большими помехами. Главным недостатком такой структуры является то, что при выходе из строя одного тиристора без специально принятых мер сгорают все следом открывающиеся тиристоры и силовой трансформатор. При большом количестве ступеней (тиристоров) получается практически плавная регулировка.

СТАБИЛИЗАТОРЫ С ФАЗО­ВЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ
Тиристорные плавнорегулируемые - стабилизируют напряжение за счет искажения формы синусоиды. Очень распространенный тип - их достоинством является то, что необходимо всего два симистора (тиристора) Главный недостаток связан с искажением формы синусоиды, они могут сильно гудеть, также могут гудеть и приборы, подключенные на выход такого стабилизатора.

ТРАНЗИСТОРНЫЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
Практически мало распространены из-за большой себестоимости. Их принцип работы - из сетевого напряжения! высокочастотным способом формируется корректирующее синусоидальное напряжение и с помощью трансформатора суммируется с входным напряжением и стабилизированное напряжение подается на выход. Трансформатор в данном случае, используется как универсальный смеситель переменного напряжения. Их дополнительное преимущество состоит и в том что, через транзисторы идет не (полная мощность, а только добавочная, что улучшает надежность.

ON-LINE
Эти высокочастотные стабилизаторы могут полностью восстанавливать форму синусоиды и могут иметь гальваническую развязку входа и вывода. Их главным недостатком является очень большая себестоимость на единицу мощности. Сейчас на рынке есть промежуточный вариант - On-line-стабилизаторы без применения трансформаторов, относительно недорогие. Это - единственный тип, где возможны неисправности которые приведут к постоянной составляющей на выходе 4- трансформаторы и двигатели сгорают сразу (может спасать только малая мощность стабилизаторов).

К сожалению практически невозможно разработать идеальный тип стабилизатора, все имеют и достоинства и недостатки.

Например, большая скорость реакции - как правило, и большая чувствительность к помехам. Малая скорость - входной сигнал может быть заинтегрирован и не будет чувствительности к помехам. При большой скорости стабилизации напряжения надо оперативно принимать решения или использовать очень сложный алгоритм для подавления помех. Особенно важно определение начала синусоиды, и только ошибка определения начала синусоиды может вызвать сбой всего стабилизатора.

Если есть постоянные скачки напряжения более 20 - 30 В то необходимо выбирать бесконтактные быстродействующие стабилизаторы.

Если напряжение просто низкое или высокое, то контактные стабилизаторы (релейные или сервоприводные) имеют преимущества хотя бы по КПД.

Если рассматривать вопрос выбора стабилизатора напряжения через призму тематики журнала - котлы отопления, то у котлов отопления есть внутренний стабилизатор, который обеспечивает работу в диапазоне более 190 -255В, поэтому диапазон стабилизатора может быть очень широким (195- 245В). Платы управления выдерживают паузу до 10 миллисекунд, поэтому помеха (разрыв цепи) до 4 миллисекунд не будет влиять на работу котла. То есть недостатки релейных стабилизаторов вообще не будут проявляться и останутся только одни преимущества. Что и подтверждает 7-летний опыт эксплуатации релейных стабилизаторов для котлов отопления.

При необходимости восстановления синусоиды можно применить Оn-Linе-стабилизатор или более надежный резонансный фильтр 50 Гц.

Получается, что нет одного идеального типа стабилизатора, все имеют свои достоинства и недостатки, и это естественно.

Для конкретных условий эксплуатации при учете многих потребительских критериев лучшим данного конкретного случая может оказаться абсолютно любой тип стабилизатора.