Сравнение типов стабилизаторов напряжения

Перед покупкой стабилизатора напряжения у многих возникает вопрос "Какой тип стабилизатора лучше?"

Универсального ответа, как водится, нет. Можно лишь ответить на вопрос какой стабилизатор напряжения подходит именно Вам и для Ваших условий - всё зависит от того для чего вы покупаете стабилизатор (нормализатор) напряжения. Постараемся помочь в правильном выборе стабилизатора напряжения.

Подавляющее большинство стабилизаторов напряжения, представленных в настоящее время на российском рынке, по типу стабилизации напряжения можно разделить на 3 группы: электромеханические, релейные (сюда же отнесем и электронные стабилизаторы) и электромагнитные. Рассмотрим каждый из типов подробнее.

Релейный стабилизатор напряжения

Сейчас этот тип стабилизаторов напряжения можно назвать самым распространенным в России благодаря низкой стоимости.

Релейные стабилизаторы напряжения относятся к классу автотрансформаторных стабилизаторов со ступенчатым регулированием напряжения путем переключения отводов (обмоток) силового автотрансформатора с помощью электромеханических силовых реле. То есть повышение/понижение напряжения на выходе стабилизатора идет параллельно повышению/понижению напряжения на входе стабилизатора. Рассмотрим схему переключения обмоток ступенчатого стабилизатора на примере Sassin Black Series РСН.

 Точность выходного напряжения стабилизатора Sassin Black Series РСН составляет 220В±8%, т.е. 203-237В (согласно ГОСТ 13109-97 "Нормы качества электрической энергии в системах  электроснабжения" продаваемое в России бытовое электрооборудование должно работать при напряжении 220В±10%). Например, если входное напряжение составляет 190В, то на выходе стабилизатор будет выдавать 228В, при повышении входного напряжения на 5В - на выходе будет 233В (идет параллельно с входным), однако при дальнейшем повышении U входного до 200В, произойдет переключение обмотки стабилизатора и на выходе будет уже 218В. При падении напряжения на входе принцип действия аналогичен, но стоит отметить, что, например, при повышении входного напряжения до 210В, на выходе будет 230В, а при понижении Uвходного до 210В - на выходе из стабилизатора будет 210В. Такова особенность данного типа стабилизаторов напряжения.

Из вышесказанного можно также сделать вывод, что релейный стабилизатор напряжения не может постоянно на выходе показывать напряжение ровно 220В!

Если стабилизатор постоянно показывает на дисплее выходное напряжение "220" (а такое встречается у некоторых дешевых и низкокачественных марок), то стоит задуматься - а действительно ли оно 220В или просто светодиоды у дисплея выложены в форме цифры "220" (для снижения себестоимости) и он в принципе не может показывать другое число...

Стоит отметить, что точность стабилизации напряжения на выходе зависит от количества ступеней (ключей) автотрансформатора - чем больше обмоток у вольтодобавочного трансформатора, тем точнее напряжение на выходе, но тем и выше цена стабилизатора.

Одним из главных достоинств релейного стабилизатора является высокая скорость стабилизации напряжения - производители заявляют о времени стабилизации от 20 мс, однако в реальной эксплуатации это время составляет порядка 0,1-0,15 секунды и как правило не зависит от величины скачка напряжения (при точности стабилизации 8% скорость составляет более 250В/сек, при точности стабилизации в 5% - около 180 В/сек).

Также же к достоинствам данного типа стабилизаторов относятся:

• малые габариты, так как в вольтодобавочном трансформаторе циркулируют только компенсирующие мощности нагрузки;
• широкий диапазон стабилизации входного напряжения (например, для Sassin Black Series РСН при нагрузке составляет 140-270В при сохранении мощности на выходе более 80% от номинальной);
• допускаемая длительная перегрузка в 110% от номинальной и перегрузочная способность до двукратной в течение 4 секунд, так как реле непосредственно цепь нагрузки не коммутирует и работает в более благоприятном режиме - с меньшими токами;
• не искажает форму синусоиды тока на выходе, низкая чувствительность к частоте и искажениям входного напряжения;
• широкий температурный режим эксплуатации (как правило, -20…+40ºС), ограниченный температурной характеристикой применяемых реле;
• низкая стоимость по сравнению с другими типами стабилизаторов;
• практически бесшумная работа;
• долговечность работы зависит в большинстве случаев только от качества переключающих реле и может доходить до 10 лет.

Главным же недостатком релейного (как и электронного) стабилизатора можно назвать как раз ступенчатый способ стабилизации. Если использовать данный стабилизатор, например, на всю квартиру или коттедж, то, при точности выходного напряжения более 2%, в светильниках с лампами накаливания (к которым относятся и галогенные лампы) будет заметно резкое изменение накала лампы (освещенности) при переключениях обмоток стабилизатора (то есть при отработке просадок и всплесков напряжения).

К недостаткам же стоит отнести и то, что чем более точен стабилизатор на выходе, тем меньше скорость стабилизации напряжения, так как чем точнее стабилизатор, тем больше в нем обмоток трансформатора, следовательно большее количество ступеней (реле) нужно будет переключить прежде, чем всплеск напряжения будет отработан.

Релейный стабилизатор напряжения рекомендуется выбирать с запасом по мощности 20-30%, особенно это актуально для дешевых марок, у которых номинальная мощность часто бывает завышена.

Большинство продаваемых в России стабилизаторов релейного типа производятся в Китае, хотя некоторые и утверждают, что их стабилизаторы произведены в Европе или Прибалтике. Но при этом продавцы не могут ответить на вопрос, почему такие "европейские" стабилизаторы стоят дешевле, чем произведенные на крупных китайских предприятиях.

По принципу действия ступенчатые электронные стабилизаторы схожи с релейными, только переключение обмоток автотрансформатора происходит при помощи тиристоров или симисторов. Отсутствие механических деталей и механического износа позволяют продлить срок службы стабилизатора, что позволяет давать на изделия бóльшую гарантию. Так, например, на стабилизатор Volter даётся гарантия 5 лет и еще 5 лет гарантийного обслуживания (оплачиваются только комплектующие по себестоимости), т.е. производитель гарантирует безотказную работу стабилизаторов Volter в течение 10 лет, а если в течение первых 5 лет гарантийного срока обнаружится неисправность стабилизатора Volter, то его просто заменят новым.

В целом, плюсы и минусы релейных и электронных ступенчатых стабилизаторов напряжения совпадают. Точно так же точность стабилизации напряжения на выходе зависит от количества обмоток трансформатора, но чем больше этих ступеней, тем ниже скорость отработки скачков напряжения. Именно поэтому в стабилизаторах Volter повышенной точности (модификации ПТ с точностью стабилизации 220В+2В/-3В и ПТТ с точностью 220В+0,7В/-1,5В) для повышения скорости стабилизации используется двухкаскадная система регулирования: первый каскад стабилизации регулирует напряжение грубо, а далее, пройдя "первичную обработку", напряжение доводится до требуемой точности ключами второго каскада - это как два стабилизатора в одном, только ключи управляются одним процессором, что синхронизирует работу каскадов.

Однако у электронных стабилизаторов ниже перегрузочная способность (порядка 20-40% в течение нескольких секунд) и бóльшая чувствительность к помехам сети. Из-за того, что в электронных стабилизаторах используются полупроводниковые элементы, усложняется конструкция и, как следствие, повышается стоимость.

Электромеханический стабилизатор напряжения

Электромеханический стабилизатор напряжения переменного тока представляет собой вольтодобавочный трансформатор напряжения, автоматическое регулирование которого осуществляется с помощью поворотного щеточного контакта, оснащенного сервоприводом - автоматически управляемым электромеханическим приводом.

Характеристики вольтодобавочного трансформатора, через который подается компенсирующая мощность, и параметры щеточного узла электромеханического стабилизатора (например, одна или две щётки) определяют основные эксплуатационные характеристики (в том числе и скорость отработки просадок и всплесков напряжения).

Однофазные электромеханические стабилизаторы мощностью до 3000ВА (вольтампер) имеют, как правило, один автотрансформатор и один щеточный узел (двухщёточные стабилизаторы не нашли широкого применения из-за более высокой цены), модели мощностью 5-10кВА обычно еще оснащаются и вольтодобавочным трансформатором. Мощные однофазные электромеханические стабилизаторы могут быть с двумя или тремя трансформаторами. Трехфазный стабилизатор напряжения конструктивно представляет собой три однофазных стабилизатора с общей защитной электроникой.

Самым главным преимуществом стабилизаторов электромеханического типа является плавность регулировки напряжения и высокая точность стабилизации при относительно низкой стоимости.

К плюсам данных стабилизаторов напряжения так же относятся:

• широкий диапазон входных напряжений - для стабилизатора Энергия СНВТ New Line 130-260В; 
• отсутствие искажений напряжения на выходе;
• достаточно высокая перегрузочная способность (до 200% в течение нескольких секунд);
• низкая чувствительность к помехам и искажениям формы, частоты тока и напряжения на входе, что делает возможным применение электромеханических стабилизаторов в промышленных условиях;
• бесшумная работа при отсутствии перепадов напряжения и с нулевой нагрузкой.

Главным же недостатком электромеханических стабилизаторов является наличие движущихся частей. Наличие скользящего контакта между графитовой щеткой и катушкой автотрансформатора - в зависимости от частоты перепадов напряжения щетки потребуют замены через 3-7 лет (правда, данная операция в большинстве случаев является простой и недорогой). А примерно через 5-10 лет вследствие механического износа может потребоваться ремонт или замена сервопривода щетки.

Так же минусами данных стабилизаторов можно назвать еще:

• температура окружающей среды должна быть не ниже -5ºС;
• относительно невысокая скорость стабилизации напряжения (10-40В/сек или до 10% значения входного напряжения за 0,5 секунды). Некоторые стабилизаторы имеют по две щетки на автотрансформатор, что вдвое повышает скорость срабатывания (но и повышает стоимость стабилизатора);

• работа сервопривода сопровождается характерным звуком в течение времени, необходимого для стабилизации напряжения на выходе стабилизатора (как правило, доли секунды).

Электродинамический стабилизатор напряжения можно назвать одной из разновидностей электромеханического стабилизатора. К такому типу можно отнести итальянские стабилизаторы Ortea.

Электродинамические стабилизаторы лишены некоторых недостатков обычных электродинамических сервоприводных стабилизаторов. Они более надежны, так как вместо графитовой щетки используется ролик, который практически не изнашивается, нормально работать они могут уже при температурах выше -15ºС. Перегрузочная способность такого стабилизатора составляет 200% в течении 2 минут. Однако, всё это увеличивает и стоимость.

Летом 2012 года с началом продаж стабилизаторов серии Энергия СНВТ Hybrid на российском рынке появилась еще одна разновидность электромеханического типа — комбинированный или гибридный стабилизатор напряжения.

Главное отличие гибридного типа от электромеханического состоит в том, что в него как бы добавлено два релейных стабилизатора. Релейная часть включается в работу, когда электромеханическая уже не может обеспечить напряжение 220 В на выходе — то есть при аномально низком или высоком сетевом напряжении. Если входное напряжение колеблется в диапазоне 144—256 В, то гибридный ничем не отличается от электромеханического регулятора Энергия СНВТ New Line. Но если входное напряжение опускается 144 вольт (диапазон ) или повышается больше 256 В, то в работу вступает релейная часть, которая расширяет диапазон рабочих напряжений до впечатляющих 105-280 вольт! Точность выходного напряжения стабилизатора комбинированного типа Энергия СНВТ Hybrid равна ±3% (при Uвх=144—256 В) и ±10% (при Uвх=105—150 В или Uвх=256—280 В).

Зависимость выходного от входного напряжения стабилизатора комбинированного типа Энергия СНВТ Hybrid

Электромагнитный стабилизатор напряжения

Другое название данного типа - стабилизатор напряжения с подмагничиванием трансформатора, так как регулирование напряжение на выходе происходит за счет регулировки магнитных потоков в сердечнике трансформатора, то есть местного подмагничивания.

Конструктивно автотрансформатор такого типа стабилизатора имеет магнитопровод и систему обмоток, которые меняют коэффициент трансформации напряжения.

Подмагничивание автотрансформатора регулируется с помощью полупроводникового тиристорного регулятора.

Основными плюсами такого типа являются быстрая скорость стабилизации (более 100В в секунду) и теоретически широкий температурный рабочий диапазон (-40..+50ºС). А при отсутствии перегрузок электромагнитный стабилизатор имеет большой срок службы. 

Но у данного типа минусы скорее перевешивают плюсы:

• узкий диапазон входных напряжений (170-250В), так как электромагнитные стабилизаторы крайне чувствительны к перегрузкам (не выдерживают перегрузки более 50% в течение нескольких секунд);
• решение проблемы плавающей стабилизации напряжения (хотя есть модели с декларируемой точностью 1%) на выходе приводит к повышению стоимости;
• большой вес;
• постоянный шум (гудение) при работе;
• сильное искажение напряжения сети и сильнейшая генерация высоких гармоник из-за нелинейности характеристик стали сердечника и системы переключения (что особенно влияет на работу компьютеров и аудиосистем). Применение специальных фильтров в конструкции стабилизатора уменьшает искажение формы выходного сигнала, но увеличивает стоимость;
• высокая чувствительность к отклонению частоты сети от 50Гц;
• стабилизатор не может работать при нагрузке меньше 10-20% от номинальной, так как необходим определенный ток для намагничивания стали сердечника;
• трехфазные стабилизаторы (в отличие от вышеописанных типов) чувствительны к перекосу фаз.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения

Принцип действия основан на использовании эффекта магниторезонанса (феррорезонанса) напряжения в контуре трансформатор-конденсатор.

Феррорезонансный стабилизатор состоит из дросселя с насыщенным сердечником, дросселя с ненасыщаемым сердечником (имеющим магнитный зазор) и конденсатора.

Особенность вольтамперной характеристики насыщенного дросселя в том, что напряжение на нём мало изменяется при изменении тока через него. Подбором параметров дросселей и конденсаторов обеспечивалась стабилизация напряжения при изменении входного напряжения в достаточно широких пределах, но незначительное отклонение частоты питающей сети очень сильно влияло на характеристики стабилизатора.

Данный тип стабилизаторов был разработан в 60-х гг прошлого века и в настоящее время практически уже не используется. Зато они были распространены во времена СССР. Через бытовые магниторезонансные стабилизаторы обычно подключали телевизоры, так как в первых моделях телевизоров применялись сетевые блоки питания с линейными стабилизаторами напряжения (а в некоторые цепи и вовсе питались нестабилизированным напряжением), которые не всегда справлялись с колебаниями напряжения сети, особенно в сельской местности, что требовало предварительной стабилизации напряжения. С появлением телевизоров с импульсными блоками питания, необходимость в дополнительной стабилизации напряжения сети отпала.

Достоинством феррорезонансного стабилизатора является высокая точность поддержания выходного напряжения на уровне 1-3%. Но повышенный уровень шума и зависимость качества стабилизации от величины нагрузки делают некомфортным его использование в быту.

Современные феррорезонансные стабилизаторы лишены этих недостатков, но стоимость их высока, поэтому они широкого распространения в качестве бытовых не получили.

Статьи по теме:

Скачки сетевого напряжения и их последствия

Выбор стабилизатора напряжения

Сравнение электромеханических стабилизаторов напряжения

Разделы каталога:

Стабилизаторы напряжения Энергия, Sassin, Volter

Стабилизаторы напряжения ORTEA (Италия)

Внимание! При полном или частичном копировании материалов данной статьи или другой информации с сайта www.electromirbel.ru, обязательно наличие активной ссылки, ведущей на главную страницу www.electromirbel.ru или на страницу с копируемым материалом. Гиперссылка не должна быть запрещена к индексации поисковыми системами (например, с помощью тегов noindex, nofollow и т.д.)!!!

© ООО "Электромир", 2010. Обновление 2012.

• Выбор стабилизатора напряжения
• Скачки сетевого напряжения и их последствия
• Сравнение электромеханических стабилизаторов напряжения