Особенности работы стабилизаторов напряжения
Стабилизатор напряжения представляет собой силовую установку, функция которой заключается в постоянном поддержании выходного напряжения в значении, близком к номиналу, и защите подключенного оборудования от негативного воздействия некачественного сигнала, поступающего из электросети.
На электротехническом рынке сегодня представлено несколько типов стабилизаторов переменного напряжения:
- релейные;
- электромеханические;
- тиристорные/симисторные (электронные);
- инверторные (двойного преобразования).
По принципу действия все вышеуказанные устройства можно условно разделить на два вида – трансформаторные и бестрансформаторные. Разберем подробно, как работают данные устройства.
Работа трансформаторного стабилизатора напряжения
Принцип действия трансформаторных стабилизаторов включает три этапа, которые выполняются непрерывно последовательно.
| Этап работы | Описание |
| Измерение напряжения на входе (из электросети) |
За входным напряжением следит плата управления стабилизатора, непрерывно измеряя параметры сети:
В дорогих моделях плата управления также выполняет защиту стабилизатора при перегрузке, перегреве или коротком замыкании, обесточивая его или переводя на байпас. О том, что такое байпас, можно узнать в статье «Что такое байпас стабилизатора напряжения?». |
| Коррекция напряжения |
Коррекция напряжения осуществляется с помощью трансформатора и коммутирующего элемента, которым, в зависимости от устройства, является:
Трансформатор – это ключевой компонент стабилизатора. Он состоит из двух обмоток – первичной и вторичной. На первичную напряжение поступает из сети, со вторичной – уходит на нагрузку.  Трансформатор релейного стабилизатора напряжения Коммутирующий элемент стабилизатора снимает напряжение с того сегмента вторичной обмотки трансформатора, которая обеспечивает наиболее приближенное значение к номиналу. Тем самым происходит доведение выходного напряжения до необходимого значения: если в электросети фиксируется просадка сигнала, то устройство повышает выходное напряжение, если перенапряжение, то, наоборот, понижает. Коррекция напряжения выполняется в определенном рабочем диапазоне, на который рассчитан стабилизатор. Чем он шире, тем более значительные скачки и просадки напряжения может скорректировать устройство. От коммутирующего элемента стабилизатора зависит скорость срабатывания устройства на скачки и просадки напряжения.Самыми быстрыми трансформаторными стабилизаторами считаются релейные и тиристорные/симисторные. Время срабатывания у них может составлять в среднем 5-10 мс. Электромеханические более медлительные. Их время реакции на скачки может составлять более 100 мс. |
| Подача скорректированного напряжения на нагрузку |
После выполнения коррекции напряжения стабилизатор подает исправленный сигнал на подключенные электроприборы. Чем выше точность стабилизации устройства, тем качественнее сигнал будет на его выходе. Точность стабилизации, как и быстродействие, также будет зависеть от коммутирующих элементов, которые используются стабилизатором. Электромеханические модели выдают более точное значение выходного напряжения – у них отклонение от номинала составляет в среднем 2-3%. Релейные и тиристорные/симисторные обладают меньшей точностью – примерно ±5-10%. Это укладывается в требования ГОСТа 29322-92 «Стандартные напряжения», согласно которому отклонения напряжения не должны превышать ±10% от номинального значения. Однако некоторым видам электроприборов, которые испытывают повышенную чувствительность к малейшими отклонениям поступающего сигнала (например, измерительной аппаратуры, осветительной техники и некоторых критически важных бытовых электроприборов) требуется более качественный сигнал. |
Схема работы трансформаторного стабилизатора напряжения
Рассмотрим схему работы трансформаторного стабилизатора на примере электромеханической модели.
Работа инверторного стабилизатора напряжения
Принцип действия инверторного стабилизатора с двойным преобразованием энергии выполняется совершенно иным способом. Его работу также можно условно разделить на три последовательных этапа.
| Этап работы | Описание |
| Измерение напряжения на входе (из электросети) |
В составе инверторных моделей присутствует микроконтроллер, который непрерывно измеряет напряжение на входе. Кроме этого, данный элемент выполняет другие важные задачи:
|
| Коррекция напряжения |
Инверторные стабилизаторы выполняют не коррекцию напряжения, как это происходит в трансформаторных моделях, а двойное преобразование энергии, выполняемое двумя элементами: выпрямителем и инвертором. Сначала переменное нестабильное напряжение выпрямляется и становится постоянным, а затем преобразуется снова в переменное, но уже с заданным значением.  Электронная плата без трансформатора и коммутирующих элементов у инверторных стабилизаторов Данная схема работы обеспечивает:
Именно за счет данных качеств инверторные модели эффективно работают в самых нестабильных электросетях, в которых периодически встречаются сильные и резкие колебания напряжения. |
| Подача напряжения на нагрузку |
После двойного преобразования стабилизатор подает исправленный сигнал на подключенную нагрузку. По сути, устройство формирует переменное напряжение заново, поэтому выходной сигнал приобретает высокую точность (погрешность не составляет более 2% от номинального значения) и идеальную синусоидальную форму. Кроме того, инверторная технология позволяет накапливает энергию внутри устройства в специальных конденсаторах. Это позволяет обеспечивать бесперебойную работу электроприборов при кратковременных обрывах сети (до 200 мс), которые могут случаться в нестабильных электросетях. |
Схема работы инверторного стабилизатора напряжения
Рассмотрим схему работы инверторного стабилизатора напряжения.
Влияние стабилизатора напряжения на электроприборы
Стабилизатор является необходимым элементом в электросетях, где встречаются сильные колебания напряжения. Устройство оказывает положительное влияние на работу подключенные электроприборы в таких важных аспектах, как безопасность, экономичность и продолжительность срока службы. Разберем их подробнее.
| Аспект | Описание |
| Безопасность |
Стабилизатор напряжения обеспечивает безопасную работу нагрузки при просадках напряжения и перенапряжениях в электросети. Оборудование не выйдет из строя из-за колебаний входного сигнала и, соответственно всегда будет работать корректно. Кроме этого, многие модели стабилизаторов также оснащены защитой от импульсных перенапряжений, которые могут вызваны разрядами молний, и короткого замыкания. |
| Продолжительность срока службы |
Электроника, работающая от стабильного и качественного электропитания, обычно функционирует гораздо дольше, чем приборы без защиты от колебаний сети. |
| Экономичность |
Скачки напряжения могут привести к дополнительным потерям электроэнергии. Стабилизатор позволяет оптимизировать энергопотребление. Колебания напряжения не приведут к перерасходу электроэнергии, так как подключенное оборудование будет обеспечено качественным питанием. |
Так как выходные технические характеристики у разных типов стабилизаторов существенно отличаются, то при подборе модели для защиты нагрузки необходимо выяснить подходит ли стабилизатор по всем параметрам под требования подключаемого оборудования. Несоответствие характеристик может привести к некорректной работе электроприборов. О том, как подобрать стабилизатор, можно узнать в статье – Как выбрать стабилизатор напряжения?
Инверторные стабилизаторы напряжения бренда «Штиль» – комментарий эксперта
Российский производитель систем электропитания «Штиль» выпускает широкий модельный ряд однофазных и трехфазных инверторных стабилизаторов нового поколения, которые основаны на бестрансформаторной технологии двойного преобразования энергии.
За счет инновационного принципа действия устройства имеют высокие технические характеристики, позволяющие им работать в самых неустойчивых электросетях, обеспечивая стабильное электропитание чувствительной к качеству сигнала нагрузки.
Преимуществами инверторных стабилизаторов «Штиль» являются:
- мгновенное быстродействие (0 мс);
- расширенный диапазон коррекции напряжения (90-310 В);
- выходное напряжение с погрешностью не более 2% и идеальным синусом;
- бесперебойная работа при кратковременном пропадании напряжения в сети (до 200 мс).
Кроме того, данные модели имеют следующие особенности:
- фильтры высокочастотных помех на входе и выходе;
- защиту от импульсных перенапряжений;
- многоуровневую защиту от сетевых аварий, перегрузки, перегреве или сбоев в работе;
- широкий диапазон входной частоты, что упрощает работу с генераторными установками.
Игорь Кривенцов,
Технический эксперт ГК «Штиль»