Виды стабилизаторов
На электротехническом рынке представлено несколько стабилизаторов – релейные, электромеханические, тиристорные/симисторные (электронные) и инверторные. Условно их можно разделить на два типа – трансформаторные и бестрансформаторные.
Трансформаторные
Первый тип основан на работе автотрансформатора – электромагнитного устройства, которое выполняет преобразование энергии. На его первичную обмотку подается напряжение из электросети. Вторичная обмотка разделена на несколько секторов/секций с отводами, с одного из которых напряжение забирается токосъемным элементом и подается на нагрузку. Сигнал снимается с того сегмента трансформатора, значение напряжения которого более приближено к номинальному – 220 В или 230 В.
Токосъемным элементом в зависимости от типа устройства может быть блок силовых реле, сервопривод с графитовым роликом или блок тиристоров/симисторов. Каждое в блоке реле или симистор/тиристор соответствует одной или нескольким ступеням (шагам) стабилизации. Чем их больше, тем плавнее и точнее будет коррекция поступающего сигнала.
Бестрансформаторные
Второй тип без автотрансформатора и коммутирующих компонентов. Вместо них преобразование энергии выполняет выпрямитель и инвертор. Сначала сигнал из сети поступает на выпрямитель, который из переменного напряжения делает постоянное. Это позволяет очистить его от искажений, скачков и просадок. Затем инвертор снова делает напряжение переменным, но уже с заданным значением – 220 В или 230 В, в зависимости от характеристик устройства.
У бестрансформаторных моделей нет коммутационных элементов, поэтому коррекция напряжения выполняется бесступенчато и мгновенно. На нагрузку стабильно и без задержек подается сигнал с высокой точностью и идеальной синусоидальной формой, независимо от искажений на входе.
Схема релейного стабилизатора
В схему релейных стабилизаторов входят: трансформатор, блок силовых реле, сетевые фильтры, плата управления (измеряет напряжение на входе) и блок индикации. Сигнал из электросети проходит через фильтр сетевых помех и измеряется платой правления. Значение сравнивается с номиналом. При его отклонении плата подключает к трансформатору тот релейный элемент, в сегменте которого будет обеспечено необходимое значение напряжения.
Плата управления может отключать стабилизатор, если в цепи возникает короткое замыкание, токовая перегрузка, импульсные перенапряжения или сетевая авария (чрезмерно высокое или низкое напряжение сети).
Схема их работы представлена ниже.
Преимущества и недостатки их схемы приведены ниже в таблице.
| Преимущества | Описание |
| Простой принцип действия | Отсутствие подвижных частей в конструкции и минимальное количество электронных компонентов. |
| Способность к высоким перегрузкам | Трансформатор обеспечивает большую перегрузочную способность, благодаря которой приборы справляются с высокими пусковыми токами подключенного оборудования. В среднем они выдерживают 2-х или 3-х кратные перегрузки. |
| Широкий диапазон температуры | Минимальное количество электронных узлов внутри корпуса позволяет устройствам работать в широком диапазоне температур окружающей среды (-20 - +40 °C) и не требует охлаждения. |
| Низкая стоимость | Сравнительно низкая стоимость по сравнению с другими типами приборов за счет простой схемы работы. |
| Недостатки | Описание |
| Ступенчатая регулировка |
Ступенчатый принцип стабилизации не позволяет:
|
| Ограниченный срок службы | Реле постепенно механически изнашиваются. Чем чаще они срабатывают, тем быстрее приходят в негодность. Срок службы зависит от их качества, периодичности и силы перепадов сетевого напряжения. |
| Шумность | Во время переключения силовых реле издаются характерные щечки. Они могут быть громкими или, наоборот, практически неслышными. Но звук всегда доносятся из корпуса, когда устройство стабилизирует сигнал. |
Схема электромеханического стабилизатора
В состав электромеханических стабилизаторов входят: автотрансформатор, плата управления, сервопривод с токосъемным контактом (роликом или стержнем), сетевые фильтры и блок индикации.
Входное напряжение сначала проходит через фильтры сетевых помех и измеряется платой управления. Если сигнал не соответствует номинальному значению. Плата подает команду сервоприводу для запуска токосъемного ролика или стержня, который перемещается по вторичной обмотке трансформатора в сторону увеличения или уменьшения выходного напряжения.
Плата управления также следит за возможными авариями в электросети и отключает устройства, например, при токах КЗ или перегрузке по выходу.
Схема работы приборов представлена ниже.
Преимущества и недостатки электромеханических моделей приведены в таблице ниже.
| Преимущества | Описание |
| Способность к высоким перегрузкам | Наличие трансформатора позволяет подключать нагрузку с высокими пусковыми токами (в среднем в 2-3 раза превышающими выходную мощность стабилизатора). |
| Высокая точность | Так как один шаг или ступень стабилизации равен напряжению одного витка вторичной обмотки устройства способы обеспечить более точное значение выходного напряжения, чем релейные модели. |
| Плавная регулировка | Токосъёмный элемент перемещается по обмоткам трансформатора плавно и бесступенчато, не создавая обрывов в электропитании нагрузки. |
| Недостатки | Описание |
| Медленная скорость реакции | При значительных и резких перепадах напряжения медленно регулируют выходной сигнал. Сервопривод не может быстро переместить токосъемный элемент до необходимой обмотки трансформатора. |
| Ограниченный срок службы | При регулярных скачках в сети сервопривод будет постоянно перемещаться, что приведет к быстрому износу этого механического узла. |
| Шумность | Во время работы сервопривод издает характерный звук – механическое жужжание, которое может мешать пользователям. Поэтому приборы в основном размещают в нежилых помещениях. |
| Необходимость обслуживания | В схеме присутствует механические элементы, которые требуют периодического обслуживания, включая очистку от пыли и замену токосъемных узлов. |
Схема электронного стабилизатора
Электронные стабилизаторы, к которым относятся тиристорные и симисторные модели, включают: автотрансформатор, блок электронных полупроводниковых ключей (симисторов или тиристоров), панель управления, сетевые фильтры и блок индикации.
Напряжение из электросети проходит через фильтр высокочастотных помех, далее сигнал измеряет плата управления и в случае его отклонения подает команду блоку электронных ключей (тиристоров или симисторов), один из которых соединяется с тем сегментом вторичной отмотки трансформатора, который обеспечит необходимое значение сигнала на выходе. Принцип действия схож с релейными моделями, однако за счет полупроводниковых ключей полностью исключены механические манипуляции.
Плата управления следит и за параметрами выходного сигнала, чтобы при появлении в сети чрезмерно высокого или низкого напряжения выполнить аварийное отключение.
Схема работы электронного стабилизатора представлена ниже.
| Преимущества | Описание |
| Отсутствие шума | Не имеют в своем составе механических элементов, поэтому во время работы практически бесшумны. |
| Быстрая реакция | Имеют более высокую скорость срабатывания на перепады напряжения, которая составляет в среднем 10 мс. |
| Высокая перегрузочная способность | За счет наличия автотрансформатора могут работать с нагрузкой, имеющей высокие пусковые токи. |
| Большой срок эксплуатации | Из-за отсутствия механических узлов их срок службы превышает релейные и электромеханические модели. |
| Недостатки | Описание |
| Ступенчатая регулировка | Ступенчатость коррекции напряжения негативно влияет на качество выходного напряжения и скорость срабатывания. |
| Высокая стоимость | По сравнению с релейными и электромеханическими моделями они имеют более высокую стоимость, если сравнивать приборы одинаковой мощности. |
| Несинусоидальность выходного напряжения | Некоторые модели выдают напряжение несинусоидальной формы. Для многих электроприборов (например, в составе которых присутствует асинхронный двигатель) такой сигнал недопустим. |
Схема инверторного стабилизатора
Инверторные стабилизаторы состоят из выпрямителя, конденсатора, инвертора, панели управления, сетевых фильтров и системы индикации.
Переменное напряжение из электросети проходит через фильтр высокочастотных помех, переводится выпрямителем в постоянное. Затем конденсатор (промежуточный накопитель энергии) накапливает электрический заряд (для непрерывности стабилизации напряжения и исключения задержек при реакции на колебания сети). Далее инвертор переводит напряжение обратно в переменное, но уже заданного значения. Такой принцип позволяет корректировать напряжение в постоянном режиме.
Плата управления обеспечивает электронную защиту от многих аварийных ситуаций, которые могут случаться в электросети или с самим прибором, например, от короткого замыкания, перегрузка по выходу, внутреннего перегрева, чрезмерно высокого или низкого напряжения сети или сбоя в работе.
Схема работы инверторного стабилизатора представлена ниже.
