Типы стабилизаторов напряжения и их главные отличия

Какие бывают типы стабилизаторов?

Стабилизатор переменного напряжения – это устройство, которое корректирует напряжение из сети и подаёт на подключённую технику значение, близкое к номинальному: 220/230 В для однофазной сети или 380/400 В для трёхфазной.

Все они решают одну задачу – корректируют пониженное, повышенное или нестабильное напряжение. Но делают это по-разному: отличаются способом регулирования, скоростью реакции, точностью стабилизации, рабочим диапазоном, уровнем шума, перегрузочной способностью и качеством выходного напряжения.

Например, трансформаторные модели корректируют напряжение за счёт переключения или изменения обмоток трансформатора, а инверторные работают по принципу двойного преобразования и формируют выходное напряжение с заданными параметрами.

Ниже разберём основные типы стабилизаторов, их принцип работы, преимущества, ограничения и сценарии применения.

Характеристики и особенности стабилизаторов релейного типа

У этих типов стабилизаторов применена трансформаторная технология коррекции сетевого напряжения. В своем составе приборы имеют автотрансформатор, блок силовых реле и электронную плату управления.

Процесс стабилизации в релейных изделиях выполняется через трансформатор. Плата управления устройства непрерывно анализирует значение входного сигнала, поступающего из сети и, если возникает скачок или просадка напряжения, то силовое реле прибора коммутирует необходимый сегмент трансформаторной обмотки, чтобы выходное напряжение приблизилось к номинальному значению.

Поскольку регулировка напряжения у релейных стабилизаторов ступенчатая, реакция на изменение параметров сети происходит с задержкой, которая может доходить до 10-20 мс. Из-за недостаточного быстродействия они не обеспечивают полноценную защиту от резкого повышения напряжения или его просадок. Частые скачки, происходящие в электросети, снижают качество работы силового реле и значительно ускоряют его износ.

Точность выходного сигнала у релейных типов стабилизаторов зависит от количества ступеней регулировки и её скорости. Погрешность выходного сигнала у них может доходить до 10% от номинального значения, что не подходит для электрочувствительных приборов. Из-за дискретности корректировки сигнала происходят микроразрывы в электропитании и искажение формы выходного сигнала.

В релейных стабилизаторах нет мощных электронных ключей, характерных для электронных моделей. Поэтому они проще по силовой части, обычно не требуют вентиляторного охлаждения и могут работать при отрицательной температуре, если это предусмотрено производителем.

Их внутренний блок силовых реле во время корректировки сигнала издает характерные щелчки при переключении сегментов обмотки трансформатора. Из-за этого они в основном устанавливаются в нежилых помещениях.

Сильные и слабые стороны релейных типов стабилизаторов приведены в таблице ниже.

Релейные типы стабилизаторов подходят для защиты нетребовательной к качеству электропитания нагрузки (например, кухонных электроприборов, систем освещения, телевизионной техники и некоторых электроинструментов) в относительно стабильных электросетях. Приборы могут устанавливаться в отдельных технических помещениях, не имеющих отопления.

Характеристики и особенности электромеханических стабилизаторов

Электромеханические стабилизаторы также относятся к трансформаторным моделям. Коррекция напряжения в них выполняется за счёт перемещения токосъёмного контакта по обмотке трансформатора. Такой принцип позволяет регулировать напряжение более плавно, чем в релейных моделях.

К преимуществам электромеханических стабилизаторов относят сравнительно высокую точность и плавность регулировки. Но у них есть существенные ограничения: низкая скорость реакции на резкие скачки, наличие подвижных механических элементов, износ сервопривода и щёток, шум при работе и повышенные требования к условиям эксплуатации.

Из-за медленной реакции электромеханические стабилизаторы не лучший выбор для сетей с резкими перепадами напряжения и для чувствительной электроники. Их чаще используют там, где напряжение меняется плавно, без частых и быстрых скачков.

Характеристики и особенности стабилизаторов электронного типа

По схеме своей электронные типы стабилизаторов аналогичны релейным типам, только в своем составе вместо силовых реле они имеют электронные ключи – симисторы или тиристоры. Тиристорные и симисторные стабилизаторы обычно относят к электронным стабилизаторам. Их принципиальное отличие от релейных моделей в том, что переключение ступеней трансформатора выполняют не механические реле, а полупроводниковые ключи. Поэтому такие устройства работают тише, не имеют механического износа реле, но всё равно относятся к ступенчатым стабилизаторам и не являются инверторными.

Процесс коррекции напряжения у них контролирует микропроцессор. При обнаружении отклонения параметров сети активизируется силовой ключ (тиристор или симистор), который коммутирует необходимую обмотку трансформатора для преобразования выходного напряжения, приближенного к номинальному значению.

Электронные ключи имеют меньший размер по сравнению с силовыми реле, поэтому устройства более компактны в размерах. В схеме электронных моделей отсутствуют какие-либо подвижные элементы. Поэтому они более надежны и практически бесшумны.

Электронным устройствам, как и релейным, характерна дискретность (ступенчатость) коррекции напряжения. Хотя она может быть более плавной и проявляться в меньшей степени, но все-таки может вызывать помехи у электрочувствительных нагрузок.

Большое количество обмоток трансформатора и высокая скорость их переключения (быстродействие – в среднем составляет 10 мс) позволяет им справляться с резкими скачками и корректировать входной сигнал с более высокой точностью по сравнению с устройствами релейного типа. В среднем диапазон входных напряжений в таких моделях составляет 130-270 В, а погрешность выходного сигнала – 5%. Однако они не способны справляться со значительными просадками сети, а точности стабилизации входного сигнала может быть недостаточно для потребителей, чувствительных к качеству вольтажа, например, компьютерной техники.

У части электронных стабилизаторов возможны искажения формы выходного напряжения или помехи, связанные со ступенчатой коммутацией обмоток. Поэтому при выборе таких моделей важно учитывать требования нагрузки к форме и качеству питающего напряжения. Некоторые модели имеют небольшую перегрузочную способность, которая может составлять всего 40%. Из-за этого частые и значительные перегрузки могут приводить к раннему выходу из строя силовых ключей.

Преимущества и недостатки электронных стабилизаторов приведены в таблице ниже.

У электронных типов стабилизаторов лучшие параметры по сравнению с релейными. Они применяются в электросетях, в которых случаются резкие и значительные перепады. Однако для нагрузки с электродвигателями такие модели нужно выбирать осторожно: важно учитывать форму выходного напряжения, перегрузочную способность и требования конкретного оборудования. Также не рекомендуется использовать данный тип стабилизаторов с профессиональной аудио- и видеотехникой по причине помех, создаваемых при коммутации обмоток трансформатора, которые могут испортить качество звука или изображения.

Характеристики и особенности стабилизаторов инверторного типа

Инверторные стабилизаторы – это модели нового поколения за счет совершенно иного принципа действия по сравнению с другими типами. Они основаны на технологии двойного преобразования энергии или Instant Reaction & Double Conversion (IRDC), предполагающей мгновенную реакцию и двойное преобразование.

В их схеме нет автотрансформатора и коммутационных элементов, а вместо них присутствуют такие элементы, как выпрямитель, конденсатор, инвертор и микроконтроллер.

Во время работы инверторных устройств входное нестабильное напряжение сначала выпрямляется и накапливается в конденсаторе, а затем с помощью инвертора переводится обратно в переменное, но уже с эталонными характеристиками. В результате на нагрузку непрерывно подаётся сигнал высокой точности (±2%) и идеальной синусоидальной формы независимо от сетевых параметров. За счет такого принципа действия инверторные модели способны мгновенно реагировать на скачки и просадки сетевого напряжения в достаточно широком диапазоне, который составляет 90-310 В.

Встроенные конденсаторы у инверторных моделей, накапливающие электроэнергию, обеспечивают надёжную защиту нагрузки от значительных и резких перепадов электроэнергии, а также кратковременных пропаданий сетевого напряжения (до 0,2 с). Поскольку инверторные модели в своем составе не имеют механических подвижных элементов, они не издают неприятных звуков во время своей работы. Однако в устройствах с выходной мощностью более 1 кВА может слышаться небольшой шум от системы охлаждения, сравнимый с работой кулеров персонального компьютера или ноутбука.

Инверторные приборы имеют электронную защиту от основных аварийных ситуаций: перегрузки, короткого замыкания, перегрева, сетевых аварий и сбоев в работе. Набор защит зависит от конкретной модели. Они также способны автоматически восстанавливаться. Кроме того, встроенные сетевые фильтры и варистор выполняют защиту от импульсных перенапряжений и высокочастотных помех.

Инверторные модели способны эффективно работать со многими бензиновыми и дизельными генераторами, корректируя не только значение напряжения, но и его форму. Высокая перегрузочная способность (до 150%) позволяет устройствам справляться с пусковыми токами оборудования, в составе которого присутствуют электромоторы.

Практически во всех моделях присутствует автоматический байпас. Он обеспечивает бесперебойное питание нагрузки, когда в работе приборов происходит сбой или повреждение их внутренних узлов.

Главный недостаток инверторных моделей – более высокая цена по сравнению с простыми трансформаторными стабилизаторами. Она связана с более сложной силовой схемой, высокой точностью работы и расширенными возможностями защиты. Сильные и слабые стороны инверторных типов стабилизаторов приведены в сравнительной таблице ниже:

За счет своих возможностей и функционала инверторные модели используются в бытовой, а также в коммерческих и производственных сферах. Они защищают от нестабильной сети электрочувствительное оборудование: системы отопления, насосное оборудование, холодильные установки, системы видеонаблюдения, мультимедийную технику, компьютерные устройства и др.

Сравнение основных характеристик разных типов стабилизаторов

Для быстрого сравнения сначала покажем основные различия между типами.

Если нужно сравнить устройства по техническим параметрам, ориентируйтесь на скорость реакции, диапазон входного напряжения, точность стабилизации, форму выходного сигнала и возможность работы с чувствительной нагрузкой. Сравнение приведено в таблице ниже.

Какие виды стабилизаторов подходят для дома?

Для дома выбирают тип стабилизатора по состоянию электросети и чувствительности подключённой техники. Если напряжение меняется редко и в небольших пределах, можно рассматривать простые трансформаторные модели. Если в сети часто бывают просадки, повышенное напряжение, резкие скачки или подключена чувствительная техника, лучше выбирать стабилизатор с широким рабочим диапазоном, высокой точностью и быстрым откликом.

Для газовых котлов, холодильников, насосов, систем видеонаблюдения, серверов, автоматики и другой техники, чувствительной к качеству питания, чаще выбирают инверторные стабилизаторы. Они быстро реагируют на перепады, обеспечивают высокую точность выходного напряжения и корректную форму синусоиды.

При выборе стабилизатора для дома важно учитывать не только тип устройства, но и мощность нагрузки, пусковые токи техники с электродвигателями, фазность сети, место установки, уровень шума и диапазон входного напряжения.

Модельный ряд инверторных стабилизаторов «Штиль»

Крупнейший российский производитель систем электропитания «Штиль» выпускает однофазные и трехфазные инверторные стабилизаторы с выходной мощностью от 0,35 до 20 кВА:

• 1 в 1 настенного и напольного/стоечного исполнения с выходной мощности от 0,35 до 20 кВА;
• 3 в 3 напольного/стоечного исполнения с выходной мощности от 6 до 20 кВА;
• 3 в 1 (с трехфазным входом и однофазным выходом) напольного/стоечного исполнения с выходной мощности от 6 до 20 кВА (для защиты однофазной нагрузки в трехфазной электросети).

Основные технические характеристики инверторных приборов бренда «Штиль» приведены в следующей таблице:

Обзор инверторных стабилизаторов напряжения IS5000 (5 кВА / 4,5 кВт) и IS7000 (7 кВА / 5,5 кВт) «Штиль»