Стабілізатори напруги: основні типи та особливості конструкції

На нинішнє мирне життя, точніше сказати, життя в тилу, дуже вплинула і продовжує сильно впливати війна з сусідньою державою – агресором. Сьогодні українців не здивуєш бензиновими/дизельними генераторами, що пирхають на вулицях населених пунктів, або портативними зарядними станціями, якими обзавелося багато місцевих підприємств і офісів. Не так давно одна з медіакомпаній у місті Суми, в якому живе автор статті, придбала комп’ютерну техніку. Після чого відразу ж постало питання про купівлю стабілізатора напруги. Якщо серед читачів статті є такі, що теж зацікавлені в придбанні цього важливого приладу, то радимо не відкладати покупку на майбутнє і пройти за посиланням https://stabilizatori.com/stabilizatory-naprjazhenija-  на сторінку інтернет – магазину, де представлено досить широкий асортимент цієї техніки.

Стабілізатор напруги (СН) дуже важливе обладнання. Восени 2022 року через часті аварійні відключення електрики в Сумах у автора статті вийшов з ладу холодильник, у знайомих зламався ноутбук. У зв’язку з цим виникла ідея написати статтю про стабілізатори напруги, яку ми пропонуємо вашій увазі. Сподіваємося, ця інформація допоможе вам вибрати відповідний прилад.

Що являє собою стабілізатор напруги?

Стабілізатор напруги – це прилад, який призначений для захисту під’єднаних до нього пристроїв (побутової техніки, комп’ютерів, серверів, медичних приладів, промислового устаткування тощо) від можливих ушкоджень, що можуть бути спричинені коливаннями напруги в мережі, та забезпечення цих пристроїв електроживленням, що має постійний і стабільний рівень напруги. Іншими словами, у разі зміни напруги в мережі (наприклад, різких стрибків, спричинених аварійним вимкненням/вмиканням електрики), стабілізатор напруги автоматично коригує вихідну напругу.

Принцип та етапи роботи стабілізатора напруги

• Вимірювання вхідної напруги. СН безперервно вимірює вхідну напругу від джерела електроживлення;
• Порівняння із заданим значенням. Внутрішній контролер приладу порівнює вхідну напругу із заданим бажаним рівнем напруги (стандартною напругою для даної електромережі);
• Регулювання напруги. Якщо виміряна вхідна напруга відрізняється від бажаної, стабілізатор починає регулювати вихідну напругу. Це досягається за допомогою автоматичного управління, що використовує компоненти, такі як трансформатори, стабілітрони, тиристори та інші;
• Корекція вихідної напруги. Стабілізатор напруги коригує вихідну напругу таким чином, щоб вона відповідала заданому рівню. Якщо вхідна напруга знижується, стабілізатор підвищує вихідну напругу, і навпаки;
• Підтримка стабільності. СН безперервно стежить за змінами вхідної напруги та коригує вихідну напругу, щоб вона залишалася постійною і стабільною.

Конструкція стабілізатора напруги

Практично всі типи цих приладів складаються з таких основних компонентів, як:

• Датчик напруги  –  контролює поточну напругу в мережі, даючи змогу приладу своєчасно реагувати на зміни напруги в мережі;
• Автотрансформатор (або інший електричний, електромеханічний чи електронний механізм, який виконує те саме завдання, що й автотрасформатор)  –  регулює (змінює) вхідну напругу, забезпечує її первинну стабілізацію;
• Стабілізаційна схема  –  регулює вихідну напругу. Може бути виготовлена з використанням реле, тиристорів, інверторів та інших елементів;
• Підсилювальна схема  –  підтримує стабільність вихідної напруги, коригуючи її залежно від вхідної напруги мережі.

Типи стабілізаторів напруги

Пристрій конкретного стабілізатора напруги залежить від його типу. На сьогодні виділяють п’ять основних типів цих приладів:

• Інверторні (їх також називають безступінчатими);
• Релейні;
• Симісторні (тиристорні);
• Ферорезонансні;
• Електромеханічні.

Розглянемо конструкцію і принцип дії стабілізаторів напруги трьох типів: симісторного (тиристорного), інверторного і релейного.

1. Симісторні (тиристорні) стабілізатори напруги

Цей тип стабілізаторів використовують тиристори (особливі напівпровідникові пристрої) для управління потоком електричного струму і підтримки стабільної напруги. Ось основні компоненти та їхні функції в тиристорному стабілізаторі напруги:

• Тиристори  –  це напівпровідникові прилади, виготовлені на основі монокристала напівпровідника з кількома p – n – переходами. Вони мають два стійкі стани: “закритий” стан із низькою провідністю та “відкритий” стан із високою провідністю. Це дає змогу тиристорам виконувати роль електронних ключів для регулювання вихідної напруги. За необхідності підтримки заданої напруги тиристори переходять у “відкритий” стан, забезпечуючи високу провідність і даючи змогу пропустити більше електричного струму. Коли потрібно зменшити напругу, вони переходять у “закритий” стан, що обмежує струм. Таким чином, шляхом управління процесом відкриття і закриття тиристорів стабілізатори напруги можуть регулювати вихідну напругу, підтримуючи її на заданому рівні;
• Трансформатор  –  служить для зміни вихідної напруги. Трансформатор також може забезпечувати гальванічну ізоляцію між входом і виходом, що сприяє безпеці та знижує вплив перешкод;
• Керуюча електроніка (мікроконтролери)  –  використовується для моніторингу вхідної напруги, контролю тиристорів і забезпечення стабілізації вихідної напруги. Мікроконтролери реагують на зміни вхідної напруги та керують відкриттям і закриттям тиристорів;
• Датчики напруги і струму  –  застосовуються для контролю стану електричного кола і вихідної напруги. Ці дані передаються керуючій електроніці для корекції роботи тиристорів;
• Фільтри і згладжувальні компоненти  –  слугують для зниження перешкод і шумів у вихідній напрузі, роблячи її більш стабільною і чистою для підключених пристроїв.

Тиристорні стабілізатори здатні забезпечувати стабільну напругу в ситуаціях з великими коливаннями вхідної напруги.

Приклад тиристорного стабілізатора напруги

До тиристорних стабілізаторів належить, наприклад, модель ЕЛЕКС АМПЕР У 12 – 1/40А (9000) v2.1, з характеристиками якої можна ознайомитися, пройшовши за посиланням: https://stabilizatori.com/stabilizator-naprjazhenija-eleks-amper-12-1-40a-9000-v2-0 Це потужний стабілізатор напруги, який має низку переваг, а саме:

• Висока потужність  –  9 кВА (7,2 кВт);
• Широкий діапазон вхідної напруги: верхній поріг  –  275 В, нижній поріг  –  145 В;
• Тиристорна технологія забезпечує точність стабілізації 3,5%;
• Кількість фаз  –  одна;
• Кількість ступенів регулювання  –  12;
• Захисні функції: оберігає обладнання від високої/низької напруги, перевантажень, коротких замикань, стрибків напруги.

Недоліки:

Основний недолік  –  це маса приладу, яка становить 20 кг.

2. Інверторні стабілізатори напруги

Вони забезпечують захист від перебоїв в електропостачанні та стрибків напруги в мережі шляхом автоматичного перемикання на живлення від акумуляторів та інвертування постійного струму назад у змінний. Головні компоненти та їхні функції в інверторному стабілізаторі напруги:

• Вхідний фільтр/регулятор напруги  –  забезпечує фільтрацію і стабілізацію вхідної напруги від електромережі, а також захищає обладнання від сплесків напруги і перешкод;
• Випрямляч  –  перетворює змінний струм від електромережі на постійний. Це робиться для зарядки акумуляторів, які використовуються в разі перебоїв в електропостачанні;
• Акумулятори  –  служать джерелом живлення в разі перебоїв в електропостачанні або перепадів напруги. Вони заряджаються, коли електромережа працює, і підтримують навантаження, коли мережу вимкнено;
• Інвертор  –  перетворює постійний струм з акумуляторів назад у змінний у разі вимкнення або падіння/зростання напруги в електромережі. Цей змінний струм має стабільну частоту й амплітуду. Інвертори також забезпечують регулювання вихідної напруги в широкому діапазоні;
• Автоматичний стабілізатор напруги. Деякі інверторні стабілізатори можуть також мати вбудований автоматичний стабілізатор напруги для корекції вхідної напруги перед її перетворенням акумуляторами та інвертором;
• Пристрій виявлення перебоїв в електропостачанні  –  у разі зниження/підвищення або відключення напруги від електромережі автоматично перемикає стабілізатор напруги на живлення від акумуляторів, після чого починає інвертуватися струм;
• Керувальна електроніка та мікроконтролер  –  координують роботу всіх компонентів, контролюють заряд акумуляторів, моніторять стан електромережі та акумуляторів, а також забезпечують плавний перехід між режимами роботи.

Інверторні стабілізатори напруги зазвичай використовують для забезпечення безперервної роботи чутливого до перепадів напруги обладнання, такого як комп’ютери, сервери, медичні пристрої та інші пристрої.Релейні стабілізатори напруги

3. Релейні стабілізатори напруги

Цей тип стабілізаторів напруги найпростіший порівняно з переліченими вище. У ньому використовується механічні реле і автотрансформатори для підтримки стабільної напруги. Основні компоненти та їхні функції в релейному стабілізаторі напруги:

• Автотрансформатор. Має загальну обмотку для вхідної та вихідної напруги, а також кілька тапів (виводів), які використовуються для різних рівнів напруги. Шляхом зміни тапа автотрансформатора можна регулювати вихідну напругу;
• Реле  –  використовується для автоматичного перемикання між різними тапами автотрансформатора залежно від змін вхідної напруги. Коли вхідна напруга змінюється, реле перемикається на відповідний тап, щоб підтримувати стабільну вихідну напругу;
• Стабілітрони та діоди  –  застосовуються для додаткового захисту та стабілізації напруги;
• Датчик напруги  –  моніторить вхідну напругу і визначає, коли потрібно зробити перемикання на інший тап автотрансформатора для підтримки стабільної вихідної напруги;
• Керуюча електроніка  –  автоматично керує перемиканням тапів автотрансформатора на основі моніторингу вхідної напруги.

Релейні стабілізатори, незважаючи на те, що вони менш складні, ніж інверторні та симісторні (тиристорні), здатні забезпечувати базову стабілізацію напруги і захист підключених пристроїв від перебоїв напруги. Релейні стабілізатори напруги застосовують зазвичай у ситуаціях, де потрібна відносно невисока точність стабілізації напруги, і коли складніші стабілізатори можуть виявитися нерентабельними.