Релейный стабилизатор напряжения принцип работы

Достоинства и недостатки в сравнении с электронными

Список плюсов стабилизаторов напряжения релейного типа содержит:

1. Компактность;
2. Широкий диапазон входных параметров тока (100-280 В для однофазных сетей);
3. Широкий диапазон рабочей температуры (-40…+40оС);
4. Относительно небольшой шум при работе;
5. Невысокую чувствительность к искажениям и частотным изменениям входного тока;
6. Долговечность (срок службы около 10 лет);
7. Невысокая стоимость.

К основным недостаткам релейных стабилизаторов относят:

1. Высокую погрешность стабилизации (+/-5-8% от номинального значения);
2. Быстрый износ релейных коммутаторов под воздействием механических и импульсных токовых нагрузок;
3. Ступенчатое выравнивание напряжения;
4. Обострение скачков выходного напряжения при значительных проседаниях или всплесках характеристик тока на входе;
5. Снижение скорости реакции стабилизатора при повышении точности выравнивания параметров тока.

Недостатки стабилизаторов

Несмотря на выраженные преимущества стабилизаторов, они имеют серьезные недостатки, ограничивающие их использование:

1. Значительные размеры. Этот параметр прямо зависит от мощности прибора. Даже при минимальном количестве бытовой техники на входе нужно ставить стабилизатор, который не поместится в стандартный электрический щиток. Для него необходимо выделить отдельное место.
2. Необходимость эффективного охлаждения аппарата, т.к. при работе его основные элементы и корпус нагреваются.
3. Высокая цена, возрастающая с увеличением мощности.
4. Необходимость надежной защиты от пыли и влаги. Электромагнитное поле внутреннего трансформатора активно притягивает пыль, а потому необходимо максимально оградить стабилизатор от запыления.
5. Повышенный уровень шума, что требует дополнительной звукоизоляции или вынесение стабилизатора за пределы жилого помещения.
6. Чувствительность электроники стабилизатора к помехам в электрической сети.

Наиболее значительными недостатками стабилизаторов является громоздкость, большой вес и высокая цена. Особенно они чувствительны для устройств мощностью 3 и более кВт, которые необходимы для установки на входе квартиры. При мощности менее 1 кВт эти характеристики находятся в разумных пределах, а потому стабилизаторы чаще применяются в качестве индивидуальной защиты отдельных бытовых приборов. Некоторые современные бытовые электроприборы имеют встроенные стабилизаторы.

Отличия реле напряжения от стабилизатора

Современная квартира напичкана многочисленными электрическими и электронными приборами, многие из которых достаточно чувствительны к изменению напряжения. В то же время, даже в крупных городах электрическая сеть грешит нестабильностью, а что говорить о сельской местности. От любого скачка напряжения домашняя электроника может просто выйти из строя.

Защита бытовой техники от скачков напряжения и перенапряжения в сети обеспечивается в основном двумя типами устройств – стабилизатор и реле контроля максимального и минимального напряжения. Их работа основывается на различных принципах, и выбор проводится с учетом особенностей.

Стабилизаторы напряжения

Стабилизатор – это прибор, который поддерживает напряжение на заданном уровне при его колебании в сети в определенных пределах. Обычно в бытовых условиях применяется стабилизатор, удерживающий значение 220 В ±5% при колебании входного сигнала от 160 до 260 В. При скачке за пределы возможностей прибор просто отключает сеть.

Конструктивно стабилизаторы подразделяются на несколько типов. Наиболее распространены приборы ступенчатого типа, включающие трансформатор и силовые ключи (релейные или полупроводниковые). Плавная установка обеспечивается в электромеханических стабилизаторах, в которых трансформатор имеет регулировку первичной и вторичной обмотки. Этот прибор снижает нижний предел входного напряжения до 120-130 В.

Наиболее совершенным, но и самым дорогим, является инверторный стабилизатор, содержащий накопительную ёмкость. Она способна сгладить перепады напряжения в пределах 100-300 В, а выходной сигнал имеет значение 220 В ± (1-3)% с практически идеальной синусоидальной формой.

Реле напряжения

Реле контроля – это устройство, контролирующее нижнюю или верхнюю границу допустимого значения напряжения. Соответственно, существуют реле минимального и максимального напряжения. Для защиты от перенапряжений используется реле максимального напряжения. Если входное напряжение превысит установленное значение (например, 230 В), то нагрузка отключается. При возврате его величины в нужные пределы сеть снова включается.

Чаще используется принцип задержки включения. В таких реле есть настройка времени отключения. Например, если осуществлена установка 2 с, то после истечения этого времени сеть снова включится, и ток поступит на бытовое оборудование.

Надо отметить, что при коротких импульсах скачка реле может не сработать. Для таких случаев существует многофункциональное реле МР-63, которое выполняет роль максимального и минимального реле, а также реагирует на мгновенные импульсы значительной амплитуды.

В чем заключается различие

Предыдущий анализ показывает, что рассматриваемые устройства имеют принципиальные различия. Оба прибора отключают подачу электроэнергии, если напряжение превышает минимально или максимально допустимое значение. Однако, стабилизатор в пределах между экстремальными значениями еще и выравнивает напряжение, поддерживая его на заданном уровне. Реле осуществляет только контроль предельных величин, после чего отключает сеть, но включает снова при исправлении положения.

Таким образом, бытовая техника при использовании стабилизатора не только защищена от скачков напряжения и перенапряжения в сети, но и получает стабильный электросигнал, что повышает её работоспособность. В то же время, нельзя говорить о полном превосходстве стабилизаторов над реле. Для составления полной картины необходимо разобраться со всеми плюсами и минусами этих приборов.

Электромеханический или релейный, а может электронный?

Тип стабилизатора – важный параметр, на который стоит обратить внимание при выборе. Свои плюсы и минусы имеет каждый из них

Какой стабилизатор лучше: электромеханический или электронный

К электронным устройствам можно отнести и релейные и тиристорные модели.

Стабилизаторы релейного типа отличает относительно высокая скорость срабатывания ступеней стабилизации, но самое главное — это возможность вытягивания напряжения при самых низких просадках, порой, с менее 100 вольт! Правда, при таком подходе погрешность стабилизации весьма существенная, но, всё таки, редко выходящая за пределы, установленные ГОСТ. Регулировка осуществляется ступенчато посредством электромагнитных реле, включающих ту или иную обмотку автотрансформатора. Плюсами таких приборов можно считать:

1. большой диапазон входного напряжения;
2. надёжность работы;
3. защита от перепадов, перегрузок сети, короткого замыкания, импульсных помех.

Регулировка напряжения в тиристорных стабилизаторах тоже ступенчатая, осуществляется с помощью тиристорных (симисторы или тиристоры — полупроводниковые силовые радиокомпоненты) ключей.

В некоторых моделях реализована двухкаскадная система, обеспечивающая высокую точность. Процессор выполняет расчеты при каждой полуфазе, скорость замеров составляет менее 1 микросекунды.

Электронные стабилизаторы тиристорного типа отличает:

1. высокая скорость (сравнима с релейными моделями);
2. полностью бесшумная работа;
3. высокий уровень стабилизации и низкая погрешность;

Существенным плюсом тиристорных моделей является отсутствие открытой коммутации, а значит никогда не будет искрения и подгорания контактов. Именно из-за их надёжности производитель даёт дополнительную гарантию на свою продукцию.

Стабилизация в электромеханических стабилизаторах осуществляется с помощью сервопривода, приводящего в движение контакты (ролики или щетки).

Перемещение контакта в нужное положение на обмотке электродвигателя обеспечивает очень плавную регулировку без прерывания фазы и без искажения синусоиды с высокой точностью выходного напряжения.

Если выбирать электромеханический стабилизатор по типу механизма (роликовый или щёточный узел), то ролики, однозначно, надёжнее, но и цена таких стабилизаторов существенно выше. Щётки могут пригорать при больших нагрузках и при резких и частых перепадах напряжения.

Вывод

Итак, релейные стабилизаторы напряжения стоит выбирать при существенных просадках напряжения в сети, но при условии нечастых перепадов в течение минуты. Кроме того, они не всегда подходят для жилых и, особенно, спальных комнат, так как щелчки при перепадах напряжения могут надоедать.

Для жилых и спальных комнат отлично подходят тиристорные стабилизаторы и электромеханические (роликовые в особенности).

↑ Настройка

Налаживание устройства заключается в проверке безобрывного переключения и установке номинального напряжения 220 Вольт с помощью построечного резистора R15 и кнопки SB1. Необходимо подать на вход напряжение от ЛАТР’а через лампу накаливания мощностью 100 — 150 Вт, установить напряжение 220 Вольт и удерживая кнопку добиться зеленого свечения, вращая построечный резистор. После этого кнопку отпустить, вольтметр подключить к выходу устройства и вращая ЛАТР проверить пороги переключения: нижний 207 Вольт и верхний 232 вольта. При этом лампа накаливания при переключениях не должна вспыхивать или светиться, что свидетельствует о правильной работе. Также работу безобрывного переключения можно увидеть на осциллографе, для этого надо подключить внешний запуск к порту RC5 и наблюдать выходное напряжение стабилизатора в, изменяя входное напряжение. В моменты переключений синусоида на выходе не должна разрываться. При напряжении на выходе меньше 187V горит красный диод, а зеленый мигает. При напряжении на выходе больше 242V горит синий диод, а зеленый мигает. Стабилизатор работает у меня 3-й месяц и показал себя очень хорошо. До этого у меня работал стабилизатор предыдущей разработки «Стабилизатор напряжения сети на PIC12F675 (релейный) 1,8 кВт». Он работал хорошо, но иногда в момент его переключения срабатывал источник бесперебойного питания компьютера. С новым стабилизатором эта проблема исчезла безвозвратно.

Учитывая, что в реле резко уменьшилась эрозия контактов (практически нет искрения), можно было бы в качестве основных использовать менее мощные реле (LIMING JZC — 22F).

Особенности работы

Принцип работы очень прост, однако на практике это сопровождается особенностями. В первую очередь следует отметить, что для выравнивания тока происходит подключение определенного количества обмоток. Оно является последовательным.

В результате ток регулируется ступенчато.

Это означает то, что при подключении одной обмотки, выходные вольты увеличиваются или уменьшаются на определенную величину. Однако их уровень еще не соответствует норме. Далее срабатывают реле еще на нескольких обмотках и выходные вольты соответствуют требуемой величине.

Как работает релейный стабилизатор

Такое последовательное срабатывание является причиной появления дополнительных скачков на выходе из стабилизатора.

Здесь стоит сказать и том, что большинство таких стабилизаторов имеет трансформаторы с четырьмя обмотками. Подключение одной из них приводит к увеличению или уменьшению величины напряжения на выходе на 20-25 вольт.

Так, если количество вольт на входе было равным цифре 191, то произойдет подключение обмотки, благодаря работе которой на выходе будет 229 вольт. Выходные вольты не являются равными цифре 220 потому, что уровень погрешности релейных стабилизаторов в среднем равняется 8-ми процентам.

Далее при росте входных вольт параллельно будут расти и выходные. Рост выходных вольт прекратится тогда, когда на входе будет 200 вольт. В это время сработает реле, которое подключит другую обмотку и предыдущие 237 вольт падают до цифры 218.

Если количество вольт на входе поднимется до 210-ти, то снова сработает реле и подключится иная обмотка. На выходе уже будет 230 вольт. По сути дела релейный стабилизатор напряжения однофазный переключает обмотки достаточно быстро и эти импульсные скачки не является очень заметными.

Их заметность возрастает с ростом величины скачков входного тока. Во время таких ситуаций можно заметить, как мигают лампы накаливания, и как изменяется уровень освещенности комнаты или помещения.

Конечно, такая особенность работы этого стабилизатора может стать причиной выхода из строя высокоточного оборудования. Собственно из-за этой особенности релейные устройства не могут использоваться во всех сферах.

Полезный совет: при покупке и проверке релейных стабилизаторов следует обращать внимание на дисплей, на котором отмечается выходное количество вольт

Цифровое табло стабилизатора

Анализируя принцип работы стабилизатора напряжения, который является релейным, становится понятно, что постоянная подача им 220-ти вольт на выходе является практически невозможной. Если во время проверки дисплей постоянно показывает выходное число вольт, равное 220, то следует задуматься над качеством этого прибора и добросовестностью производителя.

Очень часто недобросовестные производители размещаются светодиоды таким образом, что они образуют вышеупомянутую цифру. Следует знать, что для релейных приборов нормой является выдача от 203-х до 237-ми вольт.

Хочется отметить еще на одном факте. Стабилизатор напряжения, тип которого является релейным, может характеризоваться таким уровнем точности, который равняется не вышеупомянутым восьми процентам, а пяти.

В этом случае он имеет большее количество обмоток. В общем, их может быть до девяти.

Здесь четко проявляется зависимость: чем больше ступеней переключения (т.е. обмоток), тем более точным, а также более дорогим является стабилизатор. Однако с ростом точности стабилизации падает скорость реакции на скачки тока в сети.

То есть, когда точность характеризуется 8 процентами, то стабилизатор может добавить/вычесть 250 вольт в секунду. При точности в 5 процентов скорость работы равняется 180-ти В/сек.

В среднем для стабилизации тока этот прибор релейного типа тратит до 0,15 сек., хотя производители отмечают о меньшем промежутке времени. Стабилизаторы напряжения для дома релейные могут прекращать подачу выходного тока.

Это происходит тогда, когда число вольт на входе является минимально допустимым или меньше этого уровня и наоборот. После того, как оно возвращается в допустимые пределы, происходит автоматическое включение.

Однако ток на выходе появляется только через 6 секунд. Причиной такого поведения стабилизатора являются опасные переходные процессы.

Релейные стабилизаторы напряжения

При работе данного устройства вы реально будете слышать как переключаются внутренние реле. Это происходит при изменении ступеней регулирования. Если прибор стоит в тихом помещении (спальне), то это может существенно раздражать.

Ну а когда кто-то из ваших соседей решил немножко попользоваться электросваркой, то стабилизатор по звуковым эффектам попросту может превратиться в «балалайку».

Кроме того, если у вас в комнате стоят простые лампочки накаливания, не только по слуху, но и визуально можно будет различить переключения ступеней, так как лампы будут немного мигать. А это в свою очередь обязательно скажется на сроках их службы.

Что внутри

Внутренняя компоновка включает в себя:

1. Тороидальный трансформатор
2. Плата управления
3. Силовые ключи состоящие из реле. Они коммутируют обмотки трансформатора и отвечают за подачу питания на стабилизатор. Являются самым слабым компонентом устройства.

Эти стабилизаторы не любят когда их перегружают.

Не рекомендуется для подключения аппаратуры с двигательной нагрузкой. Так как она имеет большие пусковые токи и это может сказаться на работе стабилизатора.

Скорость срабатывания регулировки у качественных моделей составляет 20мс, зато у большинства дешевых доходит до 100мс.

Плюсы:

• относительно небольшая цена
• более компактные размеры

• регулировка ступенчатая
• не высокое качество и точность регулирования напряжения
• используется с электроаппаратурой малой мощности
• искажает синусоиду выходного напряжения
• реле со временем могут выходить из строя (залипать, подгорать)

Как видим минусов здесь гораздо больше чем плюсов, за исключением конечно стоимости.

Принцип работы

Работает подобное стабилизирующее устройство следующим образом:

1. Поступающее из внешней сети на устройство напряжение замеряется управляющей платой (контроллером) при помощи специального датчика;
2. На основании полученных замеров контроллер принимает решение о корректировке напряжения;
3. Контроллер посылает соответствующий сигнал на вводные симисторы;
4. При помощи посланного на симисторы контроллером сигнала производится подача выровненного до определённого значения напряжения;
5. При помощи расположенного в корпусе автотрансформатора происходит выравнивание подаваемого из внешней сети напряжения до необходимого для нормальной работы электроприборов значения.

Данный многоступенчатый процесс занимает доли секунд. При этом, в отличие от релейных моделей, наличие симисторов позволяет сделать включение и отключение обмоток трансформатора бесшумным и очень быстрым делом.

Советы по выбору стабилизатора

Какой стабилизатор напряжения выбрать

Многообразие видов стабилизаторов, представленных на рынке сбыта, не то, что упрощает процесс выбора, даже его усложняет. Бытовые приборы не придирчивы к небольшим скачкам напряжения в сети. Но газовый котёл, отапливающий жильё, без этого устройства обойтись не может. И электронная начинка, и электромеханические компоненты котла могут надёжно работать только при устойчивых характеристиках питающего напряжения. Если позволяют средства, то электромеханический тип устройства – наиболее подходящий выбор для сложного оборудования.

Несмотря на разнообразие типов стабилизаторов напряжения есть несколько нюансов, на которые следует обратить внимание. При выборе стабилизатора необходимо уточнить страну производителя и внимательно изучить характеристики

У дешёвых приборов китайского производства они могут быть занижены. Поэтому при покупке нужно останавливать выбор на моделях, имеющих запас 20-35% по мощности

При выборе стабилизатора необходимо уточнить страну производителя и внимательно изучить характеристики. У дешёвых приборов китайского производства они могут быть занижены. Поэтому при покупке нужно останавливать выбор на моделях, имеющих запас 20-35% по мощности.

Дальше, при выборе, надо ориентироваться на следующие критерии:

• минимальная мощность устройства (зависит от максимального количества одновременно работающих бытовых приборов): для средней квартиры – 7,5 КВА, для частного дома – не менее 22 КВА;
• минимальное входное напряжение (если оно постоянно занижено, то нижний предел регулирования должен начинаться от 140 В);
• КПД прибора – от 90%;
• точность стабилизации – нужно выбирать ближе к 5% (максимум 8%);
• вид установки при монтаже (зависит от конструкции и места);
• класс электробезопасности (степень защиты) – не ниже IP24.

Правильно подобранный и установленный стабилизатор напряжения повысит надёжность работы бытовой техники и электроприборов, избавит от плохого качества освещения и защитит от перегрузки комнатной проводки. Выбрать по принципу «доступное качество по доступной цене» легко, понимая, как работают различные системы стабилизации напряжения в сети.

Виды стабилизаторов напряжения

Релейный стабилизатор

За счет невысокой стоимости и достаточно высокой точности регулирования такие стабилизаторы приобрели наибольшую популярность. Силовое реле переключает обмотки трансформатора, чтобы на выходе получить нужное напряжение. Оно регулируется с шагом 5-20 В. Чем выше количество реле, тем выше точность регулировки, но при этом возрастает частота срабатываний, отсюда частые и мелкие перепады напряжения, что может сказаться на работе осветительных приборов (мерцание).

Плюсы:

• компактные размеры, небольшой вес;
• возможность работы в широком диапазоне температур (-30…+400С);
• работа при перегрузке (несколько часов при напряжении 110% от номинального и несколько секунд при 200% от номинального);
• высокая скорость срабатывания;
• широкий диапазон регулирования входящего напряжения, низкая чувствительность к его искажению;
• долговечность до 10 лет;
• невысокая шумность.

Минусы:

• ступенчатая стабилизация и, как результат, изменение уровня освещенности;
• большое количество узлов в конструкции снижает надежность.

Оборудование оптимально подходит для сетей с небольшими и нечастыми перепадами напряжения.

Электромеханический стабилизатор

Стабилизатор работает за счет перемещения по обмотке трансформатора контакта, который приводится в движение сервоприводом. Бывают сетевые и магистральные.

Плюсы:

• работа с большими нагрузками;
• способность выдерживать серьезные скачки напряжения (несколько секунд при напряжении, вдвое выше номинального);
• плавность регулировки напряжения;
• бесшумность при отсутствии резких скачков напряжения;
• напряжение на входе может быть практически любым;
• высокая точность стабилизации;
• невысокая стоимость, но есть и дорогие модели с высокой скоростью срабатывания.

Минусы:

• скорость реагирования на скачок напряжения ограничена скоростью щетки (10-15 В/сек);
• чем выше мощность, тем больше вес устройства;
• оборудование не будет работать при температуре менее -50С и более +400С;
• шум в момент стабилизации напряжения;
• щетки и сервопривод нуждаются в регулярной замене (каждый 3-7 лет).

Такой стабилизатор хорошо подходит для сетей со стабильно пониженным или повышенным напряжением. Лампочки мерцать не будут.

Тиристорные и симисторные стабилизаторы

По принципу работы напоминают релейные стабилизаторы, но переключение между обмотками тут осуществляют полупроводниковые ключи, симисторы или тиристоры. За счет этого повышается скорость, снижается шумность, увеличивается эффективность работы. Многие модели оснащаются дисплеем, где отображается входящее и выходящее напряжение.

Плюсы:

• надежность и долговечность;
• работа с низкими и высокими входящими напряжениями;
• многие модели способны выдерживать температуру до -200С;
• детали почти не изнашиваются, так как нет подвижных элементов;
• быстродействие;
• бесшумность.

Минусы:

• высокая цена;
• сложность ремонтных работ;
• невысокая устойчивость к перегрузкам;
• чем выше точность регулировки, тем выше количество ступеней, и тем ниже быстродействие.

Обычно такие стабилизаторы используют для защиты отдельной техники (компьютер, стиральная машина) при частых, но незначительных перепадах напряжения.

Инверторный стабилизатор

Самые новые и совершенные стабилизаторы. Работают по принципу двойного преобразования энергии, за счет чего лишаются многочисленных недостатков другого типа устройств.

Плюсы:

• компактность;
• работа с входным напряжением 115-300 В, при этом на выходе получаем стабильное напряжение 220 В;
• высокая точность;
• минимальная задержка.

Минусы:

• цена;
• работа оборудования требует постоянного охлаждения, за которое отвечают вентиляторы, потому придется мириться с небольшим постоянным шумом.

Оборудование подходит для любого типа техники.

Комбинированный стабилизатор

Совмещает в себе преимущества релейного и электромеханического устройств

Если происходит резкий скачок напряжения, то включается релейный механизм, так как тут важно быстродействие. При напряжениях, близких к нормативным, работает серводвигатель

Принцип работы выпрямителей

Принцип работы устройств отличается в зависимости от их типа, мощности и ряда других характеристик. Конструкция выпрямителей Ресанта включает следующие элементы:

• Электронный блок.
• Трансформаторы автоматического типа.
• Органы управления.
• Вольтметр.

Принципиальная схема стабилизатора Ресанта 5000вт включает электронный блок, который отвечает за управление работой силовой части агрегата. В основной модуль от вольтметра поступают данные о мощности входного напряжения, после чего автоматика сверяет полученные цифры с установленными оптимальными значениями, внося соответствующие корректировки. На выходе получается качественный электроток с выровненной амплитудой. Полностью исключены скачки напряжения, которые могут вывести из строя работающее оборудование и бытовые приборы.

В зависимости от типа трансформатора, метода их отключения и запуска принято выделять две разновидности стабилизаторов:

• Релейные.
• Электромеханические.

Наибольшей популярностью сегодня пользуются стабилизаторы электромеханического типа, в конструкции которых имеется сервопривод, отвечающий за отключение и запуск обмотки в устройстве. Привод включает маломощный двигатель, на котором располагается щётка контакта. К преимуществам стабилизаторов электромеханического типа относят их точность работы, а также широкий диапазон регулировки напряжения. Единственный недостаток — это сложность конструкции, что отрицательно сказывается на надежности техники.

В релейных стабилизаторах встроенная автоматика выполняет отключение и подключение витков коммутатора работы, до тех пор, пока не будет получено оптимальное напряжение на выходе. Для ускорения работы аппарата все витки трансформатора поделены на подгруппы, что позволяет улучшить амплитуду напряжения, упрощая при этом работу аппарата. Стабилизаторы этого типа отличаются надежностью, что объясняется простотой конструкции. К минусам можно отнести небольшую скорость выпрямления напряжения, поэтому с чувствительными приборами использовать их не рекомендуется.

Вам это будет интересно Блок питания из энергосберегающей лампы своими руками

Защита стабилизаторов

Большинство современных моделей имеют защиту от перенапряжения. Они не способны бесконечно выравнивать сколь угодно большие или малые значения входного напряжения, и через определенное время отключат питание, тем самым сохранив ваше оборудование.

Более того, после нормализации входного напряжения, оно подается на выход не сразу, а с некоторой задержкой в несколько секунд. Данное время может быть установлено жестко или варьироваться и настраиваться самостоятельно, все зависит от модели и производителя.

Основные виды стабилизаторов широко представленные сегодня в магазинах можно подразделить на 4 типа:

• релейные
• электронные
• электромеханические
• инверторные

Вот сравнительная таблица по каждому из видов стабилизатора, включая примерные цены за 1квт:

Ознакомиться с текущими ценами на сегодняшний день и подобрать себе нужную модель можно здесь.

Рассмотрим каждый из них более подробно.