Все больше и больше электроприборов в нашем быту содержат сложную электронику, которая рассчитана на определенный диапазон питания 220 Вольт. К сожалению питание в наших розетках не всегда стабильно, что вы можете заметить по притухшим или ярко вспыхнувшим лампочкам освещения. Применяя стабилизатор вы нормализуете напряжение и возможно избежите дорогостоящего ремонта ваших телевизоров, холодильников и другой сложной и дорогой техники. В статье мы расскажем какой стабилизатор напряжения 220 В выбрать для конкретных условии: для дома, для дачи, для квартиры или конкретно для газового котла.
Особенности однофазных стабилизаторов напряжения
Как работают?
Любой современный стабилизатор напряжения является достаточно сложным высокотехнологичным устройством с автоматическим режимом работы, не требующим никаких вмешательств пользователя.
Однофазные стабилизаторы с трансформаторным преобразованием (релейные, тиристорные, симисторные) имеют общий алгоритм построения защиты нагрузки от некачественного напряжения. Входное напряжение сети поступает на электронную плату управления, где происходит его измерение и сравнение с номинальным значением. При возникновении его недопустимого отклонения блок управления подает сигнал на исполнительный элемент, который корректирует напряжение.
Принципиально по-другому работают стабилизаторы инверторного типа. Преобразование напряжения в них проходит в две стадии: сначала выпрямитель преобразует нестабильное переменное напряжение в постоянное, а затем инвертор снова создает из него переменное напряжение требуемого значения со стабильным синусом.
Читатели, знакомые с принципом действия источников бесперебойного питания (ИБП) топологии online, могут отметить схожесть их работы с инверторными стабилизаторами: постоянное двойное преобразование напряжения, полностью исключающее задержку стабилизации.
Где применяются?
Изделия рассчитаны на использование в электросети с одной питающей фазой, при этом сеть может быть как проблемной (например, с хроническими отклонениями напряжения от нормы), так и нормальной (т.е. без характерных колебаний и искажений).
Важно!
Любая сеть в один момент может из нормальной превратиться в проблемную. Достаточно оборвавшего провод порыва ветра или ошибки электрика, и годами не вызывавшее нареканий напряжение вдруг начинает «чудить», взлетая либо падая на десятки и даже сотни вольт.
Однофазные стабилизаторы эксплуатируются и в быту (квартиры, частные дома, дачи), и на коммерческих/промышленных объектах (магазины, офисы, предприятия). Главное, чтобы в точке подключения устройства к сети присутствовало напряжение с соответствующей фазностью и значением, при котором стабилизатор способен функционировать.
Существует три сценария применения однофазного стабилизатора:
- локально, для защиты единственной нагрузкой;
- локально, для защиты нескольких электроприборов;
- магистрально на всю сеть какого-то помещения или строения, например, загородного дома.
В последнем случае обеспечивается централизованная защита сразу всех работающих в сети электроприборов, сам же стабилизатор подключается через распределительный щиток между вводным автоматом и конечными нагрузками (строго после счетчика электроэнергии).
Обратите внимание!
Любые работы с электрическим щитком, в том числе и связанные с установкой централизованного стабилизатора, подразумевают наличие у выполняющего их человека базовых знаний электрики, а также навыков электромонтажа.
Обратите внимание!
Обеспечить защиту всей сети с помощью одного однофазного стабилизатора получится только в условиях однофазного ввода.
С какой нагрузкой могут работать?
В теории – с любой, подходящей по мощности и требуемому напряжению (оно должно соответствовать выходному напряжению стабилизатора). На практике, к сожалению, не все стабилизаторы могут эффективно работать с современной бытовой техникой и электроникой, не говоря уже об оборудовании более требовательном к качеству электропитания.
Как подключаются?
Известно, что любая однофазная электрическая цепь состоит всего из двух рабочих проводников (фазного L и нулевого N) и одного защитного заземляющего (PE). Поэтому для подключения однофазного стабилизатора (если говорить о мощном устройстве) достаточно присоединить эти проводники питающей сети к его входными клеммам на корпусе, а защищаемый электроприбор подключить к выходным клеммам, разумеется, не забыв о проводнике заземления.
Подключение маломощных стабилизаторов к сети еще более простой процесс, который не требует каких-то специальных знаний и выполняется обычным включением вилки в розетку. Аналогичным штепсельным соединением подключается и защищаемый электроприбор – к розетке, расположенной на панели стабилизатора.
Могут ли применяться в условиях трехфазного сетевого ввода?
Очевидно, что все однофазные стабилизаторы предназначены для защиты однофазных электроприборов. Однако это не говорит об их возможности работы лишь в однофазных сетях. Существует множество примеров организации защиты электроприборов в трехфазных сетях с помощью однофазных стабилизаторов. Такое подключение возможно, но только с однофазной нагрузкой и только при подключении к одной из фаз и нейтрали. Устройства при этом могут работать как магистральные (коррекция и стабилизация напряжения всей сети дома), так и локальные (защита только некоторых электроприборов).
Обратите внимание!
При наличии трех питающих фаз для получения централизованной магистральной защиты придётся прибегнуть к установке трёх однофазных устройств, по одному на каждую фазу. Одним же прибором можно будет обойтись в случае использования трехфазного устройства или комбинированного устройства «3 в 1».
Ограничением на использование однофазных стабилизаторов в трехфазной сети может быть только наличие хотя бы одной трехфазной техники (например, электроплиты). Для ее корректной защиты должен применяться только трехфазный стабилизатор.
Все виды допустимых и недопустимых подключений отображены на рисунках ниже.
Обратите внимание!
Запрещается подключать однофазный стабилизатор одновременно к двум фазам трехфазного ввода!
Обратите внимание!
Подключать однофазных потребителей к трехфазной сети необходимо равномерно, то есть с одинаковым распределением нагрузок по всем питающим линиям (настолько, насколько это возможно). Нарушение нагрузочного баланса может спровоцировать перекос фаз – аварийную ситуацию способную вызвать поломку включенных в электросеть приборов.
Подробные инструкции по сборке
Рассматриваемая под самостоятельное изготовление схема, скорее является гибридным вариантом, так как предполагает использование силового трансформатора совместно с электроникой. Трансформатор в данном случае применяется из числа тех, что устанавливались в телевизорах старых моделей.
Вот такой примерно силовой трансформатор потребуется под изготовление самодельной конструкции стабилизатора. Однако не исключается подбор других вариантов или же намотка своими руками
Правда в ТВ приёмниках, как правило, ставились трансформаторы ТС-180, тогда как для стабилизатора требуется как минимум ТС-320 чтобы обеспечить выходную нагрузку до 2 кВт.
Шаг #1 — изготовление корпуса стабилизатора
Для изготовления корпуса аппарата подойдёт любой подходящий короб на основе изолирующего материала – пластмассы, текстолита и т.п. Главный критерий – достаточность места под размещение силового трансформатора, электронной платы и других компонентов.
Также корпус допустимо изготовить из листового стеклотекстолита, скрепив отдельные листы с помощью уголков или иным способом.
Допустимо подобрать корпус от любой электроники, подходящий под размещение всех рабочих компонентов схемы самодельного стабилизатора. Также корпус можно собрать своими руками, к примеру, из листов стеклотекстолита
Короб стабилизатора необходимо оснастить пазами под установку выключателя, входного и выходного интерфейсов, а также других аксессуаров, предусмотренных схемой в качестве контрольных или коммутационных элементов.
Под изготовленный корпус нужна плита-основание, на которую «ляжет» электронная плата и будет закреплён трансформатор. Плиту можно сделать из алюминия, но следует предусмотреть изоляторы под крепёж электронной платы.
Шаг #2 — изготовление печатной платы
Здесь потребуется изначально спроектировать макет на размещение и связку всех электронных деталей согласно принципиальной схеме, кроме трансформатора. Затем по макету размечают лист фольгированного текстолита и рисуют (отпечатывают) на стороне фольги созданную трассировку.
Далее вытравливают плату при помощи соответствующего раствора (электронщикам метод травления плат должен быть знаком).
Изготовить печатную плату стабилизатора вполне доступными способами можно непосредственно в домашних условиях. Для этого нужно приготовить трафарет и набор средств для травления на фольгированном текстолите
Полученный таким способом печатный экземпляр разводки зачищают, облуживают оловом и производят монтаж всех радиодеталей схемы с последующей пайкой. Так выполняется изготовление электронной платы мощного стабилизатора напряжения.
В принципе, можно воспользоваться сторонними услугами по травлению печатных плат. Этот сервис вполне приемлем по цене, а качество изготовления «печатки» существенно выше, чем в домашнем варианте.
Шаг #3 — сборка стабилизатора напряжения
Укомплектованная радиодеталями плата подготавливается для внешней обвязки. В частности, от платы выводятся линии внешней связи (проводники) с другими элементами — трансформатором, выключателем, интерфейсами и т.д.
На опорную плиту корпуса устанавливают трансформатор, соединяют с трансформатором цепи электронной платы, закрепляют плату на изоляторах.
Пример самодельного стабилизатора напряжения релейного типа, изготовленного в домашней обстановке, помещённого в корпус от пришедшего в негодность промышленного измерительного прибора
Останется только подключить к схеме внешние элементы, смонтированные на корпусе, установить ключевой транзистор на радиатор, после чего корпусом закрывают собранную электронную конструкцию. Стабилизатор напряжения готов. Можно приступать к настройке с дальнейшими испытаниями.
Так чем же отличается однофазный тип стабилизаторов от других видов?
На вынесенный в заголовок данной статьи вопрос можно дать следующий ответ: однофазные стабилизаторы отличаются тем, что имеют однофазный вход и такой же выход и, соответственно, работают от одной питающей фазы и исключительно с однофазной нагрузкой (трехфазные стабилизаторы, в свою очередь, работают от трех фаз, а питать от них можно и трехфазную, и однофазную нагрузку).
Обратите внимание!
Существуют однофазные стабилизаторы комбинированного типа «3 в 1» (вход трехфазный – выход однофазный). Такие изделия позволяют подключать к трехфазной сети мощных однофазных потребителей без риска фазного перекоса.
Устройство выпрямителя
Не все оборудование может работать на переменном токе. Для их подключения к сети приходится использовать выпрямители-стабилизаторы напряжения. Они предназначены для создания в нагрузке постоянного тока. Основу такого прибора составляет схема, содержащая диод или вентиль, который может быть, как управляемым, так и не управляемым. В зависимости от используемых элементов различают следующие виды:
- Механический;
- Вакуумный;
- Электронный.
Их главным назначением является преобразование тока. Однако большинство моделей создают пульсации сглаживание которых осуществляют фильтры.
Все ли однофазные стабилизаторы одинаковы?
Нет, устройства значительно различаются между собой. В первую очередь выходной мощностью, указывающей на максимальное энергопотребление допустимой к подключению нагрузки, и типом, от которого зависит эффективность работы прибора по основному назначению (фактически – стабильность и качество выходного напряжения).
Кроме того, от стабилизатора к стабилизатору могут варьироваться и другие не менее важные характеристики, сведём их в общую таблицу.
| Характеристика | Физический смысл | Практическое значение |
| Номинальное выходное напряжение | Величина, к которой стабилизатор должен привести фактическое значение получаемого из сети напряжения | Именно таким напряжением и будет питаться нагрузка |
| Скорость срабатывания или быстродействие | Промежуток времени, затрачиваемый стабилизатором на нейтрализацию сетевого скачка, или, иными словами, на приведение отклонённого сетевого напряжения к номинальной величине | С ростом быстродействия уменьшается вероятность негативного влияния сетевых скачков на подключенную нагрузку |
| Диапазон входного напряжения | Предельные сетевые значения (наименьшее и наибольшее), которые стабилизатор способен привести к номинальной величине | Является границами допустимых для прибора сетевых колебаний. Чем данный диапазон шире, тем в более худших условиях стабилизатор сможет работать |
| Точность | Максимально возможная погрешность стабилизации | Измеряется в процентах и отражает расхождение между номинальным напряжением и напряжением, реально поданным на выход стабилизатора. С увеличением точности расширяется спектр допустимых к подключению изделий |
| Форма выходного сигнала | Соответствие выходного напряжения графику идеальной синусоиды | Некоторым устройствам для корректного функционирования требуется питающее напряжение с синусоидальной формой, поэтому неспособность стабилизатора постоянно выдавать подобное напряжение может сузить область его применения |
| Габариты и конструктивное исполнение | Размер устройства в трех плоскостях и форма его корпуса | Определяют способ установки прибора и указывают на количество необходимого ему места |
Обратите внимание!
Помимо всех вышерассмотренных характеристик однофазные стабилизаторы могут также отличаться уровнем аварийной защиты, а ещё средствами мониторинга и индикации.
SUNTEK PR 500 ВА SK1.1 PR0500 – для четырёх потребителей
Прибор для нивелирования перепадов напряжения. Оснащён четырьмя выходными гнёздами для отдельных потребителей. Оснащён световой индикацией по визуальному контролю работы оборудования. Дополнительное отображение информации на цифровом дисплее.
Аппарат снабжён корпусом из прочного пластика, встроена практичная ручка для переноски. Конструкция стабилизатора позволяет эксплуатацию при положительных и отрицательных температурах, не требуется дополнительное обслуживание.
Плюсы:
- Приемлемая цена, оптимальная мощность для обслуживания четырёх потребителей.
- Симпатичный дизайн, удобная ручка, не надо обслуживать, только стирать пыль.
- Простой и понятный интерфейс эксплуатации.
Минусы:
- Не отмечено.
Как выбрать однофазный стабилизатор?
Действуйте согласно следующему алгоритму:
- Определитесь со сценарием использования прибора (одна нагрузка, группа нагрузок или сразу вся сеть).
- Выясните амплитуду характерных перепадов напряжения на месте планируемой эксплуатации (её можно узнать, сделав контрольные замеры сетевых параметров в разное время суток).
- Рассчитайте максимальную мощность нагрузки (Рmax нагр).
- Заложите запас по мощности равный 30%: Рmax нагрх 1,3 = Рнеобх – именно столько ватт должен выдавать стабилизатор, для того чтобы гарантированно питать предполагаемую нагрузку.
- Сверьте величину Рнеобх с мощностной линейкой представленных на рынке стабилизаторов. Подойдут модели с ближайшим (с большей стороны) значением выходной мощности.
- Из подходящих по мощности стабилизаторов – Рвых.стаб ˃ Рнеобх – отсейте те, у которых:
Для этого просуммируйте потребляемые мощности (Рпотр) намеченных к подключению устройств: Рmax нагр= Рпотр 1+ Рпотр 2+ … + Рпотр N.
Обратите внимание!
Если у какого-либо прибора потребляемая мощность в ходе работы меняется (например, из-за пусковых токов), то при расчете следует использовать наибольшее значение из возможных.
Обратите внимание!
При выборе стабилизатора для централизованной защиты сети необязательно суммировать мощности всех присутствующих в ней потребителей. Достаточно номинальный ток установленного в электрощитке вводного автомата умножить на значение номинального для сети напряжения: Рmax нагр= Iном х 220 (или 230).
Обратите внимание!
Не рекомендуется рассматривать модели с выходной мощностью ближайшей к Рнеобх с меньшей стороны, так как их выбор нивелирует ранее заложений мощностной запас. В худшем случае возможно и критическое несоответствие между мощностями стабилизатора и нагрузки: Рвых.стаб < Рmax нагр – в такой ситуации устройство не сможет работать из-за постоянной перегрузки!
- диапазон входного напряжения уже амплитуды наиболее частых сетевых колебаний;
- погрешность больше, чем допустимое для подключенного оборудования отклонение входного напряжения;
- габариты не соответствуют месту установки (изделие не получится разместить согласно эксплуатационному положению).
- Конкретную модель стабилизатора из оставшихся подбирайте исходя из финансовых возможностей и желаемого уровня защиты (самый высокий у инверторных стабилизаторов).
Обратите внимание!
Удостоверьтесь, что свойственные стабилизатору выбранного типа минусы, а они присутствуют практически у всех устройств, не отразятся на функционировании нагрузки.
Ресанта АСН 1000/1-Ц – защита дорогой электроники
Однофазный трансформатор стабилизации входного напряжения. Время реагирования не превышает 0.007 сек. Внедрена система микропроцессорного управления. Применён эффективный механизм защиты от перегрева.
Внедрено автоматическое отключение при превышении пиковых значений электрической сети, снижение нагрузки вызывает включение стабилизатора. Выходные данные отражаются на цифровом дисплее. Предусмотрены фильтры для сглаживания или отсечения частотных помех.
Плюсы:
- Стоимость, надёжно защищает бытовую электротехнику.
- Хорошо справляется со своими основными обязанностями, качество на уровне.
- Аккуратный внешний вид, ручка для транспортировки.
Минусы:
- Несколько недель выделяет неприятные запахи.
- Показатели на дисплее не соответствуют фактическим.
Выбор однофазного стабилизатора. Практические примеры
Пример 1. Защита единичной нагрузки
Однофазная сеть с номиналом 220 В, колебания в пределах 130-260 В. Единичная нагрузка с потребляемой мощностью равной 120 Вт и допустимым входным отклонением – 6%.
Необходимая мощность стабилизатора равна: 120 х 1,3 = 156 Вт – из чего следует, что в данном случае подойдёт прибор с характеристиками: выходная мощность не менее 156 Вт, точность 5% и лучше, диапазон входного напряжения шире, чем 130-260 В.
Пример 2. Защита нескольких нагрузок
Сеть аналогична примеру 1, но нагрузок уже три:
| № Нагрузки | Потребляемая мощность, Вт | Допустимое входное отклонение, % |
| 1. | 120 | 6 |
| 2. | 80 | 15 |
| 3. | 780 | 10 |
Найдем суммарную потребляемую мощность: 120 + 80 + 780 = 980 Вт. Заложим запас: 980 х 1,3 = 1274 Вт.
При наличии нескольких нагрузок точность стабилизатора следует выбирать исходя из наименьшего из допустимых отклонений. Значит, в нашем случае понадобится прибор с точностью не хуже 4%, выходной мощностью не менее 1274 Вт и диапазоном шире 130-260 В.
Пример 3. Централизованная защита всех потребителей в однофазной сети
Та же сеть, но теперь нужно организовать централизованную защиту всех потребителей. Номинал вводного автомата 32 А.
Возможная мощность нагрузки составит: 32 х 220 = 7040 Вт, от стабилизатора она потребует (с учетом запаса): 7040 х 1,3 = 9152 Вт.
При централизованном подключении в защищаемую стабилизатором сеть может включаться техника с разными требованиями к качеству питающего напряжения, поэтому рекомендуем выбирать изделие с максимальным параметром точности.
По итогу, в данном примере стабилизатору необходимы: выходная мощность не менее 9152 Вт, максимальная точность (1-3%) и аналогичный примерам 1 и 2 диапазон входного напряжения.
Пример 4. Защита потребителей в трехфазной сети
Трехфазная сеть с номиналом 400 В (по фазе 230 В) и колебаниями фазного напряжения 140-260 В. Номинал вводного трехполюсного автомата 16 А. Присутствуют только однофазные потребители, что позволяет организовывать защиту на основе соответствующих стабилизаторов.
Величина допустимой нагрузки по одной фазе: 230 х 16 = 3680 Вт. Следовательно, подходящий стабилизатор должен выдавать не менее 4784 Вт (3680 х 1,3 = 4784), иметь максимальную точность (1-3%) и диапазон шире 140-260 В.
Возможна установка как одного изделия (на приоритетную нагрузку), как и трех (на каждую фазу).
Пример 5. Защита нагрузки, потребляемая мощность которой больше мощности одной фазы трехфазной сети
Всё как в предыдущем примере, но имеется однофазное изделие или неделимая по питанию группа однофазных изделий с мощностью 7000 Вт. Такую нагрузку не получится запитать от отдельной фазы рассматриваемой сети, выходом из ситуации станет применение стабилизатора с конфигурацией «3 в 1», способного разложить потребляемую мощность на все фазы поровну.
Если изделие будет работать только с указанной нагрузкой, то его необходимая мощность составит: 7000 х 1,3 = 9100 Вт.
Если стоит задача защитить всю сеть, то выходной номинал стабилизатора рассчитаем, применив упрощённую формулу определения мощности в трехфазной сети: 400 х √3 х 16 = 11085 Вт. Учтем запас и получим итоговые: 11085 х 1,3 = 14 410 Вт.
Требования по точности и диапазону (в данном случае фазного напряжения) будут аналогичны примеру 4.
Обратите внимание!
Использование стабилизатора с конфигурацией «3 в 1» позволяет питать от трехфазной сети однофазного потребителя с энергопотреблением большим, чем мощность отдельной фазы данной сети.
Виды и их характеристики
Самые популярные виды приборов:
Ступенчатые выпрямители
Это устройства переменного напряжения самое распространенное. Оно удобно тем, что у такого стабилизатора одни из самых лучших характеристик. Также, ценовая политика достаточно демократична. Работает выравниватель при помощи специальных ключей отводов с различным коэффициентом переменного тока.
Феррорезонансные устройства
Этот трансформатор считается первым, уже не так современен, как другие. Из-за его недостатков, трансформатор не пользуется популярностью. Он слишком шумный и большой по габаритам. Также, высокая чувствительность к перепадам напряжения не дает устройству эффективно работать.
Электромеханические трансформаторы тока
Работают с помощью двигателя, который управляет ползунком. Он очень высокоточный, регулируется с помощью специальных витков. Имеет широкий диапазон стабилизации. Но есть существенные недостатки такого выпрямителя. Он очень быстро изнашивается, механизм работает только с течением одного года. Нет шумоизоляции, очень громко работает.
Бестрансформаторные устройства
Один из самых новых типов трансформаторов. Он имеет ряд положительных сторон, что значительным образом выделяет его из всех имеющихся моделей. В первую очередь – это расширенный спектр напряжения на входе, высокая мощность, легкий, малогабаритный. Единственный весомый недостаток такого трансформатора, это слишком высокая цена. Обычный потребитель не всегда сможет его себе позволить.
Также, они все различаются по фазам:
- Однофазные.
- Трехфазные.
Рассматривая подробно однофазные трансформаторы, можно выделить несколько особенностей. Он нужен при пользовании бытовой техникой с напряжением сети 220 вольт. Они могут решить много задач, что касается электроснабжения дома.
Трехфазные выпрямители рекомендуются для предприятий с выходом на 3 фазы. Это бывает тогда, когда нагрузка электрической сети очень большая, ее распределение несколько фаз.
Часто задаваемые вопросы
Как рассчитать мощность нужного мне стабилизатора?
У каждого электроприбора должен быть паспорт, в котором указаны характеристики работы. Если он утерян, то его всегда можно найти в интернете. Суммируйте всю мощность – получится приблизительная величина.
Нельзя покупать стабилизатор притык – получится практически то же самое, что и обеспечивают старые ТП. Возьмите запас мощности в 30-50%, чтобы была возможность использовать и другие инструменты.
Кстати, об инструментах: не забудьте учесть мощные инструменты, которыми планируете пользоваться. Инструмент имеет большие пусковые токи, кратностью 2-3. Поэтому, если планируете использовать мощные станки, смело берите стабилизатор вдвое мощнее потребителя.
В чем разница между ИПБ и стабилизатором?
Стабилизатор работает, пока присутствует напряжение. Источник бесперебойного питания – это аккумулятор, которому сеть нужна для подзарядки. Они выдают не чистую синусоиду, поэтому уступают стабилизаторам в роли «защитников» дома.
ИБП – источники бесперебойного питания – нужны для аварийного электроснабжения. Например, газовых котлов на случай отключения сетевого электричества. ИБП запасает мощность в низковольтных аккумуляторах, и в моменты перебоя электричества выдают ток с нужным напряжением. Не все ИБП выдают чистую синусоиду.
Стабилизатор приводит параметры сетевого электричества в норму и не запасает энергию.
Зачем нужен?
В первую очередь для защиты нежной орг- и бытовой техники. Чем хуже качество электроэнергии – тем меньше проживет ваш надежный холодильник и верный телевизор.
В России действует ГОСТ 32144-2013 от 01.07.14 на качество электроэнергии, согласно которому:
- напряжение не должно выходить за пределы 220В (380В) +/- 10%;
- частота 50 +/- 0,4 Гц;
- доза фликера не превышает 1,0;
- должны отсутствовать нечетные гармоники, составляющие обратной и нулевой последовательности и другие высокие материи
