Как подобрать стабилизатор напряжения для частного дома или квартиры?

Для чего нужен стабилизатор напряжения

Пониженное и/или нестабильное напряжение в сети электропитания может необратимо повредить всю бытовую технику в Вашем доме!

И, при этом, в бесплатном гарантийном сервисе, вероятнее всего, Вам будет отказано, так как, гарантия имеет силу лишь при условии, что устройство эксплуатируется в условиях электропитания удовлетворяющих строгим техническим требованиям к напряжению питания — 220 вольт ±10%.

Бытовая техника, подключенная через стабилизатор, работает в щадящем режиме электропитания со стабилизированным входным напряжением питающей сети, что позволяет значительно продлить ее эксплуатационный ресурс и даже сэкономить на электроэнергии т.к. вся бытовая техника изначально проектируется на конкретное значение в сети.

Стабилизаторы также могут использоваться для защиты электродвигателей. Возможно, Вы замечали как трудно стартовать электродвигателю при пониженном питании в сети.

Если подано питание меньше нормы — двигателю не хватает пусковой мощности, он просто стоит и потребляет огромный пусковой ток, который раз в пять-семь больше рабочего. Двигатель очень быстро перегревается и выходит из строя.

А теперь представьте, что это двигатель Вашей новой стиральной машинки или нового холодильника — нужен стабилизатор.

Стабилизатор для частного дома или дачи — просто необходим для защиты от постоянных перепадов напряжения в сети.

Для корректного повышения/понижения напряжения в сети, для защиты то низкого/высокого значения питания необходим повышающий/понижающий стабилизатор от авторитетного производителя.

Значение вольтодобавки будет автоматически подбираться в зависимости от уровня просаженности во входной электросети, а в случае аварийного изменения входного напряжения вся аппаратура будет автоматически отключена от сети.

1. Зачем нужен стабилизатор:
2. Если у Вас в доме нет ничего более ценного, чем лампочки накаливания, однозначно, — стабилизатор Вам не нужен.
3. Есть смысл задуматься о покупке стабилизатора, если у Вас есть хотя бы холодильник или микроволновая печь и питание в сети периодически падает ниже 190 вольт.
4. Ну и если у Вас «полный фарш» бытовой техники и питание периодически отклоняется вверх выше 250 вольт и/или вниз ниже 190 вольт — Вам крайне необходимо защитить всю электросеть в доме мощным стабилизатором сетевого напряжения.

Вывод очевиден:

Принцип работы стабилизатора напряжения

• Принцип работы стабилизатора заключается в отслеживании изменений входного питания и корректировке в соответствии с ситуацией:
• При изменении входного напряжения, первую фазу (20 миллисекунд) стабилизатор использует для замера.
• После замера происходит реагирование на ситуацию. При изменении напряжения в пределах диапазона, происходит выравнивание до 220 В.
• При падении значения ниже диапазона, стабилизатор переходит в режим «вытягивания» — поднимает питание, на сколько хватает ресурса трансформатора.
• При скачке выше диапазона, происходит аварийное отключение.
• Импульсные скачки и скачки при отключениях и включениях электроэнергии не пропускаются.
• Регулировка напряжения в стабилизаторе организовано методом переключения добавочных обмоток специального трансформатора.

Переключение осуществляется электронными ключами в момент прохождения синусоиды напряжения через нулевую отметку. Электронные ключи управляются процессором по специальной программе.

Процессор собирает данные с датчиков и коммутирует ключи по заданному алгоритму. Также, процессор не допускает включения более одного ключа и следит за исправностью ключей.

Процессор также собирает данные с сопутствующих датчиков, не обозначенных на схеме (силы тока, нагрева трансформатора, питания процессора, и др.).

В алгоритм программы процессора заложены следующие режимы:
Транзит — режим, когда 220 В на входе нормальное и стабилизатор обеспечивает защиту только от внезапных скачков.
Повышение — режим, когда питание на входе ниже нормы, но в пределах диапазона регулирования, стабилизатор выравнивает его до номинального.
Вытягивание — аварийный режим, когда 220 В на входе ниже нормы и ниже диапазона

Обратите внимание! Стабилизатор не отключается, а поднимает питание, на сколько хватает ресурса трансформатора.
Понижение — режим, когда напряжение на входе выше нормы, но в пределах диапазона регулирования, стабилизатор выравнивает питание до номинального.
Авария — режим, когда 220 В на входе выше диапазона регулирования, стабилизатор отключается, переходя в дежурный режим и «ждет» падения питания.
Задержка включения — режим обеспечивает сглаживание скачка при включении электроэнергии.

Общее устройство стабилизатора напряжения

Стабилизаторы напряжения выпускаются в большом количестве по всему миру. В зависимости от ценовой политики производителя меняются только их технические характеристики, срок эксплуатации и гарантийный срок.

Итак, чтобы изготовить стабилизатор напряжения на 220 В своими руками, необходимо узнать его устройство:

1. Основным силовым элементом стабилизирующего устройства является трансформатор или автотрансформатор. Вариант с автотрансформатором проще, так как последний имеет только одну обмотку, с множеством отводов. Подключая выход к разным отводам можно менять коэффициент автотрансформации, поддерживая напряжение на выходе.
2. Узел коммутации отводов автотрансформации. Состоит из множества симисторов, подключенных в отводам автотрансформатора, которые непосредственно и подключают нужный отвод к выводу.
3. Схема измерения и управления. Определяет уровень входного напряжения и высчитывает какой вывод автотрансформатора необходимо закомутировать, подает управляющий сигнал на узел коммутации, включая соответствующий симистор.
4. Блок питания. Состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и стабилизатора напряжения. Цель — обеспечить узлы схемы питающим напряжением.

Также для каждого устройства должна быть предусмотрена защита от короткого замыкания в виде автоматического выключателя или более дешёвого простого предохранителя.

Виды стабилизаторов

Стабилизаторы различаются по конструктивным особенностям, техническим характеристикам и цене.

Релейные. Регулировка напряжения ступенчатая. Чем выше количество обмоток у вольтодобавочного трансформатора, тем модель точнее стабилизирует и дороже стоит, при этом увеличение числа обмоток снижает скорость срабатывания.

Преимущества таких приборов следующие:

• высокая скорость срабатывания;
• компактные габариты;
• работа в широком диапазоне (140 — 270 В);
• возможность эксплуатации при температуре от -20 до +40°С;
• низкий уровень шума при работе;
• доступная цена.

К недостаткам можно отнести сам принцип ступенчатого переключения – электрические лампочки (накаливания и галогенные) меняют уровень накала при срабатывании устройства, что может вызывать дискомфорт.

Если вы решили приобрести релейный стабилизатор, выберите модель, мощность которой на 20-30% превышает расчетные показатели для вашего дома, поскольку производители недорогих устройств часто указывают завышенное значение мощности.

Электронные ступенчатые. Отличаются от релейных отсутствием механических деталей, склонных к износу. Переключение производится симисторами или тиристорами. Это обеспечивает долговечность устройства, но и повышает его чувствительность к помехам в электросети. В остальном плюсы и минусы такого стабилизатора те же, что и у релейного.

Электромеханические. Регулировка вольтодобавочного трансформатора выполняется поворотным щеточным контактом под управлением сервопривода. Характеристики (скорость срабатывания, точность стабилизации и т.д.), а также цена устройства значительно варьируются, они зависят от количества трансформаторов и щеточных узлов.

Основные преимущества электромеханических стабилизаторов:

• плавная регулировка (отсутствуют перепады степени накаливания лампочек);
• высокие показатели точности стабилизации;
• устойчивость к помехам и искажениям в электросети;
• устойчивость к перегрузкам (устройство способно выдержать перегрузку в 200% в течение нескольких секунд);
• относительно низкая цена.

К недостаткам можно отнести:

• механический износ движущихся элементов устройства – щетки и сервоприводы требуют регулярной замены;
• ограниченный температурный режим эксплуатации (не ниже -5°С);
• сравнительно невысокую скорость срабатывания моделей с одной щеткой на трансформатор (двухщеточные стабилизируют напряжение быстрее, но стоят заметно дороже);
• звуки срабатывания сервоприводов.

Электродинамические стабилизаторы. Разновидность электромеханического устройства, но надежность таких приборов выше за счет замены щетки на ролик и они более устойчивые к износу.

Преимущества электродинамических устройств:

• возможность эксплуатации при температуре воздуха -15°С и выше;
• способность выдерживать перегрузку в 200% на протяжении 2 минут;
• долговечность.

Недостаток – более высокая стоимость по сравнению с классическими электромеханическими моделями.

Гибридные (комбинированные). Электромеханическое устройство с добавлением двух релейных стабилизаторов – они задействуются при аномально низких или высоких показателях сетевого напряжения, с которыми не справляется электромеханическая часть. Преимущества устройства – широкий диапазон рабочих напряжений и надежность.

Электромагнитные. Напряжение на выходе регулируется за счет локального подмагничивания сердечника трансформатора при помощи тиристорного регулятора.

Преимущества устройства:

• высокая скорость срабатывания;
• температурный диапазон эксплуатации от -40 до +50°С;
• долговечность благодаря отсутствию механических деталей.

Данный вид стабилизаторов не лишен и недостатков, к которым относится:

• узкий рабочий диапазон (входное напряжение 170-250В);
• неустойчивость к перегрузкам (выдерживает не более 50% на протяжении нескольких секунд);
• относительно большой вес;
• непрерывный шум при работе;
• требует использования фильтра для компенсации помех, способных повлиять на работку компьютеров и другой электроники;
• при нагрузке менее 15-20% от номинальной устройство не может работать, т.к. не хватает силы тока для намагничивания сердечника;
• трехфазные модели отличаются от стабилизаторов других типов чувствительностью к перекосу фаз.

Выбирая тип стабилизатора, сравните характеристики и стоимость моделей, их способность работать в конкретных условиях, в том числе температурный диапазон.

Для тех, кто ищет вариант подешевле, подойдут релейные, электромеханические или гибридные модели. Если на первом месте стоит надежность и долговечность, лучше остановить свой выбор на электронном или электродинамическом устройстве.

Классификация приборов

Оборудование, предназначенное для преобразования тока, подразделяется в зависимости от различных факторов. По числу выпрямляемых фаз различают следующие виды приборов:

1. Одно;
2. Трех;
3. Многофазные.

Первый тип устройств используется в бытовой технике, зарядных устройствах мобильных гаджетов. Трехфазные выпрямители предназначены для электротранспорта и промышленных установок.

Смотрим видео, устройство, виды и принцип работы:

Устройства обоих типов могут быть мостовыми, имеющими схему «моста». Они наиболее часто используются для выпрямления переменного тока при этом имеют минимальные пульсации и лучшее качество постоянного. Мостовые схемы обычно применяют в приборах предназначенных для питания сварочных аппаратов.

Кроме рассмотренного выше параметра классификация выпрямителей осуществляется по таким признакам, как:

• Использование периодов (одно-, двухполупериодные, неполно-, полноволновые);
• Схема работы (умножающие, трансформаторные);
• Тип электронного вентиля (диод, тиристор, полупроводниковый, механический);
• Вид сигнала (цифровой, аналоговый, импульсный).

Схема однополупериодного выпрямителя напряжения 12 В состоит из двух диодов и на ее основе собирается двухполупериодный. Он включает в себя два таких прибора, которые включены встречно-параллельно.

Схемы стабилизаторов и регуляторов тока

Всем известно, что светодиодным лампочкам необходимо питание двенадцать вольт. В сети авто это значение может доходить до 15 В. Светодиодные элементы очень чувствительны, на них такие скачки отражаются отрицательно. Светодиодные лампы могут перегореть либо некачественно светить (мигать, терять яркость и т.д.).

Чтобы светодиоды служили дольше, в электросеть автомобиля включаются драйвера (резисторы). При нестабильности в сети устанавливаются устройства, которые поддерживают постоянное значение. Существует несколько простых микросхем, по которым можно сделать стабилизатор напряжения своими руками. Все компоненты, входящие в цепь, можно приобрести в специализированных магазинах. Обладая начальными знаниями по электротехнике сделать приборы будет несложно.

На КРЕНке

Для того, чтобы сконструировать простейший стабилизатор напряжения 12 вольт своими руками, понадобится микросхема с потреблением 12 В. В этом случае подойдет регулируемый стабилизатор напряжения 12 В LM317. Он может функционировать в электросети, где входной параметр составляет до 40 В. Чтобы прибор стабильно работал, необходимого обеспечивать охлаждение.

Крены для микросхем

Стабилизатор тока на LM317требует для работы небольшой ток до 8 мА, и данное значение обычно остается неизменным, даже при большом токе, протекающем через крен LM317, или при изменении входного значения. Это реализуется с помощью компоненты R3.

Можно применять элемент R2, но пределы при этом будут небольшими. При неизменном сопротивлении LM317 ток, идущий через прибор, будет также стабильным (автор видео — Создано в Гараже).

Входное значение для кренки LM317 может составлять до 8 мА и выше. Пользуясь этой микросхемой, можно придумать стабилизатор тока для ДХО. Это устройство может выступать нагрузкой в бортовой сети или источником электричества при подзарядке аккумуляторной батареи. Сделать простой стабилизатор напряжения LM317 не составляет труда.

На двух транзисторах

На сегодняшний момент пользуются популярностью стабилизирующие устройства для бортовой сети машины на 12 В, разработанные с использованием двух транзисторов. Данную микросхему используют как стабилизатор напряжения для ДХО.

Резистор R2 является токораздающим элементом. При возрастании тока в сети увеличивается напряжение. Если оно достигает значения от 0,5 до 0,6 В, открывается элемент VT1. Открытие компонента VT1 закрывает элемент VT2. В итоге, ток, проходящий через VT2, начинает снижаться. Можно вместе с VT2 применять полевой транзистор Мосфет.

Элемент VD1 включается в цепь, когда значения находится в пределах от 8 до 15 В и настолько велики, что транзистор может выйти из строя. При мощном транзисторе допустимы показания в бортовой сети около 20 В. Не стоит забывать о том, что транзистор Мосфет откроется, если показания на затворе будут 2 В.

На операционном усилителе (на ОУ)

Стабилизатор напряжения для светодиодов на основе ОУ собирается при необходимости создания устройства, которое будет работать в расширенном диапазоне. В рассматриваемом случае в качестве элемента, который будет задавать выпрямляемый ток, является R7. С помощью операционного усилителя DA2.2 можно увеличить уровень напряжения в токозадающем компоненте. Задачей компонента DA 2.1 является контроль опорного напряжения.

При создании схемы следует учесть, что она рассчитана на 3А, поэтому необходим больший ток, который должен поступать на разъем ХР2. Кроме того, следует обеспечивать работоспособность всех составляющих данного устройства.

Сделанный стабилизирующий прибор для автомобиля должен иметь генератор, роль которого выполняет REF198. Чтобы правильно настроить прибор, ползунок резистора R1 нужно установить в верхнее положение, а резистором R3 задавать необходимое значение выпрямленного тока 3А. Для погашения возможных возбуждений, используются элементы R,2 R4 и C2.

На микросхеме импульсного стабилизатора

Если выпрямитель для автомобиля должен обеспечивать высокий КПД в сети, целесообразно использовать импульсные компоненты, создавая импульсный стабилизатор напряжения. Популярной является схема МАХ771.

Схема выпрямителя с импульсным выпрямителем

Импульсный стабилизатор тока характеризуется выходной мощностью 15 Вт. Элементы R1 и R2 делят показатели схемы на выходе. Если делимое напряжение превышает по показателям опорное, выпрямитель автоматически уменьшает выходное значение. В противном случае устройство будет увеличивать выходной параметр.

Сборка данного устройства целесообразна, если уровень превышает 16 В. Компоненты R3 являются токовыми. Для устранения высокого падения нагрузки на данном резисторе в схему следует включить ОУ.

«Энергия Classic и Ultra» — электронные на тиристоре

Досье: продвинутые бесшумные модели повышенной надежности и долговечности. Тиристорное регулирование не имеет подвижных частей, которые изнашиваются, что увеличивает срок службы.

Плюсы: способны терпеть перегрузку до 180%. Тиристорный ключ повышает не только ресурс, но и скорость срабатывания (коммутация всего 20 мс). Способны кратковременно вытягивать напряжения с 60 В.

Минусы: дороже всех предыдущих, нет маломощных моделей.

Входной диапазон: 105-280 В

Погрешность на выходе: 5% (Classic), 3% (Ultra)

Гарантия: 3 года

Цены: от
27 700 руб.
… до
88 150 руб.

Модельный ряд

*Серия «Ультра» отличается от «Классик», тем что, обладает морозостойкостью и меньшей погрешность 3% против 5%.

Так нужен стабилизатор или нет?

Чтобы ответить на этот вопрос, достаточно померять напряжение в розетке в разное время суток. Особенно в вечернее, когда большинство жителей вашего дома приходят с работы и включают свои чайники, микроволновки и сварочные инверторы.

В соответствии с требованиями Международной электротехнической комиссии IEC 60038:2009 (ГОСТ 29322-2014), напряжение бытовой сети должно лежать в диапазоне 230В±10%. Но так как на данный момент во многих регионах до сих пор действуют устаревшие нормы (220В±10%), то фактически «разрешенным» является интервал 198…253 Вольта.

Для получения достоверной картины необходимо проводить замеры напряжения в течении длительного времени. Измерения обязательно должны попадать во все части суток — утро, день, вечер и ночь. Если есть возможность, лучше пригласить специалиста из компании, проводящей энергоаудит. Он установит специальное оборудование, которое соберет и проанализирует информацию за сутки.

В подавляющем большинстве случаев напряжение в квартире находится в допустимых пределах и в стабилизации не нуждается.

Однако, если результаты наблюдений показали наличие продолжительных периодов, когда напряжение превышает 253В или находится ниже 198В, то проблема действительно существует. Но не следует сразу же отправляться в магазин за стабилизатором.

Во-первых, имеет смысл написать жалобу в вашу местную энергоснабжающую организацию, сославшись на несоответствие напряжения стандартам (ГОСТ 29322-2014).

Во-вторых, конкретно ваша бытовая техника, возможно, совсем не критична к величине питающего напряжения.

Бытовая техника, которой все равно

Примерный перечень оборудования, которое без проблем переносит серьезные отклонения сетевого напряжения, представлен ниже.

• Современные холодильники. Почему так можно узнать здесь.
• Компьютеры и мониторы. Наличие собственного преобразователя напряжения (импульсного блока питания) сводит к минимуму влияние сетевого напряжения на их работоспособность. Подробнее тут.
• Активная нагрузка: утюги, щипцы и фены, обогреватели, проточные водонагреватели, электроплиты, сушилки для обуви и т.п. Работать будет в любом случае, правда количество выделяемого тепла находится в квадратичной зависимости от напряжения.
• Звуковоспроизводящая аппаратура: музыкальные центры, домашние кинотеатры, усилители, электрические звонки и прочее. Аудиофилы со мной, конечно же, не согласятся. На эту тему даже есть отдельная статья.
• Светодиодные лампы. Благодаря встроенному в лампу драйверу тока, яркость свечения не зависит от питающего напряжения.

Приборы, чувствительные к питающему напряжению

А эта бытовая техника плохо реагирует на колебания напряжения в сети. В запущенных случаях возможен выход из строя.

• Кондиционеры и пылесосы. В этих приборах стоят асинхронные двигатели, которые при пониженном напряжении* начинают жрать ток больше положенного, из-за чего обмотки двигателя сильно разогреваются. В таких случаях вся надежда ложится на тепловое реле. Если оно не обесточит схему, то из-за сильного перегрева возможна поломка. А если двигатель все-таки стартанет, то работать будет не на полную мощность.
• Старые холодильники. Имеют точно такой же недостаток, как и кондиционеры. При низком напряжении в сети двигатель гудит и перегревается.
• Древние телевизоры. От перепадов сетевого напряжения меняется размер растра и яркость изображения. Но таких телевизоров сейчас почти не осталось.
• Люминесцентные и энергосберегающие лампы. При пониженном напряжении могут не зажжеться.
• Лампы накаливания. Яркость свечения очень сильно зависит от величины напряжения в сети: снижение напряжения всего на 10% приводит к 25%-ому снижению яркости, а при 180 вольтах 60-ваттная лампочка превращается в 25-ваттную.
• Микроволновые печки. При понижении напряжении питания мощность СВЧ-излучения падает настолько, что микроволновкой фактически становится невозможно пользоваться.
• Стиральные машины. При понижении напряжении ниже критичного уровня, контроллер останавливает программу стирки и выводит соответствующую ошибку на индикатор. В старых стиралках «без мозгов» может сгореть двигатель.
• Посудомоечные машины. При «неправильном» напряжении в розетке просто не включатся.
• Навороченные бойлеры. Напичканные электроникой бойлеры просто отключаются при выходе напряжения за допустимые пределы.

*под «пониженным напряжением» понимается напряжение 180В или ниже.

Какой стабилизатор выбрать

Существует несколько типов стабилизаторов. Устаревшие феррорезонансные устройства уже не используются, поэтому детально их рассматривать нецелесообразно.

• Инверторные. Инновационная разработка, которая конструктивно отличается от всех существующих аналогов. Принцип работы базируется на передовой технологии двойного преобразования энергии. Такие модели не имеют недостатков, за исключением высокой стоимости.
• Релейные модификации основываются на переключении обмоток трансформатора специальным реле. Отдается предпочтение той обмотке, напряжение на которой наиболее близкое к номинальной величине. Основные преимущества – приемлемая стоимость и высокая скорость срабатывания. Но есть один существенный недостаток – средняя точность стабилизации, которой может быть недостаточно для чувствительной современной техники.
• Тиристорные и симисторные по принципу работы схожи с релейными стабилизаторами, однако переключение между катушками индуктивности осуществляют быстродействующие и высокоэффективные детали – симисторы и тиристоры. Характеристические особенности превосходят все аналоги. Их часто используют в бытовых условиях, но обеспечить 100% безопасность работы бытовой техники они не могут.
• Электромеханические осуществляют стабилизацию напряжения благодаря перемещению специального контакта по обмотке трансформатора. Основные достоинства моделей этого типа – низкая стоимость и высокая точность стабилизации. Основной недостаток делает устройство практически не используемым в квартирах – низкая скорость срабатывания.

Выбор по мощности

Принцип расчета мощности для всех разновидностей стабилизаторов одинаковый – суммируется мощность всех используемых электрических приборов и добавляется запас в объеме 20%.

В таблице перечислены максимально приближенные диапазоны мощностей электрических приборов, чаще всего используемых в квартирах.

Выбор стабилизатора по диапазону и точности

На всех устройствах указывается рабочий диапазон. Этот параметр представляет собой величину напряжения на входе, при котором стабилизатор должен корректировать выходное напряжение. Если величина превышает допустимые значения, устройство автоматически обесточит все электрические приборы, находящиеся в квартире.

Для вычисления рабочего диапазона бытового стабилизатора нужно провести контрольные замеры входящего напряжения в сети на протяжении нескольких дней. Предпочтительнее проводить замеры утром и вечером, когда нагрузка на электрические магистрали максимально высока. Крайние значения, полученные в результате, будут допустимыми значениями рабочего диапазона стабилизатора.

Под точностью подразумевают максимальное отличие в большую или меньшую сторону выходного параметра от номинала. Практически все электрические приборы работают с точностью стабилизации 220 В +- 5-7%.

Выбор места монтажа

Существует определенный список рекомендаций, касающийся выбора правильного места для установки стабилизатора электроэнергии:

• Помещение, где планируется установка должно быть с минимальным уровнем влажности воздуха, и всегда хорошо проветренным. Такие условия необходимо соблюдать, чтобы свести к минимуму риск попадания влаги в устройство;
• Если установка стабилизатора будет производиться в маленьких закрытых пространствах (например, в ячейке около распределительного щитка электроэнергии), заранее подумайте о том, чтобы облицовочные материалы в этой зоне не были горючими и легко воспламеняемыми;
• Обязательно оставьте зазор не менее десяти см между коробкой стабилизатора и стеной;
• Прикрепляя на стену стабилизатор электроэнергии, заранее позаботьтесь о том, чтобы максимально надежно его закрепить, а также чтобы его расположение было удобным для эксплуатации.

Похожие записи:

Полупроводниковые выпрямительные диоды Что такое дроссель и для чего он нужен: рассмотрим внимательно Портирование ос на aarch64 Почему микрофоны тихие и как их доработать Как пользоваться вольтметром Трансформатор тмг: расшифровка, конструкция, технические характеристики