Стабилизатор напряжения для частного дома: как выбрать начинающему мастеру по техническим характеристикам за 7 шагов

Бытовой стабилизатор средней мощности

Для обслуживания личного жилища с малым числом потребителей хорошо подойдет стабилизатор на 5000 ватт. Обычно такие устройства отличаются демократичной ценой, небольшими габаритами и высоким КПД работы. Однако прежде, чем приобретать такую модель, нужно убедиться, что суммированная мощность эксплуатируемых потребителей (начиная от светильников и заканчивая электродвигателями и скважинными насосами, используемыми в сельском хозяйстве) не будет превышать 2500 ватт.

Стабилизаторы с реле и цифровым дисплеем широко применяются для коррекции входных сигналов благодаря быстроте срабатывания и возможности работы с широким диапазоном значений. При выборе модели первоочередным критерием должна быть мощность, способная обслужить все имеющиеся в доме электроприборы.

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.

Какой стабилизатор напряжения лучше – релейный или электронный? Точно ответить на этот вопрос позволит сравнение их плюсов и минусов.

Достоинства электронных стабилизаторов:

1. Отсутствие механических элементов в электронных стабилизаторах обеспечивает бесшумность работы и исключает преждевременный износ основных узлов устройства;
2. Почти мгновенную реакцию на изменения параметров входного тока;
3. Высокая точность стабилизации выходного напряжения.

Недостатками стабилизаторов этого типа являются:

1. Высокая чувствительность сетевым помехам;
2. Слабая перегрузочная способность;
3. Сложность конструкции;
4. Высокая стоимость.

Высокочастотные модели стабилизаторов

По сравнению с релейными моделями, высокочастотный стабилизатор напряжения (схема показана ниже) является более сложным, и диодов в нем задействуется больше двух. Отличительной особенность приборов данного типа принято считать высокую мощность.

Трансформаторы в цепи рассчитаны на большие помехи. В результате данные приборы способны защитить любую бытовую технику в доме. Система фильтрации в них настроена на различные скачки. За счет контроля напряжения величина тока может изменяться. Показатель предельной частоты при этом будет увеличиваться на входе, и уменьшаться на выходе. Преобразование тока в этой цепи осуществляется в два этапа.

Первоначально задействуется транзистор с фильтром на входе. На втором этапе включается диодный мост. Для того чтобы процесс преобразования тока завершился, системе требуется усилитель. Устанавливается он, как правило, между резисторами. Таким образом, температура в устройстве поддерживается на должном уровне. Дополнительно в системе учитывается источник питания. Использование блока защиты зависит от его работы.

Стабилизаторы переменного напряжения

Такие приборы предназначены для выравнивания переменного напряжения независимо от его параметров входа. Выходное напряжение должно быть в виде идеальной синусоиды, независимо от входных дефектов питания. Различают несколько видов стабилизаторов

Накопители

Это стабилизаторы, накапливающие энергию от входного источника, а далее энергия создается снова, однако уже с постоянными параметрами.

Двигатель-генератор

Принцип работы стабилизатора напряжения такого типа состоит в изменении электроэнергии в кинетический вид, применяя электродвигатель. Далее генератор снова производит обратное изменение, уже с постоянными параметрами.

Основным компонентом системы является маховик, накапливающий энергию и выравнивающий напряжение. Он соединен с подвижными элементами генератора и двигателя, имеет большую массу, инерцию, которая сохраняет быстродействие. Так как скорость маховика постоянная, то напряжение также будет постоянным, даже при малых перепадах напряжения на входе.

Феррорезонансный

Прибор состоит:

• Конденсатор.
• Катушка с ненасыщенным сердечником.
• Катушка индуктивности с насыщенным сердечником.

К катушке с сердечником насыщенным приложено постоянное напряжение, и не зависит от тока, поэтому можно подобрать данные второй катушки и емкости для стабилизации питания в необходимых пределах.

Работа такого устройства сравнивается с качелями. Их трудно сразу остановить, или сделать скорость качания выше. Качели также не нужно постоянно подталкивать, так как инерция делает свое дело. Поэтому могут быть значительные падения и обрыв питания.

Инверторный

Схема такого прибора состоит:

• Преобразователь напряжения.
• Микроконтроллер.
• Емкость.
• Выпрямитель с регулятором мощности.
• Фильтры входа.

Принцип работы инверторного стабилизатора заключается в протекании 2-х процессов:

1. Вначале входное переменное напряжение изменяется в постоянное при прохождении по выпрямителю и корректору. При этом электроэнергия накапливается в емкостях.
2. Далее постоянное напряжение изменяется в переменное на выходе. Из емкости ток течет к инвертору, трансформирующему ток в переменный с постоянными данными.

Корректирующие

• Электромагнитный, который имеет отличие от феррорезонансного отсутствием емкости, и пониженной мощностью.
• Электромеханический и электродинамический.
• Релейный.

Конструкция стабилизатора напряжения …

Watch this video on YouTube

Стабилизаторы постоянного тока

Питание сети постоянного тока требует выравнивания при входном напряжении ниже или выше допустимого предела. При протекании тока по стабилизатору, оно выравнивается до необходимой величины. Также схему стабилизатора можно выполнить со сменой полярности питания.

Линейные

Такой прибор является делителем, на который поступает нестабильное напряжение, а на его выходе напряжение выравнивается и имеет необходимые свойства. Его принцип действия состоит в постоянном изменении значения сопротивления для создания выровненного питания на выходе.

Достоинства:

• При эксплуатации отсутствуют помехи.
• Простое устройство с малым числом деталей.

Недостатки:

При значительной разнице выходящего и входящего питания линейный стабилизатор показывает малый КПД, так как значительная часть производимой мощности переходит в тепло и расходится на сопротивлении.

Параметрический

Такое исполнение прибора с контрольным элементом, подключенным параллельно нагрузке, выполнено на полупроводниковых и газоразрядных стабилитронах.

По стабилитрону проходит ток, который выше в десять раз тока на резисторе. Поэтому такая схема подходит для стабилизации питания только в маломощных устройствах. Чаще всего его применяют в качестве составного компонента преобразователей тока со сложной конструкцией.

Последовательный

Работа прибора видна на изображенной схеме.

Эта схема соединяет два компонента:

1. Биполярный транзистор, повышающий ток. Он является эмиттерным повторителем.
2. Параметрический стабилизатор, рассмотренный выше.

Выходное напряжение не зависит от проходящего по стабилитрону тока. Однако оно зависит от вида вещества полупроводника. По причине сравнительной независимости этих величин выходное напряжение получается устойчивым.

При протекании по транзистору напряжение на выходе прибора повышается. При применении одного транзистора напряжение может не удовлетворить потребителя. В этом случае выполняют прибор из нескольких транзисторов, чтобы повысить ток до необходимой величины.

Принцип работы и тест самоделки

Регулирующим элементом электронной схемы стабилизации выступает мощный полевой транзистор типа IRF840. Напряжение для обработки (220-250В) проходит первичную обмотку силового трансформатора, выпрямляется диодным мостом VD1 и поступает на сток транзистора IRF840. Исток этого же компонента соединен с минусовым потенциалом диодного моста.

Схема принципиальная стабилизирующего блока высокой мощности (до 2 кВт), на основе которой были собраны и успешно используются несколько аппаратов. Схема показала оптимальный уровень стабилизации при указанной нагрузке, но не выше

Часть схемы, в которую включена одна из двух вторичных обмоток трансформатора, образуется диодным выпрямителем (VD2), потенциометром (R5) и другими элементами электронного регулятора. Этой частью схемы формируется управляющий сигнал, который поступает на затвор полевого транзистора IRF840.

На случай повышения напряжения питающей сети управляющим сигналом понижается напряжение затвора полевого транзистора, что приводит к закрытию ключа. Соответственно, на контактах подключения нагрузки (XT3, XT4) возможное повышение напряжения ограничивается. Обратным вариантом работает схема на случай понижения сетевого напряжения.

Настройка прибора особой сложностью не отличается. Здесь потребуется обычная лампа накаливания (200-250 Вт), которую следует включить на клеммы выхода прибора (X3, X4). Далее вращением потенциометра (R5) напряжение на отмеченных клеммах доводят до уровня 220-225 вольт.

Выключают стабилизатор, отключают лампу накаливания и включают прибор уже с полноценной нагрузкой (не выше 2 кВт).

После 15-20 минут работы вновь отключают аппарат и производят контроль температуры радиатора ключевого транзистора (IRF840). Если нагрев радиатора существенный (более 75º), следует подобрать более мощный теплоотводящий радиатор.

Если процесс изготовления стабилизатора показался вам слишком сложным и нерациональным с практической точки зрения, без особых проблем можно найти и приобрести устройство заводского исполнения. Правила и критерии выбора стабилизатора на 220 В приведены в рекомендуемой нами статье.

Стабилизаторы и их роль

Наиболее уязвимы частные дома, находящиеся в небольших населенных пунктах, где практически невозможно обеспечить электроприборам качественное питание. Причина — «допотопные» советские подстанции, которые давно не в состоянии выдерживать сегодняшние нагрузки на сеть. Выход напряжения за «законные» пределы нередко провоцирует несколько неприятностей:

• уменьшает срок службы элементов сети;
• становится виновником сбоя в работе электроники — управляющей, контрольной;
• значительно увеличивает потребление электроэнергии;
• приводит к перегреву ТЭНов.

Этих последствий и чрезмерных трат можно избежать, если сделать стабилизатор напряжения своими руками. Перед тем как принять окончательное решение о том, быть или не быть самодельному устройству, с ним и его видами лучше познакомиться поближе.

Шаг №4 — Какой мощности нужен стабилизатор?

На предыдущих этапах мы узнали, что для дома нужен аппарат с плавной регулировкой, определились с количеством фаз необходимого прибора (однофазный или трехфазный) и решили для себя, будет он стоять в отапливаемом помещении или нужен морозостойкий вариант.

Теперь следует понять, какой мощностью должен обладать прибор.

magazin energia ru

К этому вопросу нужно отнестись внимательно, так как взяв стабилизатор маленькой мощности, в результате мы получим частые отключения стабилизатора по перегрузу.

Основное правило, которым принято руководствоваться при выборе стабилизатора напряжения для дома, звучит так:

На каждый частный дом или загородный коттедж устанавливается вводной автомат, который не позволяет нагружать электропроводку дома больше, чем она рассчитана. Это связано не с «жадностью» электриков, будто не хотят разрешить владельцу дома включать приборы большей мощности, чем разрешено. Причина банальна — не допустить возникновения пожара. Чтобы не допустить перегревания проводов и возникновения из-за этого пожара, ставится вводной автомат. Если человек попытается одновременно нагрузить электропроводку приборами бОльшей мощность, чем разрешено, — вводной автомат выполнит защитное отключение и не допустит пожара в доме.

Чаще всего на дом ставятся подобные вводные автоматы:

Вводной автомат на 40 А (ампер)

Для того, чтобы узнать какой мощности нужен стабилизатор напряжения для нашего дома, всегда применяется одна и та же формула:

• Вариант №1 — к дому подведена однофазная сеть на 220В
  В этом случае умножаем значение вводного автомата (у нас это 40 ампер) на 220 вольт:
  40 * 220 = 8 800
  Выходит, что для нашего дома нужен стабилизатор мощностью не меньше, чем 8800 ВА (вольт-ампер) или 8,8 кВА (киловольт-ампер).

  Зная типичную линейку мощностей стабилизаторов:
  5, 8, 10, 15, 20, 30 кВА

  Понимаем, что стабилизатор на 8 кВА с нашей нагрузкой уже не будет справляться, а вот на 10 кВА — самое оно.

• Вариант №2 — к дому подведена трехфазная сеть на 380В
  В случае трехфазной сети решение следующее:
  • если дома есть потребители на 380В — ставим один трехфазный стабилизатор.
    Его мощность высчитывается так:
    Вводной автомат для частных домов с трехфазным подключением чаще всего на 20 ампер.
    Умножаем 20 ампер на 200В и получившуюся цифру умножаем еще на 3:
    20 * 220 * 3 = 13 200
    Получается для дома нужен трехфазный стабилизатор мощностью не меньше 13200 ВА (вольт-ампер) или 13,2 кВА. (киловольт-ампер).
    Опять же, учитываем линейку мощностей трехфазных стабилизаторов (9, 15, 20, 30 кВА) понимаем, что нам нужен стабилизатор на 15 кВА. Итого, нужен трехфазник на 15 кВА.
  • Если же к дому подведено 3 фазы, а все электроприборы обычные, рассчитаны на 220В и трехфазных потребителей ставить не планируется, то эффективнее будет поставить три однофазных стабилизатора (по одному на каждую фазу). Это делается по той причине, что при пропадании напряжения на одной из фаз, трехфазный стабилизатор обесточит весь дом. При установке трех однофазных стабилизаторов данная проблема не возникает и электроприборы на оставшихся двух фазах продолжают работать.
    Мощность высчитывается как для обычного однофазного стабилизатора (описано было выше) с тем отличием, что нужен не один а три штуки:
    40 * 220 = 8 800 Итого, нужно 3 стабилизатора по 10 кВА.

Четвертое правило:

В зависимости от количества подведенных фаз:

• для однофазной сети (220В) чаще всего ставят однофазный стабилизатор на 10 кВА;
• для трехфазной сети ставят или один трехфазный стабилизатор на 15 кВА или три однофазных по 10 кВА (по одному на каждую фазу).

magazin energia ru

Принцип работы электронного стабилизатора

Электронный стабилизатор работает по следующему принципу. Плата контроля напряжения сканирует напряжение сети. Как только его величина выйдет из допустимых стандартом 10%, подаётся сигнал на плату управления. Она состоит из транзисторных Усилителей Постоянного Тока. УПТ формируют потенциал, открывающий полупроводниковые вентили. Напряжение на выходе стабилизатора приближается к номиналу. Управление всеми электронными компонентами осуществляется с помощью микропроцессора.

Большим плюсом электронных стабилизаторов можно считать исключительно малое собственное энергопотребление, поскольку в них отсутствуют индуктивные элементы типа обмоток реле или серводвигателя.

Поскольку число секций ограничено, то изменение напряжения осуществляется ступенями, то есть дискретно. Чем большее количество электронных ключей входит в схему устройства, тем выше точность установки напряжения. В качестве силовых ключей применяются мощные полупроводниковые приборы – тиристоры и симисторы.

Принцип действия стабилизаторов, собранных на разных полупроводниковых приборах, абсолютно одинаковый, но однофазный автоматический стабилизатор напряжения электронного типа, выполненный на симисторах, имеет существенный недостаток. Это слабая устойчивость при работе с индуктивной (реактивной) нагрузкой. Симисторы просто выходят из строя. Это сильно ограничивает сферу применения стабилизаторов такого типа. Вообще, электронные стабилизаторы, благодаря хорошим характеристикам и высокой надёжности, находят самое широкое применение в любых сферах.

Условно графическое обозначение на схемах

Все приборы имеют графическое обозначение. Это необходимо, чтобы не загромождать электрическую схему. Стабилитрон имеет свое условно-графическое обозначение, которое утверждено межгосударственным стандартом единого стандарта конструкторской документации (ЕСКД).

На рисунке снизу представлено как обозначается на схеме по ГОСТ 2.730-73, стабилитрон обозначается практически как диод, так как, в сущности, является одной из его разновидностей.

Для правильного включения следует различать, где плюс, где минус. Если смотреть на приведенный выше рисунок, то на нем плюс (анод) расположен слева, а минус (катод) справа. Согласно ЕСКД размеры УГО диодов должны составлять 5/5 мм. Это иллюстрирует рисунок снизу.

Приступаем непосредственно к сборке стабилизатора

Создание печатной платы слишком дорогое и долгое удовольствие, хотя при желании, вы можете последовать и по этому пути, но мы предлагаем поступить проще и выполнить монтаж устройства на обычной макетной плате, которую легко найти в продаже. Таким образом выполнить схему стабилизатора напряжения 220 В своими руками будет намного проще.

Современная база электронных компонентов очень широкая и предполагает множество вариантов замен:

Также следует обратить внимание, что в электронной схеме есть 2 элемента, которые обязательно необходимо охлаждать: стабилизатор КР1158ЕН6А и симисторы. Первый рекомендуется установить на охладитель площадью не менее 15–20 см², можно специализированный под корпус ТО-220

Второй — на охладитель 800–1000 см².

Как правильно выбрать стабилизатор напряжения по мощности

Выбор мощности стабилизатора напряжения при покупке, одна из важнейших задач, выполнив правильно которую вы обеспечите себе и технике спокойную долгую жизнь.

Для начала, несколько общих рекомендаций перед выбором стабилизатора.

• посмотрите какой вводной автомат у Вас на фазе. Это косвенно определяет уровень нагрузки разрешенной для Вашего объекта (дома). Нет смысла брать существенно выше номинал по мощности. Например у Вас 25 А автомат. То есть ограничение по мощность 25А*220В=5500 ВА то есть можно взять 5000 ВА или 8500 ВА стабилизатор, нет смысла брать больше. Кроме того, появляется вероятность выключения вводного автомата при включении мощного стабилизатора (высокие пусковые токи стабилизатора, в котором всегда присутствует трансформатор, “выбивают” автомат).
• Посчитайте суммарную нагрузку всех приборов. Разделите ее на две части – с двигателями и без. Это необходимо сделать для того, чтобы учесть правильно пусковые и реактивные токи

Приблизительные мощности бытовых электроприборов приведены в Таблице 1:

Таблица 1. Номинальная потребляемая мощность бытовых приборов.

Вольт-Амперы и Ватты – в чем разница?

Для чего это нужно? Дело в том, что у приборов, имеющих в своем составе индуктивности (трансформаторы, электродвигатели) мощность, выраженная в Ваттах, меньше, чем мощность, выраженная в Вольт-Амперах в cosφ раз. cosφ (косинус фи, меньше либо равен 1) – это поправочный коэффициент, учитывающий реактивную составляющую, возникающую из-за индуктивных элементов. Обычно он указывается на корпусе прибора, но если его нет, то его можно принять 0,7 – 0,8.

Можно записать такое правило:

Вт=ВА * cosφ

В Вольт-Амперах измеряется полная мощность, которая состоит из активной и реактивной составляющих. Активная мощность измеряется в Ваттах (Вт), и всегда равна или меньше реактивной мощности (ВА).

Маркетологи, чтобы представить товар в выгодном свете, потребляемую мощность электроприборов указывают, как правило, в Вт (это меньше, чем в ВА), а мощность таких приборов, как генераторы и стабилизаторы, указывают в ВА, чтобы казалось больше.

Пусковые токи

Есть еще понятие пусковых токов, это когда в момент включения устройство требует такого количества энергии, которое в несколько раз превышает потребляемую энергию в штатном режиме.

В Таблице 2 приведены средние пусковые токи на электроприборы.

Таблица 2. Пусковые токи потребителей электроэнергии.

При покупке стабилизатора нужно учитывать пусковые токи только у приборов последней строчки Таблицы 2, поскольку они имеют большую длительность. Короткими пусковыми токами можно пренебречь.

Нужно учесть, что пусковые токи не действуют одновременно, и для их учета можно взять самый мощный прибор. Хотя, бывают моменты, когда при включении питания к сети подключаются сразу все приборы. Это очень вредно не только для стабилизатора, но и для электропроводки вообще. Поэтому, подавая питание, включайте приборы по очереди, это можно делать групповыми автоматами.

Для чего он нужен

Современные электроприборы работают от 220 В, что считается оптимальным показателем в сети. Однако, на территории России, как и во многих других европейских странах, скачки напряжения не считаются редкостью. Подобное неблагоприятно сказывается на работоспособности и эксплуатационном сроке дорогостоящей техники. Приемлемым считается отклонение в 5%, однако техника способна преодолеть барьер и в 10%, но с ущербом для себя. По правде говоря, преодоление отметки в 198 В или 253 В, может вывести электроприборы из строя, которые в таких условиях и вовсе работать не обязаны. Риск возникновения короткого замыкания в таких условиях возрастает, что может стать причиной пожара.

Зачастую используются одно-, двухфазные устройства, которые считаются несложными с технической точки зрения. Трехфазные устройства применяются реже. Принцип работы у них один и тот же, а тип приспособлений может отличаться. «Чудо инженерной техники» необходимо на дачном участке, где ночью в сети наблюдается 260 В, в то время как вечером едва достигает отметки 150 В. К тому же стоимость популярных моделей весьма приемлема, поэтому ощутимого вреда семейному бюджету нанесено не будет. Также компактное приспособление способно защитить все электроприборы, находящиеся в доме.

Специалисты рекомендуют монтировать прибор в непосредственной близости от распределительного щитка, что дает возможность осуществить установку сразу после электрического счетчика или вводного автомата. После, отлаженное и лишенное помех, напряжение направляется к приборам по групповым автоматам. Для защиты отдельного электрооборудования специалисты советуют использовать однофазные модели небольшой мощности. Речь идет о морозильных камерах, холодильниках, аппаратах для сварки и газовых котлах. В этом случае агрегат размещается в непосредственной близости от защитного прибора.