Стабилизаторы напряжения – это довольно интересные приборы. Когда давным-давно, еще в советскую эпоху массового строительства «хрущевок» и «брежневок» такой прибор был почти обязательным соседом телевизора: считалось, что включать «квадратного друга» прямо в розетку чревато. Потом телевизоры все-таки стали включать в сеть «прямо так» - и ничего... Стабилизаторы превратились в реликты – но ненадолго. С появлением в обиходе бытовых компьютеров стабилизаторы вернулись и вновь заняли свое почетное место – на этот раз в виде колодок с несколькими розетками. Зачем же нужны стабилизаторы напряжения и почему они вернулись? Попробуем ответить на этот вопрос...
Зачем они были нужны вчера...
Начнем с того, зачем стабилизаторы напряжения были нужны когда-то... Тут ответ более-менее прост – те, кто заселялся в новые квартиры в 60-70-х годах прошлого века, возможно и сами еще помнят, что в первые несколько месяцев (а то и лет) колебания напряжения в бытовой сети сильно отклонялись от положенных 220 вольт. Что было заметно невооруженным глазом – лампочки время от времени начинали светить вполсилы, а иногда перегорали; изображение на экране черно-белых еще телеприемников при этом тоже бледнело и становилось едва различимым.
Причиной таких неприятностей было, как правило, подключение к сети массы новых потребителей, при котором выходное напряжение с трансформаторных подстанций делилось на сильно большее число – и оттого падало с 220 до 210, а то и 200 вольт. И наоборот – когда потребители от сети массово отключались (например – выключали все, что можно, уходя на работу), то напряжение в сети могло надолго подскочить до 240, а то и 250 вольт.
В таких условиях стабилизаторы напряжения были и в самом деле необходимы. Причем самые первые из них не были даже автоматическими – они представляли собой обычный трансформатор, по внешней обмотке которого надо было вручную перемещать клемму.
Со временем они уступили место феррорезонансным стабилизаторам, а когда в цветных телевизорах стали монтировать импульсные блоки питания, нужда в таких стабилизаторах напряжения и вовсе отпала – благо, что и сильные колебания напряжения в городской электросети ушли в прошлое. Сейчас эти колебания не превышают, как правило 5% , длятся не более минуты и наблюдаются, в основном, в сельской местности.
Зачем они нужны сегодня
Тем не менее, в конце 90-х стабилизаторы напряжения вернулись вновь. Их возвращение было связано с массовым распространением бытовых компьютеров, для которых даже и недолгие колебания напряжения могли оказаться фатальными. На стабилизаторы напряжения вновь возник спрос – и в многочисленных магазинах компьютерных аксессуаров вновь появились многорозеточные колодки...
...которые на самом деле сплошь и рядом стабилизаторами напряжения вовсе не были, поскольку отличались от набора обычных розеток только наличием параллельно вставленного конденсатора (иногда в сочетании с катушкой индуктивности). Который и в самом деле мог «подрезать» отдельные колебания напряжения при общей частоте 50 Гц – но и только. Впрочем, для большинства персональных компьютеров, тоже оснащенных импульсными блоками питания (ИБП), этого было достаточно.
Парадоксально, но факт – как раз самые, на первый взгляд «нежные» приборы – компьютеры и телевизоры - переносят колебания напряжения в сети лучше всего и менее всего нуждаются в настоящих стабилизаторах напряжения.
Тем не менее, электроприборы, которым нужен стабилизатор напряжения, в наших домах имеются – и в немалых количествах. Это прежде всего новые холодильники последних моделей – они часто имеют микропроцессорное управление, которое должно обеспечивать эффективную работу компрессора. А микропроцессоры весьма плохо переносят перепады напряжения. Та же картина наблюдается и со стиральными машинами – особенно с теми, которые рассчитаны на работу при напряжении 380 вольт. Плохо переносят перепады напряжения также микроволновки и посудомоечные машины. Ну и не стоит забывать еще и об электроприборах на дачах и в загородных домах - в том числе и тех, что отвечают за работу отопительных котлов.
Как работают стабилизаторы?
В общем, принцип работы стабилизаторов напряжения остался таким же, как и был: они по-прежнему представляют собой трансформатор, на одну обмотку которого подается электричество из розетки (которое может иметь напряжение и 198 и 240 вольт), а с другой – «снимается» именно 220 вольт. Нужное напряжение при этом получается за счет изменения числа витков на «домашней» обмотке, с которого напряжение подается.
Поэтому по сути главное различие между стабилизаторами напряжения сводится к том, как именно будет меняться рабочее число витков на «домашней» обмотке – плавно или скачками.
Регулирование напряжения «скачками» обеспечивают релейные стабилизаторы.
В таких стабилизаторах на «домашней» обмотке делаются выводы к реле, рассчитанным на 220 вольт. Если «домашнее» напряжение оказывается выше 220 – то несколько реле отключаются, уменьшая количество рабочих витков на домашней обмотке – и «домашнее» напряжение падает. Скорость срабатывания реле составляет от 10 до 20 миллисекунд, а повышение-понижение напряжения при каждом срабатывании может быть в разных моделях стабилизаторов от 1 до 5 вольта.
Главным достоинством релейных стабилизаторов является надежность и простота конструкции, а главным недостатком – некоторое собственное потребление. Ведь «домашний» ток проходит через обмотки всех реле и при этом расходуется – и чем больше реле в схеме, тем больше расход.
Плавное регулирование напряжения могут обеспечить тиристорные стабилизаторы, схема которых будет выглядеть примерно так.
По схеме нетрудно заметить, что тиристорный стабилизатор – это, по сути, тоже преобразователь переменного тока в постоянный и обратно. Плавность его работы покупается за счет использования гораздо большего количества гораздо более дорогих деталей.
Так что какой из стабилизаторов напряжения предпочесть в конкретных условиях – решать вам.
К какой бы разновидности ни относился стабилизатор напряжения, его миссия - уберечь электроприборы от некачественного переменного напряжения. Предельные отклонения от нормы в 220В, согласно ГОСТу, должны составлять плюс-минус 10 %. Эти стандарты явно завышены, но даже их отечественные энергетики умудряются игнорировать. В связи с этим стандартными стабилизаторами отечественного производства входное напряжение удерживается в пределах 150–260 В.
Стабилизатор напряжения становится насущной необходимостью, когда низкое напряжение то и дело останавливает работу или мешает запуску холодильника, вынуждает рябить изображение телевизора и др. По большому счету, все электронные бытовые приборы требуют стабильности напряжения, и это потребность тем больше, чем больше аппаратура напичкана электроникой. А таковая присутствует, к примеру, в т.н. экономных лампах, о чем известно далеко не всем.
В условиях нашей электросети нежелательно использовать приборы, рассчитанные на потребителей из стран Евросоюза. Как и в государствах СНГ, в России допустимой считается 10 %-ая разница с «классическим» напряжением 220В. С ориентиром на эти показатели и выпускаются отечественные электроприборы. Таким образом, даже если напряжение составляет 198-242В, все эти агрегаты должны работать без сбоев. Стандарты европейских стран более жестки, разброс здесь меньше. В результате характеристики выпущенной для Европы электротехники не соответствуют параметрам наших электросетей.
Если видимых «симптомов» ненормального напряжения нет, зато есть сомнения, достаточно простейшего тестера за несколько долларов, чтобы замерить показатели сети. Сделать это просто даже тем, кто никогда не имел дела с этим прибором. Правильнее всего делать замеры в течение нескольких дней (желательно, чтобы это были и будни, и выходные), время суток должно быть тоже разным. В соответствии с показаниями тестера принимают то или иное решение о целесообразности установки стабилизатора.
Напряжение, не вышедшее за рамки диапазона 205-235В, означает, что стабилизаторы можно поставить разве что только для самых дорогих и наиболее важных приборов. Если напряжение больше или меньше диапазона 205-235В, если оно резко меняется, если видно, что свет мигает, но при всем при этом оно остается в пределах 195-245 В, то «показания» к установке стабилизатора следующие: для источников освещения его наличие обязательно, для всех остальных приборов - очень и очень желательно. И наконец, наличие стабилизатора является насущной необходимостью, если значения напряжения были меньше 195 или больше 245 В, если на протяжении одних суток напряжение скачет от минимума до максимума.
Будет нелишним знать, что напряжение 198В или 242В, которое по отечественным стандартам считается нормой, на самом деле приводит к тому, что бытовая техника «живет» значительно меньше отведенного ей времени. Причем «старость» наступает тем раньше, чем больше в приборе используется электроники. Износ становится повышенным в разы, когда напряжение выходит за границы этого диапазона. Именно на пониженном напряжении лежит ответственность за достаточно распространенные поломки холодильников. Если напряжение стабильно держится на уровне 160-190 В, то это оборудование может отказаться работать спустя всего год после начала использования – и такие ситуации не являются чем-то из ряда вон выходящим. Стабилизатор поможет значительно увеличить срок эксплуатации бытовой техники.
Многие люди сталкивались с резкими скачками напряжения, в результате которых все бытовые приборы в доме выходят из строя. Можно ли как-то их предотвратить и защитить дорогостоящие устройства от поломки? В этой статье мы разберем, , какие они бывают и как работают.
Современные электросети, к сожалению, не обеспечивают постоянное напряжение в розетке. В зависимости от места проживания, количества абонентов и мощности устройств на одной линии напряжение может сильно колебаться в пределах от 180 до 240 вольт.
Современный стабилизатор выглядит так
Но большинство нынешней электроники крайне негативно относится к подобным экспериментам, поскольку предел для нее скачки до +-10 вольт. К примеру, телевизор или компьютер может просто выключаться, если напряжение упадет до 210, что происходит достаточно часто, особенно в вечернее время.
Рассчитывать на то, что в ближайшие годы электросети будут модернизированы, не приходится. Поэтому гражданам нужно самостоятельно позаботиться о “выравнивании” напряжения и защите электросетей. Все, что для этого нужно — приобрести стабилизатор.
Что это такое
Стабилизатором называется устройство, которое выравнивает напряжение в сети, подавая на устройство необходимые 220 вольт. Большинство современных недорогих стабилизаторов работает в диапазоне +-10% от искомого показателя, то есть “выравнивая” скачки в диапазоне от 200 до 240 вольт. Если у вас наблюдаются более серьезные проседания, то нужно подбирать устройство подороже — некоторые модели способны “вытягивать” линию от 180 вольт.
Современные стабилизаторы напряжения это небольшие устройства, которые работают совершенно беззвучно, и не жужжат, как их “предки” из СССР. Они могут работать в сети 220 и 380 вольт (нужно подбирать при покупке).
Кроме падения напряжения качественные стабилизаторы “очищают” линию от мусорных импульсов, помех и перегрузок. Мы рекомендуем вам обязательно пользоваться подобными устройствами в быту, устанавливая их на входе в квартиру или, как минимум, на каждый важный бытовой прибор (котел, рабочий компьютер и пр). Но лучше все же не рисковать дорогой техникой, а приобрести нормальное выравнивающее устройство.
Теперь, когда вы знаете, подумайте, сколько денег он может вам сэкономить. Одновременно в квартире работает большое количество техники — стиральная машина, компьютер, телевизор, посудомойка, заряжается телефон и пр. Если произойдет скачок, то все это может выйти из строя, и ущерб будет нанесен на десятки, а то и сотни тысяч рублей. Доказать в суде, что причиной поломки техники стал скачок напряжения, практически невозможно, поэтому вам придется оплачивать ремонт и приобретать новую на свои деньги.
Принцип работы стабилизатора
Виды стабилизаторов
На данный момент существует три типа стабилизаторов, отличающихся друг от друга по принципу выравнивания:
- Цифровые.
- Релейные.
- Сервоприводные.
Самыми практичными, удобными и надежными считаются цифровые или электронные устройства. Они работают за счет наличия тиристорных ключей. Основное достоинство таких систем — минимальное время срабатывания, абсолютная бесшумность, небольшие размеры. Из минусов — цена, они обычно на 30-50% дороже остальных устройств.
Релейные системы относятся к среднему ценовому сегменту. Они работают за счет коммутации силовых реле, включающих и выключающих соответствующие обмотки на трансформаторе. Релейные стабилизаторы напряжения для домасчитаются оптимальными. Основные плюсы устройства — доступные цены, быстрая скорость срабатывания. Минус — непродолжительный срок службы. Обычное реле выдерживает примерно 40-50 тысяч переключений, после чего контакты изнашиваются и начинают залипать. Если у вас довольно стабильная сеть, то релейная система проработает у вас несколько лет. Но если провалы случаются несколько раз в день, то оно может выйти из строя за полтора-два года.
Устройства сервоприводного типа имеют низкую стоимость и работают за счет изменения количества задействованных трансформатором витков. Их переключение происходит за счет движения сервопривода, переключающего контакт, как на реостате. Основной плюс этих систем — доступная цена. Минус — низкая надежность и долгое время срабатывания.
Как правильно выбрать
Теперь вы знаете, для дома. Рассмотрим, как правильно выбирать устройства.
Первым делом вам нужно определить, какое количество устройств одновременно будет работать. К примеру, если вы на кухне, то включаете электрочайник, микроволновку и посудомойку. В зале — это телевизор и компьютер, в ванной стиралка. При этом в квартире не выключаясь работает холодильник и котел индивидуального отопления — эти устройства также потребляют 200-300 ватт.
Узнать мощность устройств можно по паспорту. Но обязательно учитывайте, что производители указывают активную мощность, а не реальную.
Способ монтажа стабилизатора после счетчика
Внимание: для правильного подсчета надо знать полную мощность установки, а не ее рабочий режим. Холодильник при работе потребляет 100 ватт в час, но при старте двигатель требует 300-500 ватт реактивной энергии. Поэтому всегда берите устройство с запасом.
К примеру, потребление вашей квартиры составляет 2000 ватт. Это вполне реальная цифра для классической “двушки” с современной техникой, причем не оборудованной мощными потребителями типа бойлера, электродуховки и варочной поверхности. Чтобы учесть полную мощность, нужно добавить 20%. Также вы должны понимать, что если сеть просаживается на 20 вольт, то трансформатор теряет 20% своей мощности. В итоге суммарный запас достигнет 30-40%, и вам нужно будет приобретать стабилизатор мощностью 2000*0,4+2000=2800-ваттное устройство.
Это вся необходимая информация про стабилизатор напряжения: что это такое и как он работает вы теперь знаете. Осталось разобраться, как же его правильно подключить. Устанавливать его рекомендуется сразу за счетчиком, до электрического щитка, хотя можно цеплять и отдельно на нужные линии. Устройство необходимо заземлять, чтобы в случае проблем оно увело ток и защитило вашу технику. Для подключения лучше пригласить опытного электрика.
В обсуждениях электрических схем часто встречаются термины «стабилизатор напряжения» и «стабилизатор тока». Но какая между ними разница? Как работают эти стабилизаторы? В какой схеме нужен дорогой стабилизатор напряжения, а где достаточно простого регулятора? Ответы на данные вопросы вы найдёте в этой статье.
Рассмотрим стабилизатор напряжения на примере устройства LM7805.В его характеристиках указано: 5В 1,5А. Это значит стабилизирует он именно напряжение и именно до 5В. 1,5А - это максимальный ток, который может проводить стабилизатор. Пиковая сила тока. То есть от может отдать и 3 миллиампера, и 0,5 ампер, и 1 ампер. Столько, сколько тока требует нагрузка. Но не больше полутора. Это главное отличие стабилизатора напряжения от стабилизатора тока.
Виды стабилизаторов напряжения
Различают всего 2 основных типа стабилизаторов напряжения:
- линейные
- импульсные
Линейные стабилизаторы напряжения
Например, микросхемы КРЕН или , LM1117 , LM350 .
Кстати, КРЕН — это не аббревиатура, как многие думают. Это сокращение. Советская микросхема-стабилизатор, аналогичная LM7805 имела обозначение КР142ЕН5А. Ну а ещё есть КР1157ЕН12В, КР1157ЕН502, КР1157ЕН24А и куча других. Для краткости всё семейство микросхем стали называть «КРЕН». КР142ЕН5А тогда превращается в КРЕН142.
Советский стабилизатор КР142ЕН5А. Аналог LM7805.
Стабилизатор LM7805
Наиболее распространенный вид. Недостаток их в том, что они не могут работать на напряжении ниже, чем заявленное выходное напряжение. Если стабилизирует напряжение на 5 вольтах, то на вход ему подать нужно как минимум на полтора вольта больше. Если подать меньше 6,5 В, то выходное напряжение «просядет», и мы уже не получим 5 В. Еще один минус линейных стабилизаторов - сильный нагрев при нагрузке. Собственно, в этом и заключается принцип их работы — всё, что выше стабилизируемого напряжения, просто превращается в тепло. Если мы на вход подадим 12 В, то 7 потратятся на нагрев корпуса, а 5 пойдут потребителю. Корпус при этом нагреется настолько сильно, что без радиатора микросхема просто сгорит. Из всего этого вытекает ещё один серьёзный недостаток — линейный стабилизатор не стоит применять в устройствах с питанием от батареек. Энергия батареек будет тратиться на нагрев стабилизатора. Всех этих недостатков лишены импульсные стабилизаторы.
Импульсные стабилизаторы напряжения
Импульсные стабилизаторы - лишены недостатков линейных, но и стоят дороже. Это уже не просто микросхема с тремя выводами. Выглядят они, как плата с детальками.
Один из вариантов исполнения импульсного стабилизатора.
Импульсные стабилизаторы бывают трех видов: понижающие, повышающие и всеядные. Наиболее интересные - всеядные. Независимо от напряжения на входе, на выходе будет именно то, которое нам нужно. Всеядному импульснику все равно, что на входе напряжение ниже или выше нужного. Он сам автоматом переключается в режим повышения или понижения напряжения и держит заданное на выходе. Если в характеристиках заявлено, что стабилизатору на вход можно подать от 1 до 15 вольт и на выходе будет стабильно 5, то так оно и будет. Кроме того, нагрев импульсных стабилизаторов настолько незначителен, что в большинстве случаев им можно пренебречь. Если ваша схема будет питаться от батареек или размещаться в закрытом корпусе, где сильный нагрев линейного стабилизатора недопустим - ставьте импульсный. Я использую настраиваемые импульсные стабилизаторы напряжения за копейки, которые заказываю с Aliexpress. Купить можно .
Хорошо. А что со стабилизатором тока?
Не открою Америку, если скажу, что стабилизатор тока
стабилизирует ток.
Токовые стабилизаторы ещё иногда называют светодиодным драйвером. Внешне они похожи на импульсные стабилизаторы напряжения. Хотя сам стабилизатор - маленькая микросхема, а всё остальное нужно для обеспечения правильного режима работы. Но обычно драйвером называют всю схему сразу.
Примерно так выглядит стабилизатор тока. Красным кружком обведена та самая схема, которая и является стабилизатором. Всё остальное на плате — обвязка.
Итак. Драйвер задаёт ток. Стабильно! Если написано, что на выходе будет ток в 350мА, то будет именно 350мА. А вот напряжение на выходе может меняется в зависимости от требуемого потребителем напряжения. Не будем пускаться в дебри теории о том. как всё это работает. Просто запомним, что вы напряжение не регулируете, драйвер сделает все за вас исходя из потребителя.
Ну так и зачем всё это нужно то?
Теперь вы знаете, чем стабилизатор напряжения отличается от стабилизатора тока и можете ориентироваться в их многообразии. Возможно, вам так и не стало понятно, зачем эти штуки нужны.
Пример: вы хотите запитать 3 светодиода от бортовой сети автомобиля. Как вы можете узнать из , для светодиода важно контролировать именно силу тока. Используем самый распространенный вариант соединения светодиодов: последовательно соединены 3 светодиода и резистор. Напряжение питания - 12 вольт.
Резистором мы ограничиваем ток на светодиоды, чтобы они не сгорели. Падение напряжения на светодиоде пусть будет у нас 3.4 вольта.
После первого светодиода остается 12-3.4= 8.6 вольт.
Нам пока хватает.
На втором потеряется еще 3.4 вольта, то есть останется 8.6-3.4=5.2 вольта.
И для третьего светодиода тоже хватит.
А после третьего останется 5.2-3.4=1.8 вольта.
При желании добавить четвёртый светодиод — уже не хватит.
Если напряжение питания поднять до 15В, то тогда хватит. Но тогда и резистор тоже надо будет пересчитать. Резистор - простейший стабилизатор (ограничитель) тока. Их часто ставят на те же ленты и модули. У него есть минус - чем ниже напряжение, тем меньше будет и ток на светодиоде (закон Ома, с ним не поспоришь). Значит, если входное напряжение нестабильно (в автомобилях обычно так и есть), то предварительно нужно стабилизировать напряжение, а потом можно ограничить резистором ток до необходимых значений. Если используем резистор, как токовый ограничитель там, где напряжение не стабильно, нужно стабилизировать напряжение.
Стоит помнить, что резисторы имеет смысл ставить только до определенной силы тока. После некоторого порога резисторы начинают сильно греться и приходится ставить более мощные резисторы (зачем резистору мощность рассказано в о этом приборе) . Тепловыделение растёт, КПД падает.
Тоже называют светодиодным драйвером. Часто те, кто не сильно разбирается в этом, стабилизатор напряжения называют просто драйвером светодиодов, а импульсный стабилизатор тока - хорошим светодиодным драйвером. Он выдаёт сразу стабильное напряжение и ток. И почти не нагревается. Вот так он выглядит:
