Подключаем стабилизатор напряжения к сети

Инверторные

Наиболее дорогостоящий тип стабилизаторов напряжения, которые применяются не только в доме, но и на производстве. Принцип работы инверторных моделей заключается в преобразовании переменного тока в постоянный (на входе) и назад в переменный (на выходе) благодаря микроконтроллеру и кварцевому генератору. Безусловным плюсом инверторных СН с двойными преобразованием считается широкий диапазон входного напряжения (от 115 и до 290 Вольт), а также высокая скорость регулирования, бесшумность работы, компактные размеры и наличие дополнительных функций. Что касается последнего, то СН инверторного типа могут дополнительно защищать бытовые приборы от перенапряжения, а также остальных помех внешней электрической сети. Основным недостатком устройств считается самая высокая цена.


Узнать больше о разновидностях СН Вы можете на видео ниже:

Какие бывают типы стабилизаторов?

Вот мы и рассмотрели основные типы стабилизаторов напряжения. Хотелось бы также отметить, что бывают такие виды СН, как однофазные и трехфазные. В этом случае Вы должны выбрать модель, в зависимости от того, какое напряжение у Вас в сети – 220 или же 380 Вольт.

Подробная инструкция по сборке своими руками

Простой стабилизатор напряжения несложно собрать самостоятельно. В схему включены следующие элементы:

  1. Блок питания. Состоит из накопителей С2 и С5, трансформатора Т1 и компаратора. Последний — это светодиод VD1 и сравнивающий элемент DA 2.
  2. Узел, служащий для откладывания начала нагрузки. В сборке необходимы сопротивления от R1 — R5, тиристоры VT1-VN3 и C1- накопитель.
  3. Выпрямитель. Функция заключается в выпрямлении скачков напряжения и провалов. Конструктивно состоит из светодиода со стабилитроном, накопителем С2 и резисторами R13 и 14.
  4. Компаратор. Сопротивления R15 и R 39, а также устройства DA2 и DA3
  5. Микросхемы. DD1 до 5.
  6. Усилители. Собранные из транзисторов VT4-12 и сопротивления R40-48.
  7. В качестве индикатора используются светодиоды.
  8. Сиристоры и оптронные ключи.
  9. Автоматический выключатель с предохранителем.
  10. Трансформатор Т2.

При сборке в схему стабилизатора напряжения 220В, выполняемую своими руками, на алюминиевый радиатор через термопласту устанавливают микросхему. Получается, что эффективная площадь рассеивания получится −15-20см2. Такие размеры позволяют оставлять место для массивных ключей. Индикация создается, так как необходим визуальный контроль за работой устройства.

Основные характеристики

Перед тем как прибрести стабилизатор, стоит разобраться в его параметрах

Важно обладать информацией о подключении и требованиям по нагрузке

К основным характеристикам относят:

  • Мощность.
  • Точность стабилизации.
  • Фазность.
  • Быстроту действия.
  • Надежность.
  • Способ установки.
  • Габариты.
  • Устройства индикации.
  • Защита от помех.

Точность стабилизации

Параметр указывает погрешность работы устройства в процентах, в зависимости от выходного напряжения и отклонения от номинала. В современных стабилизаторах обеспечивается точность 10 %, этот показатель зависит от конструктивного исполнения.

Самыми точными считаются инверторные модели — 2%.

У иных конструкций, используемых в бытовых целях, точность 7%. Но если устройство применяется в иных целях, к примеру, стиральные агрегаты, кондиционеры, видеоаппаратура, так как от качества питания на входе зависимы изображение и звук.

Скорость реакции на изменения параметров входного тока

Характеристика, измеряемая в миллисекундах, определяющая время для нейтрализации скачка напряжения и подачи входящей нагрузки с номинальными показателями.

Это важный показатель, так как снижается вероятность повреждения оборудования, подключенного к прибору.

Обратите внимание! Максимальный параметр быстродействия отмечается у стабилизаторов инверторного типа

Защищенность от помех

Для обеспечения защиты от помех в стабилизаторах предусматриваются сетевые фильтры. Внутри последнего должна быть плата с дросселями, схемой, конденсаторами, варисторами и заземлением.

Срок эксплуатации

У механических стабилизаторов срок службы небольшой. Функционирование прибора осуществляется за счет подвижного контакта, перемещаемого по катушке и регулирующего напряжение на выходе. Действие осуществляется за счет электропривода. По истечении времени обмотка и контакт повреждаются, так как через подвижной элемент передается мощность, а это сказывается на сроке службы прибора. Нагревание, искрение и выход из строя провоцирует это явление.

Срок службы устройств релейного типа более долгий. Обмотки коммутируются в группы реле. От качества последних зависит продолжительность эксплуатации. Ресурс работы заложен для каждого реле индивидуально.

Большой срок службы имеют тиристорные или симисторные устройства, так как подгорание контактов исключено. Обмотки коммутируются посредством силовых ключей электронного типа. Продолжительность службы зависима от качества комплектующих, электрической принципиальной схемы стабилизатора напряжения и монтажа.

Стоимость

Ориентировочная стоимость стабилизаторов:

  • Сервопроводных. Около 15000 рублей
  • Релейного типа. Около 6000 рублей.
  • Электронных. Около 10000 рублей.
  • Инверторных. Около 7000 рублей

Сборка устройства

Информация актуальна на декабрь 2019 года.

Как выбрать транзистор для стабилизатора?

Основные параметры для транзистора в стабилизаторе напряжения: максимальный ток коллектора, максимальное напряжение «коллектор-эмитер» и максимальная мощность. Все эти параметры всегда имеются в справочниках. 1. При выборе транзистора необходимо учитывать, что паспортный (по справочнику) максимальный ток коллектора должен быть не менее, чем в полтора раза больше максимального тока нагрузки, который вы хотите получить на выходе стабилизатора. Это делается для того, чтобы обеспечить запас по току нагрузки при случайных кратковременных бросках нагрузки (например короткого замыкания). При этом следует учесть, чем больше эта разница, тем менее массивный радиатор охлаждения требуется транзистору.


2. Максимальное напряжение «коллектор-эмитер» характеризует способность транзистора выдерживать определённое напряжение между коллектором и эмитером в закрытом состоянии. В нашем случае этот параметр должен также превышать не менее, чем в полтора раза напряжение подводимое к стабилизатору от цепи «трансформатор-выпрямитель-фильтр питания» вашего блока стабилизированного питания.

3. Паспортная выходная мощность транзистора должна обеспечивать работу транзистора в режиме «полуоткрытого» состояния. Всё напряжение, которое вырабатывается цепочкой «трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания» делится на две нагрузки: собственно нагрузка вашего блока стабилизированного питания и сопротивление коллекторно-эмитерного перехода транзистора. По обоим нагрузкам течёт один и тот же ток, поскольку они подключены последовательно, а вот напряжение делится. Из этого следует, что необходимо выбрать такой транзистор, который при заданном токе нагрузки способен выдерживать разницу между напряжением, вырабатываемым цепочкой «трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания» и выходным напряжением стабилизатора. Мощность вычисляется как произведение напряжения на ток (из учебника физики средней школы).

Например: На выходе цепи «трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания» (а значит на входе стабилизатора напряжения) напряжение равно 18 вольт. Нам необходимо получить выходное стабилизированное напряжение 12 вольт, при токе нагрузки 4 ампера.

Находим минимальное значение необходимого паспортного тока коллектора (Iк max):

4 * 1,5 = 6 ампер

Определяем минимальное значение необходимого напряжения «коллектор-эмитер» (Uкэ):

18 * 1,5 = 27 вольт

Находим среднее напряжение, которое в рабочем режиме будет «падать» на переходе «коллектор-эмитер», и тем самым поглощаться транзистором:

18 — 12 = 6 вольт

Определяем потребную номинальную мощность транзистора:

6 * 4 = 24 ватт

При выборе типа транзистора необходимо учитывать, что паспортная (по справочнику) максимальная мощность транзистора должна быть не менее, чем в два — три раза больше номинальной мощности падающей на транзисторе. Это делается для того, чтобы обеспечить запас по мощности при различных бросках тока нагрузки (а следовательно и изменения падающей мощности). При этом следует учесть, чем больше эта разница, тем менее массивный радиатор охлаждения требуется транзистору.

В нашем случае необходимо выбрать транзистор с паспортной мощностью (Рк) не менее:

24 * 2 = 48 ватт

Выбираете любой транзистор, удовлетворяющий этим условиям, с учётом, что чем паспортные параметры будут намного больше расчётных, тем меньше по размерам потребуется радиатор охлаждения (а может и вообще не нужен будет). Но при чрезмерном превышении этих параметров учитывайте тот факт, что чем больше выходная мощность транзистора, тем меньше его коэффициент передачи (h21), а это ухудшает коэффициент стабилизации в источнике питания.

В следующей статье мы рассмотрим компенсационный стабилизатор напряжения непрерывного действия. В нём используется принцип контроля выходного напряжения мостовой схемой. Он обладает меньшей пульсацией выходного напряжения, чем «эмиттерный повторитель», кроме того, он позволяет регулировать выходное напряжение в небольших пределах. На его основе будет рассчитана простая схема стабилизированного блока питания.

Дополнения к статье

1. При выборе стабилитронов возможно последовательное их соединение, например два КС156А (по 5,6 вольта) можно соединить последовательно для получения стабилитрона на напряжение стабилизации 11,2 вольта;

2. Для возможности регулировки выходного напряжения в более широких пределах цепочку источника опорного напряжения R3, VD6 (см. схему) подключают не к выходу, а на вход стабилизатора с применением цепей сглаживания (по аналогии с R1, VD5 и С2). Естественно, необходимо пересчитать резистор R3. Как это делается описано в этой статье и предыдущей статье Простейшие стабилизаторы напряжения. В результате этого, входное напряжение ИОН не зависит от выходного напряжения, поэтому ток стабилизации номинальный и постоянен. Другой вариант расширения диапазона стабилизируемых напряжений — использование в качестве одного резистора Rб – галентного переключателя с несколькими резисторами;

3. Для повышения нагрузочных свойств стабилизатора, и как следствие повышения надёжности рекомендую вместо двух КТ809А поставить один составной КТ827А без резисторов R4 – R6.

4. Никогда не брезгуйте рассчитать мощность резисторов, иначе это может Вам выйти кучей сгоревших дорогих элементов;

5. В приведённой схеме стабилизатора имеется защита по первичной обмотке трансформатора, а во вторичных цепях защита отсутствует. В простейшем случае поставьте на выходе стабилизатора двух-трехватный предохранитель, но лучше сделать более интеллектуальную схему защиты;

6. В этой статье указаны простейшие правила и условия, соблюдение которых позволит проектировать и собирать действующие стабилизаторы. И тогда у Вас не будет возникать вопросов типа тех, на которых и существует половина интернет-Форумов: Я вместо конденсатора поставил резистор, а он как конденсатор работать не хочет!? Или: Почему резистор, предназначенный в схеме для выполнения одной функции, не выполняет другую функцию?

Расчёт с первого взгляда выглядит нудноватым, но это самый простейший расчёт. Поняв принципы работы и расчёта транзисторных каскадов, Вы сможете конструировать и рассчитывать более сложные схемы.

Полезен, но не всегда

На сегодняшний день стабилизатор поперечной устойчивости является обязательной деталью подвески легкового автомобиля, в то же время во внедорожниках его присутствие нежелательно.

Нежелательность можно объяснить тем, что способность стабилизатора уменьшает ход подвески, а это недопустимо при движении по бездорожью, потому что колеса вывешиваются и теряют контакт с поверхностью дороги.

Конечно, при наличии полного комплекта блокировок межосевых и колесных дифференциалов короткоходность будет не столь опасной, но при отсутствии блокировок стабилизатор значительно ухудшает проходимость внедорожника. Несмотря на это, нельзя сказать, что в современных скоростных внедорожниках стабилизатор в подвеске является ненужной деталью.

Наоборот, для таких автомобилей с высоким центром тяжести эта деталь будет особенно необходима.


От условий эксплуатации автомобиля можно сделать выбор, чем пожертвовать — проходимостью или устойчивостью. Например, создатели Nissan Patrol GR нашли выход и применили в конструкции подвески электронный отключаемый стабилизатор поперечной устойчивости.

Если на бездорожье на панели приборов нажать кнопку, то шток цилиндра стабилизатора, который выполняет функцию его стойки, освобождается. Шток, который перемещается свободно, не передает усилия от подвесок задних и левых колес, и, когда скорость больше 20 км/час, кнопка управления стабилизатором сразу же блокируется.

Благодаря такой реакции исключается возможное выключение по ошибке стабилизатора на большой скорости, когда могут появиться опасные крены.

Наиболее актуальный стабилизатор поперечной устойчивости изобрели инженеры американской фирмы TRW. В конструкции этого стабилизатора предусмотрена стойка — гидроцилиндр, а также гидронасос. Этими деталями «управляет» электронный блок управления (ЭБУ), который получает информацию от акселерометра или датчика бокового ускорения.

Стабилизатор находится в разблокированном состоянии, когда автомобиль движется прямолинейно, насос находится в выключенном состоянии, а жидкость, находящаяся в гидроцилиндре, не под давлением. При этом подвеска работает в наиболее комфортном режиме.

При появлении боковых ускорений, виновник кренов — электронный блок управления — включает насос, и тогда в гидроцилиндре образуется давление жидкости. Электронный блок управления, регулируя его величину, изменяет, в зависимости от конкретного режима движения, жесткость стабилизатора.

Подведем итоги: стабилизатор поперечной устойчивости в конструкции подвески — необходимая деталь для безопасности движения.

Дополнительные функции и опции

Рассматривая вопрос, выбора стабилизатора напряжения для квартиры или дома, нельзя упустить из виду и ряд дополнительных функций, которые упрощают эксплуатацию, делают ее более безопасной и расширяют функционал установки. Часто из двух стабилизаторов одинаковой фазности, мощности и диапазона регулировок, стоит выбрать тот, у которого предусмотрено больше функций, пусть и стоит он несколько дороже.

Вольтметр и амперметр

Бытовые стабилизаторы оснащаются измерительными приборами — вольтметрами обязательно, амперметрами — в виде опции. Приборы показывают выходное напряжение после стабилизации и силу тока по каждой фазе. Если понадобится узнать напряжение в питающей сети, то в некоторых стабилизаторах предусмотрена и такая возможность — достаточно нажать специальную кнопку и вольтметр переключается на измерение параметров входной сети. Большинство бытовых стабилизаторов комплектуются аналоговыми (стрелочными) вольтметрами и амперметрами достаточно высокой точности.

Но в последнее время много производителей стабилизаторов перешли на цифровые приборы — это значительно улучшает дизайн и, естественно, позволяет увеличить стоимость установки. Хотя на точность измерения большого влияния не оказывает — при контроле за работой бытового стабилизатора десятые и сотые доли единиц измерения особой роли не играют.

Многие стабилизаторы оснащены светодиодной сигнализацией, которая может извещать о нормальной работе устройства, выходе из режима, критических перегрузках и прочих состояниях как сети, так и самого прибора. Каждый из производителей использует то количество светодиодов и их цвета, которое кажется ему наиболее удобным. Перед началом эксплуатации стабилизатора необходимо ознакомиться со значением каждой лампочки и режимом ее работы — свечение, мигание, периодичность вспышек.

Работают стабилизаторы в автоматическом режиме и возможности ручной регулировки не предусмотрено. Но контрольные приборы выполняют достаточно важную функцию — всегда можно определить диапазон отклонения напряжения и силы тока по каждой из фаз и отключить потребитель, который не может работать в данных условиях. Также можно визуально контролировать общую мощность тока в домашней сети, воспользовавшись данными контрольных приборов и формулой P=UI.

Возможность переключения задержки появления напряжения на выходе

Еще одной удобной опцией является кнопка задержки выходного напряжения. Это необходимо, чтобы все схемы стабилизатора после запуска вышли на рабочий режим и подавали в сеть ток требуемых характеристик. Обычно для этого стабилизатору бытового уровня требуется 5 – 7 секунд. Но при высоком уровне потребления мощности в домашней сети, этого времени может быть недостаточно, кнопка позволяет продлить его до нескольких минут и исключить возможные ложные запуски.

Режим «Байпас»

Очень удобно, если в нем предусмотрена функция «байпас», то есть условия для прямого прохождения тока, минуя все схемы регулировки и трансформаторное оборудование. Это очень удобно, когда напряжение питающего  тока намного ниже, чем допустимый диапазон работы или нужно подключить устройство, превышающее по мощности критический уровень стабилизатора. В таком случае переключатель позволяет электротоку идти прямо к потребителю, а стабилизатор находится в режиме ожидания.

Вентилятор принудительного охлаждения

Приблизительно до мощности 10 кВА стабилизаторы охлаждаются конвекционными потокам, циркулирующими свободно сквозь вентиляционные отверстия корпуса. Установки большей мощности комплектуются вентиляторами принудительного действия.

Виды и типы стабилизаторов

В зависимости от того, для чего нужен стабилизатор напряжения, выбирают сетевой или магистральный. Первые используются для защиты одного прибора и подключаются к розетке. Вторые защищают все приборы дома, в том числе освещение, и подключены к автоматическому выключателю, установленному на вводе.

Стабилизаторы предназначены для понижения или повышения напряжения, в зависимости от его изменения на входе до величины 220—230 В на выходе. При выходе сетевого напряжения за пределы 140—260 В питание подключенных приборов отключается. Любой бытовой стабилизатор работает автоматически без участия человека.

Выбор стабилизатора напряжения для дома следует начинать с определения оптимального типа. Производители предлагают несколько типов, различающихся по принципу действия. Каждый из них имеет свои особенности и условия применения.

Электромеханический тип

В принципе это автотрансформатор, в котором перемещение токосъёмной щётки производится сервоприводом или электродвигателем через редуктор. Управление приводом производится электронной схемой, отслеживающей изменение напряжения на входе.

К достоинствам относятся:

  • достаточный в большинстве случаев диапазон регулирования (от 130 до 260 В);
  • отсутствие искажений формы напряжения на выходе;
  • способность выдерживать длительные перегрузки;
  • на качество работы не влияют помехи и искажения.

Недостатками считаются замедленность реагирования и шум, издаваемый при работе. Поскольку в конструкции применены подвижные элементы, требуется регулярное техобслуживание, которое проводят в мастерской или вызывают техника на дом.

Релейные и гибридные


В основу также заложен автотрансформатор, но изменение напряжения происходит за счёт переключения секций обмотки, осуществляемых с помощью реле (от 4 до 8 шт.). Реле управляются электронной схемой слежения.

Несмотря на ступенчатость регулировки, изменение напряжения не превышает допустимой нормы для электронных приборов, но лампы накаливания будут заметно мигать. Поскольку щелчки при срабатывании реле раздражают, лучше устанавливать такое устройство подальше от зон отдыха.

К достоинствам относится: высокое быстродействие, расширенная до 105 В зона реагирования, отсутствие техобслуживания и длительный, до 10 лет, срок службы. Стоят дороже электромеханических, но сохраняют работоспособность до -30⁰ C, что позволяет устанавливать их на улице. Без ущерба выдерживают перегрузку в 110% от номинала длительное время и кратковременную, до 4 секунд, 2-кратную.

Объединение электромеханического и релейного стабилизаторов позволило устранить присущие им недостатки и улучшить характеристики. В диапазоне от 105 до 280 В работает электромеханика, обеспечивая плавное и точное регулирование напряжения. При понижении до 140 В защита не будет срабатывать, а подключится релейный блок, способный обеспечить 220 В на выходе при напряжении сети до 105 В. Недостатком считается невозможность эксплуатации при температуре ниже +0⁰ C и напольная установка.

Электронные устройства

В этих стабилизаторах вместо реле используются тиристоры или симисторы, что позволяет сохранять на выходе нормальное напряжение при падении на входе до 60 В. Отсутствие подвижных элементов обеспечивает бесшумность работы и долгий срок службы, поэтому их используют даже в городских квартирах. Благодаря использованию большого количества элементов регулирования шаг регулирования меньше, чем у релейных аналогов. Основным недостатком является высокая стоимость.

К достоинствам относятся:

  • большой, начиная с 60 В, рабочий диапазон;
  • абсолютная бесшумность;
  • плавная регулировка;
  • высокая точность поддержания выходных параметров;
  • удобное настенное крепление;
  • расширенная гарантия до 3 лет.

ОПТИЧЕСКАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Оптическая стабилизация – это технология, реализованная в объективе, а не фотоаппарате. Гранды фотостроения — Nikon и Canon практически синхронно начали исследования в области оптической стабилизации. И в 1994 году Nikon представил первую пленочную фотокамеру Nikon Zoom 700VR с, встроенной в объектив, оптической стабилизацией изображения, а в 1995 году Canon представили EF 75-300mm F4-5.6 IS USM, первый в мире объектив, оснащенный оптическим стабилизатором изображения.

Принцип работы заключался в том, что в конструкцию объектива добавляется дополнительный оптический стабилизирующий элемент, который отклоняется электрическим приводом системы стабилизации так, чтобы проекция изображения на плёнке (или матрице) полностью компенсировала колебания фотоаппарата во время съемки.

Мы помним, что фотография – это рисование светом, который проходит через объектив, преломляется линзами объектива и проецируется на светочувствительный элемент (матрица или пленка). Если правильные параметры съемки не соблюдены и выдержка длиннее чем нужно, а вы фотографируете с рук, то проекция изображения попадающего на матрицу сдвигается, вследствие колебания камеры, и изображение получается смазанным.

Так вот, благодаря стабилизирующему элементу, проекция всегда остаётся неподвижной относительно матрицы, что и обеспечивает картинке необходимую чёткость. Но, у этой технологии есть и недостаток — дополнительный оптический элемент немного снижает светосилу объектива. Второй очевидный недостаток, это то, что при прочих равных условиях, объективы со встроенной стабилизацией изображения — дороже.

Ниже приведены обозначения, применяемые производителями для идентификации встроенной в объективы стабилизации изображения:

  • Nikon Vibration Reduction — VR
  • Canon Image Stabilization — IS
  • Panasonic Lumix Optical Image Stabilizer O.I.S. (Есть разновидности – POWER O.I.S. и MEGA O.I.S.)
  • Olympus Image Stabilization — IS
  • Sony Optical Steady Shot — OSS
  • Tamron Vibration Compensation — VC
  • Sigma Optical Stabilization — OS
  • Samsung Optical Image Stabilizer — OIS
  • Fujifilm Optical Image Stabilizer — OIS

Как вы обратили внимание, у некоторых производителей могут попадаться разные типы оптических стабилизаторов, как например POWER O.I.S. и MEGA O.I.S

у Panasonic. Итак, давайте разбираться:

Изначально, первые оптические стабилизаторы были двухосными – то есть, осуществляли сдвиг проекции изображения по двум осям плоскости — горизонтальной и вертикальной и могли компенсировать колебания при использовании выдержки, длиннее возможной на 1-2 ступени.

Рассмотрим пример: при использовании объектива с фокусным расстоянием 100 мм, минимальная выдержка, которую возможно использовать для получения достаточно резкого изображения, должна быть короче 1/100 секунды (это для полного сенсора, а если в камере установлен кроп-сенсор, то нужно учитывать — эквивалентное фокусное расстояние). Но, если в объективе используется стабилизирующий элемент, выдержку можно сделать короче без ущерба для качества изображения (1 ступень – это сокращение выдержки в 2 раза, 2 ступени – в 2*2=4 ! раза). То есть, можно поставить выдержку, вплоть до 1/25 секунды.

Но прогресс не стоит на месте, и сегодня производители предлагают в своих продуктах, уже гораздо более продвинутые стабилизирующие элементы, способные компенсировать выдержку в 3-4 и даже 5 ступеней (то есть сократить выдержку в 8-16-32 раз, соответственно).

Кроме того, появились технологии с 4-х осевыми стабилизационными элементами, позволяющие компенсировать не только дрожание рук и горизонтальные / вертикальные сдвиги, а и осевые перемещения объектива и сильную тряску при ходьбе. Это существенно промогает при макросъемке и съемке видео на цифровой фотоаппарат с рук.

Как пример — MEGA O.I.S. у Panasonic, это двухосевая стабилизация с компенсацией вибраций до 2-3 ступеней, а POWER O.I.S. – это уже четырехосевая система, которая помимо компенсации до 3-4 ступеней, еще и способна гасить вибрации съемки видео с рук при ходьбе. Подобные технологии есть и у других производителей – например Hybrid IS и Dinamic IS у Canon.


С этим читают