Конструктивные особенности и принцип работы стабилизаторов напряжения

Виды стабилизаторов напряжения

В зависимости от мощности нагрузки в сети и других условий эксплуатации, используются различные модели стабилизаторов:

Феррорезонансные стабилизаторы считаются самыми простыми, в них применяется принцип магнитного резонанса. Схема включает в себя всего два дросселя и конденсатор. Внешне он похож на обычный трансформатор с первичной и вторичной обмотками на дросселях. Такие стабилизаторы имеют большой вес и габариты, поэтому почти не используются для бытовой аппаратуры. Благодаря высокому быстродействию, эти приборы применяются для медицинского оборудования;

Схема феррорезонансного стабилизатора напряжения

Сервоприводные стабилизаторы обеспечивают регулировку напряжения автотрансформатором, реостатом которого управляет сервопривод, получающий сигналы с датчика контроля напряжения. Электромеханические модели могут работать с большими нагрузками, но имеют малую скорость срабатывания. Релейный стабилизатор напряжения имеет секционную конструкцию вторичной обмотки, стабилизация напряжения производится группой реле, сигналы на замыкание и размыкание контактов которых поступают с платы управления. Таким образом, осуществляется подключение нужных секций вторичной обмотки для поддержания выходного напряжения в пределах установленных величин. Скорость регулировки осуществляется быстро, но точность установки напряжения невысокая;

Пример сборки релейного стабилизатора напряжения

Электронные стабилизаторы имеют аналогичный принцип, как и релейные, но вместо реле используются тиристоры, симисторы или полевые транзисторы для выпрямления соответствующей мощности, в зависимости от тока нагрузки. Это значительно повышает скорость переключения секций вторичной обмотки. Бывают варианты схем без трансформаторного блока, все узлы выполнены на полупроводниковых элементах;

Вариант схемы электронного стабилизатора

Стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием осуществляют регулировку по инверторному принципу. Эти модели преобразуют переменное напряжение в постоянное, потом обратно в переменное напряжение, на выходе преобразователя формируется 220В.

Вариант схемы инверторного стабилизатора напряжения

Схема стабилизатора не преобразует напряжение сети. Инвертор постоянного напряжения в переменное при любом напряжении на входе генерирует на выходе 220В переменного тока. Такие стабилизаторы совмещают высокую скорость срабатывания и точность установки напряжения, но имеют высокую цену по сравнению с ранее рассмотренными вариантами.

Какими могут быть виды стабилизаторов

Разделение стабилизаторов можно произвести по многим параметрам. Один из них – это конструктивные особенности. Здесь можно отметить следующие виды:

• Электронные;
• Сервоприводные;
• Релейные.

У каждого из этих видов есть как свои достоинства, так и недостатки, о которых следует поговорить подробнее. Ведь и на их основании, в том числе, домашним мастером будет приниматься решение.

Электронные стабилизаторы напряжения 220 В для дома

Электронные аппараты по популярности находятся как раз посередине между сервоприводными и релейными. Именно по этой причине с них мы и начали. В нем нет каких бы то ни было механических деталей. Если говорить проще, то всем управляет электронная плата, которая и подает сигналы силовым ключам на открытие или закрытие, тем самым регулируя выходное напряжение. Силовыми ключами называют транзисторы и симисторы, которые и регулируют подачу.

Электронный аппарат – цифры на табло видны прекрасно

Такие стабилизаторы потребляют наименьшее количество электроэнергии за счет отсутствия в них катушек индуктивности или же приводов.

Сервоприводные приборы и их особенности

Сервоприводные стабилизаторы являются самыми высокоточными и обладают наибольшей скоростью срабатывания. Именно они и являются на сегодняшний день самыми популярными. В основе их работы лежит торроидальный сердечник с обмоткой, внутрь которого помещен сервопривод с токосъемной щеткой. По мере изменения напряжения щетка передвигается, изменяя ток на выходе.

Изнутри сервоприводный прибор выглядит именно так

Многие думают, что наличие такого узла, как сервопривод, снижает надежность оборудования, однако это не так. Единственное, что очень плохо переносит такой агрегат – это повышенная вибрация. Именно она способна довольно быстро вывести сервопривод из строя.

Как определить, что стойки стабилизатора пора менять

Чтобы распределить уровень кинетического воздействия на подвеску, и не подвергать особым нагрузкам только отдельные ее элементы, в любом автомобиле используются стойки и втулки стабилизатора. Читайте далее, как проверить стойки стабилизатора, а также как правильно проводить профилактику стоек и втулок системы стабилизатора.

Чтобы добраться до стоек стабилизатора — придется снимать колесо. Стойки стабилизатора, как правило, находятся в разных осях машины, на обоих мостах, и в исправном виде повышают устойчивость транспортного средства (особенно при совершении каких-либо маневров). Проще говоря, именно эта сложная конструкция не даёт войти в полный крен во время поворота, или поперечный крен в случае опрокидывания. Это связующее звено между подвеской автомобиля и стабилизатором поперечной устойчивости.

Сами по себе, эти детали не слишком дорогие, однако их функциональная значимость для автомобиля крайне высока. В техническом плане, эти конструкции не «привередливые» к постоянному обхаживанию и легко поддаются профилактическому воздействию. Однако, возникшие неисправности, даже небольшого масштаба, могут принести немало проблем водителям

Любые неисправности, связанные со стойками важно пресекать на начальной стадии возникновения, дабы предотвратить возникновению аварийных ситуаций

Как проверить стойки стабилизатора

Из популярного стихотворения Карамзина мы помним, что «ничто не вечно», в том числе и стойки стабилизатора. Как и любая другая деталь, конструкция их подвластна поддаваться разрушительному действию времени вперемешку с внешними факторами. Чем больше бездорожье, хуже качество и больше времени тратиться на преодоления дорог, тем быстрее изнашиваются и портятся стойки стабилизатора. Возникает резонный вопрос «Как проверить стойки стабилизатора?» и как это сделать человеку без внушительного багажа знаний в механике, или богатому опыту ремонта транспортных средств?

Следует помнить, что базовая проверка состояния стабилизационных стоек и втулок проводится во время ежегодного технического обслуживания транспортных средств. Опытные механики знают куда, на что и как смотреть для качественной диагностики. В случае, если у вас возникли сомнения в подобном сервисе, либо вы столкнулись с проблемами и хотите убедиться в их наличии можно использовать очень легкую и самостоятельную экспресс-проверку стоек стабилизатора (если вы не знаете, как проверить втулки стабилизатора, этот способ также отлично подойдет).

Для начала необходимо снять колесо. Когда колесная арка станет свободна, чтобы добраться до стойки, необходимо сделать максимальный поворот рулевого колеса в любую из сторон. «Оголенную» стойку, возьмите рукой в серединной трети и покачайте из стороны в сторону. При наличии проблемы, будет наблюдаться расшатанность и «люфт».

Втулка стабилизатора также требует осмотра и своевременной замены

Основные возможные неисправности стоек стабилизатора

Мы уже разобрались с возможным видом диагностических мер, которые могут помочь нам определить неисправность до возникновения непредвиденной аварийной ситуации. Но какие же ситуации могут возникнуть, и какие самые главные признаки неисправности стоек стабилизатора поджидают нас во время поездок. Самыми главными принято считать:

• неустойчивость и крен автомобиля (особенно при совершении резких маневров);
• автомобиль раскачивается при малейших поворотах руля;
• на неровной поверхности дороги, в подвеске слышится звук;
• увиливания машины, при опущенном рулевом колесе;
• «рысканье» авто, при торможении.

Если у вас наблюдается хотя бы одно из подобных состояний, не затягивайте с экспресс-диагностикой, которую мы описали чуть выше. Если вы убеждены что стойки или втулки повреждены, а при проверке наблюдается их люфт или раскачивание – такие детали необходимо заменить на исправные. Как никак, стойки и втулки считаются «расходуемыми материалами», а значит с умом подходите к их своевременной замене.

Профилактика стойки стабилизатора

В зависимости от модели автомобиля стабилизационная система может отличаться по структуре и составляющим её конструкции. Некоторые, при наличии первых погрешностей в работе (скрип, небольшой люфт) принимаются к продлению службы уже имеющихся расходников. Чтобы узнать, чем смазать стойки стабилизатора, следует поинтересоваться в тех поддержке производителя вашего автомобиля, так как это данные индивидуальные для каждой модели. Как правило, мастера домашнего ремонта используют смазку на силиконовой основе, для лучшего хождения втулок стабилизатора.

А мне нужен стабилизатор?

Если в вашем доме нет ценной бытовой техники, тогда стабилизатор напряжения вам не нужен. Вы можете задуматься о стабилизаторе только в том случае, если у вас есть дорогая бытовая техника и напряжение в сети может часто падать до 190 Вольт.

https://youtube.com/watch?v=lJCwQgoq2oc

Если в вашем доме полно бытовой техники и напряжение в сети часто скачет, тогда вам просто необходимо приобрести это устройство. Если у вас много бытовой техники, тогда лучше всего установить мощное устройство, которое будет находиться возле счетчика. Если сделать вывод, тогда можно понять, что если цена вашей техники в несколько раз превышает цену стабилизатора, тогда вам следует задуматься об установке этого устройства.

Рекомендуем прочесть: настенный стабилизатор напряжения.

Схемные решения стабилизации электросети 220В

Рассматривая возможные схемные решения под стабилизацию напряжения с учётом относительно высокой мощности (не менее 1-2 кВт), следует иметь в виду разнообразие технологий.

Существует несколько схемных решений, которыми определяются технологические способности приборов:

• феррорезонансные;
• сервоприводные;
• электронные;
• инверторные.

Какой вариант выбрать, зависит от ваших предпочтения, имеющихся материалов для сборки и навыков работы с электротехническим оборудованием.

Вариант #1 – феррорезонансная схема

Для самостоятельного изготовления самым простым вариантом схемы видится первый пункт списка – феррорезонансная схема. Она работает на использовании эффекта магнитного резонанса.

Структурная схема простого стабилизатора, выполненного на основе дросселей: 1 – первый дроссельный элемент; 2 – второй дроссельный элемент; 3 – конденсатор; 4 – сторона входного напряжения; 5 – сторона выходного напряжения

Конструкцию достаточно мощного феррорезонансного стабилизатора допустимо собрать всего на трёх элементах:

1. Дроссель 1.
2. Дроссель 2.
3. Конденсатор.

Однако простота в данном варианте сопровождается массой неудобств. Конструкция мощного стабилизатора, собранная по феррорезонансной схеме, получается массивной, громоздкой, тяжелой.

Вариант #2 – автотрансформатор или сервопривод

Фактически речь идет о схеме, где используется принцип автотрансформатора. Трансформация напряжения автоматически осуществляется за счет управления реостатом, ползунок которого перемещает сервопривод.

В свою очередь сервопривод управляется сигналом, получаемым, к примеру, от датчика уровня напряжения.

Принципиальная схема сервоприводного аппарата, сборка которой позволит создать мощный стабилизатор напряжения для дома или на дачу. Однако этот вариант считается технологически устаревшим

Примерно по такой же схеме действует устройство релейного типа с той лишь разницей, что коэффициент трансформации меняется, в случае надобности, подключением или отключением соответствующих обмоток с помощью реле.

Схемы подобного рода выглядят уже более сложными технически, но при этом не обеспечивают достаточной линейности изменения напряжения. Собрать вручную прибор релейный или на сервоприводе допустимо. Однако разумнее выбрать электронный вариант. Затраты сил и средств практически одинаковые.

Вариант #3 – электронная схема

Сборка мощного стабилизатора по схеме электронного управления при обширном ассортименте радиодеталей в продаже становится вполне возможной. Как правило, такие схемы собираются на электронных компонентах – симисторах (тиристорах, транзисторах).

Также разработан целый ряд схем стабилизаторов напряжения, где в качестве ключей используются силовые полевые транзисторы.

Структурная схема модуля электронной стабилизации: 1 – входные клеммы устройства; 2 – симисторный блок управления трансформаторными обмотками; 3 – микропроцессорный блок; 4 – выходные клеммы на подключение нагрузки

Изготовить мощный аппарат полностью под электронным управлением руками неспециалиста достаточно сложно, лучше купить готовое устройство. В этом деле без опыта и знаний в сфере электротехники не обойтись.

Под самостоятельное производство рассматривать этот вариант целесообразно, если имеется сильное желание построить стабилизатор, плюс наработанный опыт электронщика. Далее в статье рассмотрим конструкцию электронного исполнения, пригодную для изготовления своими руками.

Лучшие стабилизаторы напряжения 2021 года

На мировом рынке электротехники представлен огромный выбор стабилизаторов напряжения.

Очень важно не растеряться и приобрести действительно необходимый трансформатор для определенных условий. Например:

Например:

Это однофазовый цифровой стабилизатор, его стоимость на рынке 2600 рублей. Он вешается на стену.

Штиль R-600

Более дорогая, примерная цена в пределах 4000 рублей. Предназначен для защиты электропитания приборов при переменном напряжении. В особенности подходит для электронной техники.

Модель FoxweldSmart 500

Это бытовой однофазовый напольный выпрямитель. Издает высокий уровень шума, цена регулируется пределами 1000 рублей.

TEPLOCOM ST-555 (400ВА, 220В) БАСТИОН

Трехфазовый мощный трансформатор, используется при больших нагрузках электрической сети. Стоимость 3700 рублей.

Трехфазовый стабилизатор, используется исключительно в промышленных целях. Цена его от 5000 рублей.

LIDER PS-400W

Электрический трехфазовый выпрямитель. Мощность от 400 ватт, что позволяет использовать на больших промышленных помещений. Быстродействующий широкоспекторный. Стоимость в пределах 7500 рублей.

PROGRESS

Бывают как трехфазные, так и однофазные. Применяются для дома, офиса и большого производства. Защищает от низкого напряжения и его перепадов.

Выбор представлен очень широкий, главное, определиться, для каких нужд нужен стабилизатор напряжения.

Большинство потребителей советуют приобретать трехфазные трансформаторы. Они подходят как для дома, так и для дачи. Выбирая стабилизатор, потребители опираются не только на его мощность, но и шумовой эффект.

Если трансформатор напряжения работает очень громко, то он влияет ночью. Также, покупатели благоприятно отзываются о внешнем виде некоторых моделей

Важно, чтобы они прекрасно вписывались в интерьер дома

На какие характеристики нужно смотреть при выборе стабилизатора напряжения

Тип. Стабилизаторы напряжения, в зависимости от основных принципов работы, можно разделить на несколько типов:

• релейные — одни из самых доступных устройств на рынке, которые небольшую точность выходного напряжения компенсируют высокой скоростью работы и широким диапазоном напряжений;
• электромеханические — более точные, но не такие быстрые и адаптивные, как релейные аналоги;
• гибридные (комбинированные) — эти стабилизаторы напряжения сочетают достоинства релейных и электромеханических устройств;
• электродинамические — следующий этап эволюции электромеханических стабилизаторов: точные, надёжные и дорогие; 
• электронные — тоже далеко не самые дешёвые, но однозначно одни из самых удобных, точных и быстрых стабилизаторов;
• инверторные — стабилизаторы, которые считаются наиболее современными и отличаются широким диапазоном рабочих напряжений, малыми погрешностями и очень низкими задержками в работе — за счёт, разумеется, высокой цены.

Фазность. Как правило, в городских квартирах используется однофазная электрическая разводка, а вот для питания частных домов и промышленного оборудования нередко применяют трёхфазную, которая позволяет использовать напряжение не 220, а 380 вольт. Стабилизатор с неподходящей фазностью просто не будет работать, так что этот момент обязательно нужно иметь в виду при выборе.

Мощность. Едва ли не самый важный параметр при выборе стабилизатора напряжения. Если его мощности не хватит для обслуживания всех потребителей, то стабилизатор откажет. Соответственно, потребляемая мощность должна соответствовать возможностям прибора (плюс желательно добавить ещё 20-30% — на всякий случай).

Важный аспект: мощность может быть не только активной, но и реактивной. Высокий пусковой ток, который отличает устройства с электродвигателями, типа пылесосов и электромясорубок, может вывести стабилизатор из строя. Для таких реактивных потребителей в расчёт стоит брать не только активную мощность, измеряемую в ваттах, но и полную мощность — в вольт-амперах. Чтобы вычислить последнюю, необходимо активную мощность разделить на специальный коэффициент, указанный в паспорте устройства (для простоты его можно принять равным 0,7 или 0,8).

Точность стабилизации. Высокая точность стабилизации означает, что стабилизатор будет выдавать напряжение, как можно более близкое к эталонным 220 В. Для устройств разных типов точность может колебаться в пределах 2-10%.

Скорость стабилизации. Обычно она составляет от 5 до 20 мс — в зависимости от типа и особенностей конкретного устройства. Разумеется, чем быстрее стабилизатор будет реагировать на скачки напряжения, тем лучше.

Рабочий и предельный диапазон напряжений. Возможности стабилизаторов не безграничны: они способны привести в норму только напряжение определённых уровней

Причём предельные, пиковые значения аппараты выдерживают совсем недолго, поэтому обращать внимание стоит именно на диапазон рабочих напряжений, с которыми стабилизатору будет справляться легче

Индикация. Желательно, чтобы стабилизатор был оснащён ЖК-дисплеем, который будет передавать показания вольтметра (по возможности — не только на выходе, но и на входе). Однако в самых простых моделях вместо экранов используют светодиодную индикацию. Это не так информативно, зато дёшево и надёжно.

Установка. Стабилизаторы могут размещаться на полу, на стене или устанавливаться в специальные стойки.

Целесообразность создания своими руками

Что лучше: сделать стабилизатор напряжения своими руками или все-таки лучше приобрести готовое устройство? Каждый решает сам.

Первый плюс — выгода, так как приборы стоят недешево. Второй положительный момент — знание «начинки» устройства, оно даст возможность найти и заменить неисправную деталь, которую легко найти в магазине. К недостаткам этого варианта относят невысокий уровень надежности изделий-самоделок, так как на заводах качество гарантирует специальное и измерительные оборудование, о котором в домашних условиях даже думать не приходится.

Если создание самодельного стабилизатора кажется довольно сложным, то лучше пойти традиционным, но нерациональным путем — приобрести готовый прибор. В этом случае в его надежности можно не сомневаться.

Тот, кто все же решился сделать стабилизатор напряжения своими руками, должен увидеть, какая работа ему предстоит. Лучше начинать с простых моделей, а полезную информацию можно почерпнуть из этого видео:

Инвертирующий стабилизатор

Это устройство применяется для обслуживания потребителей с постоянным напряжением. Его особенностью является то, что полярность конструкции противоположна направлению разности потенциалов на выходе устройства. Импульсный стабилизатор постоянного напряжения может показывать значения и выше, и ниже того, что есть в сети питания. Это зависит от настройки стабилизатора. Гальваническая изоляция для сети питания и нагрузки не предусмотрена.

Как же работает такое устройство? Первоначально необходимо подключить управляющую разность потенциалов. Это открывает транзистор между затвором и истоком. Он откроется, и начнет поступать ток от плюса к минусу. При этом дроссель будет резервировать энергию благодаря магнитному полю. При отключении разности потенциалов управления от ключа транзистора он будет закрываться. При этом резервная энергия конденсатора и магнитного поля расходуется для нагрузки.

Простой СН, сделанный своими руками

Стабилизатор напряжения 12 вольт для светодиодов, подсветок автомобильных бортовых систем быстро и удобно выполнять, используя для этого микросхемы: LM317, LD1084, L7812, КРЕН 8Б и им подобные устройства. Несколько диодов, сопротивление и сама микросхема – вот составляющие такого СН.

Стабилизатор на LM317

В зависимости от варианта изготовления корпуса LM317 подбирают расположение деталей на плате.

Изготовление стабилизатора сводится к следующему:

• к выходу (Vout) припаивают сопротивление с номинальным значением 130 Ом;
• к контакту входа (Vin) присоединяют провод, подающий напряжение для стабилизации;
• регулировочный вход (Adj) подключают ко второму выводу резистора.

При подключении в качестве нагрузки светодиодных фонарей, лент и т.д. радиатор не требуется. Сборка занимает 15-20 минут при минимуме деталей. Используя несложную формулу, можно рассчитывать величину сопротивления R для получения определённой величины допустимого тока нагрузки.

Схема на микросхеме LD1084

Поддержанию напряжения 12 В неизменным для устройств светодиодной иллюминации, подключённой к бортовой сети автомобиля, поможет применение данной микросборки.

Здесь для сборки самодельного СН в цепь обвязки микросхемы включаются:

• два электролитических конденсатора по 10 мкФ * 25 В;
• резисторы: 1 кОм (2 шт.), 120 Ом, 4,7 кОм (можно постоянный);
• диодный мост RS407.

Устройство собирается следующим образом:

• напряжение, снимаемое с диодного моста выпрямителя, подаётся на вход LD1084;
• на контакт, управляющий режимом стабилизации (Adj), присоединяют эмиттер транзистора КТ818, база которого соединена через два одноколонных сопротивления с цепями питания света фар (ближнего и дальнего);
• выходная цепь микросхемы соединена с резисторами R1 и R2, а также с конденсатором.

Кстати. Резистор R2 можно брать не переменный, а подстроечный, выставив с его помощью величину выходного напряжения 12 В.

Стабилизатор на диодах и сборке L7812

Подобная микросхема в связке с диодом и конденсаторами может снабжать светодиоды стабильным напряжением 12 В.

Схема построена по ниже изложенному принципу:

• диод Шоттки 1N401 пропускает через себя ток от плюсовой клеммы аккумулятора и подаёт его на вход микросхемы. При этом «+» электролита (конденсатора на 330 мкФ) также соединён с катодом диода;
• на выход L7812 присоединяют цепь нагрузки и «+» конденсатора ёмкостью 100 мкФ;
• все минусовые клеммы (от аккумулятора и обоих электролитических конденсаторов) соединяются с управляющим входом микросхемы.

Электролитические конденсаторы подбирают на напряжение не ниже 25 В.

Самый простой стабилизатор – плата КРЕН

Схемы с использованием крен довольно популярны. Так называют ИМС, в маркировку которых входят сочетания букв КР и ЕН. Это мощные СН, позволяющие выдавать на нагрузку ток до 1,5 А. Они имеют на выходе стабильные 12 В при подаче на вход напряжения до 35 В.

Схема с использованием этой микросхемы собирается так:

• напряжение с плюсовой клеммы АКБ (аккумуляторной батареи) на вход крен подаётся через диод 1N4007, он защищает цепь аккумулятора от обратных напряжений;
• минусовая клемма АКБ соединяется с управляющим электродом КРЕН;
• напряжение с выхода подаётся на нагрузку.

При необходимости микросхему прикручивают к радиатору.

Сборка своими руками стабилизаторов напряжения на 12 В с использованием схем линейных и интегральных СН не составляет особого труда. При этом необходимо следить за температурой нагрева корпуса элементов и при Т0С выше допустимой устанавливать их на теплоотводы (радиаторы).