Как выбрать стабилизатор напряжения

Перепады напряжения в сети могут вывести из строя дорогостоящую бытовую технику. Защититься от скачков можно разными способами. Один из них — покупка стабилизатора. Что это за оборудование, какие есть виды и на что конкретно нужно обратить внимание при покупке.

Конструктивные особенности

Стабилизатор в отличие от сетевого фильтра или реле выполняет коррекцию входного напряжения до приемлемого уровня. Эффективность и качество преобразования стабилизатора зависят от начинки. В зависимости от используемых компонентов  в конструкции, все разнообразие моделей можно разделить на несколько групп. 

Релейные стабилизаторы. Это одни из самых дешевых моделей, которые чаще всего применяются при бытовом использовании. Конструкция включает трансформатор с несколькими отводами входной или выходной обмотки, коммутируемыми силовыми реле

При выходе входного напряжения за установленные границы, электроника включает соответствующее реле, превращая трансформатор в понижающий или повышающий.

Электронная схема управления сравнивает значения на входе и на выходе. Как только на входе происходит отклонение, включается одно из силовых реле, выставляя подходящий коэффициент трансформации. 

К преимуществам релейных устройств относится  доступная цена, отсутствие необходимости охлаждения и возможность работы при минусовых температурах. Еще один плюс — возможность двукратной кратковременной перегрузки. Однако применение силовых реле накладывает существенные ограничения:

• относительно невысокая скорость срабатывания до 20–30 мс, из-за чего стабилизатор не способен среагировать на резкую просадку или скачок;
• невысокая точность из-за ограниченного числа ступеней, что приводит к небольшому искажению выходного сигнала и микроразрывам;
• шум — при переключении реле делают характерные и достаточно громкие щелчки; 
• быстрый износ реле — главная проблема, особенно, если стабилизировать напряжение устройству приходится часто. 

Электромеханические (сервоприводные) стабилизаторы.  В конструкцию входит тороидальный трансформатор с передвигающимся над внешней обмоткой токосъемником. Последний контактирует с обмоткой при помощи угольной щетки. Как правило, из-за достаточно массивного трансформатора такие модели больше и тяжелее. 

При падении или превышении входного напряжения сервопривод перемещает токосъемник по обмотке, нормализуя выходной сигнал.

Поскольку из конструкции удалось исключить набор реле, электромеханические модели отличаются плавностью и точностью регулировки. Выходной сигнал получается приближенным к идеальной синусоиде. Помимо этого такие стабилизаторы работают тише и способны выдержать кратковременные перегрузки до 200%.

Применение тороидального трансформатора имеет и ряд минусов:

• быстрый износ токосъемника, который часто находится в движении;
• низкая скорость переключения, поскольку токосъемнику приходится проделывать достаточно большой путь по обмотке;
•  чувствительность к пыли, которая может привести к нестабильной работе токосъемника;
• более высокая стоимость по сравнению с релейными устройствами. 

Инверторные стабилизаторы. В основе лежит инвертор — ток сначала выпрямляется, потом, с помощью инвертора, вновь преобразуется в переменный. Трансформатора и коммутационных элементов в схеме нет. В зависимости от производителя в таких стабилизаторах могут быть установлены фильтры высоких частот, варисторы (УЗИП 3 класса) и не только.  

Применение инвертора позволило сделать практически бесшумное устройство с высочайшей точностью преобразования — до ±2%. Исключение трансформаторов из конструкции также дает мгновенную стабилизацию напряжения с идеальной синусоидой на выходе.  

К недостаткам можно отнести высокую стоимость и низкую перегрузочную способность. Допускается перегрузка в 25–50% от номинала в течение 1–4 секунд. Также следует учитывать, что дешевые инверторные модели могут не давать на выходе чистую синусоиду, что для некоторых приборов бывает критично. 

Электронные (тиристорные, симисторные) стабилизаторы. Конструктивно схожи с релейными, однако коммутирование обмоток в них производится не с помощью реле, а различными  полупроводниковыми элементам. Как правило, используются тиристоры и симисторы. 

Отсутствие реле обеспечивает относительно высокое быстродействие в 20 мс, а также высокий КПД. Помимо этого электронные стабилизаторы имеют широкий диапазон входных напряжений и практически бесшумную работу.  Другие преимущества и недостатки уже зависят от используемого элемента — тиристора или симистора. 

Эксплуатационные параметры

Тип стабилизатора определяет общие характеристики и ценовой диапазон устройства. Однако для подбора прибора под конкретные задачи придется изучить уже точные характеристики и их значения. 

Полная выходная мощность (ВА). Параметр указывается в вольт-амперах. Косвенный параметр, который определяет — какой объем нагрузки можно подключить к стабилизатору. Полная выходная мощность должна покрывать мощность всех подключенных приборов с запасом в 20–30%. 

Однако при подсчете полной мощности нагрузки следует иметь в виду, что та мощность (в Ваттах), которая приводится в паспорте на электроприбор — это его активная мощность, т.е., выделяющаяся в виде тепла или света. Нагревательные приборы и лампы накаливания имеют полную мощность, равную активной. Но некоторые потребители, содержащие в себе электродвигатели или трансформаторы, создают вдобавок к активной еще и реактивную нагрузку.

Для определения полной мощности прибора следует активную мощность поделить на коэффициент мощности (указывается обычно «cos(φ)»).  Если представленных данных нет в технической документации, то можно взять значения из следующей таблицы:

Полные мощности всех потребителей следует сложить и добавить к получившейся сумме 30%. Для более точного расчета следует учитывать еще и пусковые токи.  При выходе напряжения за пределы нормального, мощность стабилизатора падает на 20–30%. Именно это падение и следует компенсировать.

Полную мощность подключаемой к стабилизатору нагрузки нужно помножить на пусковой коэффициент, взяв его из паспорта или из таблицы.

Активная выходная мощность (кВт). На этот параметр следует ориентироваться, если вы не хотите проводить какие-либо расчеты. Выбор активной мощности зависит от типа техники, которую вы планируете подключить к стабилизатору:

• до 0.4 кВт (до 500 ВА) — маломощные приборы — ноутбук, офисный компьютер и так далее;
• 0.5–1.0 кВт (600–1500 ВА) — бытовая техника небольшой мощности: блендер, кофеварка, кухонный комбайн;
• 1.5–3.0 кВт (2000–4200 ВА) — мощная бытовая техника: микроволновка, автоматическая стиральная машина;
• 3.5–5.0 кВт (4500–6500 ВА) — кухонная плита, мощная климатическая установка, полная защита небольшой квартиры;
• 5.0–10.0 кВт (7000–13000 ВА) — полная защита небольшого загородного дома без электрообогрева, подключение промышленного оборудования;
• более 10 кВт (более 13000 ВА) — достаточно для электроснабжения коттеджа без электрообогрева (или с небольшим дополнительным электрообогревом), работы лаборатории или медицинского учреждения.

Минимальное и максимальное входное напряжение. Определяет, какие значения в вольтах можно подавать на вход стабилизатора. Чем больше этот диапазон, тем лучше, но и дороже устройство. Если в вашей сети имеются сильные просадки и скачки, то есть смысл подбирать стабилизатор с широким диапазоном входного напряжения — инверторные модели предлагают в среднем от 90 до 310 В. 

Если напряжение в сети относительно стабильное и нужно компенсировать лишь мелкие просадки или скачки, то подойдут релейные, электромеханические или электронные модели с входным диапазоном 120–285 В. 

Учитывайте, что если входное напряжение выйдет за пределы, то стабилизатор отключит нагрузку.

Частота. Этот параметр следует согласовывать с частотой сигнала в электросети. Универсальные стабилизаторы способны работать на частотах 50–60 Гц. Некоторые устройства поддерживают расширенный диапазон — 45–65 Гц. 

Большинство остальных моделей из низкой и средней ценовых категорий обычно поддерживает только частоту в 50 Гц. Согласно нормативным документам, в сети должны быть 50±0.4 Гц. 

Уровень выходного напряжения определяет, к какому значению будет стремиться стабилизатор. В зависимости от модели устройство может выдавать 220 или 230 вольт. Выходное напряжение гарантируется только в том случае, если входное вписывается в рабочий диапазон стабилизатора. 

Стабильность (точность) выходного напряжения указывает в процентах максимально возможное  отклонение выходного напряжения от эталона.  Чем выше точность, тем дороже  стабилизатор. 

Для медицинского и измерительного оборудования нужны модели с точностью до 2%. Для осветительных приборов достаточно 4%, а для бытовой техники — до 8%.

Время переключения актуально для всех моделей, кроме инверторных. Чем меньше время переключения, тем меньше искажений будет в выходном сигнале в ходе скачка или просадки. Релейные и электронные устройства имеют среднее время в 5–20 мс. Хуже всех показывают себя электромеханические — 100 мс и более. 

Число и тип разъемов для подключения нагрузки. Большинство стабилизаторов предлагают 1–2 евророзетки, однако, более дорогостоящие модели — до 5 розеток. Они лучше всего подойдут для отдельной бытовой техники, например, холодильника или стиральной машины.  

Выпускаются стабилизаторы с клеммами — они используются для подключения устройства к отдельной электролинии, распределительному щитку или какому-то оборудованию. Также можно встретить компьютерные стабилизаторы — они оснащаются разъемами IEC 320 C13.

Задержка запуска. Функция позволяет подать напряжение на выход через определенное время после скачка или просадки. Некоторые виды аппаратуры (к примеру, холодильники, двигатели насосов и т.д.) ввиду особенности конструкции не рекомендуется включать сразу же после отключения питания. 

Условия эксплуатации. Обратите внимание, что отдельные типы стабилизаторов могут работать только при плюсовой температуре — обычно в диапазоне 0–45 °С. Релейные и некоторые другие стабилизаторы исправно функционируют и в морозы — от -30 до + 40 °С. Также производители часто указывают диапазон допустимой влажности. 

Дополнительные возможности

Если качество стабилизации напрямую зависит от типа и начинки стабилизатора, то удобство — от ряда других дополнительных возможностей. В их числе:

• Световая индикация. На корпусе могут располагаться светодиоды, которые сигнализируют о наличии питания, срабатывании защиты, активном режиме стабилизации и так далее. 
• ЖК-дисплей. Предлагает максимальную информативность и показывает значение входного и выходного напряжения, а также другие полезные данные.

• Уровни защиты. В стабилизатор может быть встроена защита от импульсных скачков, перегрузки, короткого замыкания, перегрева  и не только. Чем больше уровней защиты, тем ниже риск повредить прибор. 
• Байпас.  Функция позволяет включить нагрузку напрямую к сети, исключая потери на стабилизацию.
• Рукоятка для переноски. Актуально, если вы будете часто возить стабилизатор с собой, например, для выездов на ремонт и при использовании в паре с электроинструментом. 
• Класс защиты IP. Некоторые модели предлагают уровень IP 20 — защита от попадания частиц размером от 12,5 мм. 

Варианты выбора

Для домашнего использования в паре с неприхотливой техникой и относительно стабильной электросетью можно выбрать релейный  стабилизатор. Они достаточно дешевые, компактные, не требуют специального охлаждения и могут работать даже при минусовых температурах. Это отличный выбор для кухонной техники, телевизоров и систем освещения.

В качестве альтернативы для этих же категорий нагрузки подойдут электронные стабилизаторы (симисторные, тиристорные), однако они в среднем дороже и мощнее — от 10 000 ВА. У таких моделей неплохая точность стабилизации в 5–10%, а также широкий диапазон входных напряжений — актуально для нестабильных сетей. Более высокая стоимость обусловлена и куда большим сроком эксплуатации. 

Релейные и электронные стабилизаторы формируют на выходе ступенчатый сигнал, поэтому это не лучший выбор для использования в паре с чувствительной нагрузкой — элеткродвигателями, видео- и аудиоаппаратурой. 

Электромеханические стабилизаторы предлагают уже более четкий и стабильный выходной сигнал, поэтому подойдут для светильников с лампами накаливания и галогенными лампами, а также для различной бытовой техники. Покупать электромеханические приборы не рекомендуется в трех случаях:

• Частые и значительные перепады напряжения. При таком сценарии использования подвижная конструкция с токоприемником очень быстро выйдет из строя. 
• Есть нагрузка, критичная к скорости срабатывания. Большинство недорогих стабилизаторов этого типа имеет долгое время срабатывания — от 100 мс. Однако встречаются и более скоростные модели — до 10 мс. 
• Холодное окружение. Стабилизаторы этого типа работают только при плюсовых температурах. 

В зависимости от мощности модели подойдут для обеспечения питанием телевизора, ресивера, DVD проигрывателя, кассового аппарата  и газового котла. Также их можно использовать для компьютера или ноутбука, но учитывайте долгое время переключения. 

Лучше всего для компьютерной, измерительной и другой высокочувствительной техники подойдут инверторные стабилизаторы. Они дорогие, но гарантируют чистую и стабильную синусоиду на выходе. 

При покупке в первую очередь обращайте внимание на мощность — это ключевой параметр. Проще всего ориентироваться по активной выходной мощности. Для подключения одного или пары устройств обычно достаточно моделей мощностью до 1500 ВА (до 1 кВт). Если вы планируете подключать множество приборов или мощную технику, выбирайте модели от 1500 ВА (от 1 кВт), а также минимум с двумя разъемами.  Если стабилизатор планируется подключать непосредственно к сети, например электрощитку, то ищите модели с клеммами. 

Не забудьте про дополнительные функции — наличие ЖК-дисплея позволит мониторить напряжение с точностью до вольта.  Задержка запуска — обязательная функция для работы в паре с холодильниками и насосами.