Категории

Сравнение релейных, симисторных и гибридных стабилизаторов напряжения

Дата

01 января 2024

Одна из реалий нынешней жизни заключается в том, что стабильная электроэнергия из центральной сети до сих пор остается недостижимой мечтой. Напряжение колеблется, случаются пиковые скачки и т.п. Но домашняя техника требует, чтобы электричество было высокого качества, иначе телевизоры, холодильники и компьютеры могут «сгореть». А стоят они дорого, так что требуется эффективная защита.

Чтобы исключить расходы на ремонт или покупку новых бытовых приборов, нужен стабилизатор напряжения. Но какой лучше? В этой статье мы рассмотрим релейные, симисторные и гибридные модели. А поскольку все они относятся к трансформаторным типам, то для начала надо ознакомиться с принципом действия этого устройства.

Автотрансформатор

Как устроен трансформатор, всем известно еще со школьного курса физики. Главная деталь — ферромагнитный (т.е., способный намагничиваться) сердечник. На нем есть как минимум 2 обмотки: первичная и вторичная. Они сделаны из изолированной медной проволоки. На первую идет ток из городской сети, со второй снимается преобразованное напряжение.

Все трансформаторы напряжения (силовые) работают по принципу электромагнитной индукции. Переменный ток поступает на первичную обмотку. В результате в магнитопроводе образуется переменный магнитный поток. (Магнитопровод — это основа, которая служит для проведения магнитного потока. Проще говоря, это тот самый сердечник из электротехнической стали). Возникает электродвижущая сила (ЭДС). За счет того, что ко вторичной обмотке подключена нагрузка, в ней возникает электрический ток.

Чтобы получить на вторичной обмотке заданное напряжение, надо сделать трансформатор с определенным соотношением витков на первичной и вторичной обмотках. Один и тот же аппарат может давать на выходе различную разность потенциалов. Для этого надо сделать несколько выводов со вторичной обмотки, тогда регулировка будет ступенчатой. Или приспособить на ней ползунок, чтобы она стала плавной.

Релейный стабилизатор

Релейный стабилизатор — это прибор, в котором реализована технология релейной коммутации напряжения, то есть переключение значения разницы потенциалов на выходе вторичной обмотки при помощи реле. (Говоря простыми словами, реле — это автоматический выключатель. Его используют для замыкания и размыкания контактов основной системы. В нем есть магнитная катушка и стержневой сердечник. Когда на катушку приходит управляющий сигнал, она втягивает сердечник и тот соединяет контакты). Как уже было сказано, входное напряжение нестабильно. Постоянно его измеряя, автотрансформатор включает определенное реле с таким расчетом, чтобы за счет изменившегося соотношения витков на обмотках получить на выходе напряжение 220В или максимально близкое к нему. Регулировка ступенчатая, при включении слышно характерное щелканье, похожее на звучание автомобильного поворотника.

Достоинства и недостатки

Релейный стабилизатор напряжения на рынке самый популярный. Это связано не только с тем, что появились эти приборы давно, а для управления применяют надежные микропроцессоры. Интерес со стороны покупателей держится еще и потому, что у них оптимальное соотношение «цена-качество-эффективность работы». Среди очевидных достоинств:

Диапазон напряжений на входе достаточно широкий (от 100В до 280В).
Высокая скорость срабатывания реле.
Даже если перегрузка окажется двукратной, они способны несколько секунд ее выдерживать.
Не боятся высоких и низких температур окружающей среды (от -40 до +40 град С).
Мало чувствительны к частоте переменного тока.
Компактные.

Без недостатков тоже не обходится. Реле не вечные. Электромеханические коммутаторы со временем изнашиваются, из-за чего лет через 7 – 8 работа прибора станет, мягко говоря, неидеальной. Точность поддержания заданного напряжения на выходе составляет от 4% до 8%. Это ниже, чем у некоторых моделей другой конструкции. Ну и, наконец, ступенчатая стабилизация все-таки хуже, чем плавная регулировка. По поводу щелканья вопрос спорный. Одних это раздражает, другие не обращают внимания.

Релейные аппараты практически не искажают синусоиду входящего сигнала. С их помощью можно организовать надежную защиту электрооборудования от перегрузки по мощности или коротких замыканий. Они считаются лучшим решением для приборов с небольшим потреблением энергии.

Симисторный стабилизатор

По сути дела, симисторный стабилизатор напряжения конструктивно устроен так же, как и релейный. Просто вместо электромеханических ключей (реле) у него поставлены электронные (симисторы). Из этого сразу же можно сделать вывод — движущихся деталей нет, значит — механического износа можно не бояться. Соответственно, техническое обслуживание окажется проще. И внутри у них ничего не щелкает. Когда напряжение на входе меняется, симисторный аппарат реагирует на это мгновенно.

Плюсы и минусы симисторных установок

К позитивным качествам относятся:

Напряжение на выходе соответствует заданному с приличной точностью (отклонение плюс – минус 5%).
Почти мгновенное (10 – 20 мс) быстродействие.
Их КПД недостижим почти для всех стабилизаторов других конструкций (98%).
Для собственной работы потребляют мало энергии.
Способны работать как при низких, так и при высоких температурах окружающего воздуха.
Не боятся перегрузок.
Входное напряжение может находиться в довольно широком диапазоне.
Практически бесшумные.

Как бы ни хотелось сказать, что симисторный стабилизатор — идеальный прибор, это не так. Прежде всего, данный вид едва ли не самый дорогой среди всех устройств нормализации напряжения. К тому же он, как и релейный, доводит его до нужного значения ступенчато. Плюс симисторы достаточно громоздкие. Если сравнить с тиристорами, которые тоже применяются в стабилизаторах, то на одной и той же площади можно расположить несколько тиристоров или всего один симистор. А это уже негативно влияет на габариты устройства.

Симисторы не слишком устойчивы против перегрузок по силе тока. В процессе работы они сильно греются, из-за чего могут «сгореть». Ну и, пожалуй, главный недостаток заключается в том, что симисторы не обеспечивают «чистую синусоиду». Форма напряжения на выходе у них несинусоидальная. Чаще всего это модифицированная синусоида. А также они не слишком устойчивы, если включены в схемы с индуктивной нагрузкой.

Таким образом, симисторы не подходят в тех случаях, когда для дорогой аппаратуры нужен ток высокого качества. Да и точность работы для таких приборов окажется недостаточной. Вследствие искажения выходного сигнала их не желательно применять для защиты установок с электроприводом либо электрических моторов.

Гибридный стабилизатор

Гибридный стабилизатор представляет собой сочетание релейного и электромеханического. В его конструкции есть сервопривод и релейные преобразователи (2 шт.). Первый стабилизирует напряжение в пределах 144 – 256В с плавной регулировкой. Вторые — когда оно выше или ниже указанного диапазона. За счет этого удалось добиться более высокой точности работы (до 3%), обеспечить широкий интервал по напряжению на входе и сделать аппарат дешевле. Такой прибор компактный и долговечный, он хорошо справляется с перепадами напряжения и кратковременными пиковыми нагрузками. Правда, скорость срабатывания невысокая, а на крайних «симисторных» участках регулирование, все-таки, осталось ступенчатое. Тем не менее, гибридный стабилизатор напряжения считается одним из лучших. Он практически полностью заменил электромеханические (сервоприводные) изделия.

Сравнение

Чтобы провести сравнение трех типов, оценим каждый по основным параметрам по трехбальной системе (1 — плохо, 2 — средне, 3 — хорошо). Гибридные будем считать по сервоприводному диапазону. Результаты сведем в таблицу:

Тип	Плавность регулир.	Чистая синусоида	Точность	Скорость	Цена	Всего
Гибридные	3	3	3	1	2	12
Релейные	1	3	1	2	3	10
Симисторные	1	1	2	3	1	8

На первом месте оказались гибридные модели. Они лучше других подходят для того, чтобы как-то нивелировать наше не идеальное электроснабжение. За ними — релейные, а на последнем месте — симисторные.