Порівняння релейних, симісторних і гібридних стабілізаторів напруги

Одна з реалій нинішнього життя полягає в тому, що стабільна електроенергія з центральної мережі досі залишається недосяжною мрією. Напруга коливається, трапляються пікові стрибки тощо. Але домашня техніка вимагає, щоб електрика була високої якості, інакше телевізори, холодильники та комп'ютери можуть «згоріти». А коштують вони дорого, тож потрібен ефективний захист.

Щоб унеможливити витрати на ремонт або купівлю нових побутових приладів, потрібен стабілізатор. Але який краще? У цій статті ми розглянемо релейні, симісторні та гібридні моделі. А оскільки всі вони належать до трансформаторних типів, то для початку треба ознайомитися з принципом дії цього пристрою.

Автотрансформатор

Як влаштований трансформатор, усім відомо ще зі шкільного курсу фізики. Головна деталь — феромагнітний (тобто здатний намагнічуватися) сердечник. На ньому є як мінімум 2 обмотки: первинна і вторинна. Вони зроблені з ізольованого мідного дроту. На першу йде струм з міської мережі, з другої знімається перетворена напруга.

Усі трансформатори напруги (силові) працюють за принципом електромагнітної індукції. Змінний струм надходить на первинну обмотку. У результаті в магнітопроводі утворюється змінний магнітний потік. (Магнітопровід — це основа, яка служить для проведення магнітного потоку. Простіше кажучи, це той самий сердечник з електротехнічної сталі). Виникає електрорушійна сила (ЕРС). Завдяки тому, що до вторинної обмотки під'єднано навантаження, в ній виникає електричний струм.

Щоб отримати на вторинній обмотці задану напругу, треба зробити трансформатор із певним співвідношенням витків на первинній і вторинній обмотках. Один і той самий апарат може давати на виході різну різницю потенціалів. Для цього треба зробити кілька виводів із вторинної обмотки, тоді регулювання буде ступінчастим. Або пристосувати на ній повзунок, щоб воно стало плавним.

Релейний стабілізатор

Релейний стабілізатор — це прилад, у якому реалізовано технологію релейної комутації напруги, тобто перемикання значення різниці потенціалів на виході вторинної обмотки за допомогою реле. (Говорячи простими словами, реле — це автоматичний вимикач. Його використовують для замикання і розмикання контактів основної системи. У ньому є магнітна котушка і стрижневий сердечник. Коли на котушку приходить керуючий сигнал, вона втягує сердечник і той з'єднує контакти). Як уже було сказано, вхідна напруга нестабільна. Постійно її вимірюючи, автотрансформатор вмикає певне реле з таким розрахунком, щоб завдяки зміненому співвідношенню витків на обмотках отримати на виході напругу 220В або максимально близьку до неї. Регулювання ступінчасте, під час увімкнення чути характерне клацання, схоже на звучання автомобільного поворотника.

Переваги та недоліки

Релейний стабілізатор напруги на ринку найпопулярніший. Це пов'язано не тільки з тим, що з'явилися ці прилади давно, а з тим, що для управління застосовують надійні мікропроцесори. Інтерес з боку покупців тримається ще й тому, що в них оптимальне співвідношення «ціна-якість-ефективність роботи». Серед очевидних переваг:

• Діапазон напруг на вході досить широкий (від 100В до 280В).
• Висока швидкість спрацьовування реле.
• Навіть якщо перевантаження виявиться дворазовим, вони здатні кілька секунд його витримувати.
• Не бояться високих і низьких температур навколишнього середовища (від -40 до +40 град С).
• Мало чутливі до частоти змінного струму.
• Компактні.

Без недоліків теж не обходиться. Реле не вічні. Електромеханічні комутатори з часом зношуються, через що років через 7 – 8 робота приладу стане, м'яко кажучи, неідеальною. Точність підтримки заданої напруги на виході становить від 4% до 8%. Це нижче, ніж у деяких моделей іншої конструкції. Ну і, нарешті, ступінчаста стабілізація все-таки гірша, ніж плавне регулювання. З приводу клацання питання спірне. Одних це дратує, інші не звертають уваги.

Релейні апарати практично не спотворюють синусоїду вхідного сигналу. З їхньою допомогою можна організувати надійний захист електрообладнання від перевантаження за потужністю або коротких замикань. Вони вважаються найкращим рішенням для приладів з невеликим споживанням енергії.

Симісторний стабілізатор

По суті справи, симісторний стабілізатор напруги конструктивно влаштований так само, як і релейний. Просто замість електромеханічних ключів (реле) у нього поставлені електронні (симістори). З цього відразу ж можна зробити висновок — рухомих деталей немає, отже — механічного зносу можна не боятися. Відповідно, технічне обслуговування виявиться простішим. І всередині у них нічого не клацає. Коли напруга на вході змінюється, симісторний апарат реагує на це миттєво.

Плюси і мінуси симісторних установок

До позитивних якостей належать:

• Напруга на виході відповідає заданій з пристойною точністю (відхилення плюс – мінус 5%).
• Майже миттєва (10 – 20 мс) швидкодія.
• Їхній ККД недосяжний майже для всіх стабілізаторів інших конструкцій (98%).
• Для власної роботи споживають мало енергії.
• Здатні працювати як за низьких, так і за високих температур навколишнього повітря.
• Не бояться перевантажень.
• Вхідна напруга може перебувати в досить широкому діапазоні.
• Практично безшумні.

Як би не хотілося сказати, що симісторний стабілізатор — ідеальний прилад, це не так. Перш за все, цей вид чи не найдорожчий серед усіх пристроїв нормалізації напруги. До того ж він, як і релейний, доводить її до потрібного значення ступінчасто. Плюс симістори досить громіздкі. Якщо порівняти з тиристорами, які теж застосовуються в стабілізаторах, то на одній і тій самій площі можна розташувати кілька тиристорів або лише один симістор. А це вже негативно впливає на габарити пристрою.

Симістори не надто стійкі проти перевантажень за силою струму. У процесі роботи вони сильно гріються, через що можуть «згоріти». Ну і, мабуть, головний недолік полягає в тому, що симістори не забезпечують «чисту синусоїду». Форма напруги на виході у них несинусоїдальна. Найчастіше це модифікована синусоїда. А також вони не надто стійкі, якщо включені в схеми з індуктивним навантаженням.

Таким чином, симістори не підходять у тих випадках, коли для дорогої апаратури потрібен струм високої якості. Та й точність роботи для таких приладів виявиться недостатньою. Внаслідок спотворення вихідного сигналу їх не бажано застосовувати для захисту установок з електроприводом або електричних моторів.

Гібридний стабілізатор

Гібридний стабілізатор являє собою поєднання релейного та електромеханічного. У його конструкції є сервопривід і релейні перетворювачі (2 шт.). Перші стабілізують напругу в межах 144 – 256В з плавним регулюванням. Другі — коли вона вища або нижча зазначеного діапазону. Завдяки цьому вдалося домогтися вищої точності роботи (до 3%), забезпечити широкий інтервал за напругою на вході і зробити апарат дешевшим. Такий прилад компактний і довговічний, він добре справляється з перепадами напруги і короткочасними піковими навантаженнями. Щоправда, швидкість спрацьовування невисока, а на крайніх «симісторних» ділянках регулювання все-таки залишилося ступінчасте. Проте гібридний стабілізатор напруги вважається одним із найкращих. Він практично повністю замінив електромеханічні (сервоприводні) вироби.

Порівняння

Щоб провести порівняння трьох типів, оцінимо кожен за основними параметрами за трибальною системою (1 — погано, 2 — середньо, 3 — добре). Гібридні будемо рахувати за сервоприводним діапазоном. Результати зведемо в таблицю:

На першому місці опинилися гібридні моделі. Вони краще за інших підходять для того, щоб якось нівелювати наше не ідеальне електропостачання. За ними — релейні, а на останньому місці — симісторні.