Как выбрать стабилизатор напряжения? Часть 2 (типы стабилизаторов по принципу работы)

Это вторая часть статьи о выборе стабилизатора. В первой части мы подробно рассмотрели основные характеристики стабилизаторов (напряжение, мощность, количество фаз и другие), которые необходимо учитывать при выборе устройства. Продолжая тему выбора стабилизатора, сегодня мы поговорим о различных типах стабилизаторов, основанных на разных принципах работы. Итак, начнем!

Релейный стабилизатор

Основное достоинство релейных стабилизаторов.

Релейные стабилизаторы – один из самых популярных типов стабилизаторов на рынке. Вероятнее всего, именно их вам предложат в магазине в первую очередь. И это неудивительно, ведь главное преимущество релейных стабилизаторов - доступная цена: фактор, который часто становится решающим при выборе.

Принцип работы.

• В основе работы большинства стабилизаторов напряжения лежит автотрансформатор – особый вид трансформатора, с электрически связанными первичной и вторичной обмотками. Вторичная обмотка имеет несколько отводов (выводов) от катушки, каждый из которых обеспечивает разное напряжение при одном и том же входном напряжении. Напряжение на отводах может быть как ниже, так и выше входного напряжения. Разница в напряжениях обусловлена коэффициентом трансформации, который зависит от количества витков обмотки, участвующих в преобразовании.
• Далее, отличительной особенностью релейных стабилизаторов является блок силовых реле. Именно эти реле подключены к разным выводам вторичной катушки автотрансформатора и обеспечивают ступенчатое регулирование напряжения.
• А управляет работой всего устройства электронная схема (блок управления). Она непрерывно измеряет выходное напряжение и сравнивает его с заданным эталонным значением. Если разница между выходным и эталонным напряжением превышает допустимую точность стабилизации, управляющий процессор выдает команду на включение соответствующего реле. В результате на выходе формируется напряжение, максимально приближенное к номинальному.

Упрощенная схема релейного стабилизатора.

Недостатки релейных стабилизаторов.

• Из описанного принципа работы вытекают и недостатки релейных стабилизаторов. Главный из них – ступенчатая регулировка выходного напряжения.
• Точность стабилизации в данном случае зависит от количества установленных реле и обычно составляет 5-8%. Однако, при желании можно найти модели с точностью до 3,5%..
• Поскольку регулировка напряжения происходит за счет механического перемещения контактов реле, прибор срабатывает не мгновенно. Время реакции на резкий скачок напряжения может составлять около 10-20 мс. На первый взгляд это может показаться незначительным, однако для чувствительной современной техники, например, компьютерного или отопительного оборудования, этого может оказаться достаточно для возникновения сбоев.
• При использовании релейного стабилизатора с осветительными приборами, во время переключений реле не исключено моргание света.
• Еще одним важным аспектом является шумность работы релейных стабилизаторов. Поскольку реле - это механические коммутирующие элементы, их работа сопровождается характерными щелчками. И чем более нестабильное у вас сетевое напряжение, тем чаще будут срабатывать реле, создавая постоянный шум.
• Не стоит забывать и о надежности: при длительной эксплуатации у стабилизаторов этого типа слабым местом могут оказаться реле, которые при частых срабатываниях быстро изнашиваются, особенно в бюджетных моделях.
• Для увеличения срока службы стабилизатора необходимо регулярное сервисное обслуживание. Большинство производителей об этом не распространяются, но вот что удалось найти в одной из инструкций:

Рекомендуется проведение периодического технического обслуживания по согласованию с сервисным центром Продавца. Проводить чистку контактов коммутационных реле – не реже 1 раза в 3 года. Операция чистки контактов реле должна проводиться сервисными центрами. Подгорание контактов силовых реле происходит во всех релейных стабилизаторах напряжения, как следствие их принципа работы.

Несмотря на то, что большинство пользователей не проводят периодическое сервисное обслуживание, релейные стабилизаторы могут функционировать в течение длительного периода, особенно при стабильном входном напряжении. Однако, выполнение рекомендованных производителем процедур обслуживания значительно увеличивает срок эксплуатации устройства до необходимости проведения ремонта, связанного с заменой силовых реле.

Техническое обслуживание стабилизаторов.

Прежде чем продолжить, поясню разницу между сервисным и техническим обслуживанием. В инструкциях большинства производителей стабилизаторов есть пункт о необходимости регулярного технического обслуживания. Причем, техническое обслуживание надо проводить абсолютно для всех типов стабилизаторов. Сроки проведения этого обслуживания сильно различаются, от месяца до года. Вот пример из подробной инструкции:

При периодическом техническом обслуживании стабилизатора (рекомендуется проводить ТО не реже одного раза в полгода) проводятся следующие работы:

• Проверка соответствия индикации текущему режиму работы;
• Осмотр внешней поверхности на отсутствие механических повреждений, коррозии и загрязнений;
• Очистка внешней поверхности от пыли (производится сухой чистой ветошью);
• Осмотр и проверка надёжности крепления всех подключенных кабелей;
• Осмотр и проверка вентиляционных отверстий. При обнаружении засорений - очистка вентиляционных отверстий.

Так же проводить проверку затяжки винтов в присоединительном клеммнике стабилизатора (как со стороны присоединения внешних проводов, так и со стороны присоединения проводов внутренних цепей стабилизатора) – не реже одного раза в 12 месяцев;

Как часто нужно проводить обслуживание и можно ли обойтись без него?

Я рекомендую осматривать стабилизатор хотя бы раз в месяц, особенно клеммник (для мощных моделей без вилки и розетки).

Очистку от пыли советую проводить хотя бы раз в полгода.

Пренебрежение обслуживанием может привести к перегреву из-за засорения вентиляции, что значительно сократит срок службы.

И раз в год проводить проверку затяжки винтов в присоединительном клеммнике стабилизатора.

А вот к чему может привести плохой контакт в клеммнике, лучше покажу на фото:

Последствия несвоевременного проведения технического обслуживания.

Почему горят резьбовые соединения?

Этот вопрос часто задают, и ответ прост: резьбовые соединения со временем ослабевают и требуют подтяжки. При протекании тока они нагреваются, а при его отсутствии - остывают. Этот процесс расширения и сжатия металла приводит к постепенному ослаблению резьбового соединения. Поэтому, чем чаще вы включаете и выключаете мощное оборудование, тем быстрее ослабевают резьбовые соединения. Например, клеммник электроплиты, часто включаемой и выключаемой, без своевременного обслуживания выйдет из строя быстрее, чем у той, которая работает непрерывно.

Сервисное обслуживание.

В отличие от технического, сервисное обслуживание, как правило, требуется только моделям с механическими движущимися частями, таким как релейные и электромеханические. Производители редко на это указывают, но иногда встречаются такие пометки:

Рекомендуется проведение периодического технического обслуживания в специализированном центре по согласованию с сервисным центром Продавца.

Электронный (симисторный, тиристорный) стабилизатор.

Принцип работы.

В основе работы электронных стабилизаторов лежит тот же принцип, что и в релейных стабилизаторах. Разница лишь в способе переключения обмоток: вместо механических реле используются полупроводниковые силовые ключи (симисторы, тиристоры).

Схема электронного стабилизатора.

Достоинства электронных стабилизаторов.

Поскольку в полупроводниковых ключах отсутствуют подвижные механические части, то из этого вытекают их основные преимущества, по сравнению с механическими реле. В первую очередь, это бесшумная работа, высокая износостойкость и быстрая скорость переключений.

• Про относительную бесшумность. Однако, не смотря на бесшумность работы симисторов и тиристоров это, к сожалению, не означает бесшумную работу всего стабилизатора в целом. А дело вот в чём: электронные силовые ключи требуют большего охлаждения нежели механические реле, и естественной вентиляции зачастую не хватает. Поэтому у достаточно мощных электронных стабилизаторов на борту имеются вентиляторы охлаждения, а так же датчики температуры, установленные в разных частях стабилизатора. И по мере нагревания начинают включаться вентиляторы. Сначала на малых скоростях, но чем большая нагрузка подключена к стабилизатору, тем сильнее он разогревается и тем быстрее и шумнее начинают работать и вентиляторы. Как реактивный самолет он конечно гудеть не будет, но этот шум можно сравнить с работой системного блока компьютера.
• Устойчивость стабилизатора к низкой стабильности напряжения. Электронные полупроводниковые реле практически не подвержены износу благодаря отсутствию механических частей. Их ресурс составляет сотни миллионов и даже миллиарды переключений, что значительно превосходит ресурс механических реле, ограниченный примерно 30 миллионами переключений.
• Опять же отсутствие механических частей положительно сказалось и на скорости переключений, которая в некоторых моделях на порядок выше, чем у релейных стабилизаторов, и может доходить до 5 мс.
• Электронные стабилизаторы, как правило, обеспечивают более высокую точность стабилизации напряжения, чем релейные. Этот параметр обычно не превышает 4%.
• Регулярное сервисное обслуживание не требуется.

Недостатки электронных стабилизаторов.

• Теперь о минусах. Естественно, в первую очередь это стоимость, которая как минимум вдвое превышает цену релейных моделей с аналогичными характеристиками.
• Кроме того, полупроводниковые ключи имеют меньшую перегрузочную способность, что делает выбор мощности критически важным. При ошибках выбора этого параметра с большей вероятностью вы получите вышедший из строя прибор.
• При этом электронные полупроводниковые реле стоят гораздо дороже механических, поэтому и ремонт вам обойдётся намного дороже релейных аналогов.

Гибридный симисторно-релейный стабилизатор.

По своей сути этот тип стабилизатора аналогичен релейному, только для увеличения срока службы механических реле сюда добавили симисторы. Давайте посмотрим как сам производитель это описывает в инструкции:

Так как реле является механическим коммутатором и подвержено износу
контактов в процессе работы, в стабилизаторе применена система защиты контактов от повреждения. На момент переключения реле выходное напряжение и ток нагрузки перенаправляется через защитные резисторы и симисторы. Это обеспечивает необходимую долговечность реле при номинальных условиях в течение всего срока эксплуатации.

Гибpидныe мoдeли имeют cвoи пpeимущecтвa пepeд oтдeльными типaми cтaбилизaтopoв.

• Haпpимep, oдним из пpeимущecтв тexнoлoгии являeтcя пocтoяннaя пoдaчa элeктpoэнepгии в нaгpузку, бeз oбpывa фaзы. У oбычныx peлeйныx, cимиcтopныx или тиpиcтopныx cтaбилизaтopoв вo вpeмя кoммутaции cилoвыe кoнтaкты ocтaютcя paзoмкнутыми и элeктpoэнepгия нe пoдaётcя к нaгpузкe.
• Eщё oднo из пpeимущecтв мoдeлeй в тoм, чтo вce кoнтaкты мaгнитныx ключeй зaщищeны cимиcтopaми в мoмeнт кoммутaции. Этo пpeдoтвpaщaeт вoзмoжнoe пoвpeждeниe кoнтaктoв из-зa пpoтeкaния элeктpичecкoгo тoкa пpи кoммутaции ключeй.
• Kaк извecтнo, oдин из нeдocтaткoв cимиcтopныx ключeй зaключaeтcя в тoм, чтo oни быcтpo нaгpeвaютcя и тpeбуют мaccивныx paдиaтopoв oxлaждeния. У гибpидныx жe cтaбилизaтopoв paбoтa cимиcтopa пpoиcxoдит тoлькo в кpaткoвpeмeннoм peжимe, нa вpeмя пpoцecca пepeключeния. Этo иcключaeт иx пepeгpeв и нeoбxoдимocть в бoльшoм paдиaтope.
• Taкжe гибpиднaя тexнoлoгия пoзвoляeт пpимeнять кoмпaктныe peлe c нeбoльшим энepгoпoтpeблeниeм. Пo тoй пpичинe, чтo peлe нe пepeключaeтcя пoд тoкoм и нe нуждaютcя в мaccивныx кoнтaктax и мoщнoй элeктpoмexaничecкoй cиcтeмe. Гибpиднaя cиcтeмa кoммутaции в цeлoм oкaзывaeтcя дocтaтoчнo нaдeжнoй и дoлгoвeчнoй. Oнa oгpaничeнa лишь мexaничecким pecуpcoм элeктpoмaгнитныx peлe, кoтopый знaчитeльнo пpeвышaeт pecуpc кoличecтвa кoммутaций aнaлoгичныx peлe пoд тoкoм.

Недостатки симисторно-релейных стабилизаторов.

Несмотря на гибридную конструкцию, симисторно-релейные стабилизаторы сохраняют основные недостатки релейных моделей, так как в них используются механические реле. Решение о покупке такого устройства зависит от вашей готовности переплачивать за предлагаемые улучшения.

Электромеханический стабилизатор.

Принцип работы.

Так же как у релейных и электронных стабилизаторов в основе работы электромеханического стабилизатора напряжения лежит автотрансформатор. Только теперь вторичная обмотка не имеет отводов от катушки, вместо этого по обмотке перемещается щетка, которая снимает с неё напряжение.

Щетку по обмотке перемещает сервопривод.

Опять же, всем этим управляет электронная схема. Она измеряет выходное напряжение и сравнивает его с эталонным. Если имеется отклонение выше точности стабилизации - управляющий процессор дает команду сервоприводу на перемещение щетки по обмотке в заданном направлении. За счет этого на выходе формируется значение напряжения, максимально приближенное к номинальному.

Схема электромеханического стабилизатора.

Достоинства электромеханических стабилизаторов.

• Основным преимуществом этого типа стабилизатора является высокая точность регулировки напряжения. Базово, отклонение выходного напряжения составляет 2-3%, а в некоторых моделях достигает 1%.
• Еще одним важным достоинством является плавность регулировки напряжения. Благодаря использованию движущейся щетки, которая непрерывно контактирует с обмоткой автотрансформатора, изменение выходного напряжения происходит без резких перепадов, характерных для релейных и электронных моделей.
• Так же немаловажным фактором является относительно невысокая стоимость. Хотя электромеханические стабилизаторы и дороже релейных, но они дешевле электронных, предлагая при этом базово более высокую точность стабилизации.
• Электромеханические стабилизаторы, как правило, проще в ремонте, чем электронные. Это обусловлено, в основном, простотой конструкции и дешевизной комплектующих.
• Эти стабилизаторы обладают хорошей перегрузочной способностью, что позволяет им справляться с кратковременными скачками нагрузки.

Недостатки электромеханических стабилизаторов.

• Основным недостатком данного стабилизатора является низкое быстродействие , которое составляет всего 30-40 в/с, что может быть недостаточно для защиты чувствительного оборудования от резких скачков напряжения.
• Следующим недостатком является ограниченный рабочий диапазон напряжений. Большинство моделей рассчитаны на работу в диапазоне от 140 до 260 В, что может быть недостаточно для сетей с сильными отклонениями напряжения.
• Шум – еще один недостаток электромеханических стабилизаторов. Регулировка напряжения основана на механическом перемещении щетки, что сопровождается характерным звуком, который может быть неприемлем в жилых помещениях.
• Для увеличения срока службы стабилизатора необходимо регулярное сервисное обслуживание. Большинство производителей об этом не распространяются, но вот что удалось найти в одной из инструкций:

Требуется регулярное сервисное обслуживание. Проводить техническое обслуживание стабилизатора в сервисном центре – не реже одного раза в 24 месяца.

Гибридный стабилизатор со смешанным релейно-сервоприводным регулированием

Развитие технологий не стоит на месте. Инженеры нашли способ решить одну из проблем электромеханических стабилизаторов, сохранив при этом их достоинства. Речь идет о рабочем диапазоне напряжений.

Основная идея заключалась в том, чтобы в стандартный сервоприводный стабилизатор внедрить релейную составляющую. Это позволило к высокой точности стабилизации и плавности регулировки добавить широкий рабочий диапазон входного напряжения.

Достоинства и недостатки.

Из описанного ранее понятно, что релейно-сервоприводные стабилизаторы обладают тем же набором достоинств и недостатков, что и электромеханические, за исключением рабочего диапазона напряжений. Благодаря его расширению недостаток превратился в преимущество.

Инверторный стабилизатор (с двойным преобразованием).

Теперь поговорим о стабилизаторе, который я считаю лучшим. В инверторных стабилизаторах применяется кардинально другой принцип работы, в корне отличающийся от всех рассмотренных ранее.

Принцип работы.

Суть двойного преобразования инверторного стабилизатора заключается в следующем:

• Входящее переменное напряжение преобразуется в постоянное (первое преобразование). Этот процесс обычно осуществляется с помощью выпрямителя.
• Полученное постоянное напряжение используется для зарядки суперконденсатора (ионистора), который служит накопителем энергии.
• Электроника преобразует постоянное напряжение, накопленное в суперконденсаторе, в переменное напряжение эталонного качества (второе преобразование). Этот процесс осуществляется с помощью инвертора.

Схема инверторного стабилизатора.

Благодаря такой схеме стабилизации, мы получаем множество преимуществ.

Достоинства инверторного стабилизатора:

• Быстродействие - 0,005 мс (мгновенная стабилизация напряжения) Это единственный тип стабилизатора, который полностью защищает от скачков напряжения, как их понимает обыватель. При любых скачках входного напряжения оно практически не влияет на выходное напряжение. Во всех остальных стабилизаторах сначала происходит скачок, потом стабилизатор его "видит", и только потом предпринимает меры по его преодолению. Заранее предугадать, что напряжение будет прыгать стабилизатор просто не в состоянии. И пусть от скачка до реакции проходят миллисекунды, но для некоторых приборов это уже критично, и глаз человека это уже в состоянии заметить на осветительных приборах. И только инверторный стабилизатор сам формирует выходное напряжение, практически не опираясь на входные показатели.
• Высокая точность стабилизации, которая в среднем составляет 1-2%, но в некоторых моделях доходит до 0,5%
• Широкий диапазон стабилизации в среднем 90-310в (некоторые работают от 50в), который к тому же совпадает с рабочим диапазоном
• Идеальная синусоидальная форма выходного напряжения, что позволяет даже самую требовательную технику подключать к самому некачественному источнику тока.
• Высокая устойчивость стабилизатора к нестабильному входному напряжению.
• Благодаря суперконденсатору, инверторный стабилизатор может поддерживать питание подключенного оборудования в течение кратковременных отключений электропитания (до 0,2 секунды).
• Регулярное сервисное обслуживание не требуется.

Недостатки инверторного стабилизатора.

• Основным недостатком такой конструкции является довольно высокая цена.
• Так же следует отметить, что хоть инверторный стабилизатор и генерирует выходное напряжение сам по себе, из постоянного, но частоту он синхронизирует с входным сигналом. Это означает, что он не может ее изменить. Впрочем, учитывая, что другие стабилизаторы не способны улучшить форму сигнала (или даже ухудшают ее), этот фактор вряд ли можно считать серьезным минусом.

Сводная таблица характеристик различных стабилизаторов.

Для более наглядного сравнения я проанализировал инструкции различных производителей стабилизаторов и собрал основные данные в таблицу. Обратите внимание: в таблице представлены стабилизаторы, предназначенные для установки на весь дом, с вводным автоматом на 25А. Цены актуальны на середину 2025 года и приведены исключительно для сравнительного анализа.

Основные характеристики стабилизаторов.

Совет по выбору типа стабилизатора.

Советую инверторный стабилизатор.

Подводя итог, я рекомендую остановить свой выбор на инверторном стабилизаторе. Он обладает самым широким набором преимуществ по сравнению с другими типами, включая непревзойденную защиту от скачков напряжения. Только в инверторном стабилизаторе входное напряжение практически не оказывает влияния на выходное. Если бюджет позволяет, это лучший выбор.

В противном случае, придется искать компромиссы, выбирая между другими типами стабилизаторов и определяя, какими параметрами можно пожертвовать, а какие жизненно необходимы.

Стабильность входного напряжения.

Первым делом следует оценить стабильность входного напряжения. Если напряжение сильно колеблется, релейные и электромеханические стабилизаторы могут быстро выйти из строя. В этой ситуации, если бюджет ограничен, вам подойдут только электронные стабилизаторы. Среднестатистическая модель будет:

• Немного дешевле инверторного
• Устойчива к низкой стабильности входного напряжения.
• Обладать средней точностью стабилизации.
• Переключаться быстрее релейных и электромеханических моделей.

Но при этом будет:

• Дороже релейных и электромеханических моделей.
• Менее точной чем электромеханические стабилизаторы.
• Ступенчато регулировать напряжение.

Если напряжение в вашей сети стабильно низкое или стабильно высокое, вы можете рассматривать более экономичные варианты, такие как релейные и электромеханические стабилизаторы. Они будут значительно дешевле как инверторных, так и электронных моделей.

Точность стабилизации.

Следующий параметр - точность стабилизации. Если важна высокая точность при стабильном входном напряжении и ограниченном бюджете, ваш выбор - электромеханический стабилизатор. У него базово точность от 2 до 3,5% и достаточно гуманные цены. Однако, стоит учитывать, что диапазон стабилизации у них, как правило, не очень широкий, в среднем от 140 до 260 В. Конечно диапазон стабилизации электромеханического стабилизатора расширен в гибридном стабилизаторе, но он вдвое дороже. В этом случае, возможно, более выгодным вариантом будет инверторный стабилизатор, который, хотя и дороже электромеханического (примерно в 2,5 раза), предлагает значительно больше преимуществ.

Приобретая электромеханический стабилизатор вы пожертвуете следующими параметрами:

• Самая низкая скорость регулирования.
• Стандартный диапазон стабилизации (140-260В)
• Шумность работы (слышны звуки работы сервопривода)
• Низкая устойчивость к колебаниям напряжения.

Но при этом получим:

• Гуманные цены.
• Высокую точность стабилизации.
• Непрерывность выходного напряжения.

Цена стабилизации.

Если бюджет ограничен, а стабилизатор необходим, то самым доступным вариантом будет релейный стабилизатор. Из положительных качеств мы получим:

• Низкую стоимость.
• Он работает, и напряжение выдаёт в соответствие с ГОСТом.

Но должны смириться с:

• Базово самая низкая точность стабилизации 8%, в отдельных моделях до 3,5%
• Ступенчатая регулировка напряжения
• Шумность работы (слышны щелчки)
• Низкая устойчивость к колебаниям напряжения.

Попытался для вас объединить основные параметры стабилизаторов в одну схему:

Пирамида выбора стабилизаторов.

Возможно вам будут интересны и другие статьи про стабилизатор:

• Где установить стабилизатор
• Как подключить стабилизатор (Статья в разработке)
• Что выбрать: реле контроля напряжения или стабилизатор напряжения (Статья в разработке)