Стабилизаторы переменного напряжения

Что такое стабилизатор переменного напряжения?

Стабилизатор переменного напряжения — это преобразовательное устройство, основное назначение которого — защита электроприборов (например, холодильника, телевизора, стиральной машины, системы общего пользования) от воздействия колебаний и скачков напряжения в электросети, которые могут привести к их поломка и выход из строя.

Первые стабилизаторы появились в середине прошлого века. Это были устройства электромагнитного типа, действие которых основано на явлении электромагнитной индукции — возникновении электрического тока в замкнутой цепи автотрансформатора.

Они не отличались высокими значениями таких показателей эффективности, как точность стабилизации напряжения, быстрота реакции на изменение сети, КПД, перегрузочная способность. Кроме того, даже маломощные устройства в то время были громоздкими и тяжелыми.

Во многих современных автоматических регуляторах напряжения (АВР — Automatic Voltage Regulator) в качестве блока преобразования до сих пор используется автотрансформатор. В самых передовых инверторных блоках нового поколения используется технология двойного бестрансформаторного преобразования энергии.

В зависимости от типа сетевого напряжения, на которое рассчитаны стабилизаторы, различают однофазные, трехфазные и устройства с конфигурацией 3:1 («три в одном»). Первый используется только для стабилизации питания однофазных электроприборов. Стабилизаторы трехфазные предназначены для работы в трехфазных сетях для питания оборудования напряжением 380 В, но при пофазном распределении нагрузки могут применяться и для питания однофазных электроприборов.

Отличительной особенностью устройств конфигурации 3:1 является возможность работы в цепях с разными типами напряжения: входное напряжение трехфазное, а выход стабилизатора однофазный. Их использование предпочтительно для подключения мощных однофазных нагрузок — это обеспечит равномерное распределение токов потребления по всем трем фазам, исключив возможность перекоса фаз.

По принципу построения защиты стабилизаторы напряжения переменного тока могут быть местного типа (для индивидуального подключения отдельных электроприборов) и основного типа, предназначенные для подключения всех существующих в помещении нагрузок.

К первым относятся, как правило, маломощные устройства для установки на месте электроприбора, подключение к вводной сети и нагрузка осуществляется с помощью штепсельных соединений (штекерных разъемов). В более мощных магистральных стабилизаторах (обычно это устройства мощностью более 4000 ВА) для подключения предусмотрена клеммная колодка.

Выходная мощность

Отдельного внимания заслуживает вопрос выбора мощности стабилизатора. Используя устройство с меньшей мощностью, чем необходимо, вы рискуете частыми отключениями из-за перегрузки.

Фактическая мощность устройства определяется путем суммирования номинальных мощностей всех защищаемых электроприборов.

Большинство электроприборов указывают активную мощность в ваттах (Вт), для более точного расчета ее необходимо перевести в полную потребляемую мощность, в вольт-амперах (ВА). Особенно это важно для электродвигателей и устройств, имеющих в своем составе емкостные элементы!

Преобразование осуществляется путем деления значения в ваттах на коэффициент, учитывающий реактивную составляющую электрического тока — cos (φ): ВА = Вт/cos (φ). Cos(φ) указывается изготовителем в сопроводительной документации (встречается обозначение PF — Power Factor), при отсутствии данных допускается принимать cos(φ) в пределах 0,7 — 0,8.

Обратите внимание на следующее!
Стабилизатор напряжения рекомендуется выбирать с мощностью, превышающей достигнутое значение на 20-30%. Это связано с тем, что при падении входного напряжения снижаются выходные показатели прибора! Например, при 170 В на входе большинство стабилизаторов вместо 500 ВА будут выдавать примерно 400 — 420 ВА и не смогут обеспечить нагрузку заявленной мощностью.

Аналогичная ситуация возникает и при повышенных значениях сетевого напряжения. Кроме того, наличие резерва мощности позволит во время работы подключать к стабилизатору другие электроприборы.

Пример 1

Стабилизатор однофазный необходимо выбрать для защиты бытовой техники: персонального компьютера мощностью 500 Вт, cos(φ)=0,95, обогревателя — 1000 Вт, cos(φ)=0,9 и телевизора — 400 Вт, потому что (ф) = 1.

Рассчитайте общую потребляемую мощность для каждого случая:

ВА=500/0,95=526,3 ВА;

ВА=1000/0,9=1111,1 ВА;

ВА=400/1=400 ВА.

Складываем полученные значения:

526,3+1111,1+400=2037,4 ВА;

С учетом необходимого запаса выбираем стабилизатор на 2500 ВА

Обратите внимание на следующее!
Приведенные в примере значения мощности и cos(φ) условны, в самом расчете используйте данные актуальные только для вашего оборудования!

При выборе устройства для централизованной охраны конкретного объекта (загородного дома или офиса) не обязательно суммировать мощность всех электроприборов в помещении. Обратите внимание на стоимость вводной машины:

• если подключена однофазная сеть, необходимо умножить номинал на 220;
• если трехфазный — с 380 и √3 .

Мощность стабилизатора определяется по полученному значению, округленному в большую сторону и с учетом необходимого запаса (для данного метода расчета рекомендуемый запас составляет не менее 30%).

Пример 2

К кабине подключена трехфазная сеть, есть трехфазные потребители. В электрощите вводной автомат номиналом 25 А. Для комплексной защиты необходимо выбрать трехфазный стабилизатор:

25 * 380 * √3 = 16454,5 ВА = 16,5 кВА.

В данной ситуации выбираем модель мощностью 20 кВА.

Пример 3

К коттеджу подключена трехфазная сеть, потребители только однофазные, это вводной автомат номиналом 20 А. Принято решение стабилизировать каждую фазу отдельно, рассчитываем необходимую мощность однофазных фазовые устройства:

20*220=4400 ВА=4,4 кВА

Выбираем три однофазных стабилизатора мощностью 5 кВА.

Для отдельных категорий оборудования характерны высокие пусковые токи, в несколько раз превышающие стандартные. В первую очередь это относится ко всему оборудованию, содержащему электродвигатели (насосы, конвейерные ленты, компрессоры). При этом стабилизатор подбирается по максимальному стартовому значению!

Диапазон стабилизации входного напряжения

Любой стабилизатор имеет два диапазона входного напряжения:

• рабочие — пределы сетевых значений, где задано номинальное значение стабилизации;
• limit — пределы сетевых значений, в которых работает устройство, но выходное напряжение отклоняется от номинального значения на величину, зависящую от просадки/выброса рабочего диапазона.

Если напряжение выходит за предельный диапазон, нагрузка отключается, а стабилизатор остается подключенным к сети.

Контрольные замеры помогут определить отклонения вашей электрической сети. Включите вольтметр или мультиметр в электрическую розетку. Запись показателей за определенный период времени. На основании полученной амплитуды колебаний сети можно самостоятельно или с помощью специалиста подобрать оптимальный стабилизатор для данного режима электроснабжения.

Измерения рекомендуется проводить во время максимальной нагрузки электрической сети (обычно утро, вечер) и включать все электроприборы, которые планируется защищать. Измерения под нагрузкой и без нее могут иметь существенные различия.

Точность стабилизации

Точность стабилизации отражает максимально возможное падение выходного напряжения, которое по ГОСТу не должно быть более 10% от номинального значения. Большинство стабилизаторов в зависимости от принципа действия имеют показатели от 3 до 8%.

При выборе устройства убедитесь, что точность стабилизации соответствует требованиям к качеству питания ваших устройств. Допустимые отклонения напряжения питания указываются в паспорте на электрооборудование.

При отсутствии информации воспользуйтесь следующими рекомендациями:

• на осветительное оборудование — 3%;
• для средств измерений, точного и сложного оборудования (например, медицинского оборудования) — 1-3%;
• для большинства бытовых приборов — 5-7%.

Обратите внимание на следующее!
При наличии нескольких устройств с разной устойчивостью к колебаниям сети стабилизатор выбирают либо по самому узкому диапазону, либо электроприборы разбивают на группы с одинаковым диапазоном значений. Каждая группа должна быть подключена к отдельному прибору с подходящей точностью стабилизации.

Способы установки стабилизатора

В зависимости от типа корпуса и способа установки стабилизаторы бывают нескольких видов.

Для настенно-навесного размещения

Шарнирная конструкция позволяет крепить агрегат к вертикальным поверхностям и характерна для маломощных моделей. Удобство таких домиков заключается в их компактности и возможности закрепить устройство в непосредственной близости от защищаемого оборудования (например, на стене рядом с газовым котлом).

Для монтажа в стандартные 19-дюймовые шкафы и стойки

Стабилизаторы стойки представляют собой плоскокорпусное решение стандартной ширины, позволяющее сэкономить место за счет размещения устройства вместе с защищаемым оборудованием в одной металлоконструкции (шкаф/стойка).

Для установки на горизонтальную плоскость

Напольный корпус является наиболее распространенной конструкцией большинства стабилизаторов. Модели малой и средней мощности выполнены в виде моноблоков. Промышленные стабилизаторы большой мощности представляют собой вертикальные шкафы.

Индикация и средства мониторинга стабилизатора

Современные модели стабилизаторов оснащены различными средствами отображения, позволяющими отображать и анализировать характеристики устройства.

Как правило, стабилизаторы имеют световую индикацию на основе светодиодов. Некоторые модели оснащены ЖК-дисплеем, на котором отображается текущее состояние устройства и значения основных входных и выходных параметров.

Для устройств, используемых в промышленной сфере, важно наличие удаленного мониторинга, позволяющего операторам в режиме реального времени получать данные о состоянии эксплуатируемых систем и, при необходимости, изменять настройки оборудования. Такие стабилизаторы должны иметь большое разнообразие интерфейсов связи:

• Порт USB;
• «сухие» контакты (отказ, отказ сети, обход и т.п.);
• Ethernet (протоколы: SNMP/Web/Modbus TCP/Telnet/SSH/и др.);
• RS-485 (протоколы: Modbus RTU/ASCII).

Дополнительные параметры выбора стабилизатора

Помимо вышеперечисленных характеристик, при выборе модели стабилизатора также следует уточнить дополнительные параметры:

• время реакции на изменение входного напряжения (чем дольше длится операция, тем опаснее она будет для электроприборов);
• значение КПД (чем оно выше, тем соответственно больше энергосбережение);
• уровень шума при работе (некоторые изделия громко гудят или издают щелчки, что сделает их работу в жилых помещениях неприятной);
• метод регулирования входного сигнала (в настоящее время наиболее эффективным методом коррекции напряжения для инверторных стабилизаторов напряжения является двойное преобразование, дающее на выходе чистый синус);
• корпус изделия (необходимо выбирать устройства с металлическим корпусом, так как он более прочный, лучше с точки зрения пожарной безопасности и надежнее защищен от механических повреждений).

Виды стабилизаторов по классу напряжения

Ассортимент стабилизаторов напряжения включает однофазные и трехфазные модификации. Выбор подходящей модели зависит от области применения, то есть от того, с каким типом электрической сети в дальнейшем будет взаимодействовать устройство. Рассмотрим основные виды стабилизаторов по классам напряжения.

Читайте также: Деревянные опоры ЛЭП пропитанные — характеристики, срок службы деревянных столбов ЛЭП

Однофазные стабилизаторы напряжения

Их устанавливают там, где электроснабжение осуществляется в одну фазу. Почти все работают по одному принципу. Сначала электронная схема оценивает поступающее напряжение. Сравнивает его со стандартом, необходимым для стабильной работы оборудования.

Затем он подключает обмотки, которые забирают или добавляют нужное количество вольт. На выходе приемлемый показатель напряжения. Результат – бытовая техника работает без перебоев.

Однофазные стабилизаторы применяются:

• в жилых домах, квартирах;
• на каютах и ​​каютах;
• в администрациях, офисах;
• небольшие производства.

Трехфазные стабилизаторы напряжения

Такие стабилизаторы напряжения используются там, где находится трехфазное электроснабжение. Принцип работы не имеет отличий от однофазных моделей. Конструктивно 3-х фазные стабилизаторы представляют собой три однофазных блока, соединенных между собой единой схемой управления.

При отключении фазы блок управления останавливает работу всего агрегата. Стабилизаторы подключены таким образом, что к каждому блоку подведена отдельная линия. Ноль общий для всех. Заземление трехфазного стабилизатора напряжения обязательно.

Оборудование нашло широкое применение в промышленности. Часто встречается в частных домовладениях, когда к ним подключена трехфазная сеть. Также установлены стабилизаторы:

• на социальных объектах;
• в малом бизнесе;
• в коттеджной застройке.

Назначение и функции стабилизаторов сетевого напряжения

Любое электрическое устройство, электробытовой прибор или промышленное оборудование рассчитано на подключение к сети переменного тока с стандартным (номинальном) значением напряжения. Работоспособность и безопасность работы устройства гарантируется производителем при условии его работы в указанном диапазоне рабочего напряжения.

Многим читателям наверняка приходилось сталкиваться с некачественным питанием: повышенным или пониженным значением сетевого напряжения, его нестабильностью, а также искаженной формой сигнала и наличием импульсных (коммутационных) и высокочастотных помех.

Это связано с недостаточным техническим состоянием сетей, их износом или несоответствием мощности устаревшего оборудования систем электроснабжения на сегодняшний день реальным объемам электропотребления. К сожалению, отклонения напряжения от нормы, нестабильность его значения – явления нередкие не только в сельских или дачных, но и в городских электрических сетях.

Эксплуатация электробытовых приборов или промышленного электрооборудования в сетях с низким качеством электроэнергии может привести не только к поломкам с последующим дорогостоящим ремонтом, но и к полному выходу из строя.

Эффективным решением для организации качественного электроснабжения нагрузки в быту и на работе является использование стабилизаторов напряжения. Основное назначение этих устройств — корректировать и постоянно поддерживать необходимый уровень выходного напряжения, как при изменении значения в питающей сети, так и при изменении тока нагрузки.

Многие современные стабилизаторы напряжения переменного тока также имеют ряд дополнительных возможностей:

• коррекция формы выходного напряжения;
• защита от перегрева и короткого замыкания в цепи тока нагрузки;
• защитное отключение устройства при недопустимых значениях входного напряжения (необходимый порог верхнего и нижнего пределов может быть установлен пользователем самостоятельно);
• подавление ВЧ и импульсных помех выходным фильтром;
• возможность установки требуемых значений выходного напряжения, отличных от стандартных значений;
• возможность реализации контроля параметров и дистанционного управления стабилизатором.

Также следует отметить, что коррекция и стабилизация питания могут понадобиться не только в случаях серьезных отклонений напряжения от нормы или при недопустимых колебаниях значений.

В соответствии с действующим в РФ ГОСТ 13109-97, определяющим качество электроэнергии, допустимые отклонения нормального напряжения в сети составляют ±10% от номинального значения. Таким образом, по этому стандарту нормальным считается фазное напряжение в диапазоне 198-242 В.

На самом деле это напряжение обеспечит нормальную работу большинства электроприборов. Однако для эксплуатации чувствительного к напряжению оборудования во избежание сбоев и ошибок в работе рекомендуется применение стабилизаторов.

Так, например, для эксплуатации современных газовых котлов с электронным управлением точно не будет лишним установить стабилизатор сетевого напряжения. То же самое можно сказать и о чувствительных к электроэнергии приборах, произведенных в странах с более строгими стандартами качества электроэнергии.

Основные типы стабилизаторов переменного напряжения

В зависимости от принципа действия стабилизаторы бывают следующих видов:

• феррорезонансный;
• электромеханический (сервопривод);
• реле;
• электронные (полупроводниковые);
• инвертор.

Ниже приводится краткое изложение их основных отличий. Для получения более подробной информации рекомендуем ознакомиться со статьей об основных типах стабилизаторов напряжения.

Феррорезонансные

Преобразование напряжения основано на явлении электромагнитного феррорезонанса — магнитного насыщения ферромагнитных сердечников дросселей. Благодаря своей статичной и простой конструкции эти устройства отличаются высокой скоростью безошибочной работы и долговечностью.

Небольшое их распространение в использовании в наше время обусловлено такими недостатками, как низкий КПД, видоизменение синусоиды на выходе, шумность в работе и достаточно узкий диапазон рабочих напряжений сети.

Электромеханические

Альтернативное название – сервоприводные, так как их устройство имеет сервопривод, обеспечивающий движение токосъемных щеток, снимающих вторичное напряжение с витков обмотки автотрансформатора.

Наличие в стабилизаторах вращающихся и подвижных частей представляет определенную уязвимость их конструкции: эксплуатация связана с частым износом деталей, расходных материалов и необходимостью регулярного обслуживания.

Обладая хорошими техническими характеристиками и находясь в нижней ценовой категории, устройства востребованы как бюджетное решение для защиты не требовательного к мощности оборудования.

Релейные

По принципу преобразования напряжения их можно отнести к аналогам сервоприводных устройств. Разница между ними заключается в способе передачи вторичного напряжения от автотрансформатора. Коммутация осуществляется не токосъемными щетками с обмоток трансформатора, а силовыми реле, установленными на отводах обмотки.

Как и электромеханические, релейные устройства относятся к бюджетной категории стабилизаторов. Выигрывая в скорости и обладая большей износостойкостью, они уступают сервоприводам по точности и равномерности коррекции напряжения.

Электронные

Они отличаются от реле полным отсутствием механических частей. Коммутация выходного напряжения осуществляется полупроводниковыми ключами тока — тиристорами или симисторами. Главным преимуществом этих более совершенных устройств является высокая скорость. К сожалению, ступенчатая коррекция существенно снижает точность стабилизации напряжения.

Инверторные

На сегодняшний день этот тип стабилизатора по праву считается самым «продвинутым». Упрощенно, не вдаваясь в технические подробности, работу инверторного стабилизатора можно описать как выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное с последующим преобразованием стабилизированного переменного тока в синусоидальную выходную переменную.

Развитие технологий не обошло вниманием и производителей стабилизаторов напряжения. Несколько лет назад ведущие бренды начали выпускать новый тип устройств инверторного типа, использующих схему двойного преобразования напряжения.

Инверторные стабилизаторы, благодаря использованию в них микропроцессорной микросхемы и электронных ключей, превосходят ранние модели трансформаторов по техническим характеристикам, функциональным возможностям и эффективности работы.

Походы к выбору стабилизатора

В список параметров, по которым выбираются стабилизаторы, обязательно входят:

• мощность нагрузки или номинальный выходной ток;
• выходное напряжение;
• тип сети (однофазная – трехфазная).

Большим подспорьем будет информация об устойчивости сети, уровне импульсных помех в ней.

При определении номинальной мощности суммируются мощности всех потребителей защищаемой сети. Для оценки мощности номинальной нагрузки действующую нагрузочную способность вводной машины умножают на 220 В.

При прочих равных выбирают однофазные модели линейных стабилизаторов с учетом того, что модульные конструкции более удобны в обслуживании.

Окончательный выбор следует делать с учетом производителя и места производства. Для определения качества оборудования юго-восточного производства, выпускаемого без контроля ведущих западных компаний, есть смысл изучить специализированные форумы. Такой подход позволяет сделать адекватный вывод о качестве устройства.

Помимо технических параметров необходимо учитывать наличие сервисного обслуживания.

Следует отметить, что в продаже имеется широкий выбор однофазных и трехфазных агрегатов на 220 вольт и трехфазных агрегатов на 380 вольт. Стабилизаторы с широким диапазоном регулировки и выходным напряжением других классификаций часто поставляются под заказ.

Заключение.

Промышленность выпускает широкий ассортимент бытовых стабилизаторов напряжения, что позволяет выбрать конкретную модель устройства с учетом конкретного применения.

Массовость рынка стабилизаторов определяет наличие на нем большого количества компаний-производителей, предлагающих свою продукцию через партнерскую сеть. Поэтому перед покупкой следует провести тщательный многокритериальный отбор товара.