Какие бывают типы стабилизаторов напряжения?
На производстве и в быту широко применяется электрическая энергия. Переменным током питают системы освещение, приводы механизмов электрических приборов, его подают на сетевой разъем электронных устройств. Сбытовые организации не всегда обеспечивают надлежащее качество электрических сетей, что проявляется, в частности, в колебаниях сетевого напряжения. Это неприятное явление характерно для:
- дачных поселков и небольших населенных пунктов;
- сетей автономных электростанций, не входящих в единую энергосистему.
Колебания отрицательно влияют на качество функционирования техники, снижают ее надежность. Застраховать себя от этого явления можно применением стабилизатора, который включают между сетью и нагрузкой, рисунок 1.
Рисунок 1. Схема включения стабилизатора
Типы стабилизаторов напряжения по принципу работы
Стабилизацию можно выполняться различными способами. Принципы стабилизации, использованные разработчиком, определяют типы стабилизаторов напряжения.
Релейные
Релейные стабилизаторы, часто называемые ступенчатыми, представляют собой силовой трансформатор с несколькими выходами вторичной обмотки, один из которых принимается за общий. Датчик отслеживает состояние сети, при выходе за пределы разрешенных допусков осуществляет автоматическую регулировку выходного напряжения с помощью переключения реле. При срабатывании отдельных силовых реле происходит переключение обмоток с подключением нагрузки на тот вывод, напряжение на котором минимально отличается от заданного.
Конструктивная простота релейных стабилизаторов, неплохая точность регулирования, невысокая стоимость, высокая надежность обеспечивают им высокую популярность.
Недостатки:
- ступенчатый характер регулирования;
- заметные искажения формы синусоиды тока нагрузки при высоком входном напряжении из-за магнитного насыщения сердечника;
- относительно слабая нагрузочная способность рабочих контактов реле;
- высокий уровень акустического шума.
Электромеханические (сервоприводные)
Электромеханические или сервоприводные стабилизаторы устраняют один из основных недостатков стабилизаторов с механическими реле: обеспечение только ступенчатой регулировки выходного напряжения. Принцип их действия основан на изменении коэффициента трансформации. Оно реализовано с помощью щетки, соединенной с электродом выходных клемм. Щетку перемещает по вторичной обмотке тороидального трансформатора вспомогательный электродвигатель, рисунок 2.
Рисунок 2. Конструктивные особенности сервоприводного регулятора
Для электромеханических стабилизаторов характерны большой диапазон регулировки, небольшие габариты, малая стоимость.
Основные недостатки: низкое быстродействие, хорошо слышимый ночью шум работающего электродвигателя.
Инверторные (бесступенчатые, бестрансформаторные, IGBT, ШИМ)
Инверторные стабилизаторы реализуют двухступенчатую схему получения выходного напряжения. Сначала переменный входной ток преобразуют в постоянный, а затем из него вновь генерируют переменное напряжение. Автоматическое регулирование происходит на этапе формирования постоянного тока, здесь же реализованы функции ступени стабилизации.
Существует несколько вариантов каскадного преобразования, каждому из которых соответствует подкласс инверторных стабилизаторов. Наибольшее распространение получили ШИМ-устройства и стабилизаторы на IGBT-транзисторах.
Сильные стороны этого оборудования:
- высокая скорость реакции на изменения входного напряжения, точность регулировки выходного;
- хорошие массогабаритные характеристики (отсутствует силовой трансформатор);
- простотой получения КПД выше 50 %;
- возможность плавной регулировки выходного напряжения в сочетании с широкими пределами изменения выходного электрического тока, а также работы на холостом ходе;
- эффективное подавление скачков напряжения и импульсных помех.
При применении надлежащей элементной базы инверторная техника нормально функционирует при отрицательных температурах.
Главный недостаток: плохая перегрузочная способность, в т.ч. кратковременная (не более 25 – 50% на протяжении 1 – 2 с). Последнее заставляет тщательно контролировать выходную мощность устройства при работе на реактивную нагрузку (электродвигатели различного назначения, вентиляторы и т.д.). Кроме того, следует принимать во внимание сложность электрической схемы, что увеличивает риски отказа, и высокую стоимость из-за необходимости применения силовой полупроводниковой элементной базы.
Феррорезонансные
Феррорезонансный стабилизатор – это устройство трансформаторного типа. Его характерная особенность – применение обмоток трансформатора, одетых на магнитопроводы разного поперечного сечения. Параллельно вторичной обмотке L2 подключен дополнительный конденсатор С, рисунок 3. Его емкость подобрана так, чтобы за счет резонанса обеспечивать постоянное насыщение магнитопровода вторичной обмотки. Отсюда большие изменения входного напряжения не приводят к колебаниям выходного.
Рисунок 3. Схема феррорезонансного стабилизатора
Стабилизатор имеет высокую скорость отработки скачков, обладает повышенной надежностью за счет отсутствия схем переключения, обеспечивает неплохую точность стабилизации.
Отсутствие механически подвижных компонентов позволяет эксплуатировать феррорезонансные стабилизаторы при небольших отрицательных температурах.
Главные недостатки:
- меньший коэффициент мощности;
- значительные нелинейные искажения выходного тока, которые могут привести к нарушениям функционирования ряда бытовых приборов, например, к искажениям изображения цветного телевизора и некачественному стиранию старых записей магнитофоном;
- нестабильность функционирования при вариациях частоты входного напряжения более чем на 0,5 Гц от номинального значения, что нередко встречается при питании населенного пункта от автономной электростанции.
Электронные (симисторные, тиристорные)
Так называемые электронные стабилизаторы структурно повторяют устройства на электромагнитных реле, но для ступенчатых переключений обмоток авторансформатора использованы полупроводниковые изделия. Возможно несколько разновидностей таких электронных схем, каждая из которых осуществляет автоматическое переключение коэффициента трансформации. Серийно выпускаются стабилизаторы, в которых функции ключевых элементов ступенчатого регулирования возложены на симисторы и тиристоры.
Тиристор – это полупроводниковая структура с тремя p-n-переходами, в которой выполнена глубокая положительная обратная связь. Ее наличие обеспечивает высокую скорость переключения при работе в ключевой режиме. Симистор образован двумя тиристорами с объединенными управляющими электродами, включенными встречно-параллельно, рисунок 4. За счет возможности пропускания тока этим компонентом в двух направлениях симисторные стабилизаторы демонстрируют повышенный КПД. Это выгодно отличает их от тиристорных стабилизаторов.
Рис. 4. Принципиальная схема простейшего варианта симисторного регулятора
Общие преимущества:
- повышенный коэффициент стабилизации;
- прекрасное подавление перепадов напряжения, импульсных помех;
- хорошие массогабаритные параметры;
- высокая надежность при реализации на качественной элементной базе.
Кроме того, по быстродействию электронные стабилизаторы заметно превосходят свои релейные электромеханические аналоги, т.е. хорошо отрабатывают скачки напряжения.
Недостатки:
- плохо адаптированы для работы с реактивной нагрузкой;
- высокая стоимость;
- сложность выполнения ремонта.
Виды стабилизаторов напряжения по классу напряжения
Промышленность выпускает широкую гамму стабилизаторов.
По диапазону выходных напряжений электронное оборудование для однофазных сетей рассчитано на 220 – 240 В (популярна также промежуточная градация 230 В), доступны феррорезонансные стабилизаторы на 110 – 120 В.
Бытовое оборудование для трехфазных электросетей обеспечивает выходное напряжение 380 – 415 В вне зависимости от применяемых схемных решений и отдаваемого тока нагрузки.
Техника промышленного назначения может иметь более высокое выходное напряжение: вплоть до 6 – 10 кВ.
Походы к выбору стабилизатора
Перечень параметров, по которым выбирают стабилизаторы, обязательно включает:
- мощность нагрузки или отдаваемый номинальный ток;
- выходное напряжение;
- тип сети (однофазная – трехфазная).
Большую помощь окажет информация о стабильности сети, уровне импульсных помех в ней.
При определении номинальной мощности суммируют мощности всех потребителей защищаемой сети. Для оценки мощности номинальной нагрузки токовую нагрузочную способность входного автомата умножают на 220 В.
При прочих равных условиях выбирают однофазные модели линейных стабилизаторов, учитывают, что модульные конструкции более удобны в обслуживании.
Учитывают эстетические параметры и количество выходных розеток, рисунок 5.
Рис.5. Вариант исполнения однофазного стабилизатора
Окончательный выбор целесообразно выполнять с учетом производителя и места изготовления. Для определения качества техники юго-восточного производства, выпускаемой без контроля со стороны ведущих западных компаний, имеет смысл изучить профильные форумы. Такой подход позволяет сделать адекватный вывод о качестве прибора.
Кроме технических параметров обязательно принимают во внимание доступность сервисного обслуживания.
Следует учесть, что в продаже имеется большой выбор 220-вольтовых однофазных и 380-вольтовых трехфазных устройств. Стабилизаторы с широким диапазоном регулировки и выходным напряжением других номиналов часто поставляются под заказ.
Заключение.
Промышленность выпускает широкую гамму бытовых стабилизаторов напряжения, что позволяет произвести выбор конкретной модели устройства с учетом конкретной области применения.
Массовый характер рынка стабилизаторов определяет большое количество работающих на нем производящих предприятий, предлагающих свою продукцию через партнерскую сеть. Поэтому перед покупкой следует выполнить тщательный многокритериальный отбор продукта.
Стабилизаторы напряжения
Повышенное либо пониженное напряжение сети — одна из самых распространенных причин выхода из строя электроприборов. При повышенном напряжении быстро выходят из строя нагревательные элементы котлов и электроплит в блоках питания может выйти из строя диодный мост или фильтрующий конденсатор, а при пониженном нестабильно работает электроника иными словами отклонение величины напряжения в сети в ту или иную сторону пагубно влияет практически на все, без исключения, электрооборудование.
Решением этой проблемы является установка на весь дом или для конкретного прибора стабилизатора напряжения.
Для чего нужны стабилизаторы напряжения?
Стабилизатор напряжения — это устройство, имеющее вход и выход, предназначенное для поддержания выходного напряжения в заданных пределах, при существенном изменении величины входного напряжения.
Иными словами стабилизатор нужен для того, чтобы подключенная к нему нагрузка питалась от стабильного напряжения величина которого будет неизменно находится в пределах стандартных номинальных значений (220 Вольт — для однофазной сети и 380 Вольт — для трехфазной).
В отличие от реле напряжения, которые просто отключают сеть при выходе значения напряжения за допустимые пределы, стабилизаторы выравнивают величину напряжения в сети обеспечивая тем самым бесперебойность ее работы.
Нормы кратковременного максимального отклонения от номинального напряжения в электросети лежат в пределах ±10% (согласно ГОСТ 29322-2014). Это значит, что допустимое напряжение в 1ф розетке находится в диапазоне от 207 до 253 Вольта. Однако даже 250 вольт могут быть губительны для некоторой техники, а в частном секторе, в посёлках и деревнях оно бывает часто и ниже 200 вольт, особенно в домах находящихся в конце линий электропередач (ЛЭП).
Давайте разберемся, что мы называем пониженным или повышенным напряжением — это напряжение отличное от номинального (220/380 Вольт) в течении длительного промежутка времени. Такое случается при чрезмерной нагрузке на слабый трансформатор ЛЭП с малой пропускной способностью.
Также встречается при переключениях или частичном выводе из работы высоковольтных линий, так как оставшиеся линии не справляются с возросшей нагрузкой в должной мере. Величина отклонения обычно зависит от нагрузки в сети. Возможно вы замечали, что ночью, когда все спят, напряжение повышается, как и днём, когда все находятся на работе и дома не включено мощных электроприемников. Вечером же по приходу с работы включают обогреватели или кондиционеры, электроплиты, нагрузка повышается, а напряжение понижается. Пример суточного изменения потребления мощности в 62 квартирном доме с газовыми плитами вы видите ниже.
Напряжение может отличаться от нормального и при перекосе фаз, который происходит в случае несимметричной нагрузки по фазам в результате заниженного сечения нулевого проводника, плохого контакта нуля или его полного отгорания на вводе объекта или в распределительном щите, как могут отличаться напряжения на фазах при этом вы видите ниже. (Подробнее читайте статью: «Обрыв нуля в трехфазной сети — причины и последствия«)
Отдельное внимание следует уделить импульсным перенапряжениям (скачкам в сети). В народе импульсные перенапряжения называют всплески или скачки напряжения. Они происходят в результате аварийных ситуаций на ЛЭП, при коммутации мощных электроприборов и установок, грозовых разрядов в линии электропередач и других случаях.
Отличительная черта скачков или импульсных перенапряжений заключается в том, что это происходит быстро, за доли секунды, тогда как повышенное или пониженное напряжение может наблюдаться как минутами, так и месяцами. При этом величины импульсного перенапряжения обычно достигает единиц и десятков киловольт.
В результате такого всплеска часто выходит из строя входной каскад импульсного блока питания, которые применяются во всей современной электронике, а в некоторых случаях – перенапряжение поступает и на питаемую плату с последующим выходом и её элементов.
ВАЖНО ЗНАТЬ! Стабилизаторы напряжения не могут обеспечить надежную защиту от импульсных перенапряжений, более того сами стабилизаторы при этом могут выйти из строя. Для защиты от импульсных перенапряжений следует применять УЗИПы.
Виды стабилизаторов напряжения и их устройство
Стабилизаторы напряжения бывают как однофазными (220В), так и трёхфазными (380В), далее мы сделаем акцент на однофазных приборах, но все нижесказанное абсолютно справедливо и для трёхфазных.
Стабилизаторы напряжения бывают разных видов, большинство из них построено на базе автотрансформатора. Если говорить простым языком, то от обычного трансформатора автотрансформатор отличается тем, что у него только 1 обмотка.
К условно первичной стороне подключается источник питания, при этом одна из точек подключения к источнику питания не является концом вторичной обмотки, что указано на схеме ниже. Нагрузка подключается также между концом обмотки и отводам от неё. Подключившись к определенному из витков, мы можем получить как пониженное, так и повышенное напряжение относительно источника питания.
Итак, различают 5 основных видов стабилизаторов напряжения:
- Релейные;
- Электронные;
- Электромеханические;
- Феррорезонансные;
- Инверторные или стабилизаторы напряжения двойного преобразования.
Деление при этом происходит по принципу действия исполнительных регулирующих органов. Автотрансформаторы лежат в основе первых трёх видов стабилизаторов.
Прежде чем перейти к обзору стабилизаторов поговорим о других функциях, которые они выполняют, кроме основного назначения – поддерживать стабильные 220В. Анализ рынка показал, что независимо от принципа действия и исполнительных элементов современные стабилизаторы напряжения имеют ряд защит:
- От импульсных перенапряжений, однако это лишь дополнительная защита. Как уже говорилось выше, для надёжной защиты от импульсных перенапряжений используют специальные устройства — УЗИП.
- От перегрузки.
- От перегрева.
- От короткого замыкания.
- Отключение при критическом повышении/понижении напряжения, что случается при отгорании нуля.
- Фильтрация помех.
Учтите, что функционал может отличаться в зависимости от модели и производителя, наличие данных функций необходимо уточнять в паспорте устройства.
Стоит отметить, что диапазон регулировки напрямую связан с типом используемого автотрансформатора, а не с принципом действия прибора. Обычно он находится в пределах 130-270 вольт, в продвинутых моделях может расширятся — 100-295 вольт.
Большинство стабилизаторов могут работать в режиме байпас (транзит, обход) при нормальном напряжении в сети. Что снижает потери (у любого аппарата есть определенный КПД) и повышает срок службы устройства.
2.1 Релейные стабилизаторы
Пожалуй, самым дешевым и распространенными в быту являются релейные стабилизаторы напряжения. Такое название они получили из-за того, что отводы обмоток автотрансформатора переключаются с помощью обычных электромагнитных реле.
В настоящее время аналоговые схемы или схемы на дискретных логических элементах почти не используются в цепях измерения и контроля бытовых стабилизаторов напряжения. В них используются микроконтроллеры, например, семейства PIC12 и других.
Структурную схему такого стабилизатора вы видите ниже.
Принцип действия заключается в следующем: плата управления анализирует уровень напряжения в сети и переключает реле подключая нужную часть обмотки для повышения или понижения напряжения соответственно.
Внутреннее устройство такого стабилизатора вы видите ниже.
Недостатки релейного стабилизатора:
- Быстродействие ниже чем у электронных (реакция на изменение напряжения);
- Срок службы меньше аналогово из-за механического износа контактов, который происходит в первую очередь из-за образования дуг в момент включения/выключения реле.
- Мало ступеней регулировки (обычно от 4 до 6), значит выходное напряжение всё же будет отклоняться от номинальных 220В.
- В момент переключения реле издают щелчки, и создают помехи в сети.
Преимущества релейного стабилизатора:
- Стоимость.
- Высокий КПД.
- Ремонтопригодность.
Тем не менее быстродействие распространенных моделей релейных стабилизаторов составляет порядка 100-200 миллисекунд и более, реже — до 35 мс,чего достаточно в большинстве случаев для питания бытовой техники.
Но стоит учесть, из-за недостаточного быстродействия не может обеспечить качественную защиту от резкого повышения напряжения.
В зависимости от модели шаг регулирования может быть разным, чем больше шагов регулирования, тем больше точность и стабильность поддержания уровня напряжения на выходе.
2.2 Электронные (симисторные и тиристорные) стабилизаторы.
Принимая во внимание недостатки релейных стабилизаторов, их можно избежать – заменив электромагнитные реле на полупроводниковые ключи. Вторым по популярности видом стабилизаторов являются электронные. В качестве коммутационных элементов в них используются симисторы или тиристоры.
Такие стабилизаторы напряжения обладают большим быстродействием(10-20 миллисекунд, в редких случаях больше) и сроком службы.
Однако симисторы могут выйти из строя и значительно раньше, чем реле. Например, если произойдет сильный всплеск напряжения любой полупроводниковый ключ может пробить накоротко. Если при этом не пострадали другие элементы схемы, то достаточно замены ключей, в противном случае диагностика и ремонт значительно усложняются.
Пример блочной схемы электронного стабилизатора приведен ниже.
Из схемы видно, что и у релейного и у электронного стабилизатора регулировка происходит ступенчато с количеством шагов равным количеству отводов обмотки.
Преимущества электронных стабилизаторов:
- Бесшумность.
- Быстродействие.
- Долговечность.
- Много ступеней регулировки — от 9 до 16, в редких случаях может бытьи 36. За счет этого достигается большая точность регулировки
Недостатки электронных стабилизаторов:
- Полупроводниковые ключи, в отличие от электромагнитных реле греются, что снижает КПД.
- Стоимость больше чем у релейных.
- При переключении создают помехи в сети.
2.3 Электромеханические стабилизаторы
Если предыдущие два типа в сущности представляли вариации одного решения, то в случае электромеханического стабилизатора напряжения принцип регулировки существенно отличается. Такие стабилизаторы часто называют сервоприводными.
Основной особенностью является плавная регулировка выходного напряжения. Она обеспечивается с помощью скользящего по виткам автотрансформатора графитового электрода, подобно щётке в электродвигателе.Им управляет сервопривод.
Если говорить простым языком, то сервоприводом называется устройство на основе электродвигателя предназначенное для управления и позиционирования рабочего органа. Ниже изображен внешний вид внутренностей электромеханического стабилизатора.
Такой же принцип работы и у лабораторных автотрансформаторов, один из них вы видите на фотографии ниже.
Из этого следует, что понятия количества ступеней нет, как и точности регулировки как таковой, а скорость реакции на изменение питающего напряжения ограничена только параметрами сервопривода. Здесь она измеряется не в миллисекундах, а в вольтах на секунду(В/с)— что отражает угол, на который повернется траверса, на которой закреплен графитовый электрод за определенный отрезок времени.
Скорость реакции обычно лежит в пределах 8-15 вольт за секунду.
Сервоприводные стабилизаторы хорошо подходят там, где наблюдаются периодические сезонные или суточные изменения напряжения, но из-за невысокого быстродействия они не спасут технику от резкого повышения на пару десятков вольт.
Преимущества сервоприводных стабилизаторов:
- Плавная бесступенчатая регулировка.
- Не создают помехи в сети
Недостатки сервоприводных стабилизаторов:
- Шумят во время перемещения щетки по обмотке, что может быть неприемлемо при использовании в небольшом замкнутом помещении.
- При загрязнении быстро выходят из строя.
- Быстродействие.
- Обмотки загрязняются от графитовой пыли, которая образуется со временем от износа щетки. Это нарушает работоспособность.
2.4 Инверторные стабилизаторы
Самый дорогой и совершенный тип стабилизаторов инверторные, или как их еще называют «с двойным преобразованием». Это устройство представляет собой преобразователь напряжения на базе импульсного трансформатора. Здесь в отличии от предыдущих вариантов первичная и вторичная цепи гальванически развязаны, то есть не имеют электрического контакта.
Название «с двойным преобразованием» — связано со схемотехники и принципом работы. Сначала переменный ток из сети выпрямляется, затем подаётся на инвертор, и преобразовывается обратно в переменный синусоидальный ток.
- Входной фильтр – это фильтр электромагнитных помех, он очищает питающее напряжение от искажений и не пропускает помехи, образующиеся в результате работы инвертора.
- ККМ – корректор коэффициента мощности. Нужен для повышения COSФ при питании индуктивной или емкостной нагрузки. Его цель приблизить форму и фазу потребляемого тока к фазе питающего напряжения.Здесь же установлен и выпрямитель переменного тока.
- ИНВ –инвертор, который состоит из полупроводниковых ключей, обычно это МДП или ИГБТ транзисторы, и импульсного трансформатора. На его вход поступает постоянное напряжение, ШИМ-контроллер управляет работой ключей включенных, чаще всего, по мостовой схеме, в плечах которого включена первичная обмотка трансформатора. ШИМ-контроллер в сочетании с другими схемотехническими решениями формирует синусоидальное напряжение частотой 50 Гц на выходе. Ко вторичной обмотке через фильтрующие и сглаживающие цепи подключается нагрузка.
- ВИП – вторичный источник питания нужен для питания цепей управления – БМКУ, ШИМ-контроллера и прочего. В некоторых случаях такой стабилизатор может содержать и блок аккумуляторных батарей, для резервного питания в случае исчезновения напряжения.
- БМКУ – блок который отслеживает величины напряжения и тока и корректирует работу инвертора. В нём содержатся датчики напряжения и тока и система обработки этих сигналов, например, микроконтроллер.
Инверторные стабилизаторы с двойным преобразованием обеспечивают высшую точность и плавность регулировки, однако из-за сложности их цена значительно выше релейных и симисторных аналогов. Такие устройства подходят там, где нужна высокая надежность и безотказность оборудования.Например, для питания средств производственной автоматизации или дорогих устройств.
Преимущества инверторных стабилизаторов:
- Быстродействие;
- Точность;
- Бесшумность;
- Синусоида на выходе без искажений.
Главный недостаток — высокая стоимость
2.5 Феррорезонансные стабилизаторы
Нельзя не сказать о феррорезонансных стабилизаторах. Они состоят из двух дросселей и конденсаторов. Принцип работы заключается на основе феррорезонанса, подробное его описание достаточно сложное, поэтому я его приводить не буду.
Об этих приборах стоит знать лишь то, что в них нет движущихся или переключающих элементов, по своей сути это полностью пассивный прибор, который в большей степени фильтрует скачки напряжения и помехи, а не выравнивает его до номинальной величины. Такие приборы использовались раньше, во времена СССР для защиты телерадиоаппаратуры.
Преимущества феррорезонансных стабилизаторов:
- большой срок службы;
- невысокая стоимость;
- быстродействие.
Недостатки феррорезонансных стабилизаторов:
- шумят во время работы;
- искаженная синусоида на выходе;
- узкий диапазон стабилизации.
Сравнение стабилизаторов напряжения
Подведем итоги и сравним основные параметры распространённых моделей современных стабилизаторов напряжения разных типов. Таблица ниже поможет сравнить стоимость приборов и сделать выбор. Преимущества и недостатки каждого из них мы описали выше.
Как выбрать стабилизатор напряжения
Есть разные способы подбора стабилизатора напряжения, но мы предлагаем вам воспользоваться следующим алгоритмом.
- Выберите нужный тип стабилизатора:
- Если дома есть дорогостоящие приборы с электроникой — лучше приобрести электронный стабилизатор или инверторный из-за их высокого быстродействия. Здесь нужно уже выбирать исходя из доступных средств.
- Если это дача в деревне или дом где нет сложных и дорогих электроприборов, и напряжение «плавает» в зависимости от времени суток или года – купите электромеханический (сервоприводный) или релейный стабилизатор напряжения.
- определитесь стабилизатор с каким типом установки вам нужен, настенный — предназначенный для крепления на стену или напольный — имеющий ножки для установки на горизонтальной поверхности, например на полке или полу.
- Рассчитайте необходимую мощность стабилизатора
- Если вам нужно защитить какой-то отдельный прибор, то достаточно стабилизатора равного его мощности. Примерная мощность стабилизаторов для типовой бытовой техники приведена ниже. В общем случае стабилизатор выбирают так, чтобы его мощность превышала на 20-30% мощность подключаемой нагрузки.
- Для того чтобы правильно рассчитать стабилизатор на весь дома или квартиру часто советуют суммировать мощность всех электроприборов. На самом деле сделать это можно проще. Вы должны знать сколько выделено мощности на ваше жильё. Если вы не знаете – посмотрите на сколько ампер установлен вводной автомат.
Допустим, что у вас стоит однофазный вводной автомат на 25А. Чтобы узнать мощность – умножьте ток на напряжение в сети – 220В.
25*220=5500Вт=5.5 кВт
Рассчитав мощность следует добавить 20-30% запаса по мощности (защита от пусковых токов и перегрузок). В нашем случае сделаем запас 20% для этого полученную мощность умножим на 1,2:
5.5*1,2=6,6 кВт
После этого выбираем ближайшее большее стандартное значение мощности стабилизатора напряжения, в нашем случае необходимо будет приобрести стабилизатор 7-7,5кВт.
Если у вас трёхфазный ввод, и вы обнаружили автомат на 25А, например, то мощность считают по следующей формуле:
P=U*I*1.73=380*25*1.73=16435Вт = 16.44кВт
Далее, как и в предыдущем случае, добавляем запас мощности 20-30% и выбираем стабилизатор с ближайшим большим значением мощности.
Примечание: расчет мощности вы так же можете произвести с помощью нашего онлайн калькулятора расчета мощности сети.
Схемы подключения стабилизаторов
В зависимости от конструкции и исполнения стабилизатора может отличаться и способ подключения. Общий принцип один – ко «входным» клеммам подключают источник питания, а к «выходным» — нагрузку.
Если стабилизатор маломощный, то к сети он подключается вилкой в розетку. На корпусе самого прибора есть розетка, в которой уже стабилизированное напряжение – к ней подключают защищаемый прибор.
В моделях большой мощности, которые устанавливают на всю квартиру или на дом, обычно есть и розетка для подключения и клеммная колодка с болтами и шпильками для подключения жил кабеля или другими видами клемм (винтовые, рычажные и пр.). При этом на клеммной колодке обычно находится контакт для заземляющего проводника, но не на всех моделях. Клеммы куда подключается фаза в однофазных моделях всегда 2 их подписывают как L1 и L2.Нулевых клеммы может быть, как 2, так и одна.
Ниже представлены два варианта клеммных колодок стабилизаторов:
Схема подключения стабилизатора к однофазному вводному щиту будет выглядеть так:
Если у вас трёхфазный ввод, схема будет отличаться только количеством проводов, логика подключения остаётся неизменной. При этом как именно подключать зависит от самого стабилизаторы, многие модели имеют блочное исполнение и колодки для каждой из фаз разделены. Также можно использовать по одному однофазному стабилизатору на каждую из фаз.
Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!
Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.
4 вида стабилизаторов напряжения. Выбор лучшего. Сравнение цен за 1квт.
Существует 4 основных вида стабилизаторов напряжения. Далее рассмотрим плюсы и недостатки каждого из видов.
Одно и трехфазные
Первое что вам нужно знать при выборе, они бывают однофазными и трехфазными. Выясните какая у вас сеть. Если однофазная, как правило в квартирах и частных домах именно она преобладает, значит покупайте аппарат на 220В.
Если же у вас «трехфазка», то нужно определиться, будете вы устанавливать один 3-х фазный стабилизатор, или три однофазный. Решайте исходя из экономических соображений и условий монтажа.
Хотя целесообразнее поставить именно три однофазных. Потому что при коротком замыкании и отсутствии одной из фаз, трехфазный аппарат работать не будет, пока не восстановится питание по всем фазам. С тремя однофазными таких проблем не возникнет. Главный минус при их выборе — габаритные размеры.
Режим транзит или байпас
При выборе стабилизатора напряжение того или иного вида, проверьте имеет ли он два режима работы:
- режим стабилизации напряжения
Со стабилизацией все понятно — это обычный режим работы. А что такое «байпас»? Это когда входное напряжение идет мимо всей электроники и трансформатора без преобразования, то есть транзитом.
Для чего он может понадобиться:
- чтобы подключить мощную технику превышающую мощность стабилизатора, запустить большой эл.двигатель. Или при необходимости поработать сваркой.
Ведь стабилизатор даже не регулируя напряжение, сам потребляет энергию как простая лампочка до 40-60Вт.
Плюс не изнашиваются внутренние щетки и реле.
Режимом байпас оснащаются стабилизаторы подключаемые через клеммные колодки. При этом они имеют два автомата, которые одновременно включить невозможно или перекидной автомат-рубильник.
Защита стабилизаторов
Большинство современных моделей имеют защиту от перенапряжения. Они не способны бесконечно выравнивать сколь угодно большие или малые значения входного напряжения, и через определенное время отключат питание, тем самым сохранив ваше оборудование.
Более того, после нормализации входного напряжения, оно подается на выход не сразу, а с некоторой задержкой в несколько секунд. Данное время может быть установлено жестко или варьироваться и настраиваться самостоятельно, все зависит от модели и производителя.
Основные виды стабилизаторов широко представленные сегодня в магазинах можно подразделить на 4 типа:
- релейные
Вот сравнительная таблица по каждому из видов стабилизатора, включая примерные цены за 1квт:
Ознакомиться с текущими ценами на сегодняшний день и подобрать себе нужную модель можно здесь.
Рассмотрим каждый из них более подробно.
Релейные стабилизаторы напряжения
При работе данного устройства вы реально будете слышать как переключаются внутренние реле. Это происходит при изменении ступеней регулирования. Если прибор стоит в тихом помещении (спальне), то это может существенно раздражать.
Ну а когда кто-то из ваших соседей решил немножко попользоваться электросваркой, то стабилизатор по звуковым эффектам попросту может превратиться в «балалайку».
Кроме того, если у вас в комнате стоят простые лампочки накаливания, не только по слуху, но и визуально можно будет различить переключения ступеней, так как лампы будут немного мигать. А это в свою очередь обязательно скажется на сроках их службы.
Что внутри
Внутренняя компоновка включает в себя:
- Тороидальный трансформатор
- Плата управления
- Силовые ключи состоящие из реле. Они коммутируют обмотки трансформатора и отвечают за подачу питания на стабилизатор. Являются самым слабым компонентом устройства.
Эти стабилизаторы не любят когда их перегружают.
Самая распространенная проблема выхода их из строя в 90% случаев — это перегруз по мощности.
Не рекомендуется для подключения аппаратуры с двигательной нагрузкой. Так как она имеет большие пусковые токи и это может сказаться на работе стабилизатора.
Скорость срабатывания регулировки у качественных моделей составляет 20мс, зато у большинства дешевых доходит до 100мс.
- относительно небольшая цена
- регулировка ступенчатая
Как видим минусов здесь гораздо больше чем плюсов, за исключением конечно стоимости.
Симисторные, тиристорные стабилизаторы
Эти стабилизаторы относятся к электронным. Напряжение корректируется ступенями. В процессах переключения обмоток автотрансформатора задействованы симисторы или тиристоры.
Как видно из рисунка напряжение выравнивается, как только оно опустится ниже определенного значения. На рисунке это значение — 208В. Только после достижения напряжения данной величины, происходит его выравнивание до 220В. Поэтому эти стабилизаторы и называют ступенчатыми.
Грубо говоря регулировка осуществляется как бы перепрыгиванием с одной ступеньки напряжения на другую. Чем больше ступеней, тем более точно осуществляется регулирование.
Работу устройства в отличии от релейных собратьев практически не слышно. Благодаря этому его можно размещать в любом помещении, никаких неудобств по созданию шума он не создаст. Также практически не будет видно и изменения в освещении. Раздражающее мигание ламп будет еле заметным.
Что внутри
Внутреннее устройство очень похоже на схему релейного:
- Тороидальный трансформатор
- Плата управления
- Силовые ключи из симисторов
Трансформатор имеет несколько обмоток и среднюю точку, через которую подается напряжение на него. Одни ступени отвечают за понижение напряжение, другие за повышение. Благодаря плате управления и симисторам, стабилизатор может одновременно замкнуть как контакты повышающие так и понижающие выходное напряжение. Для чего это делается?
Например одна понижающая ступень изменяет напряжение в пределах 9 Вольт. А повышающая сразу на 27 Вольт. Замкнув одновременно обе ступени, мы изменим напряжение на +27-9=18 Вольт. Тем самым будем иметь очень широкий диапазон регулировок и относительно плавное изменение напряжения. Большое число ступеней почти помогает избежать различимого невооруженным глазом «мигания» лампочек.
Данный вид аппаратов менее подвержен перегрузкам. Может справиться с пусковыми токами на двигателях насосов, станков и т.д. Большинство моделей сохраняют свои качества и работоспособность при отрицательных температурах. Можете их монтировать в подсобных не отапливаемых помещениях.
За счет применения симисторов обеспечиваются следующие плюсы:
- малошумность при работе
Минусами являются большая стоимость и низкая точность при регулировании. Еще они могут не подойти для поклонников музыки и радиолюбителей. Из-за создаваемых помех будет невозможно нормально ни послушать радио, ни включить музыкальную аппаратуру.
Сервоприводные или электромеханические стабилизаторы
Данный вид можно назвать золотой серединой между электронными и релейными стабилизаторами.
Сервопривод — это устройство из реверсивного (работающего в обе стороны) двигателя, расположенного внутри тороидального трансформатора. Двигатель получает команды от электронной платы управления и перемещая контакты, увеличивает или уменьшает количество витков на вторичной обмотке. Таким образом сервопривод, в отличии от двух других устройств рассмотренных выше, является бесступенчатым регулятором.
Это очень популярная модель, так как имеет относительно невысокую стоимость и обладает следующими плюсами:
- плавная регулировка по принципу реостата
Есть и минусы:
- за счет применения эл.привода, который управляет контактами создается низкая скорость регулировки
Для стабильной и надежной работы хотя бы раз в три года производите его обслуживание — чистите щетки и смазывайте движущиеся механизмы.
От резких перепадов при электросварке, сервопривод с контактами будет крутиться как «белка в колесе». Что существенно снизит ресурс работы стабилизатора. Поэтому думайте при покупке об условиях его эксплуатации.
Феррорезонансные стабилизаторы
Это стабилизатор, который многие из нас использовали в советские времена для питания ламповых телевизоров. Он собирал обычно всю пыль в помещении, а гул от него из-за встроенных трансформаторов, можно было услышать в другой комнате.