Elite house - лучшее электрооборудование для лучших домов

(044)222-95-81

(067)404-02-93

Стабилизаторы напряжения - применение и разновидности

Зачем нужны стабилизаторы?

Спасение утопающих-дело рук самих утопающих

И.Ильф, Е.Петров "12 стульев"

Вообще-то, стабилизаторы напряжения не нужны. В сети должны быть надежные 220 Вольт, синусоида должна быть красивой, как в учебнике физики, а умная автоматика на подстанции должна защищать от любых аварийных ситуаций на линиях. Но что делать, если Вы построили котедж в конце села, где трансформаторная подстанция (КТП) являет собой памятник эпохе освоения целины и первых полетов в космос, если Ваш сосед постоянно варит какую-то халтуру самодельным сварочным аппаратом, а бабушки-соседки хранят свои сбережения только в мечтах, одалживая друг у друга червонец до пенсии, и слышать не хотят о новом трансформаторе?

 

Рассмотрим немного цифр и фактов.

Допустимое отклонение сетевого напряжения для большинства бытовых приборов - не более 10%, то есть нормальный диапазон - 198-242 В. Однако, похвастать таким напряжением могут далеко не все населенные пункты Украины, особенно удаленные от мегаполисов. Причины понижения напряжения - большие потери в проводах и трансформаторах, превышение расчетных мощностей подстанций и сетей, которые строились тогда, когда не было ни кондиционеров, ни СВЧ-печей, ни электрокаменок для саун. Другие причины - износ проводов и соединений, большое расстояние до подстанций. В результате, в некоторых селах напряжение может опускаться до 140 В и ниже (нам приходилось сталкиваться с понижением до 100 В!) Кроме неудобства от слабого освещения, низкое напряжение "убивает" агрегаты холодильников, пускатели ламп дневного света, "отключает" все импортные электроприводы с частотным управлением - глубинные насосы, приводы ворот и пр., не дает работать автоматике газовых котлов, компьютерам и телевизорам.

Повышенное напряжение обычно связано с недогруженностью подстанций в зимний период, неправильной регулировкой автоматики на трансформаторах. Резкое повышение напряжения (до 380 В) может быть вызвано аварией на воздушных линиях электропередач и в системах переключения резерва.

Частые колебания напряжения, как правило, вызваны сварочными работами на линии и включениями-отключениями мощных нагрузок (бойлеров, электрокотлов, электрокаменок).

Наиболее уязвимыми при скачках напряжения оказываются дорогостоящие бытовые приборы - кондиционеры, СВЧ-печи, компьютеры, охранное оборудование, автоматика котлов, аудио- и видеотехника.

Для решения подобных проблем и защиты бытовой техники от аварийных ситуаций разработаны специальные устройства - стабилизаторы напряжения, которые автоматически поддерживают нормальное напряжение на выходе при больших колебаниях напряжения в питающей сети (на входе стабилизатора).

Какие бывают стабилизаторы

 По принципу работы все стабилизаторы напряжения можно разделить на несколько групп:

- Он-лайновые системы двойного преобразования, или нормализаторы напряжения - в этих приборахпеременный ток преобразуется в постоянный, затем прибор формирует частоту, амплитуду и форму выходного напряжения. Как правило, у подобных приборов очень широкий диапазон входных напряжений (есть модели с диапазоном от 100 до 400 В), форма синусоиды на выходе не зависит от сетевых помех. Рекомендуются для питания точных приборов. Недостаток устройств - малые мощности и относительно высокая стоимость. Некоторые нормализаторы совмещаются с источниками бесперебойного питания (ИБП) - к ним подключается аккумулятор и при пропадании сетевого напряжения встроенный инвертор (преобразователь с 12 или 24 В постоянного тока в 220 В 50 Гц) продолжает питать подключенное оборудование оборудование. Подобные приборы оптимальны для питания газовых котлов, охранных систем и домашней автоматики. Примеры - "Авалон-резерв", "Леотон-смарт" (Киев), "SinPro" (Харьков).

- Феррорезонансные стабилизаторы напряжения построены на основе использования эффекта феррорезонанса напряжения в контуре трансформатор - конденсатор, обеспечивающего непрерывное регулирование выходного напряжения в определенных пределах изменения нагрузки. В быту применяются редко из-за ряда недостатков, среди которых - появление в сети дополнительных гармоник, громоздкости и высокой цены. Хорошо подходят для промышленного оборудования без точной электроники.

- Электромеханические (сервоприводные) стабилизаторы напряжения построены по принципу знакомого всем со школьных уроков физики "ЛАТРА", в которых роль поворотной ручки-движка играет следящая электронная система с использованием электродвигателя. Позволяет непрерывно и плавно регулировать выходное напряжение без искажения синусоидальной формы. Недостаток - наличие трущихся деталей, которые изнашиваются, и медленная реакция на скачки напряжения. Достоинства - высокая точность и относительно низкая стоимость. Представлены на рынке марками Kebo, Rusell, "Элим", "Щит" и др.

 - Стабилизаторы напряжения со ступенчатым регулированием (вольтодобавочные) - наиболее широкий класс устройств, обеспечивающих поддержание выходного напряжения с определенной заданной точностью. Принцип стабилизации основан на автоматическом переключении обмоток трансформатора с помощью силовых ключей: реле, тиристоров, симисторов. (Симистор - симметричный электронный тиристор, работает как два тиристора, включенных навстречу друг другу). Основной недостаток заложен в самом названии - это ступенчатость регулирования, точность которого зависит от количества ступеней (от 3 до 48). Достоинства приборов - высокое быстродействие, долговечность, надежность, относительно малые габариты. Представлены марками "Электромир" (Volter), "РЭТА" (Breeze, Shteel, Calmer), "Укртехнология" (Norma, Optima, Standard), "Фантом", "Баланс", "Прочан" и др. Симисторные стабилизаторы напряжения достаточно дороги из-за высокой стоимости электронных ключей-симисторов. Бюджетный вариант - релейные стабилизаторы напряжения ("Электромир", "Люксеон" и др.) - они почти вдвое дешевле аналогичных электронных, однако срок действия ограничен предельным количеством срабатываний реле (до миллиона, что соответствует примерно семи годам работы при самых неблагоприятных условиях).

 - Стабилизаторы напряжения с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) - сравнительно новый класс устройств. Прибор сравнивает входное напряжение с эталонным, и, при необходимости, корректирует не только амплитуду, но и форму синусоиды. В этом отношении ШИМ-стабилизатор напряжения прибор похож на он-лайновые системы. Достоинства: высокая точность (ок. 1%), мгновенное быстродействие - подобный стабилизатор напряжения безупречно "отрабатывает" сварочные работы на линии - освещение в доме при этом не будет мигать. Недостатки - низкий порог верхнего напряжения и высокая цена. Представлены на украинском рынке семейством стабилизаторов "Легат" (Одесса) и новейшей разработкой 2009 года компании "Электромир" - Voter СНПТО-5,5 "Эталон".

 - Другие типы стабилизаторов, среди которых стабилизаторы с подмагничиванием, с фазовым регулированием, с дискретным ВЧ регулированием и др. широкого распространения на рынке не получили.

Принцип действия ступенчатых стабилизаторов на симисторных ключах

 Стабилизаторы выполняют следующие функции: схема работы стабилизатора напряжения

- Стабилизацию напряжения 220В, во всём рабочем диапазоне

- Тепловую защиту (от перегрева трансформатора)

- Защиту от перегрузки и коротких замыканий в нагрузке

- Защиту от превышения выходного напряжения выше установленного уровня

 Стабилизатор рассчитан на непрерывный режим работы и применяется для питания электроприборов в условиях с нестабильной электросетью. Мощность прибора может достигать 50 кВт и выше.

Стабилизатор напряжения вольтодобавочного типа состоит из автотрансформатора и мощных электронных ключей, управляемых контроллером, который анализирует напряжение в сети и включает необходимую ступень.

Как выбрать мощность стабилизатора

Прежде всего, обратите внимание на единицы мощности в паспорте стабилизатора - разные производители указывают различные единицы: кВт (активная мощность) или кВА (полная мощность). Полная мощность состоит из двух компонентов: активной, которая используется для освещения, бытовой техники, нагревательных приборов - и реактивной, которая используется мощными электродвигателями и в незначительной степени лампами дневного света с электромагнитными балластами. В остальных случаях, эта составляющая бесполезна. Считается, что соотношение активной и полной мощности 0,8:1,0, то есть стабилизатор мощностью 10 кВА обеспечит активную нагрузку лишь 8 кВт.

Второй вопрос - расчет максимальной нагрузки в сети. Для этого нужно просуммировать мощности всех электроприборов, которые могут работать одновременно. Скажем, в вечернее время будет включено освещение, холодильник, телевизор, компьютер, музыкальный центр, бойлер, теплый пол. Одновременно могут включиться насосная станция, привод ворот, СВЧ, электрочайник и стиральная машина. Суммарная мощность всех нагрузок умноженная на коэффициет мощности (смотрите ниже) - это и есть необходимая мощность стабилизатора.

Третий вопрос - при каких входных напряжениях стабилизатор будет работать. Чем ниже входное напряжение - тем меньшую мощность обеспечит прибор. При повышенных напряжениях стабилизатор также работает в неблагоприятном режиме. Поэтому рассчетную суммарную мощность нагрузок нужно умножить на поправочный коэффициент:

Входное напряжение   130   150   170   210   220   230   250   270

Коэффициент мощности       1,69 1,47 1,29 1,05 1,00 1,05 1,29 1,47

Однофазные и трехфазные стабилизаторы напряжения

Подавляющее большинство трехфазных стабилизаторов напряжения строятся из трех однофазных, которые работают независимо друг от друга. Преимущество такой схемы - она выручает при любых перекосах напряжения, когда, скажем, напряжение в одной фазе может быть 240 В, в другой - 180 В, в третей - 160 В (увы, случается и так). Каждый из приборов будет добросовестно "вытягивать" свою трехфазный стабилизатор напряженияфазу. При этом, если нагрузка в доме распределена неравномерно, можно устанавливать стабилизаторы напряжения разной мощности.

Если в сети есть трехфазные двигатели (глубинные насосы, промышленные холодильники, центральные кондиционеры и пр.), их необходимо защитить "синхронизаторами" или реле напряжения, которые полностью отключают питание при пропадании одной из фаз. Синхронизатор ставится на входе в дом и отключает все три стабилизатора. Реле напряжения может быть установлено непосредственно перед двигателем - при пропадании фазы оно отключит работающий трехфазный стабилизатор напряжениядвигатель, в то время как остальные однофазные нагрузки на действующих фазах будут продолжать работать, потому для частного дома этот вариант предпочтительнее.

Конструктивно большинство компаний предлагает бытовые трехфазные стабилизаторы напряжения в отдельных корпусах. Исключение составляют трехфазные стабилизаторы РЭТА, которые скомпонованы в специальной стойке с кассетами - однофазными стабилизаторами.

Диапазон входных напряжений

Для правильного выбора стабилизатора напряжения, нужно выяснить, какие входные напряжения Вы Индикатор напряжения получаете из сети (на профессиональном слэнге электриков "от столбов"). Для этого нужно вооружиться тестером, или, еще лучше, установить на входном щитке один или три (для трех фаз) индикатора-вольтметра на DIN-рейку - цена такого прибора до 150 грн., занимает место как трехфазный автомат (51 мм). При этом нужно учитывать, что вольтметр показывает усредненные значения, всплески напряжения ("пики" синусоиды) он не покажет, потому при повышенном напряжении (например, 160 В) может срабатывать защита в стабилизаторе напряжения, настроенная на 170 В.

У всех производителей есть разные диапазоны напряжений - стандартный (скажем, 150-260 В) и смещенный вверх или вниз (например, от 110 В или до 300 В). Многие производители предлагают изготовить стабилизаторы напряжения с индивидуальным подбором диапазона.

"Широкий" или "узкий" диапазон? Восьмиступенчатые стабилизаторы "Электромир" выпускаются в двух вариантах диапазонов: широком (130-270 В) и узком (150-260 В). "Широкий" более универсален, но "узкий" дает лучшую точность регулирования на выходе, потому если колебания в сети невелики, лучше брать, все-таки, "узкий".

Количество ступеней

Большинство производителей предлагают стабилизаторы напряжения разной точности с чилом ступеней от 8 до 48. Практика показывает, что для промышленного оборудования и домашней электроники подходят самые "грубые" приборы - они все гарантируют безопасный для техники диапазон напряжений.

16-ступенчатые стабилизаторы напряжения ставят в жилых домах на освещение - если у Вас в люстрах стоят лампы накаливания, момент переключения ступеней такого стабилизатора будет практически назаметен. Для люменисцентных и энергосберегающих ламп подойдут и "грубые" модели.

Более точные стабилизаторы (32-х-ступенчатые и выше) применят, как правило, для медицинского оборудования, прецизионных станков, в студиях звукозаписи и в других сферах, где требования к сети более жесткие.