Значение слова СТАБИЛИЗАТОР

Введение

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.

Для чего нужен стабилизатор напряжения

В современном мире появилось множество электронных устройств, чувствительных к колебаниям характеристик источника тока. При скачке напряжения в электросети компьютеры, различная радиотехника, бытовые электроприборы могут существенно пострадать и даже прийти в полную негодность. Тут становится понятно, для чего нужен стабилизатор напряжения.

Как работает стабилизатор напряжения

Основная работа стабилизатора напряжения заключается в выполнении двух необходимых функций: функции понижения и повышения напряжения.

Функция понижения и повышения — это не что иное, как регулирование постоянного напряжения от перенапряжения.

Эта функция может выполняться вручную с помощью селекторных переключателей или автоматически с помощью дополнительных электронных схем.

В условиях перенапряжения функция «понижения напряжения» обеспечивает необходимое снижение интенсивности напряжения. Аналогично, в условиях пониженного напряжения функция «повышения напряжения» увеличивает интенсивность напряжения. Идея обеих функций в целом заключается в том, чтобы поддерживать одинаковое выходное напряжение.

Принципиальная схема функции понижения в стабилизаторе напряжения

На приведенном выше рисунке показано подключение трансформатора в функции «Понижения». В функции понижения полярность вторичной катушки трансформатора подключается таким образом, что приложенное напряжение к нагрузке является результатом вычитания напряжения первичной и вторичной катушек.

В стабилизаторе напряжения есть схема переключения. Всякий раз, когда обнаруживается превышение напряжения в первичном источнике питания, подключение нагрузки вручную или автоматически переключается в конфигурацию режима «Понижения» с помощью переключателей (реле).

Принципиальная схема функции повышения напряжения в стабилизаторе напряжения

На рисунке выше показано подключение трансформатора в функции «Повышения». В функции повышения полярность вторичной обмотки трансформатора подключается таким образом, что приложенное напряжение к нагрузке является результатом сложения напряжения первичной и вторичной обмоток.

Кому не нужен данный прибор

В крупных городах электроснабжение жилых домов, административных зданий и различных учреждений осуществляется током напряжением 220/230 в. Сетевой ток практически не испытывает скачков напряжения.

В таких условиях поставки энергии потребители электросети не нуждаются в стабилизации напряжения. Максимальный перепад в розетке может составлять ± 10 в. Большинству приборов такие отклонения нестрашны. Высокоорганизованная электротехника оснащена своими внутренними стабилизаторами напряжения.

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.

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.

Преимущества и недостатки стабилизаторов напряжения релейного типа

К преимуществам релейных стабилизаторов напряжения можно отнести: большую скорость срабатывания устройства:

• большой диапазон допустимых входных напряжений;
• возможность работы при условии отсутствия нагрузки;
• стабилизаторы релейного типа не вносят искажений в форму графика напряжения;
• высокий уровень полезного действия;
• высокую перегрузочную способность стабилизатора;
• способность эффективной работы стабилизатора сетевого напряжения в условиях высоких реактивных токов;
• высокую надёжность работы, длительный срок эксплуатации.

К недостаткам релейных стабилизаторов напряжения можно отнести:

• ступенчатый вид сглаживания напряжения;
• наличие шумов срабатывания реле;
• генерирование электрических помех (в случае использования в конструкции стабилизатора некачественных силовых реле).

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.

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.

Преимущества и недостатки стабилизаторов напряжения электромеханического типа

К преимуществам электромеханических стабилизаторов напряжения можно отнести:

• высокую точность регулирования значения напряжения;
• высокую перегрузочную способность стабилизатора;
• способность эффективной работы стабилизатора сетевого напряжения в условиях высоких реактивных токов;
• большой диапазон регулирования напряжения, возможность работы с низкими и высокими входными напряжениями.

К недостаткам электромеханических стабилизаторов напряжения можно отнести:

• низкую скорость срабатывания стабилизатора;
• возможность некорректного снижения или повышения напряжения в случае быстрых изменений значения входного напряжения;
• низкая надёжность конструкции стабилизатора и маленький срок эксплуатации;
• генерирование электрических помех при перемещении подвижного контакта по обмоткам трансформатора;
• наличие искрения, невозможность использования в опасных средах;
• высокая аварийность работы стабилизатора напряжения.

Инверторные

Наиболее дорогостоящий тип стабилизаторов напряжения, которые применяются не только в доме, но и на производстве. Принцип работы инверторных моделей заключается в преобразовании переменного тока в постоянный (на входе) и назад в переменный (на выходе) благодаря микроконтроллеру и кварцевому генератору. Безусловным плюсом инверторных СН с двойными преобразованием считается широкий диапазон входного напряжения (от 115 и до 290 Вольт), а также высокая скорость регулирования, бесшумность работы, компактные размеры и наличие дополнительных функций. Что касается последнего, то СН инверторного типа могут дополнительно защищать бытовые приборы от перенапряжения, а также остальных помех внешней электрической сети. Основным недостатком устройств считается самая высокая цена.

Преимущества и недостатки стабилизаторов напряжения инверторного типа

К преимуществам инверторных стабилизаторов напряжения можно отнести:

• высокую точность регулирования значения напряжения;
• высокую скорость регулирования напряжения;
• большой диапазон регулирования напряжения, возможность работы с очень низкими и высокими входными напряжениями;
• возможность стабилизирования частоты выходного сигнала;
• возможность работы без нагрузки;
• эффективное подавление любых импульсных и частотных помех;
• формирование правильного синусоидального выходного сигнала.

К недостаткам инверторных стабилизаторов напряжения можно отнести:

• низкий коэффициент полезного действия;
• высокую стоимость изделия;
• сложность в проведении ремонтных работ.

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.

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.

Преимущества и недостатки стабилизаторов напряжения феррорезонансного типа

К преимуществам феррорезонансных и ферромагнитных стабилизаторов можно отнести:

• высокую скорость срабатывания, высокую скорость стабилизирования напряжения;
• длительный срок эксплуатации;
• широкий диапазон допустимого входного напряжения.

К недостаткам феррорезонансных и ферромагнитных стабилизаторов можно отнести:

• высокую металлоёмкость и высокую стоимость устройства;
• значительный уровень шумов в процессе работы устройства;
• значительные искажения в форме графика напряжения выходного сигнала;
• низкий коэффициент полезного действия стабилизатора;
• существенные потери энергии на нагрев устройства;
• недопустимость включения без полезной нагрузки;
• низкая перегрузочная способность.

Электронные

Электронные СН могут быть симисторными и тиристорными. Принцип работы первых построен на переключении между обмотками автотрансформатора с помощью симистора, благодаря чему данный тип стабилизаторов напряжения имеет высокий КПД и быструю реакцию на срабатывание. Помимо этого симисторные модели бесшумно работают, что является еще одним плюсом СН данной разновидности. Что касается тиристорных, они также себя хорошо зарекомендовали и пользуются популярностью в быту. Единственный недостаток устройств электронного типа – более высокая стоимость.

Стабилизаторы напряжения симисторного или тиристорного типа

В настоящее время набирают популярность электронные стабилизаторы симисторного и тиристорного типа.

Основной принцип работы симисторных или тиристорных стабилизаторов заключается в ступенчатом переключении обмоток трансформатора посредством электронных ключей. В качестве электронных ключей могут быть использованы силовые симисторы или тиристоры.

Преимущества и недостатки стабилизаторов напряжения симисторного и тиристорного типа

К преимуществам электронных (семисторных и тиристорных) стабилизаторов сетевого напряжения можно отнести:

• высокую скорость стабилизирования напряжения;
• высокую степень защиты нагрузки от внешних электрических помех;
• большой диапазон регулирования напряжения, возможность работы с низкими и высокими входными напряжениями;
• высокую способность работы в условиях высоких реактивных токов (при качественной защите электронных ключей);
• отсутствие электрических помех при работе устройства;
• высокую надёжность устройства и длительный срок эксплуатации.

К недостаткам электронных стабилизаторов напряжения можно отнести:

• низкую способность работы в условиях высоких реактивных токов (при низкой защите электронных ключей);
• высокую стоимость изделия;
• сложность в проведении ремонтных работ.

Однофазные и трехфазные

Стабилизаторы напряжения встречаются однофазные и трехфазыне. Если вам необходимо выбрать устройство для квартир и домов, в которых чаще всего прокладывают однофазную сеть, то приобретайте трансформатор с напряжением в 220В.

Если же у вас трехфазная сеть, то здесь можно устанавливать как однофазное, так и трехфазное оборудование. Все зависит от финансовых возможностей и условий монтажа. Специалисты утверждают, что рациональнее ставить три однофазных стабилизатора.

Это объясняется тем, что в той ситуации, когда отключится хотя бы одна фаза, все устройство отключится до тех пор, пока не будет восстановлено питание по всем фазам. Подобные проблемы не возникнут при установке трех однофазных устройств. Единственный недостаток такого выбора — занимаемая площадь.

Также аргументом в пользу установки трех однофазных стабилизаторов является тот факт, что нагрузка на линии распределяется неравномерно.

При выборе любого стабилизатора важно изучить его характеристики, одна из которых величина потребляемой мощности. Величина зависит от количества и мощности электрических приборов, который постоянно включаются в сеть.

Где применяются подобные устройства

Чаще всего выравнивание значения напряжения необходимо за пределами городов, где значительные расстояния до потребителей электроэнергии. На протяжении всей линии электропередачи значение напряжения будет различным и зависеть от расстояния между источником снабжения электроэнергией и конечным потребителем.

Чем дальше потребитель от распределительной подстанции или энергоустановки, тем больше потери. Поэтому на регулирующей подстанции устанавливается такой уровень, чтобы ровно 220 вольт было на средне удаленном от подстанции участке. Поэтому чем ближе потребитель к источнику энергоснабжения, тем выше будет напряжения в сети, а чем дальше, тем ниже.

Применение стабилизаторов напряжения для дома в таких точках необходимо. На промышленные объекты распространяется то же правило.

Известные производители

Рекомендуется при покупке устройства отдавать предпочтение только известным брендам, например ORTEA, «Бастион», «РЕСАНТА», «Штиль». Среди моделей на 5 кВт популярностью пользуются RUCELF SRFII-6000-L, Ресанта ACH-5000/1-Ц, Эра STA-W-5000.

Для более мощных подключений на 5-10 кВт целесообразно выбирать RUCELF SRWII-9000-L, Sven AVRPRO LCD10000, Ресанта LUX АСН-10000Н/1-Ц, Luxeon WDR – 10000, Энергия Voltron PCH-10000.

Для обеспечения надежной работы бытовых приборов требуется выбор качественных и надежных стабилизаторов. Решения надо принимать, основываясь на технических параметрах подключаемых агрегатов и подбираемых моделей стабилизирующих устройств.

Заключение

В статье мы рассмотрели основные виды стабилизаторов напряжения. Стоит отметить, что их выбор зависит от нескольких факторов: функциональных характеристик, стоимости и предназначения устройства. Не стоит экономить на покупке, ведь прибор защищает все имеющееся оборудования от поломок из-за скачков напряжения.