Стабилизаторы напряжения
О некачественном электропитании знают не понаслышке даже домохозяйки. Когда не включается микроволновая печь, не тянет стиральная машина, а бойлер вышел из строя накануне сильных морозов, приходится думать - как защитить себя от этого безобразия.
Причин понижения напряжения в сети великое множество: удаленность от трансформаторной подстанции, наличие на питающем фидере мощных потребителей, устаревший и не рассчитанный на современные электроприборы кабель, просто ведущиеся рядом сварочные работы и многое другое. Пониженное напряжение в сети опасно для холодильников, насосов и любых двигателей и, в большинстве случаев, является основной причиной выхода их из строя. Повышение напряжения - ситуация не столь частая, но более фатальная по последствиям, так как опасна для всех электроприборов без исключения. И уж, конечно, многие слышали про навевающую ужас неисправность - "ноль отгорел", последствием которой в сети становятся процессы, развитие которых прогнозировать не берутся даже специалисты. Первый признак, по которому можно судить о неполадках в сети - мигание или частое перегорание ламп накаливания.
Надежной защитой от некачественного электроснабжения в большинстве случаев являются стабилизаторы напряжения.
Стабилизаторы напряжения - аппараты для автоматического поддержания в сети потребителя напряжения 220 вольт
Итак, Вы уже поняли, что Вам необходим стабилизатор напряжения. Осталось только его выбрать и приобрести. И вот тут, на стадии выбора, главное не допустить ошибку при выборе стабилизатора. Итак, приступаем.
Первый шаг - определяем такой параметр как диапазон входного напряжения. Это можно узнать у электрика, который обслуживает Ваш дом/квартиру или замерить самостоятельно тестером в "часы пик» (утро, вечер) и в часы минимальной нагрузки (день, раннее утро, ночь) сделав такие замеры несколько дней и выбрать из этих значений минимальное - UminВ и максимальное - UmaxВ. Таким образом, диапазон входных напряжений определен как UminВ - UmaxВ.
Второй шаг - нам необходимо определить точность выходного напряжения. Как правило, для бытовых приборов, отклонение питающего напряжения 5-10%. Этот параметр указывается в паспорте к электроприбору. Точность определяется следующим образом: из минимальных значений допустимых значений выбирается максимальное, а из максимальных - минимальное, или по самому требовательному потребителю. То есть если у нас в паспортах на оборудование указано: для холодильника 220В +10 -8%, для телевизора 220В +7 -10%, для телевизора 220В +10 -10% то общая необходимая точность будет +7% - 8%. Теперь выбираем стабилизатор по точности выходного напряжения. Если такая точность как вам нужна, отсутствует, то берем стабилизатор с точностью выше, но максимально приближенную к Вашим выбранным параметрам. Если рассмотреть линейку стабилизаторов напряжения Volter то увидим, что Вам подходит модель "у" - с точностью +5% -7,5%.
Третий шаг это выбор мощности. Здесь можно дать несколько рекомендаций. Если вы хотите поставить стабилизатор на весь дом или квартиру, то его мощность подбирается следующим образом. Смотрим на входной автомат на входе счетчика и читаем номинал автоматического выключателя. Допустим, видим надпись С20А. Если автомат однополюсный или двухполюсный (число полюсов равно числу входящих или выходящих из него проводов) то это значит, что вам необходим однофазный стабилизатор напряжения, рассчитанный на 20 ампер переменного тока. В случае 3-х или 4-х полюсного автомата, Вам необходим 3-х фазный или 3 однофазных стабилизатора с номиналом 20 ампер на фазу. Итак, Вы уже знаете какой вам надо стабилизатор напряжения одно или трехфазный и знаете на какой номинал тока надо рассчитывать. Далее по номиналу тока входного автомата подбираем мощность стабилизатора в кВт. 10А–2.2 кВт, 16А–3.5 кВт, 25А–5.5 кВт, 32А–7 кВт, 40А–9 кВт, 50А–11 кВт, 63А–14кВт, 80А–18 кВт, 100А–22 кВт,125А–27 кВт.
В случае если номинал автоматического выключателя не совпадает в вышеприведенном перечне, то берем номинал тока ближайший в сторону увеличения. Допустим, что у Вас номинал входного автоматического выключателя 20А то вам надо брать стабилизатор напряжения с максимальным током 25А, т.е. мощностью 5.5 кВт. Далее зная величину входного напряжения, выбираем по таблице коэффициент, который учитывает изменение напряжения в питающей сети.
|
Входное напряжение UminВ или UmaxВ |
130 |
150 |
170 |
210 |
220 |
230 |
250 |
270 |
|
Коэффициент Ku |
1,69 |
1,47 |
1,29 |
1,05 |
1,00 |
1,05 |
1,29 |
1,47 |
Если значение UminВ или UmaxВ находятся между значениями приведенных в таблице тогда для UminВ берем значение левее, а для UmaxВ - правее. Сравниваем эти два коэффициента и выбираем больший из них. Найденную выше мощность умножаем на этот коэффициент. Для нашего примера пусть Мы выбрали стабилизатор напряжения на 7 кВт. Но мы знаем, что входное напряжение у нас находится в диапазоне 160-240В. Выбираем коэффициент Ku. Для нижнего значения 160В: в таблице 160В находится между значениями 150В и 170В. Берем значение коэффициента Ku1 - 1,47(левее от 160В, а именно 150). Аналогично 240В находится между значениями 230 и 250. Берем значение коэффициента для 250В (правее), а именно Ku2 - 1,29. Среди коэффициентов Ku1 и Ku2 выбираем больший, а именно 1,47. Теперь умножаем предварительно выбранную мощность на этот коэффициент, получаем 7*1,47= 10,29 кВт. По модель ному ряду стабилизаторов выбираем ближайший в сторону увеличения мощности. Как правило, это будет 11 кВт. Таким образом, стабилизатор напряжения мощностью 11 кВт полностью обеспечит Вас работой в диапазоне входных напряжений 160-240В. Таким образом, Вы определились уже с мощностью стабилизатора напряжения.
Если Вам надо подобрать стабилизатор напряжения для одного устройства или для группы устройств, то шаги 1 и 2 выполняются аналогично. Шаг 3 также выбирается по суммарной мощности потребителей с одной особенностью – потребители содержащие электродвигатели потребляют мощность при запуске в 3-4 раза выше, а при работе – номинальную мощность (та, которая указана в паспорте).
А теперь ВНИМАНИЕ Вы полностью подобрали стабилизатор напряжения по параметрам: мощность, диапазон входных напряжений и точность выходного напряжения, осталось только определиться с его типом.
Типы стабилизаторов напряжения
1. Электромеханические стабилизаторы напряжения (еще их называют сервоприводными и электродинамическими стабилизаторами) представляют собой систему состоящую из автотрансформатора, серводвигателя и системой (блоком) управления серводвигателя. Его принцип работы схож с принципом работы ЛАТРа с тем дополнением, что перемещение ползунка выполняет серводвигатель. Данные стабилизаторы непрерывно контролируют выходное напряжение. Рассмотрим преимущества данных стабилизаторов. Он не вносит искажений в форму выходного напряжения. Точность выходного напряжения составляет чаще всего менее 5%(как правило, около 3%). Регулировка выходного напряжения является плавной. Но они имеют существенные недостатки. Время реакции составляет около 1 секунды на 10% корректируемого напряжения. Это означает, что при изменении входного напряжения, отличного от номинального, время, через которое на выходе будет номинальное, может, составит до 3 секунд - при сильных скачках, например во время работы сварочного аппарата. Данные стабилизаторы имеют постоянный механический щеточный контакт, что приводит при постоянной эксплуатации к износу щеток, что приводит потом к искрению, плохого контакта. При работе во время стабилизации слышится характерный звук. Учитывая все вышесказанное можно сделать выводы, что данный тип стабилизаторов можно эксплуатировать в том случае, если в сети нет скачков напряжения, а изменение входного напряжения происходит плавно или стабильно завышено/занижено. В случае сильных кратковременных скачков напряжения, например во время работы сварочного аппарата, стабилизатор не сможет поддержать номинальное напряжение. Но как показывает практика, что в наших сетях частые скачки напряжения обычное дело так что можно сделать вывод, что данный тип стабилизаторов зачастую не подходит для наших потребителей.
2. Релейные стабилизаторы напряжения относятся к автотрансформаторным стабилизаторам. Принцип регулирования напряжения - ступенчатый, путем переключения обмоток силового автотрансформатора при помощи силовых электромеханических реле. Это значит что изменение (повышение или понижение) напряжения на выходе идет параллельно изменению (повышению или понижению) на входе стабилизатора. Преимущества данного типа стабилизатора. Точность выходного напряжения такого стабилизатора составляет 10%. Диапазон входного напряжения составляет порядка 145- 285В. Также он не вносит не каких изменений (искажений) в форму выходного напряжения. Время реакции на изменение входного напряжения составляет около 30мс. Даже при сильных и частых скачках (во время работы сварочного автотрансформатора) время реакции будет в разы меньше чем у электромеханического стабилизатора. Не требует технического обслуживания. К недостаткам данного вида стабилизаторов можно отнести то, что реле со временем изнашивается. Износ сильно зависит в первую очередь от интенсивности перепадов напряжения. Мощносной ряд таких стабилизаторов ограничен из-за габаритов реле и коммутирующего тока. Также слышны переключения реле. На больших токах возможно "залипание" реле. Но, не смотря на недостатки можно заключение, что данный тип стабилизаторов полностью подходит для наших сетей и потребителей за исключением оборудования, для которого нужна высокая точность питающего напряжения.
3. Симисторные стабилизаторы напряжения по принципу работы аналогичны релейным. У них вместо реле стоят силовые ключи - симисторы. Преимущества - высокая скорость реакции на входное напряжение 20 мс, нет изменений выходной формы напряжения, переключение ступеней происходит практически бесшумно, широкий мощностной ряд и относительно не большие габариты, гарантия на такого типа стабилизаторы, как правило, выше (3-5 лет) и период работы гарантированный производителем, как правило, составляет 10-15 лет. Не требует технического обслуживания. Обладают, как правило, большой перегрузочной способностью. Точность таких стабилизаторов (в зависимости от числа ключей) может достигать до 0,5-0,7%, что подходит к высокотребовательным по напряжению нагрузкам. К недостаткам можно отнести цену таких стабилизаторов. Она выше, чем на такуе же мощность релейных или сервоприводных, из-за высокой стоимости силовых ключей. Но они, как правило, подходят в 95% случаях под наши сети.
4. Преобразователи напряжения типа онлайн или двойного преобразования - в этих устройствах переменный ток через инвертор преобразуется в постоянный, а затем формирует форму, частоту и амплитуду выходного напряжения. Как правило, у таких стабилизаторов напряжения очень широкий диапазон входных напряжений (есть модели с диапазоном от 100 до 400 В), форма синусоиды на выходе не зависит от формы напряжения на входе. То есть он берет из сети напряжение с искаженной синусоидой, а на выходе дает высококачественную синусоиду. Недостаток устройств - относительно высокая стоимость. Некоторые онлайновые стабилизаторы, совмещаются с источниками бесперебойного питания (UPS) - к ним дополнительно подключается аккумулятор и при пропадании напряжения в сети встроенный инвертор (преобразователь с 12, 24, 36 и т.д. кратно 12В постоянного тока в 220 В 50 Гц) продолжает снабжать подключенное оборудование электроэнергией. Данные приборы наилучшие для питания не только газовых котлов, охранных систем и домашней автоматики, но и всего дома в целом, поскольку каждый потребитель получает КАЧЕСТВЕННОЕ питание, что существенно продлевает его срок эксплуатации. Точность выходного напряжения такого стабилизатора доходит до 0,5%, а КПД (коэффициент полезного действия) до 96%. Данный стабилизатор подходит для всех типов потребителей и электрических сетей.
5. Стабилизаторы напряжения с (ШИМ) широтно-импульсной модуляцией - новый класс стабилизаторов напряжения. Прибор работает путем сравнения входного напряжения с эталонным и, при необходимости, корректирует амплитуду и форму синусоиды. Таким образом, ШИМ стабилизатор напряжения очень похож на онлайновые стабилизаторы напряжения. Отметим основные достоинства: высокая точность (до 1%), практически мгновенное быстродействие - стабилизатор напряжения отменно "отрабатывает" частые и большие скачки напряжения, сварочные работы на линии - электролампочки не будут мигать. Недостатки - низкий порог верхнего входного напряжения (до 245В) и высокая цена. Данный стабилизатор подходит для всех типов потребителей и электрических сетей.
6. Также существуют другие типы стабилизаторов - стабилизаторы напряжения с подмагничиванием, стабилизаторы напряжения с фазовым регулированием, стабилизаторы напряжения с дискретным высокочастотным регулированием, и др. Но они широкого распространения на рынке не получили.