Сайт для электриков

Применение стабилизаторов


 

В статье рассмотрены случаи необходимости применения стабилизаторов напряжения для дома и даны общие рекомендации по выбору их типа для различных видов электрической нагрузки.

Назначение и принцип работы стабилизатора напряжения

Наверняка, многим читателям приходилось сталкиваться с некачественным электропитанием у себя в доме или квартире. К сожалению, не соответствующее номинальному значению напряжение (повышенное, или, что бывает гораздо чаще - пониженное), его "скачки" возможно в сетях не только в дачных, сельских, но и крупных городов.

Типичные причины возникновения подобных проблем связаны с техническим состоянием сетей, износом оборудования, несоответствием его мощности современным объемам потребления. Вряд ли стоит говорить о важности качества электроэнергии - будь то электроснабжение частного коттеджа, городской квартиры или дачного дома.

Очевидно, что от качества электропитания напрямую зависит не только нормальная работа электроприборов, но и срок их службы. Примеров выхода из строя бытовой техники или промышленного оборудования из-за плохого качества питающего напряжения множество.

Применение стабилизаторов

Наиболее эффективным решением вопроса некачественного электроснабжения является применение стабилизаторов напряжения или AVR (альтернативное название, в переводе аббревиатуры - автоматический регулятор напряжения).

Это устройство, предназначенное для поддержания необходимого уровня напряжения на выходе при его несоответствующих нормам значениях и колебаниях в питающей сети.

Первые стабилизаторы появились в середине прошлого века. Читатели, заставшие СССР наверняка помнят устройство, именуемое в обиходе "трансформатор". Такому названию первые стабилизаторы были обязаны способу преобразования напряжения - с использованием силового трансформатора (автотрансформатора).

Устройства тех времен не отличались высокими показателями эффективности - быстродействием (скоростью коррекции входного напряжения), широтой диапазона и точностью его значений на выходе. Даже рассчитанные на небольшую мощность, первые стабилизаторы было достаточно громоздкими и тяжелыми.

Технология преобразования посредством электромагнитной индукции - с использованием автотрансформаторов успешно используется и в наше время. Однако, это уже более эффективные и сложные, имеющие соответствующие современным требованиям технические характеристики устройства.

Наиболее "продвинутыми", принцип работы которых основан на передовой технологии двойного преобразования считаются бестрансформаторные инверторные стабилизаторы. Топология двойного преобразования обеспечивает возможность работы в сетях с крайне низким качеством электроэнергии в совокупности с выходным напряжением, без преувеличения эталонного качества.

Необходимость применения стабилизаторов напряжения

Казалось бы, имея дело со стабильной сетью с уровнем напряжения, соответствующим требованиям норм логичным будет сделать вывод об отсутствии необходимости применения каких-то устройств коррекции напряжения.

Тем не менее, внимательно ознакомившись с требованиями действующих норм и, приняв во внимание рабочие параметры электропитания некоторых современных электроприборов такой вывод будет верным  лишь отчасти.

Дело в том, что актуальным стандартом, определяющим нормы качества электроэнергии является ГОСТ 13109-97, согласно которого допустимые значения напряжения сети находятся в диапазоне ±10% от номинального. То есть, говоря об однофазной сети, диапазон нормального напряжения составляет 198-242 В.

Рабочее питающее напряжение большинства электроприборов, указываемое в паспортных данных не выходит за пределы диапазона нормальных напряжений. Между тем, нельзя не принимать во внимание существование электроприборов с более узким интервалом значений.

К примерам требовательной к питанию нагрузки можно отнести группу электроприборов с электронным управлением, например микропроцессорные блоки управления современных газовых котлов. Даже небольшие отклонения напряжения в сети могут быть причинами сбоев, ошибок или даже отказов а работе электроники. Не будет лишним использование стабилизаторов и для образцов импортной техники, произведенной в странах с более жесткими требованиями стандартов к качеству питающего напряжения.

Заметим, что под качеством электроэнергии подразумевается не только уровень и стабильность напряжения, но и набор таких параметров как:

- форма выходного сигнала;
- частота;
- симметричность;
- отсутствие высокочастотных и коммутационных помех в сети.

Нельзя гарантировать эффективность и надежность работы и менее чувствительных к качеству питания электроприборов даже при незначительных отклонениях и колебаниях напряжения в сети. Не надо быть специалистом чтобы увидеть разницу в свечении лампочки накаливания при стандартном напряжении 220 В и "недотягивающем" до 200 или оценить время нагрева электрочайника в сети с нормальным и "просаженным" напряжением.

Таким образом, применение стабилизаторов как залог нормальной работы никак нельзя назвать излишним и для простейшей нагрузки.

Рекомендуемые типы стабилизаторов для питания видов нагрузок

Феррорезонансные. Благодаря простоте конструкции это достаточно надежные, дешевые в обслуживании и неприхотливые к условиям установки устройства, способные работать в диапазоне температур -40...40°C. При высокой стойкости к перегрузкам характеризуются средними показателями точности выходного напряжения (до 3%) и быстродействия.

Чаще всего бывают востребованы на производственных предприятиях, использование в быту ограничено следующими недостатками:

- шумность работы;
- габаритность и большой вес;
- малый диапазон рабочего напряжения (при увеличении нагрузки этот диапазон сужается);
- искажение формы выходного напряжения;
- низкий КПД и недопустимость работы в режиме "холостого хода";
- могут быть причиной возникновения внешних электромагнитных помех, наводок на точную измерительную аппаратуру.

В целом, подойдут для нетребовательных к питанию электроприборов. Для исключения работы в режиме "холостого хода" при включении должен быть нагружен, при отключении нагрузки соответственно, рекомендуется выключать устройство.

Электромеханические. Пожалуй, самый распространенный тип применяемых в быту стабилизаторов. Неплохой вариант для бюджетного решения вопроса защиты домашней техники. Имея приведенные ниже преимущества, подойдет для питания практически любой нагрузки:

- высокая точность стабилизации;
- плавность регулировки;
- стойкость к перегрузкам;
- хорошая форма выходного сигнала ("чистая синусоида").

Из недостатков можно отметить низкую скорость коррекции напряжения при отклонении его значения в сети и необходимость проведения регулярных технических обслуживаний. Приведенные недостатки обусловлены сложностью и наличием движущихся и вращающихся деталей в конструкции стабилизатора. 

Так, находящиеся постоянно в движении, а потому подверженные износу токосъемные щетки нуждаются в периодической замене. А сервопривод - исполнительный механизм не может обеспечить мгновенное перемещение щеток по виткам автотрансформатора. Поэтому сервоприводные (альтернативное название устройств) стабилизаторы не отличаются скоростью преобразования напряжения, что делает их малопредпочтительными для работы с чувствительной к питанию техникой.

Релейные. Принципиальное отличие этих стабилизаторов от упомянутой выше "механики" в том что коммутирование (снятие вторичного напряжения) выполняется не при помощи токосъемных щеток, а силовыми реле, подключенным к отпайкам автотрансформатора.

Таким образом, скорость коррекции у релейных устройств существенно выше чем у сервоприводных, требующих определенного времени на перемещение контактов. Нельзя не отметить еще одно их важное достоинство - отсутствие сервопривода, т. е. вращающихся и движущихся деталей в конструкции. Конечно, это более надежные и менее затратные в обслуживании устройства.

Но, имея схожий набор характеристик, релейные стабилизаторы уступают электромеханическим в плавности регулирования выходного напряжения. Коррекция осуществляется ступенчато, что иногда бывает видно невооруженным глазом - резкие перепады в яркости свечения ламп накаливания и "галогенок".

Электронные (полупроводниковые). Аналог релейных с той лишь разницей, что переключения выполняются не при помощи реле, а с использованием полупроводниковых ключей (тиристоров или симисторов). 

Их применение позволяет производить переключения гораздо быстрее чем при использовании электромеханических реле, отсутствие которых, к тому-же, исключает риск механических неисправностей. Но все-же, плавность регулировки напряжения, разумеется также не входит в список достоинств электронных стабилизаторов. 

Имея высокие показатели быстродействия, широкий диапазон входного напряжения и "чистую синусоиду" на выходе отлично подойдут для защиты требовательных к питанию электроприборов, в т. ч. электроприводов, например, что часто бывает востребовано в частных жилых домах - насосов циркуляции и водоснабжения.

Инверторные. Наиболее совершенные на сегодняшний день типы стабилизаторов. Используемая бестрансформаторная схема двойного преобразования полностью устраняет все негативные явления в сети:

- отклонение, скачки напряжения;
- искаженная форма выходного сигнала (модифицированная синусоида;
- импульсные коммутационные и высокочастотные помехи.

Даже работая в сетях с крайне низким качеством электроэнергии инверторные стабилизаторы отличаются эталонными показателями качества напряжения на выходе:

- стабильностью и максимально приближенным значением напряжения к номинальному (как правило, в устройствах реализована возможность самостоятельно задать необходимое значение);
- идеальной синусоидальной формой выходного сигнала;
- полным отсутствием помех.

В совокупности с высоким КПД и высочайшим быстродействием (0 мс) это делает инверторные стабилизаторы наиболее предпочтительными устройствами для эффективной защиты любой нагрузки.