Стабилизаторы напряжения
Назначение стабилизатора напряжения
Уже давно без потребления электроэнергии невозможно представить цивилизованное проживание в квартирах и домах, деятельность промышленных, социальных и коммерческих объектов. Всё выпускаемое электрооборудование, от бытовых электроприборов до промышленных установок, нуждается в качественной электроэнергии, то есть электроэнергии с параметрами, соответствующими ГОСТ ( напряжение 220 В ± 10%, частота 50 ± 0,4 гц.). Отклонение от этих параметров (например "скачки" напряжения, его повышенное или пониженное значение) может вывести электроприборы из строя, сделать невозможной их эксплуатацию, привести к потере важной информации и большим расходам, создать аварийную и пожароопасную ситуацию. Длительное повышение напряжения даже на 10 % от номинала сильно сокращает срок службы электрооборудования, а понижение - приводит к перегрузкам в блоках питания электронных устройств, перегреву электродвигателей. В наших реалиях мы очень часто имеем дело с некачественной электроэнергией. Это происходит из-за недостаточной мощности подстанции, слишком большого падения напряжения на линии электропередач ввиду её неисправности или несоответствия расчётам, скачкообразного(во время пуска электроустановок) или постепенного изменения нагрузки, неисправности собственной электропроводки.
Все эти проблемы решает стабилизатор напряжения - электронное устройство, обеспечивающее допустимый диапазон выходного напряжения при изменении амплитуды входного напряжения в определенных пределах.
Применение стабилизаторов напряжения жизненно необходимо для качественного электропитания, без которого невозможно успешное и длительное функционирование электроприборов без сбоев и сопутствующих проблем, материальных и временных затрат.
Чтобы ответить на вопрос нужен ли стабилизатор напряжения, необходимо с помощью тестера произвести несколько замеров сетевого напряжения в будние и выходные дни. Если оно находится в пределах 210 - 230 В можно использовать стабилизатор для питания только дорогостоящих приборов. Если оно в пределах ± 10% (198-242 В)- для питания всех потребителей с целью предотвращения их быстрого изнашивания (особенно ламп накаливания, которым для длительной работы необходимо напряжение 205-235 В). Если оно выходит за этот диапазон - обязательно использование стабилизатора напряжения для всех потребителей с целью предотвращения их выхода из строя.
Характеристики стабилизаторов напряжения
К основным техническим характеристикам стабилизаторов напряжения можно отнести: тип подключения (однофазный или трёхфазный), мощность, рабочий диапазон входного напряжения, предельный диапазон входного напряжения, точность стабилизации выходного напряжения, быстродействие, аварийный режим.
Стабилизаторы напряжения выпускаются в диапазоне мощностей от нескольких сотен ватт до нескольких мегаватт в однофазном (220/230 В) и трёхфазном (380/400 В) исполнении. Трёхфазные стабилизаторы напряжения выпускаются с независимой регулировкой по каждой фазе и с регулировкой по среднефазному напряжению. В первом случае они работают при любой несимметричности нагрузки без блокировки двух фаз при отсутствии третьей, во втором - с автоматической блокировкой при пропадании одной фазы.
Рабочим диапазоном входного напряжения стабилизатора называется диапазон, в пределах которого он обеспечивает выходное напряжение с заявленной точностью стабилизации.
Предельным диапазоном входного напряжения называется диапазон, превышающий рабочий, в котором сохраняется работоспособность стабилизатора напряжения, но не обеспечивается заявленная точность стабилизации.
При минимальном напряжении рабочего диапазона коэффициент трансформации стабилизатора максимален, а при максимальном напряжении диапазона - минимален. Поэтому, при выходе входного напряжения за границы рабочего диапазона, выходное уже не может стабилизироваться.
Стабилизаторы напряжения выпускаются с различными рабочими диапазонами(одним или двумя), например ±15%, ±30%, -25%/+15%, -35%/+15%, ±15%(±20%), ±25%(±30%). Более широкий диапазон обуславливает при той же мощности большие габариты и стоимость.
Точность стабилизации выходного напряжения определяется как максимальное отклонение выходного напряжения в процентах от номинального (стандартного) при отклонениях входного напряжения в пределах рабочего диапазона. Чем выше точность стабилизации - тем сложнее и дороже стабилизатор или имеет более узкий рабочий диапазон. Существует множество критичных потребителей, для которых высокая точность стабилизации имеет большое значение.
Быстродействие электромеханического стабилизатора напряжения(с плавной регулировкой) характеризуется его скоростью реагирования на изменение входного напряжения и определяется, как промежуток времени, за который он изменяет выходное напряжение на 1 вольт( измеряется в мс/В ).
Быстродействие электронного стабилизатора(со ступенчатой регулировкой) характеризуется его временем реакции(временем приведения напряжения к номиналу) и измеряется в мс.
Стабилизаторы напряжения оснащены системой защиты и сигнализацией аварийного режима. При срабатывании защиты происходит отключение стабилизатора. Это происходит при выходе входного напряжения за границы предельного диапазона и при превышении нагрузкой допустимого значения.
После восстановления входного напряжения и нагрузки в допустимых для работы пределах, стабилизатор напряжения включается либо вручную, либо автоматически.
К другим техническим характеристикам стабилизаторов напряжения относятся: максимальный входной ток, номинальный выходной ток, увеличение КНИ входного напряжения, допустимый диапазон изменения нагрузки, перегрузочная способность, КПД, охлаждение, рабочая температура, относительная влажность и т.д.
Работа стабилизатора напряжения
В стабилизаторах напряжения используются различные принципы стабилизации выходного напряжения, определяющие устройство, технические характеристики и области применения стабилизаторов. Различаются феррорезонансные, релейные и электронные со ступенчатой(дискретной) регулировкой, электромеханические сервоприводные стабилизаторы напряжения с плавной регулировкой . К самым старым разработкам относятся феррорезонансные стабилизаторы напряжения, которые широко применялись в быту в Советском Союзе, особенно для электропитания телевизоров первого поколения, не справляющихся с колебаниями сетевого напряжения. Такие стабилизаторы используют принцип перераспределения напряжения и состоят из дросселя с ненасыщаемым магнитным сердечником (с магнитным зазором), дросселя с насыщенным сердечником и конденсатора. Стабилизация питающего напряжения в них осуществляется за счёт того, что напряжение на насыщенном дросселе меняется гораздо меньше, чем проходящий через него ток. Феррорезонансные стабилизаторы напряжения имеют достаточный рабочий диапазон, могут одновременно стабилизировать линейное и фазное напряжение, надёжно работают в широком температурном диапазоне. К недостаткам относятся сильная зависимость характеристик от частоты сети, низкий КПД, высокий уровень шума, громоздкость. В наше время в основном применяются на производстве.
Современные стабилизаторы напряжения в общем случае представляют собой трансформатор с управляемым коэффициентом трансформации( отношением выходного напряжения к входному).
В стабилизаторах напряжения со ступенчатой регулировкой стабилизация осуществляется автоматической коммутацией определённых обмоток трансформатора. В релейных стабилизаторах напряжения - с помощью механического переключателя, в электронных - с помощью электронных ключей на тиристорах, симисторах, транзисторах. Последние получили в наше время широкое распространение.
Электронные стабилизаторы напряжения имеют широкий рабочий диапазон входного напряжения, диапазон изменения нагрузки 0-100%, большую скорость регулирования, но ввиду его ступенчатости - сравнительно невысокую точность стабилизации.
Очевидно, что чем больше ступеней, а следовательно ключей, тем выше точность стабилизации. Количество ступеней ограничивается дороговизной ключей и на практике, в основном, не превышает 40.
Время регулирования у таких стабилизаторов не зависит от величины изменения напряжения, а поэтому быстродействие конкретной модели характеризуется определённым временем реакции( временем приведения напряжения к номиналу), измеряемым в мс.
Электронные стабилизаторы напряжения применяются для электропитания оборудования, критичного к быстродействию и не критичного к точности стабилизации( в основном с большими пусковыми токами).
Регулирование посредством переключения ключей приводит к искажениям синусоиды напряжения, что делает эти стабилизаторы напряжения непригодными для электропитания такого оборудования, как, например, электросварочные аппараты и полупроводниковые преобразователи. Это оборудование может с успехом запитываться от электромеханических стабилизаторов напряжения, которые лишены недостатков дискретных.
Конструктивно электромеханический стабилизатор напряжения представляет собой автотрансформатор, регулировка которого осуществляется с помощью динамического электромеханического узла, состоящего из двигателя, токосъёмного валика и тормоза.
Проходя все обмотки трансформатора до необходимой в данный момент, токосъёмник создаёт плавное понижение или повышение коэффициента трансформации и тем самым понижение или повышение выходного напряжения. Такой принцип регулирования обеспечивает отсутствие искажений синусоиды напряжения и более высокую, по сравнению с электронными стабилизаторами, точность стабилизации. В то же время очевидно, что электромеханические стабилизаторы напряжения уступают электронным в быстродействии. Так как время регулирования у электромеханических стабилизаторов зависит от величины изменения напряжения, то их быстродействие характеризуется скоростью регулирования, измеряемой в мс/В.
Современные электромеханические стабилизаторы напряжения обладают прекрасными характеристиками и находят самое широкое применение, как в быту, так и в промышленности.
Классификация стабилизаторов напряжения
По типу подключения стабилизаторы напряжения подразделяются на однофазные и трёхфазные. Однофазные стабилизаторы напряжения в основном используются для качественного электропитания бытовых приборов в квартирах и домах с однофазной схемой подключения. Трёхфазные стабилизаторы напряжения применяются для питания трёхфазного оборудования или сегментированного однофазного большой мощности. Для сбалансированной нагрузки используются стабилизаторы напряжения с одновременной регулировкой трёх фаз по среднефазному значению напряжения и автоматической блокировкой при отсутствии одной фазы. Для питания несбалансированного по фазам электрооборудования - стабилизаторы с независимой фазной регулировкой, работающие при любой несимметричности нагрузки. По сфере применения стабилизаторы напряжения можно условно разделить на бытовые и промышленные. Первые обслуживают бытовую технику в квартирах, домах, офисах и имеют мощность не более 10-15 кВА. Вторые, большей мощности, в основном применяются на дачах и производстве. По принципу стабилизации различают феррорезонансные, статические(релейные и электронные) со ступенчатой(дискретной) регулировкой, электромеханические сервоприводные стабилизаторы напряжения с плавной регулировкой.
nbsp;
p
nbsp;