Выбираем стабилизатор напряжения - электродинамические, дискретные, компенсационные?

Сегодня на электротехническом рынке представлено большое количество стабилизаторов напряжения, рассчитанных на разную мощность как импортного, так и отечественного производства. Однако самостоятельно разобраться в сложных технических характеристиках стабилизаторов, выбрать именно тот, который смог бы соответствовать нужным параметрам и подходить по цене, сможет далеко не каждый.


Электрическая энергия используется во всех сферах жизнедеятельности человека, и на сегодняшний день качество электроэнергии является очень важным фактором. Любой электроприбор, работающий от электрической сети, может выполнять свои функции только при определенных параметрах электрической энергии: номинальной частоте, амплитуде напряжения, форме сигнала, поэтому для его нормальной работы обязательно должно быть обеспечено требуемое качество электрической энергии. Стабильность и надежность работы холодильника, стиральной машины, телевизора, СВЧ-печи, компьютера, систем теплоснабжения и других электрических приборов полностью определяются качеством электропитания.



Самый простой способ обеспечить качественной электроэнергией – это применить стабилизатор напряжения.
Стабилизаторы применяются для питания различной аппаратуры, приборов, бытовой и офисной техники, специального и прочего оборудования в условиях перепадов, заниженного или завышенного напряжения электросети, необходимости фильтрации помех. Такие нестабильности напряжения и помехи в электросети возникают достаточно часто, могут носить длительный характер и приводят к отказам или выходу из строя электрооборудования.
В этом случае стабилизаторы способны обеспечить защиту оборудования, от внезапного изменения напряжения в электросети и импульсных помехах, помогают увеличить срок безотказной работы сложного и дорогостоящего оборудования и приборов.
Немного об устройстве:
Стабилизатор напряжения – электрическое устройство, получающее питание от внешнего источника питания (сети или аккумуляторов) и выдающее на своем выходе напряжение, не зависящее от напряжения питания (при условии, что напряжение питания не выходит за допустимые пределы).
В настоящее время основными типами стабилизаторов являются:
– электродинамические сервоприводные (механические)
– статические со ступенчатым регулированием (электронные переключаемые)
– компенсационные (электронные плавные)
Модели производятся как в однофазном (220/230 В), так и трехфазном (380/400 В) исполнении, их мощность от нескольких сотен ватт до нескольких мегаватт.
Выпускаемые модели также различаются по допустимому диапазону изменения входного напряжения. Чем шире этот диапазон (особенно в отрицательную строну), тем больше габариты стабилизатора и выше его стоимость при той же выходной мощности.
Важной характеристикой стабилизатора напряжения является его быстродействие, т. е. чем выше быстродействие, тем быстрее стабилизатор отреагирует на изменения входного напряжения. Быстродействие – это промежуток времени (миллисекунды), за которое стабилизатор способен изменить напряжение на один вольт. У разных типов стабилизаторов разное быстродействие.



Еще одним важным параметром является точность стабилизации выходного напряжения. Требования, предъявляемые к стабилизаторам напряжения, и, в частности, к допустимому отклонению напряжения электропитания потребителей промышленного и бытового назначения, определяются ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Данным документом установлены показатели и нормы качества электрической энергии в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети или приемники электрической энергии (точки общего присоединения). Допустимые отклонения – 220 В ±5 %, критические отклонения – 220 В ±10 %.
Важным потребительским параметром является способность сохранения заявленных параметров при перегрузках по мощности.
Современные стабилизаторы, как правило, оснащены дополнительной защитой и отключают нагрузку, если напряжение сети не позволяет стабилизатору выдать нормальное напряжение. Автоматическое включение произойдет только тогда, когда входное напряжение сети вернется в необходимый для корректной работы стабилизатора диапазон.



Рассмотрим плюсы и минусы основных типов стабилизаторов напряжения:


1. Электродинамические стабилизаторы.
Представляют собой следящую систему с использованием электродвигателя, автотрансформатора и системы управления двигателем. Такая система позволяет непрерывно и плавно регулировать выходное напряжение. Коррекция выходного напряжения осуществляется автотрансформатором с помощью электродвигателя через редуктор. Так как такие стабилизаторы напряжения имеют весьма низкое быстродействие и требуют регулярного технического обслуживания, область их применения достаточно ограничена. В основном они получили распространение как дешевые бытовые стабилизаторы. Подобные стабилизаторы желательно применять в сетях, где нет резких перепадов напряжения.
Достоинства:
– Высокая точность регулирования.
– Низкая стоимость.
– Высокая перегрузочная способность.
– Широкий диапазон регулирования.
Недостатки:
– Наличие открытого скользящего электрического контакта, ограничивающее среду использования.
– Чувствительность к наличию в воздухе повышенного содержания пыли, особенно токопроводящей, повышенной влажности и вибрации.
– Наличие движущихся частей в конструкции, следовательно, невысокая надежность.
– Постоянный шум работающего электродвигателя, отслеживающего колебания напряжения на 2–3 В (которое в наших сетях – постоянное явление).
– Износ механических частей и ограниченный ресурс службы.
– Крайне низкая скорость регулирования из-за инерционности двигателя (не быстрее 10 В/сек.). Предположим, напряжение в сети низкое, 170 В, электромеханический стабилизатор его повышает. Где-то отключили мощную нагрузку, и напряжение сети нормализовалось, т. е. скачком повысилось до 220 В. На выходе такого стабилизатора сразу будет 270 В, пока «задумчивый» электромеханический стабилизатор не сообразит и не уменьшит напряжение – а это минимум 1,5–2 секунды. За это время дорогостоящее оборудование может выйти из строя. Высокая точность регулирования не компенсирует все недостатки электромеханических стабилизаторов, так как для большинства электроприборов допустимы колебания напряжения питания ± 5 %.



– Требует регулярного обслуживания для сохранения рабочего ресурса(1 раз в 6 месяцев).
– Пожароопасен.


2. Дискретные стабилизаторы.
Дискретные стабилизаторы – наиболее широкий класс устройств, обеспечивающих поддержание выходного напряжения с определенной точностью на выходе за счет автоматической коммутации обмоток автотрансформатора (или трансформатора) с помощью силовых ключей (реле, тиристоров, симисторов). Переключение обмоток, а следовательно, и регулировка выходного напряжения осуществляется со скоростью порядка 10–40 мс. Необходимо отметить, что использование в качестве силовых ключей тиристоров или симисторов наряду с преимуществами имеет и недостатки – электрическая незащищенность выходных каскадов, необходимость принудительного охлаждения рабочих ключей, а это – шум вентилятора, засасывание пыли внутрь изделия и т. д.
Одним из наиболее приемлемых вариантов являются электронные стабилизаторы со ступенчатым регулированием напряжения автотрансформатора с помощью быстродействующих реле. К достоинствам релейных ключей относится их высокая помехоустойчивость, особенно к импульсным перенапряжениям. С точки зрения ресурса, производители современных реле гарантируют в среднем до 6 млон. переключений при номинальном токе, что обеспечивает многолетнюю безаварийную работу стабилизатора.
В силу ряда достоинств ступенчатые корректоры напряжения нашли наибольшее распространение на рынке стабилизаторов. Это самый дешевый и распространенный тип стабилизаторов напряжения на сегодняшний день.
Корректоры напряжения имеют широкий диапазон входного и высокую точность поддержания выходного напряжения, не вносят искажений во внешнюю сеть и надежно работают при любых изменениях нагрузки, обеспечивают эффективную защиту от перегрузки, короткого замыкания и импульсных помех.
Ступенчатые стабилизаторы напряжения являются отличным вариантом для эксплуатации в любых условиях. Высокая надежность и ремонтопригодность ступенчатых стабилизаторов напряжения наряду с доступной ценой предопределили их популярность.
Данные стабилизаторы напряжения – оптимальное соотношение цена/качество при применении в промышленности и быту. Некоторые модели допускают возможность коррекции выходного напряжения в пределах 210–230 В.
По мнению экспертов, данный тип стабилизаторов наилучшим образом подходит для условий эксплуатации на территории СНГ. Он может быть использован для стабилизации напряжения питания, защиты бытовой и промышленной техники, в том числе компьютеров, аппаратуры связи, дорогой видеотехники, торгового и медицинского оборудования, а также для комплексного питания промышленного оборудования, офисов, коттеджей и квартир. Мощность таких устройств может составлять от 100 ВА до100 кВА.



Достоинства:
– Высокое быстродействие.
– Широкий диапазон входного напряжения.
– Возможность работы при холостом ходе.
– Не вносит дополнительных искажений в выходное напряжение.
– Высокое значение КПД.
– Большой запас по пусковым токам.
Недостатки:
– Ступенчатое изменение выходного напряжения ограничивает точность стабилизации в пределах от 0,9 до 10 % (дискретность переключения отражается на работе световых приборов и в некоторых случаях заметно моргание света).


3. Компенсационные стабилизаторы (электронные плавные). Стабилизаторы, работающие по принципу магнитного усилителя.
Стабилизаторы с подмагничиванием основаны на компенсации изменения напряжения сети путем регулирования коэффициента трансформации за счет локального подмагничивания стержней автотрансформаторов со специально выполненным магнитопроводом и системой обмоток. Подмагничивание осуществляется с помощью тиристорного регулятора. Такие стабилизаторы характеризуются высокими перегрузочными способностями, но имеют ограниченный диапазон регулирования напряжения по сравнению со ступенчатыми корректорами напряжения.
Достоинства:
– Единственные агрегаты, способные работать в критических условиях при температуре окружающей среды -45…+ 45 C и влажности 98 %.
– Обладают возможностью двукратной перегрузки.
– Трехфазные модели отслеживают одновременно линейное и фазное напряжение.
–Непрерывное регулирование напряжения.
Недостатки:
– Высокий уровень шума.
– Недостаточно широкий рабочий диапазон.
– Обладают большой массой.
– Вносят дополнительные гармонические искажения в выходное напряжение.