Правильный выбор стабилизатора напряжения имеет большое значение для надежной и бесперебойной работы различной электроаппаратуры и оборудования. Эти устройства обеспечивают защиту подключенной нагрузки от скачков напряжения в электросети, высоковольтных импульсов, пониженного или повышенного напряжения. Подобные проблемы существуют во многих российских энергосистемах. Они связаны с неравномерной загрузкой сетей в течение суток, изношенностью инфраструктуры, грозовыми и коммутационными разрядами, аварийными ситуациями на подстанциях, перекосом фаз вследствие неравномерного распределения электротока по фазам на силовых трансформаторах.
Скачки напряжения могут привести к следующим последствиям:
- разрушение чувствительных компонентов оборудования (контроллеров, микросхем, плат управления);
- неэффективная работа техники (медленный разогрев электроприборов, частые выключения из-за пониженного напряжения);
- перегрев обмоток электродвигателя, который ведет к пробою изоляции и полному выходу электромоторов из строя;
- повышение риска возгорания проводки и пожара.
Содержание
Разновидности стабилизаторов
Существует несколько основных видов стабилизаторов напряжения:
- Релейные. Эти устройства хорошо подходят для бытового применения — например, для защиты электрооборудования в частном доме или на даче. Они имеют достаточно простую конструкцию и доступной стоимость. Принцип их действия основан на автоматическом переключении обмоток автотрансформатора посредством силового реле. Недостатком этого типа стабилизаторов является ступенчатое регулирование, ограниченная выходная мощность, искажение синусоиды сигнала.
- Электронные. Они бывают симисторными и тиристорными. Схема стабилизаторов напряжения включает автотрансформатор и электронные ключи, а принцип работы заключается в коммутации обмоток трансформатора симисторами или тиристорами. Использование электронных переключателей вместо механических реле обеспечивает высокую скорость и низкую шумность переключения. При этом сравнительно низкая точность регулировки не позволяет применять эти устройства для особо чувствительных потребителей.
- Электромеханические (сервоприводные). Плавно регулируемые устройства, которые работают по принципу реостата. Оснащаются подвижными роликовыми контактами, которые перемещаются по обмотке автотрансформатора при помощи электропривода. Они отличаются невысоким быстродействием, поэтому их лучше использовать в электросетях без резких перепадов напряжения
- Феррорезонансные. Для стабилизации напряжения здесь применяется эффект феррорезонанса в электроцепи конденсатор-трансформатор. Это оборудование характеризуется высоким быстродействием, плавной коммутацией, точностью регулировки. Это самый надежный и долговечный вид стабилизаторов напряжения. К его недостаткам относится сравнительно большой вес и малый диапазон регулирования. Феррорезонансные модели, как правило, применяют для защиты мощного однофазного и трехфазного электрооборудования — станков, автоматических линий, железнодорожного подвижного состава, телекоммуникационной техники.
- Инверторные. Самый дорогой и совершенный тип стабилизаторов напряжения. Его электросхема включает выпрямитель и инвертор, которые сначала преобразуют переменный ток в постоянный, а затем опять в переменный. К преимуществам такого принципа действия и схемы стабилизатора напряжения относится широкий диапазон и повышенная скорость регулировки, бесшумная работа, компактность, наличие дополнительных функций. Кроме того, устройство обеспечивает фильтрацию помех и высокочастотных выбросов, отличается высокой точностью нормализации выходных характеристик, имеет КПД свыше 90%.
Схемы подключения стабилизатора напряжения
Однофазные стабилизаторы можно подключить по двум основным схемам:
- Устройство устанавливается в разрыв фазы между электросчетчиком и вводным автоматическим выключателем, находящимся в распределительном щитке. Нейтраль или землю необходимо подсоединять к специальному разъему на клеммнике стабилизатора. К выходным клеммам устройства подключается наиболее требовательная к качеству электропитания нагрузка. Остальные потребители запитываются от фазы до стабилизатора. Таким образом, стабилизированное напряжение будет идти только к самым важным приборам и оборудованию.
- Стабилизатор устанавливается в цепь между щитом и нагрузкой. Благодаря этому, все подключенные к сети потребители будут получать стабилизированное напряжение. Этот вариант требует более дорого и мощного аппарата.
Трехфазные устройства подключаются по следующей схеме:
- Последовательно подключаем три фазных провода и нейтраль.
- Надежно фиксируем провода в клеммных колодках.
- Отключаем потребителей и подаем напряжение на стабилизатор.
- Проверяем величины входного/выходного напряжения.
- Выполняем включение нагрузки.
Трехфазный стабилизатор устанавливается между счетчиком электроэнергии с распределительным щитом и контуром энергопотребителей. Стоит учесть, что устройство потребляет в среднем в 3 раза больше энергии, чем однофазные модели. Также они сильнее греются, поэтому необходимо обеспечить эффективное охлаждение аппарата.
Расчет и правильный выбор стабилизатора
При выборе устройства нужно уделять внимание следующим техническим характеристикам:
- мощность. Она должна соответствовать суммарной мощности всех подключаемых электропотребителей (подробный расчет представлен ниже);
- номинальное напряжение. В однофазных электросетях оно составляет 220В, в трехфазных — 380В;
- тип стабилизатора (электронный, электромеханический, инверторный, релейный, феррорезонансный);
- диапазон входного напряжения. От него зависит минимальное и максимальное напряжение, при которых устройство будет выполнять стабилизацию;
- точность стабилизации;
- скорость регулирования. Чем выше быстродействие, тем ниже риск повреждения подключаемого оборудования из-за высоковольтного импульса;
- перегрузочная способность. Она позволяет выдерживать кратковременные скачки мощности, возникающие, например, при запуске электродвигателей;
- условия эксплуатации (запыленность, температура, влажность);
- шумность.
Теперь рассмотрим, как рассчитать мощность стабилизатора напряжения. Для этого можно использовать следующую формулу:
Р = (∑Wпот/Кн) + 15%,
где Р — мощность стабилизатора в ВА, ∑Wпот — паспортная сумма мощностей подключаемых потребителей в Вт, Кн — коэффициент нагрузки, 15% — резервный запас мощности.
Коэффициент нагрузки (cos φ) связывает полную мощность в ВА и активную мощность в Вт. Для приблизительного расчета можно принять Кн = 0,8.
Итак, при наличии на объекте, например, электроприборов общей мощностью 2 кВт, необходимая мощность стабилизатора будет равна:
Р = (2000/0,8) + 15% = 2875 ВА
Итоги
В статье были рассмотрены причины проблем с электроснабжением, описаны основные виды стабилизаторов напряжения, даны рекомендации, как подобрать и правильно подключить данные устройства.
