Стабилизатор напряжения. Релейный или сервоприводный? Стабилизатор напряжения сервоприводный
Стабилизатор напряжения. Релейный или сервоприводный?
К сожалению, качество электроэнергии в сетях электропитания практически никогда не соответствует требованиям ГОСТа. Низкое качество электроэнергии проявляется как повышенное или пониженное напряжение, резкие скачки и колебания напряжения, высокочастотные помехи и высоковольтные импульсы и т.п.
Бытовая техника, которая делает нашу жизнь не только приятной и удобной, но и еще стоит немало денег, крайне чувствительна к качеству электроэнергии. Фактически вся наша домашняя бытовая техника: компьютеры и другая оргтехника, аудио/видеоаппаратура и телевизоры, холодильники и стиральные машины, постоянно подвергается риску поломки из-за низкокачественного электропитания.Чтобы в одночасье не лишится комфорта и избежать незапланированных затрат на покупку нового телевизора, холодильника, стиральной машины, или компьютера необходимо использовать стабилизаторы напряжения.
Стабилизатор напряжения это прибор, который позволяет поддерживать стабильное и качественное напряжение в Вашей домашней электросети. Это настоящий защитник, который позволит сохранить Ваши электроприборы в рабочем состоянии и надолго сберечь Ваши деньги, нервы и привычный уклад жизни.
На рисунке наглядно показано каким образом стабилизатор преобразует ломаные, некачественные входящие синусоиды электротока (слева) в синусоиды правильной формы (справа). Именно такое преобразование позволяет сохранять работоспособность Вашей бытовой техники надолго.
Стабилизаторы напряжения используются не только для защиты отдельных бытовых приборов, но и для обеспечения качественным электропитанием городских квартир, дач, загородных домов и коттеджей в полном объеме потребляемой мощности.
РЕЛЕЙНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ
Максимально упрощённая схема релейного стабилизатора отображающая принцип его работы :
Поддержание напряжения на выходе осуществляется за счет изменения коэффициента трансформации силового автотрансформатора - в зависимости от входящего напряжения включается та или иная обмотка автотрансформатора.
Обмотки переключаются с помощью реле.
Стабилизация происходит ступенчато.
Управление реле осуществляется логическими элементами или контроллером (процессором).
Количество ступеней у таких стабилизаторов бывает в среднем 5-7 и оно определяет точность поддержания выходного напряжения стабилизатора (обычно около 8% при диапазоне 150-250 Вольт).
Достоинства
1. Высокая скорость реакции на изменение напряжения - 5-10 миллисекунд.
2. Более низкая цена по сравнению с сервоприводными стабилизаторами.
3. Встречаются стабилизаторы данного типа с работой от сильно заниженной сети (от 90 Вольт).
Недостатки
1. Напряжение на выходе стабилизатора при переключении ступеней может измениться мгновенно на 20-30 Вольт. И это будет его нормальной работой. Если к стабилизатору подключены лампы накаливания - то будет заметно изменение яркости (мигание) ламп. Из-за этой же особенности в динамиках аудиосистемы, подключенной к релейному стабилизатору, возможно будут прослушиваться щелчки - при том же переключении ступеней.
2. Кроме этого во время переключения ступеней в цепях, в том числе и в выходных цепях стабилизатора наблюдаются кратковременные всплески напряжения, вызванные ЭДС самоиндукцией автотрансформатора. Амлитуда этих всплесков может превышать питающее напряжение и доходить до 1000 Вольт. По времени эти всплески очень короткие, но крайне желательно, чтобы потребители подключенные к релейному стабилизатору имели элементы "глотающие" эти всплески (варисторы, например). По схеме выше - при переключении контактов РЕЛЕ 1 существует момент когда подвижный контакт реле уже оторвался допустим от верхнего контакта, но ещё не замкнулся с нижним контактом. Именно в момент размыкания с верхним контактом и "образуется" тот самый всплеск ЭДС самоиндукции в автотрансформаторе который уходит на нагрузку.
3. Есть ещё один фактор, связанный с моментами перекоммутации обмоток автотрансформатора в релейном стабилизаторе. Опять таки во время переключения ступеней кратковременно возникают провалы в питании нагрузки. Это происходит когда подвижный контакт РЕЛЕ 2 (по схеме выше) уже оторвался от одного контакта, но ещё не подключился к другому/противоположному. В результате имеем переходные процессы в нагрузке/потребителях - более простыми словами - потребители оказываются на долю секунды отключеными и потом снова подключеными к сети. Для большинства потребителей этот фактор не оказывает существенного влияния, однако этот недостаток релейной схемы имеет место быть.
4. У большинства релейных стабилизаторов заявленная точность поддержания выходного напряжения 220 Вольт +/- 8%. Т.е. в крайних точках ступени напряжение на выходе может быть как 203 Вольта, так и 237 Вольт. Этот фактор нужно учитывать при выборе, если у Вашего оборудования более высокие требования по питанию.
5. Автотрансформаторы входящие в состав 90% выпускаемых релейных стабилизаторов намотаны алюминиевым проводом. По сравнению с медной намоткой "алюминиевые" автотрансформаторы обладают меньшей нагрузочной способностью, более суровым тепловым режимом работы и менее надёжны и безотказны вообщем.
6. Слабое место релейных стабилизаторов - переключающие силовые контакты реле. Со временем контакты имеют свойство окисляться и покрываться нагаром (при работе возникает искрение). Это в свою очередь ведёт к нагреву и ухудшению проводящих свойств в месте соприкосновения. Даже кратковременное превышение тока на которую рассчитана контактная группа может привести к слипанию или отгоранию контактов. В этой связи ни один релейный стабилизатор нельзя назвать стойким к перегрузкам. Для удовлетворительной работы время от времени необходимо прибегать к процедуре чистки контактов реле или замены реле целиком.
7. При переключении ступеней релейный стабилизатор достаточно звонко щёлкает (громкость щелчков тем выше, чем выше мощность стабилизатора - и как следствие больше размеры срабатывающих реле). Это необходимо учитывать, если планируется устанавливать стабилизатор в жилом помещении - ночью, допустим, щёлкающий стабилизатор установленный недалеко от спальни может создать дискомфорт.
С оговоркой на вышесказаное - установка релейных стабилизаторов оправдана при небольшом бюджете в сетях с резкими скачками напряжения в подводящей линии.
СЕРВОПРИВОДНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ
Сервоприводные (они же электромеханические) стабилизаторы являются наиболее распространённым, хорошо зарекомендовавшим и популярным типом стабилизаторов.
Максимально упрощённая схема сервоприводного стабилизатора отображающая принцип его работы :
Один из основных узлов сервоприводного стабилизатора - сервопривод, который приводит в движение токоподающую щётку, которая с свою очередь двигаясь по виткам автотрансформатора, занимает то или иное место соответствующее тому или иному входящему напряжению. Тем самым изменяется коэффициент трансформации - и на выходе имеем стабильное напряжение.
Конструкция автотрансформатора и токоподающей щетки устроена таким образом, что при её движении сначала происходит замыкание со очередной контактной площадкой и только потом рассоединение с предыдущей (т.е. исключаются рассоединения во входной цепи). Выходная цепь постоянно соединена и не является подвижной. Эта особенность даёт уход от недостатков релейной и симисторной схемы, связанных со всплесками и разрывами при перекоммутациях.
Достоинства
1. Высокая точность поддержания выходного напряжения (около 2-3%).
2. Высокая устойчивость к перегрузкам.
3. Отсутствуют какие-либо выбросы и всплески в нагрузке/потребителях, переходные процессы, разрывы в питании - никаких миганий лап освещения, щёлчков и т.д. Достигается за счёт конструкции автотрансформатора и токоподающей щётки, не допускающей этих недостатков в процессе стабилизации.
4. По сравнению с релейным стабилизатором - сервоприводный менее шумный при эксплуатации.
5. Автотрансформаторы абсолютно всех сервоприводных стабилизаторов намотаны медным проводом.
6. Платы управления обычно реализуются на простых логических элементах, без усложнения процессорным управлением. В данном случае эта простота даёт надёжность и безотказность плат управления на долгие годы.
Недостатки
1. Скорость реакции ниже чем у релейного стабилизатора. Составляет примерно 40 Вольт в секунду. Иными словами при резкой просадке входящего напряжения с 220 Вольт до 180 Вольт сервоприводному стабилизатору потребуется секунда времени для "подьёма" выходящего напряжения. Но это не значит что он будет "думать" 1 секунду, а потом подымать напряжение. Процесс подьёма напряжения начнётся мгновенно после просадки и закончится через 1 секунду. Другими словами через 0.5 секунды напряжение на выходе уже будет 200 Вольт, ещё через 0.5 секунды - будет 220 Вольт. Этот недостанок можно назвать условным. Для большинства сетей данный показатель быстродействия является более чем достаточным и удовлетворительным, т.к. большинство сетей не имеет особенностей резкой/мгновенной просадки или подьёма на большую величину напряжения. Иными словами даже в самых суровых сетях сервоприводный стабилизатор будет успевать за измененнием входящего напряжения. Проверено и подтверждено за многолетний опыт продаж и установок данных типов стабилизаторов. Плюс к этому самые современные сервоприводные стабилизаторы обладают более высокой скоростью реакции (до 60 Вольт/сек) благодяря установкам более быстрых двигателей сервоприводов.
2. Имеют в своём составе подвижные механические узлы. Эти узлы подвержены определённому износу. Износ тем выше и тем протекает быстрее - чем более суровые условия эксплуатации стабилизатора (насколько часто и насколько более резко меняется входящее наряжение). Среднее время эксплуатации при средних условиях составляет 3-4 года (иногда 5-7 лет). Узлы которые используются в самых современных сервоприводных стабилизаторах имеют ещё более увеличенный ресурс. Также отметим что замена этих движущихся узлов более простая и более дешёвая чем допустим замена реле или обслуживание/прочистка контактов реле в релейном стабилизаторе (нагар на контактах реле может образоваться уже после года эксплуатации).
3. Сервоприводные стабилизаторы как правило имеют диапазоны работы входящего напряжения - 140-260 Вольт. Недостаток - условный, т.к. этого в большинстве случаев оказывается достаточно.
4. Более высокая цена по сравнению с релейными стабилизаторами.
Установка сервоприводных стабилизаторов всегда была и есть рекомендуемой (даже если делать выбор среди всех типов стабилизаторов).
СТАБИЛИЗАТОРЫ В НАШЕМ КАТАЛОГЕ
vtt14.ru
Виды и обзор стабилизаторов напряжения
В электротехнике стабилизатором называют устройство, предназначенное для поддержания неизменного значения выходного напряжения переменного или постоянного тока.
Все виды стабилизаторов напряжения используют один из двух способов стабилизации:
- Накопление энергии с последующей генерацией электрического тока с нужными параметрами;
- Корректировка входящего напряжения с добавлением необходимого потенциала, приводящего выходные характеристики к номинальным значениям.
Кинетический способ
В кинетическом стабилизаторе энергия накапливается в маховике, находящемся на одном валу с электродвигателем и генератором. Электроэнергия, вращая двигатель, превращается в кинетическую, которую запасает маховик, отдающий её генератору во время изменений входного напряжения.
Такие стабилизаторы применяются только в промышленности, для жилого дома они не пригодны из-за большой мощности, габаритов, шума и вибраций, а также потребности в постоянном обслуживании.
Инверторный способ
Способ накопления энергии реализован также в инверторах, там электроэнергия аккумулируется в емкости конденсатора или в аккумуляторе (в блоках бесперебойного питания), и расходуется, потребляемая электронным генератором, который на выходе выдает стабильное напряжение.
Выпускаются мощные инверторы, которые можно подключить к входу электросети квартиры, или частного дома, и вся бытовая техника не будет страдать от некачественной электроэнергии. Из недостатков:
- не у всех инверторов на выходе правильная синусоида;
- довольно высокая цена, особенно инверторных стабилизаторов дающих синусоидальное выходное напряжение;
- для мощных полупроводниковых приборов требуется интенсивная вентиляция.
инверторный стабилизатор напряжения
Феррорезонансный способ
Принцип накопления энергии в феррорезонансных стабилизаторах можно сравнить с маятником в старинных часах – благодаря резонансу и циклическому переходу накопленной кинетической энергии в потенциальную, и наоборот, он качается с одинаковой частотой и амплитудой, независимо от силы натяжения пружины.
Подобные процессы происходят в феррорезонансном колебательном контуре, где энергия магнитных потоков, с постоянной амплитудой циклически перетекает между обмотками трансформатора и дросселя, находящихся в резонансе. Система достаточно надёжная, но она себя исчерпала в плане возможного развития, к тому же имеет существенные недостатки:
- узкий диапазон входного напряжения и частоты;
- большой уровень шума;
- низкий КПД;
- плохое соотношение массы к выходной мощности.
Поэтому данный тип стабилизаторов вытесняется с рынка более прогрессивными моделями, которые намного лучше устаревших феррорезонансных по всем показателям.
Феррорезонансный стабилизатор напряжения
Корректируя напряжение с помощью автотрансформатора
Почти все виды стабилизаторов переменного напряжения, работающие по принципу корректировки, имеют автотрансформатор в качестве основного элемента. От обычного, данный тип трансформатора отличается тем, что у него есть только одна обмотка, имеющая много отводов от витков индуктивной катушки.
Между общим выводом и одним отводом подключается входное напряжение от электросети, по данной цепи протекает ток, который насыщая магнитопровод автотрансформатора, индуцирует потенциалы по всей обмотке.
Относительно общего вывода, напряжение на витках, находящихся до подключенного отвода будет ниже сетевого, а на тех витках, которые находятся после него, будет выше. Переключаясь между отводами в зависимости от входного напряжения, можно добиться приемлемого выходного значения напряжения. В самых первых стабилизаторах такого типа переключение происходило вручную, исходя из показаний вольтметра.
Позже зрительный контроль заменили микропроцессором, а переключение стали делать с помощью ключей – электромеханических, релейных, симисторных. Существует две схемы релейных и симисторных переключений – по входу и по выходу, в которых принцип тот же, но меняются параметры автотрансформатора и выходной мощности. Реже используется классический трансформатор, где переключения происходят на отводах вторичной обмотки.
Шаг стабилизации
Какой бы ни была система ключей для переключений, в данных стабилизаторах присутствует электронный контроллер управления, для которого нужен встроенный блок питания, имеющий отдельный трансформатор (на схеме не показан) и свой стабилизатор постоянного напряжения.
Из схемы ясно, что переключение не может быть плавным – возможный диапазон выходного напряжения будет пропорционален тем пределам, которые указаны возле каждого ключа. Данный диапазон называют шагом, или ступенью стабилизации.
Чем меньше требуется шаг, тем больше необходимо ключей. Поэтому применяют двухкаскадный принцип стабилизации, который состоит в том, что напряжение с первого каскада подаётся на второй, где также имеется обмотка, расчитанная на диапазон напряжений первого каскада.
Вторая обмотка также имеет отводы, коммутируемые ключами, но с меньшим количеством витков между ними, что уменьшает шаг стабилизации.
Таким образом первый каскад совершает грубую регулировку, а второй точную. В данном стабилизаторе количество ступеней переключения равняется умножению количества ключей в обеих каскадах.
Различие симисторных и релейных стабилизаторов
На вышеприведённой схеме использованы симисторные ключи, но на их месте могут быть реле, от этого принцип не меняется. Иногда для первого каскада применяются реле, а для второго – симисторы, такие стабилизаторы называют гибридными.
Гибридный
Релейные системы стабилизации наиболее экономичны, не искажают синусоиду, терпеливы при перегрузке, подойдут для дома, не подверженного резким скачкам напряжения, но они имеют ограниченный цикл включений – выключений, что влияет на их долговечность.
Симисторные стабилизаторы обладают лучшим быстродействием среди всех остальных, переключение ключей происходит абсолютно бесшумно, чего не скажешь о релейных стабилизаторах, которые довольно громко клацают во время работы.
Благодаря переключению в момент перехода моментального значения переменного тока через ноль, симисторные стабилизаторы избавились от своего главного недостатка – искажения синусоиды при коммутации, поэтому они всё больше набирают популярности.
Существенным недостатком симисторных стабилизаторов является потребность в интенсивном охлаждении, поэтому им нужны вентиляторы, которые сильно шумят, особенно при загрязнении крыльчатки.Сервоприводный стабилизатор
Наиболее точную регулировку обеспечивает электромеханический стабилизатор, у которого имеется только один ключ, в виде графитового стержня, который перемещается по виткам автотрансформатора, контактируя с ними, движимый электродвигателем с электронной системой управления оборотами (сервоприводом).
В данном случае шаг стабилизации будет равен напряжению между двумя соседними витками. Недостатком сервоприводных стабилизаторов является:
- износ графитового стержня (щетки) и мест контакта на соприкасающихся с ним проводах обмотки;
- невозможность работы при минусовых температурах из-за водного конденсата на открытыхтокопроводящих элементах;
- большое время реакции (переключения), из-за иннерциальности механических компонентов;
- значительный шум в работе;
- уязвимость механизмов к воздействию запылённой атмосферы;
- Большое тепловыделение в месте контакта, вследствие чего возможны подгорания щетки при большой нагрузке.
Существуют также перспективные электронные стабилизаторы переменного и постоянного напряжения с применением широтно-импульсной модуляции и трансформатора вольтдобавки, но из-за сложности схем, они применяются пока что лишь в составе электронной аппаратуры.
Похожие статьи
infoelectrik.ru
Как выбрать надежный стабилизатор напряжения для дома
Многим домовладельцам приходилось замечать, что чем дальше их дома расположены от трансформаторной подстанции, тем ниже напряжение в их доме. И наоборот, чем ближе к подстанции находится дом, тем выше напряжение на его входе. Это явление объясняется тем, что в электросети наблюдается падение напряжения, связанное с протяженностью этой сети.
В случае длинной линии электропередач напряжение возле подстанции будет значительно выше номинального, а на другом конце этой же линии напряжение окажется заниженным. Однако как пониженное, так и повышенное напряжение опасно для многих электрических приборов, которые могут выйти из строя или просто не будут включаться.
Помощь в подобной ситуации могут оказать устройства, обеспечивающие регулировку напряжения. Эти устройства называются стабилизаторами напряжения, и сегодня мы поговорим о том, как выбрать хороший стабилизатор.
Принцип работы и виды стабилизаторов напряжения
Во всех видах стабилизаторов принцип работы аналогичен. Начинка прибора анализирует входное напряжение и переключает трансформаторные витки в нем таким образом, чтобы обеспечить необходимую величину и постоянство напряжения на выходе. В настоящее время наибольшей популярностью пользуются три вида стабилизаторов, различающихся между собой по принципу регулировки напряжения: сервоприводные, релейные и электронные.
Сервоприводные стабилизаторы
Работа сервоприводных стабилизаторов обеспечивается за счет сервопривода, который перемещает бегунок вдоль витков трансформатора так, чтобы обеспечивалось постоянство напряжения на выходе. Стоимость подобных стабилизаторов ниже, чем остальных, но это же относится и к их надежности из-за большого числа механических узлов.
Релейные стабилизаторы
Релейные стабилизаторы являются средним звеном между электронными и сервоприводными. Коммутация обмоток в данных стабилизаторах напряжения происходит за счет блока силовых реле. Достоинством этих приборов является их сравнительная дешевизна, а недостаток заключается в ограниченности срока службы, что обусловлено наличием реле, являющимся по сути своей механическим элементом.
Электронные стабилизаторы
Наибольшую надежность имеют электронные стабилизаторы, в которых роль исполнительного механизма отводится электронным ключам. Эти приборы надежны в работе, имеют большое быстродействие и практически бесшумны. Но стоят они почти вдвое дороже, чем их механические аналоги.
Критерии выбора
Для правильного выбора стабилизатора необходимо знать полную мощность, потребляемую всеми электроприборами вашего дома. Полная мощность каждого прибора указывается на прикрепленной к нему табличке в Ватт-Амперах (ВА). Если же на приборе мощность указывается только в Ваттах (Вт), то речь идет лишь об активной мощности, являющейся частью полной потребляемой мощности.
Определяя мощность стабилизатора, необходимо учесть наличие в доме электромоторов, которым в момент пуска необходим ток, превосходящий номинальный в 3-6 раз. Это относится к холодильникам, компрессорам и насосам. Выбирая трансформатор, необходимо учесть коэффициент трансформации, который снижается прямо пропорционально уровню падения напряжения. Поэтому стабилизаторы выбираются с запасом в 20-30%, а не впритык.
Подбирая необходимый для вашего дома стабилизатор напряжения, вы должны пригласить квалифицированного специалиста, который произведет все необходимые точные замеры. Подключение стабилизатора для нужд всего дома производится на выходе счетчика.
masterim.guru
