Что такое стабилизатор переменного напряжения?
Стабилизатор переменного напряжения – это преобразующее устройство, главным назначением которого является защита электроприборов (например, холодильника, телевизора, стиральной машины, сплит-системы) от воздействий сетевых колебаний и скачков, способных привести их к повреждению и выходу из строя.
Первые модели появились в середине прошлого века. Это были устройства электромагнитного типа, работа которых основана на явлении электромагнитной индукции – возникновении электрического тока в замкнутом контуре автотрансформатора. Они не отличались высокими значениями таких показателей эффективности работы как точность стабилизации напряжения, скорость реагирования на его изменение в сети, КПД, перегрузочная способность. К тому же, даже маломощные устройства тех времен были громоздкими и тяжёлыми.
Во многих современных автоматических регуляторах напряжения (AVR – Automatic Voltage Regulator) в качестве устройства преобразования до сих пор применяется автотрансформатор. В инверторных моделях используется технология двойного, бестрансформаторного преобразования электроэнергии.
В зависимости от типа сети, на которую рассчитаны стабилизаторы, существуют однофазные, трехфазные и устройства, имеющие конфигурацию 3:1 («три в один»). Первые применяются только для стабилизации питания однофазных электроприборов. Трехфазные стабилизаторы предназначены для работы в трехфазных сетях для питания оборудования, рассчитанного на 380 В, но при пофазном распределении нагрузки могут быть использованы и для питания однофазных электроприборов.
Особенность устройств конфигурации 3:1 – это работа в цепях с разным типом напряжения (входной сигнал трехфазный, а на выходе – однофазный). Их применение предпочтительно для подключения однофазных нагрузок большой мощности – это обеспечит равномерность распределения токов потребления по всем трем фазам, исключив перекос фаз.
По принципу построения защиты стабилизаторы могут быть локального типа (для подключения отдельных электроприборов) и магистрального типа, рассчитанные на подключение всей нагрузки в помещении. Первые – это устройства небольшой мощности для установки по месту расположения электроприбора. Подключение их к входной сети и нагрузке выполняется штепсельным соединением (вилка-розетка). В более мощных магистральных моделях (обычно мощностью выше 4000 ВА) для подключения используется клеммная колодка.
Назначение и функции стабилизаторов сетевого напряжения
Любое электрическое устройство, бытовой электроприбор или оборудование промышленного назначения рассчитаны на подключение к сети переменного тока со стандартным (номинальным) значением сигнала. Эффективность и безопасность работы электрооборудования гарантируется производителем только при условии его работы в заявленном диапазоне рабочего напряжения.
Многим читателям, наверняка, приходилось сталкиваться с низким качеством электропитания: повышенным или пониженным значением вольтажа питающей сети, его нестабильностью, а также искаженной формой сигнала и наличием импульсных (коммутационных) и высокочастотных помех. Это обусловлено плохим техническим состоянием сетей, их износом или несоответствием мощности устаревшего на сегодня оборудования систем электроснабжения фактическим объемам потребления электроэнергии. Отклонения сигнала от нормы, нестабильность его значения – нередкие явления не только в сельских или дачных, но и в городских электрических сетях.
Эксплуатация бытовой или промышленной техники в сетях с низким качеством электроэнергии может привести к её повреждению или полному выходу из строя, что повлечет за собой затратный и длительный ремонт.
Эффективным решением организации качественного питания электроприборов в быту и на производстве считается применение стабилизаторов. Их задача в коррекции и постоянной поддержке требуемого уровня напряжения на выходе как при изменении его значения в питающей электросети, так и при возможном изменении тока нагрузки.
Многие современные стабилизаторы также имеют ряд дополнительных функций:
- коррекция формы сигнала на выходе;
- защита от перегрева и коротких замыканий в цепи питания нагрузки;
- защитное отключение при недопустимых значениях напряжения входа (порог по верхней и нижней границе может быть задан пользователем);
- подавление ВЧ- и импульсных помех выходным фильтром;
- настройка требуемого значения выходного напряжения, отличного от стандартного;
- мониторинг параметров и дистанционное управление.
Стабилизация электропитания востребована не только в случаях серьезных отклонений напряжения от нормы или при недопустимых колебаниях его значений. В соответствии с действующим в РФ ГОСТом 13109-97, определяющим качество электроэнергии, допустимые отклонения сигнала в сети составляют ±10% от номинального значения. То есть фазное напряжение в диапазоне 198–242 В, согласно данному стандарту, считается нормальным. Оно обеспечит нормальную работу большинства электроприборов. Однако, для питания электрочувствительной техники, например, газовых котлов с электронным управлением, во избежание сбоев и ошибок в работе рекомендуется использование стабилизаторов. То же самое можно сказать относительно чувствительных к питанию электроприборов, изготовленных в странах с более жесткими стандартами качества электроэнергии.
Основные типы стабилизаторов переменного напряжения
В зависимости от принципа работы существуют следующие типы стабилизаторов:
- феррорезонансные;
- электромеханические (сервоприводные);
- релейные;
- электронные (полупроводниковые);
- инверторные.
Далее кратко рассмотрены их основные отличия. Для получения более подробных сведений рекомендуем ознакомиться со статьей об основных видах стабилизаторов напряжения.
Феррорезонансные
В основе преобразования напряжения лежит явление электромагнитного феррорезонанса – магнитного насыщения ферромагнитных сердечников дросселей. За счет статичности и простоты своей конструкции они имеют высокие показатели надежности и длительную эксплуатацию.
Небольшое их распространение в наше время обусловлено низким КПД, модифицированностью синусоиды на выходе, шумом в работе, довольно узким диапазоном рабочих напряжений и другими недостатками.
Электромеханические
Альтернативное название – сервоприводные, так как в их устройстве есть сервопривод, обеспечивающий перемещение токосъемных щеток, снимающих вторичное напряжения с витков обмотки автотрансформатора. Наличие вращающихся и движущихся деталей в составе представляет определенную уязвимость их конструкции: эксплуатация связана с частым износом деталей, расходных материалов и необходимостью регулярного технического обслуживания.
Стали популярны за счет неплохих технических характеристик и невысокой цены. Они применяются как недорогие устройства защиты электрооборудования, которому не требуется высокое качество питания.
Релейные
По принципу преобразования напряжения относятся к аналогам сервоприводных. Разница между ними заключается в способе передачи вторичного напряжения с автотрансформатора. Коммутация осуществляется не токосъемными щетками с витков трансформатора, а силовыми реле, установленными на отпайках его обмотки.
Как и электромеханические, релейные приборы относятся к бюджетной категории стабилизаторов. Выигрывая в быстродействии и имея большую износостойкость, они уступают сервоприводным в точности и плавности коррекции.
Электронные
Отличаются от релейных полным отсутствием механических деталей. Коммутация выходного напряжения осуществляется полупроводниковыми силовыми ключами – тиристорами или симисторами. Преимуществом этих более совершенных устройств является высокое быстродействие. К сожалению, ступенчатость коррекции существенно снижает точность стабилизации.
Инверторные
Упрощенно, не вдаваясь в технические подробности, работу инверторного стабилизатора можно описать как электронное преобразование переменного напряжение в постоянное с последующей трансформацией в стабилизированное переменное синусоидальной формы. За счёт применения микропроцессорных чипов и электронных ключей, они превосходят ранние трансформаторные модели по техническим характеристикам и эффективности работы.
Известные бренды, например производитель «Штиль», уже несколько лет назад начали выпускать устройства нового инверторного типа, использующие схему двойного преобразования. Их преимуществом, даже при работе в сетях с низким качеством электроэнергии, является высокое быстродействие и неизменное качество выходного сигнала (высокая точность приближения к номинальному значению и идеальная синусоидальная форма). Не будет преувеличением назвать инверторные стабилизаторы универсальными источниками питания для любой, даже чувствительной, нагрузки.