Перейти на главную NR-Labs
   Сегодня:  года
КАК ВЫБРАТЬ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ.
С конца 50-х годов до конца 80-х, внимание энергетиков было сосредоточено на количественном аспекте электропитания и на безопасности использования. Потребители не были столь критичными и последствия из-за плохого качества или отсутствия электропитания были не такими тяжелыми как сегодня.
С 90-х годов до настоящего времени, внимание постепенно сместилось на качество электропитания. Благодаря усложнениям электропотребителей - массовое использование электронных чипов от офиса до телекоммуникаций, от промышленной автоматизации до робототехники, от управления информационными потоками до Интернета, от лабораторных анализов до медицинской диагностики -повышались и требования к качеству электропитания.
Темпы роста «энерговооруженности» нашего быта достигли впечатляющих вершин - от лампочки освещения и примитивного утюга в 50-х годах, до персональных компьютеров, домашних кинотеатров и разного рода комбайнов в наши дни. Рост же электропотребления в промышленности еще более впечатлитяет. В последнее время положение с качеством электропитания усугубилось с появлением энергоемкого оборудования и технологий, управление которыми основано на коммутационном принципе (с помощью реле, контакторов, тиристоров и персональных компьютеров). Это явилось причиной таких нарушений электропитания, как высокочастотные импульсы и помехи в сети, отклонение напряжения от номинального значения и искажение синусоидальной формы напряжения и тока.
СКОЛЬКО МЫ ПЛАТИМ ЗА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ, ИЛИ КАК К НАМ ЗАЛЕЗЛИ В КАРМАН.
К сожалению, усилия компаний-поставщиков электроэнергии не только не могут гарантировать потребителям стабильного по величине напряжения, но и часто усугубляют проблему. Так, поставщики электроэнергии, и это не секрет, часто поднимают напряжение в низковольтных сетях с 220/380 В (+/-5%) до 230/400 В (+/-10%). В результате множество моторов, осветительных систем и основная часть электрооборудования, рассчитанного на напряжение 220 В, будет потреблять (и это будет оплачено) на 9,3% больше энергии, чем необходимо. Эти и другие нарушения качества электропитания могут привести не только к выходу из строя оборудования, сбоям техпроцессов и потерям данных, но и к человеческим жертвам (при отказе средств жизнеобеспечения и пожаротушения).
Для примера рассмотрим разные электрические устройства и тот эффект, который оказывает на них избыточное и недостаточное напряжение в сети.
В электродвигателях, пусковой момент изменяется в зависимости от напряжения следующим образом. Если напряжение ниже номинального на 10%, момент падает на 20% и нагрев обмоток возрастает приблизительно на 7 градусов. Если же напряжение выше номинала на 10%, ток вырастает на 12%, нагрев на 10 градусов и потребление энергии на 21%.
В осветительных системах повышенное на 10% напряжение увеличивает световой поток на 30% и снижает ресурс лампы, в среднем, на 40%. Расход энергии при этом возрастает на 21%. Снижение напряжения на ту же величину в газонаполненных лампах приводит к потере излучаемого света примерно на 42%.
В оборудовании, в состав которого входят нагревательные элементы, недостаточное напряжение (-10%) приводит к тому, что процессы, на которые должно затрачиваться, к примеру, 4 часа, продлятся 5 часов, так как количество выделенного тепла изменяется пропорционально квадрату напряжения.
ДЕШЕВО И СЕРДИТО
Поскольку проблема не нова и всё вышесказанное хорошо известно, специалистами различных уровней предпринимаются значительные усилия в направлении более эффективного использования энергоресурсов - от разработки устройств, с возобновляемыми источниками энергии, и до более прозаических решений, таких, как «УХОДЯ ГАСИТЕ СВЕТ», где был достигнут довольно значительный прогресс. Однако, многими потребителями электроэнергии пренебрегается эффективнейшая мера энергосбережения с минимумом капитальных вложений - стабилизация напряжения.
Стабилизатор напряжения - это устройство, гарантирующее получение стабилизированного в оговорённых пределах напряжения. Самыми простыми стабилизаторами являются электромеханические на базе автотрансформатора, где щетки приводятся в движение вдоль вторичной обмотки реверсивным двигателем. Двигатель получает управляющее напряжение по результатам измерения напряжения на выходе.
Эта система в течение гарантийного срока вполне работоспособна, однако при дальнейшей эксплуатации, особенно в наших российских условиях при частых перепадах напряжения, существует опасность выхода из строя механического привода щеток и межвиткового замыкания обмоток из-за их стирания. Поэтому такие качества этого стабилизатора, как повышенная пожароопасность с ростом его мощности и большая инерционность, являются существенным «противопоказанием» для питания оборудования, требовательного к качеству питания.
Электронные же стабилизаторы, на базе электронных ключей (тиристоров), гораздо быстрее реагируют на управляющие сигналы и, как правило, оснащены соответствующими системами защиты, как нагрузки, так и самого стабилизатора.
ОПРАВДАННЫЕ ОЖИДАНИЯ
Использование стабилизатора напряжения позволяет обеспечить не только экономию энергии благодаря устранению выше описанных эффектов из-за избыточного и/или недостаточного напряжения в сети, но и:
- рост ресурса и производительности оборудования благодаря тому, что оно не подвергается неожиданным изменениям напряжения питания и работает на том напряжении, на которое оно рассчитано;
- снижение стоимости обслуживания, т.к. возрастает ресурс оборудования, период замены отдельных узлов или оборудования в целом удлиняется благодаря длительному сохранению ими работоспособности. Количество поломок и отказов также снижается благодаря устранению фактора риска;- снижение стоимости обслуживания, т.к. возрастает ресурс оборудования, период замены отдельных узлов или оборудования в целом удлиняется благодаря длительному сохранению ими работоспособности. Количество поломок и отказов также снижается благодаря устранению фактора риска;
- адаптацию оборудования рассчитанного на сеть 220/380 вольт, при переходе на сеть 230/400 вольт без дополнительных капиталовложений. Современный стабилизатор всегда обеспечит требующееся напряжение, а стало быть, и прогнозируемые характеристики оборудования и расход энергии.
Поэтому применение стабилизации напряжения является, пожалуй, самой доступной и эффективной мерой энергосбережения, особенно в условиях, когда управление энергозатратами является ключевым моментом при потреблении электроэнергии.
ДОРОГОВАТО БУДЕТ, ЗАТО БЕЗ ПРОБЛЕМ.
Широкое внедрение компьютерной техники, современных приборов и технологий, работа которых существенно зависит от качества электропитания, вызвало потребность в разработке таких систем энергоснабжения, в которых особое внимание уделялось бы вопросам его качества. В свою очередь рост количества электронных устройств, подключенных к электросети, увеличивает вероятность их негативного воздействия на электрораспределительные системы, что требует принципиально нового подхода к разработке мер защиты от такого воздействия. Кроме того, сохранение синусоидальной формы напряжения в цепях нагрузки в наше время столь же важно, как и бесперебойность электропитания.
В настоящее время практически единственной системой энергоснабжения, удовлетворяющей вышеперечисленным требованиям, являются источники бесперебойного питания (ИБП). В современных экономических условиях их использование неизбежно в ключевых и стратегически важных областях применения. К таким ключевым и стратегическим областям относятся различные промышленные процессы с непрерывным циклом, информационные технологии, телекоммуникация, спутниковая и волоконно-оптическая связь, промышленная автоматика, системы жизнеобеспечения зданий, медицинская диагностика и многие другие.
Подтверждением этого является следующий пример. Если напряжение питания персонального компьютера или техпроцесса, управляемого им, находится в пределах ± 20% от номинального значения, никаких проблем в их работе, связанных с питанием, не возникает. Однако статистика показывает, что из 103 "провалов" напряжения, в среднем случающихся на одном объекте в год, 42 сопровождается 70-процентным отклонением напряжения от его номинального значения. Это означает, что примерно с 50% помех такого рода стабилизация и фильтрация сети питания «не справляется», что приводит к отключению оборудования и потере результатов работы. Весьма ощутимым следствием перепада напряжения может стать неожиданная перезагрузка компьютера и потеря данных, стоимость которых часто несоизмеримо больше стоимости оборудования!
Все эти факторы являются реальностью, с которой следует считаться в современной электронике. Причем их последствия в наши дни куда более ощутимы, чем несколько лет назад.
Схематическое изображение Нестабильности и помехи в электросети Причины Способ защиты
Провалы или повышение напряжения на время не более 20 мс Подключение и отключение мощных потребителей. Стабилизатор напряжения, ИБП
Колебания напряжения в пределах от 1% до10% с периодичностью (соответственно) от 1с до 10 мин Подключение потребителей с переменной нагрузкой Стабилизатор напряжения, ИБП
Падение напряжения длительное Одновременное подключение большого количества потребителей при ЛЭП низкого качества. Стабилизатор напряжения, ИБП
Увеличение напряжения длительное Отключение мощных потребителей при ЛЭП ограниченной мощности Стабилизатор напряжения, ИБП
Высоковольтные импульсные выбросы величиной до 6 кВ и длительностью менее 10 мс Удар молнии вблизи вблизи ЛЭП, во время переключения мощных электромагнитных нагрузок и т.п ИБП, ограничитель перенапряжения (УЗИП/OVR)
Временные перенапряжения (периодические выбросы напряжения с коэффициентом перенапряжения Кпер = 1.15 длительностью до 60с, 1.31 - 20с, 1.47 - 1с) Неисправность оборудования ЛЭП и нелинейные нагрузки ИБП
Провалы напряжения более чем на 20% на время до 30 с (кратковременные) Неисправности оборудования ЛЭП. ИБП
Высокочастотный шум Работающие электродвигатели, близко расположенные радиопередатчики и т.п. ИБП
Отклонение частоты Нестабильная работа источника электроэнергии. ИБП с двойным преобразованием
Несинусоидальность формы сетевого напряжения Работа мощных потребителей с нелинейной нагрузкой ИБП с двойным преобразованием
Пропадание напряжения на длительное время Различные аварийные и другие нештатные ситуации на ЛЭП. ИБП, генераторная установка

КАК ВЫБРАТЬ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
Энергетики обязуются поставлять нам электричество надлежащего качества, а именно -частотой 50 Гц и напряжением 220 В +10%. Но, к сожалению, в действительности это часто бывает не так. Если с частотой, как правило, всё в порядке, то напряжение в наших сетях может отклоняться в довольно широком диапазоне. В результате электрооборудование и бытовая техника работают не так как положено, находясь в критических условиях, и рано или поздно выходят из строя.
Собственно стабилизатор предназначен для автоматического регулирования напряжения, защиты оборудования от бросков напряжения, сглаживания импульсных помех. Производят стабилизаторы различные отечественные и зарубежные предприятия. Наша компания отобрала для своего ассортимента наиболее популярные и качественные модели, отвечающие разнообразным техническим и ценовым требованиям. Вся продукция сертифицирована, прошла предпродажную подготовку и обеспечена гарантийным обслуживанием. У нас Вы можете приобрести различные модели марок «LIDER» (г. Псков), «ШТИЛЬ» (г. Тула), «СТС» (г. Тирасполь), «SASSIN», «SOLBY», «WUSLEY» (r. Wenzhou - Китай). Итак, перейдём непосредственно к методике выбора:
1. Трёхфазный, или однофазный?
Если у Вас однофазная сеть, то выбор очевиден. Если сеть – трёхфазная, при наличии хотя бы одного трёхфазного потребителя потребуется трёхфазный стабилизатор. При условии, что все нагрузки однофазные, можно использовать три однофазных стабилизатора. Преимущества такого варианта заключаются в меньшей стоимости, и позволяет обойти особенность трёхфазных стабилизаторов, а именно отключение всего устройства при исчезновении напряжения на одной из фаз (по любым причинам).
2. Как рассчитать требуемую мощность?
Стабилизатор можно устанавливать для стабилизации напряжения, как отдельного взятого оборудования, так и всего объекта в целом. Это зависит от конкретных требований и возможностей. Чтобы сделать выбор модели стабилизатора напряжения по критерию необходимой мощности, нужно рассчитать суммарную мощность, потребляемую нагрузкой. Мощность, потребляемую конкретным устройством, можно узнать из паспорта или инструкции по эксплуатации. Иногда потребляемая мощность вместе с напряжением питания и частотой сети указывается на задней стенке прибора или устройства. При подсчете мощности, потребляемой устройством, следует учитывать так называемую полную мощность. Полная мощность - это вся мощность, потребляемая электроприбором, она состоит из активной мощности и реактивной мощности, в зависимости от типа нагрузки. Активная мощность всегда указывается в ваттах (Вт), полная - в вольт-амперах (ВА). Устройства - потребители электроэнергии зачастую имеют как активную, так и реактивную составляющие нагрузки.
2.1. Активная нагрузка.
У этого вида нагрузки вся потребляемая энергия преобразуется в тепло. У некоторых устройств данная составляющая является основной. Примеры - лампы накаливания, обогреватели, электроплиты, утюги и т. п. Если их указанная потребляемая мощность составляет 1 кВт, для их питания достаточно стабилизатора мощностью 1 кВА.
2.2. Реактивные нагрузки.
Все остальные. Они, в свою очередь, подразделяются на индуктивные и емкостные. Пример - устройства, содержащие электродвигатель, электронная, бытовая техника. Полная мощность в вольт-амперах (ВА) и активная мощность в ваттах (Вт) связаны между собой коэффициентом cos(φ). На приборах, имеющих реактивную составляющую нагрузки, часто указывают их активную потребляемую мощность в Вт и cos(φ). Чтобы подсчитать полную мощность в ВА, нужно активную мощность в Вт разделить на cos(φ). Например: если на дрели написано "600 Вт" и " cos(φ)= 0,6", это означает, что на самом деле потребляемая инструментом полная мощность будет равна 600/0,6=1000 ВА. Если cos(φ) не указан, для грубого расчета активную мощность можно разделить на 0,7.
2.3. Высокие пусковые токи.
Любой электродвигатель в момент включения потребляет энергии в несколько раз больше, чем в штатном режиме. В случае, когда в состав нагрузки входит электродвигатель, который является основным потребителем в данном устройстве (например, погружной насос, холодильник), его паспортную потребляемую мощность необходимо умножить на 3, во избежание перегрузки стабилизатора в момент включения устройства. Рекомендуется выбирать модель стабилизатора с 20% запасом от потребляемой мощности нагрузки. Во-первых, Вы обеспечите "щадящий" режим работы стабилизатора, тем самым, увеличив его срок службы, во-вторых, создадите себе резерв мощности для подключения нового оборудования.
2.4. Точность стабилизации
Для выбора точности стабилизации необходимо определить диапазон напряжений, допустимых для питания защищаемой стабилизатором напряжения аппаратуры. Чтобы узнать параметры электропитания Вашей аппаратуры, обратитесь к инструкции по эксплуатации или в сервисный центр ее производителя. Ниже приведены примерные рекомендации по подбору стабилизатора для типовой аппаратуры.
Для питания сложной медицинской аппаратуры, точных измерительных приборов и высококлассной аудиовидеотехники (классов Hi-Fi, Hi-End) желателен стабилизатор напряжения с точностью до 3%.
Осветительную аппаратуру (люстры, прожекторы, софиты и т.п.) рекомендуется подключать через стабилизатор с точностью не менее 1,5%. Чем выше точность стабилизации, тем меньше разброс выходного напряжения, и, соответственно, меньше видимое изменение интенсивности света при резких скачках входного напряжения.
Электропитание большинства бытовых приборов и аппаратуры можно осуществлять напряжением с точностью 5%.
2.5. Поправочный коэффициент
Не секрет, что стабильное напряжение на выходе стабилизатора при существенном отклонении его в питающей сети берется не из воздуха. Поэтому максимальная мощность стабилизатора указана для идеальных условий, то есть при напряжении сети 220В, когда стабилизатор, по сути, не работает. Для правильного выбора мощности необходимо рассчитанную мощность всех Ваших потребителей умножить на коэффициент, указанный в таблице и соответствующий наиболее ожидаемому напряжению в сети.
Напряжение, В 130 150 170 210 220 230 250 270
Поправка 1,69 1,47 1,29 1,05 1,00 1,05 1,29 1,47

ТИПЫ ПРИМЕНЯЕМЫХ СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ.
Основное отличие стабилизаторов напряжения - это отличие по принципу действия. Существуют, пожалуй, четыре основных типа стабилизаторов, рассмотрим их подробнее.
1. Феррорезонансные.
Устаревшая конструкция стабилизаторов типа «Олень» и т.п., выпускавшихся, как правило, небольшой мощности. Эти стабилизаторы обладали рядом недостатков (узкий рабочий диапазон, работа только под нагрузкой, опасность взрыва мощных конденсаторов) и в настоящее время сняты с производства.
2. Стабилизаторы, работающие по принципу магнитного усилителя.
К этой группе относятся модели «СТС-ЗС/0,5», их часто путают с феррорезонансными стабилизаторами, но это не так. За основу работы таких стабилизаторов взято изменение подмагничивания сердечника трансформатора. За счёт этого достигается высокая точность, скорость и в тоже время плавность регулировки напряжения. Стабилизаторы «СТС» - единственные агрегаты, способные работать в критических условиях окружающей среды: t°-45 +45° С, влажность 98%, обладают возможностью двукратной перегрузки, трёхфазные модели отслеживают одновременно линейное и фазное напряжение. Минусами этих стабилизаторов являются: высокий уровень шума, недостаточно широкий рабочий диапазон, трёхфазные модели не могут работать без наличия всех трёх фаз, критичны к перекосу фаз, обладают большой массой, вносят некоторое искажения в синусоиду.
3. Дискретные («электронные») стабилизаторы
По этому принципу изготавливаются большая часть стабилизаторов «Штиль» и все стабилизаторы «Lider». Основой этих стабилизаторов напряжения является автотрансформатор с несколькими выводами на вторичной обмотке. В зависимости от величины входного напряжения при помощи силовых ключей (электромагнитные реле, симисторы, или тиристоры) коммутируется различное число витков на выходе стабилизатора, таким образом меняется коэффициент трансформации. Положительными сторонами такой конструкции является высокое быстродействие, широкий рабочий диапазон, отсутствие искажения синусоиды. Минусы - дискретность (ступенчатость) переключения отражается на работе световых приборов (заметно некоторое мерцание света). Данного недостатка лишены высокоточные (SQ) модели стабилизаторов «Lider».
4. Электродинамические («механические») стабилизаторы.
По такой системе работают стабилизаторы марки «SASSIN», «SOLBY». Главным рабочим элементом таких стабилизаторов является так называемый ЛАТР с сервоприводом. В момент изменения напряжения на входе электроника даёт команду электродвигателя, и тот в свою очередь позиционирует щётку ЛАТРа в соответствующее положение. Этим достигается высокая точность стабилизации, плавность регулировки, не искажается синус. Отрицательная сторона механики - низкое быстродействие и быстрый износ. Подобные стабилизаторы желательно применять в сетях, где нет резких скачков напряжения.
Сводная таблица по стабилизаторам.

Параметр Ферррезонансные Магнитный усилитель Механические Электронные
Мощность Плохо Хорошо Хорошо Хорошо
Быстродействие Плохо Отлично Плохо Отлично
Точность выхода Плохо Отлично Хорошо Хорошо/Отлично
Плавность регулирования Удовлетворительно Отлично Хорошо Хорошо/Отлично
Устойчивость к перегрузке Плохо Хорошо Хорошо Хорошо/Отлично
Шумность Удовлетворительно Плохо Удовлетворительно Хорошо
Универсальность нагрузки Удовлетворительно Плохо Хорошо Хорошо
Набор функций Плохо Хорошо Удовлетворительно Хорошо/Отлично
Надежность Плохо Хорошо Удовлетворительно Отлично
Время работы между ТО Удовлетворительно Хорошо Удовлетворительно Отлично
Срок службы Плохо Хорошо Плохо Отлично
Стоимость Низкая Средняя Средняя Высокая

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Что выбрать, если Вам подходят стабилизаторы различных марок? В данной статье мы осветили основные принципы выбора стабилизатора. Разные марки и модели отличаются друг от друга помимо основных характеристик множеством других параметров. Поэтому для окончательного выбора стабилизатора напряжения Вам лучше проконсультироваться у специалистов нашей компании. Мы с удовольствием дадим Вам квалифицированные индивидуальные рекомендации.
© NR-Labs, 1991-2010