Однофазные и трехфазные стабилизаторы напряжения: правила выбора

Критерии выбора стабилизатора на 3 фазы

Для защиты от аномалий входных параметров тока электрооборудования бытового и промышленного назначения стабилизатор напряжения рекомендуется выбирать в соответствии со следующими критериями:

Количество фаз питания. Трёхфазные стабилизаторы напряжения для дома, офиса или производственных предприятий выбираются в том случае, если от электросети объекта питается хотя бы один потребитель с 3-фазной схемой питания. В ситуациях, когда суммарная потребляемая мощность подключаемой однофазной техники превышает 7 кВт, сеть целесообразно переоборудовать на 3-фазы с подключением к каждой из них отдельного однофазного стабилизатора с соответствующим фазовой нагрузке значением мощности.

Мощность.

Точность и инерционность стабилизации. Приводятся в инструкции по эксплуатации или паспорте электроприбора. К примеру, бытовое оборудование и оргтехника нуждаются в стабилизации сетевого напряжения с погрешностью до 5%, тогда как лабораторная, вычислительная, телевизионная и т.д. техника не терпит погрешностей стабилизации выше 1%. Инерционность стабилизатора – время реакции на изменения входных параметров сетевого тока – выбирается в соответствии с характеристиками потребителей.

Диапазон напряжения на входе. Заявленная производителем точность стабилизации касается рабочего диапазона входного напряжения. При выходе последнего за установленные (предельные) рамки стабилизатор отключает потребителей от питания, либо отключается сам.

Перегрузочная способность. Характеризуется временем, на протяжении которого стабилизатор способен выдавать мощность, превышающую номинальную на 5% и выше. По истечению заданного периода перегрузки или при коротком замыкании система защиты отключает устройство с целью предотвращения его выхода из строя. Трёхфазный промышленный стабилизатор напряжения должен иметь высокую устойчивость к перегрузкам, поскольку к электросетям производственного назначения часто подключаются потребители со значительными скачками параметров тока при запуске (электродвигатели, насосы и т.п.).

Наличие интеллектуальных опций контроля и управления, в том числе удалённого, работой системы. Нормализаторы напряжения могут оснащаться дополнительными опциями, повышающими удобство контроля и управления параметрами сетевого тока, к примеру, фильтрами импульсных помех, ручной регулировкой выходного напряжения, байпасом, дистанционным управлением и т.д.

Схема и особенности подключения

В зависимости от особенностей потребителей электроэнергии, нуждающихся в защите от аномалий входного тока, трёхфазный стабилизатор напряжения может подключаться по одной из следующих схем:

1. Сразу после электросчётчика или распределительного щитка;
2. Непосредственно перед потребителем, нуждающимся в стабилизации напряжения.

Стабилизатор с 3-фазным питанием имеет 4 входных и 4 выходных клеммы. Одна из них предназначена для подключения нуля или нейтрали, остальные – для подключения фазных линий. Эта схема соблюдается независимо от того, где подключен нормализатор – после счётчика или сразу перед защищаемым оборудованием.

Чтобы выбрать трёхфазный стабилизатор напряжения, следует внимательно изучить свойства сети электропитания, а также характеристик подключаемого к ней оборудования. Грамотный подбор устройства стабилизации позволяет обеспечить стабильную и непрерывную работу потребителей и способствует увеличению срока их службы.

Определение

Стабилизатор напряжения (СН) — это устройство, предназначенное для преобразования входного нестабильного напряжения из электросети: заниженного, завышенного или с периодическими скачками, в стабильное по величине на выходе устройства и подключенных к нему электроприборах.

Перефразируем для чайников: стабилизатор делает так, чтобы для подключенных к нему приборов напряжение всегда было одинаковым и близким к 220В независимо от того, каким оно поступает на его вход: 180, 190, 240, 250 Вольт или вообще плавает.

Отметим, что 220В или 240В это стандартная величина для РФ, Беларуси, Украины и так далее. Но в некоторых странах ближнего и дальнего зарубежья оно может быть другим, например 110В. Соответственно «наши» стабилизаторы там работать не будут.

Стабилизаторы бывают разных видов: как для работы в цепях постоянного тока (линейные и импульсные, параллельного и последовательного типов), так и для работы в цепях переменного тока. Последние часто называют «стабилизаторы сетевого напряжения» или просто «стабилизаторы 220В». Если говорить простым языком, то такие стабилизаторы подключают к электросети, а уже к нему подключают потребители.

В быту СН используют для защиты как отдельных приборов, например, для холодильника или компьютера, так и для защиты всего дома, в этом случае мощный стабилизатор устанавливается на ввод.

Как подключить мощный однофазный стабилизатор на 220 В

Прежде чем представить схему, необходимо вспомнить, что электросети на 220 В оборудованы двумя проводами. Первый — фаза, второй — ноль. Чтобы правильно их определить потребуется специальная индикаторная отвертка. Процедура проверки выглядит следующим образом. Берется отвертка, большой палец прислоняется к металлическому выступу на ручке, а рабочая поверхность присоединяется к оголенному электропроводу, по которому проходит ток. Если лампочка на отвертке загорается, значит это фаза, если нет — ноль.

Теперь разберемся с самой схемой

При подключении однофазного стабилизатора нужно обратить внимание, что он имеет несколько мест крепления, куда присоединяются кабеля. Многие попросту не понимают, что куда следует подключать

Из данной группы существует два типа агрегатов. Первые имеют ноль и по одной фазе (для входа и выхода). Вторые имеют фазу-вход и фазу-выход вместе с ноль-вход и ноль-выход. Они имеют вид зажимов с соответствующей подписью.

В первой ситуации берется фазовая жила, идущая от счетчика, и подключается к разъему фаза-вход, а нулевая — к нулю. При этом имеется два выходящих электрокабеля, идущих к потребителям: первый подключается к фазе-выход, второй — к нулю.

Во второй ситуации кабеля фаза и ноль закрепляются над соответствующими зажимами «фаза» и «ноль». Выходящие, в свою очередь, крепятся к фазе-выход и нулю-выход.

Важно обратить внимание, чтобы провода были надежно закреплены, не болтались. Иначе есть вероятность, что они со временем начнут перегреваться, что уже небезопасно. Схема подключения стабилизатора напряжения в частном доме представлена ниже

Схема подключения стабилизатора напряжения в частном доме представлена ниже.

Подключение стабилизатора напряжения на 220 В в квартирном в щитке производится по аналогичной схеме непосредственно после счетчика электроэнергии.

Симисторные, тиристорные стабилизаторы

Эти стабилизаторы относятся к электронным. Напряжение корректируется ступенями. В процессах переключения обмоток автотрансформатора задействованы симисторы или тиристоры.

Как видно из рисунка напряжение выравнивается, как только оно опустится ниже определенного значения.  На рисунке это значение — 208В. Только после достижения напряжения данной величины, происходит его выравнивание до 220В. Поэтому эти стабилизаторы и называют ступенчатыми.

Грубо говоря регулировка осуществляется как бы перепрыгиванием с одной ступеньки напряжения на другую. Чем больше ступеней, тем более точно осуществляется регулирование.

Работу устройства в отличии от релейных собратьев практически не слышно. Благодаря этому его можно размещать в любом помещении, никаких неудобств по созданию шума он не создаст. Также практически не будет видно и изменения в освещении. Раздражающее мигание ламп будет еле заметным.

Что внутри

Внутреннее устройство очень похоже на схему релейного:

1. Тороидальный трансформатор
2. Плата управления
3. Силовые ключи из симисторов

Трансформатор имеет несколько обмоток и среднюю точку, через которую подается напряжение на него. Одни ступени отвечают за понижение напряжение, другие за повышение. Благодаря плате управления и симисторам, стабилизатор может одновременно замкнуть как контакты повышающие так и понижающие выходное напряжение. Для чего это делается?

Например одна понижающая ступень изменяет напряжение в пределах 9 Вольт. А повышающая сразу на 27 Вольт. Замкнув одновременно обе ступени, мы изменим напряжение на +27-9=18 Вольт. Тем самым будем иметь очень широкий диапазон регулировок и относительно плавное изменение напряжения. Большое число ступеней почти помогает избежать различимого невооруженным глазом «мигания» лампочек.

Данный вид аппаратов менее подвержен перегрузкам. Может справиться с пусковыми токами на двигателях насосов, станков и т.д. Большинство моделей сохраняют свои качества и работоспособность при отрицательных температурах. Можете их монтировать в подсобных не отапливаемых помещениях.

За счет применения симисторов обеспечиваются следующие плюсы:

• малошумность при работе
• высокоскоростная коммутация до 20мс
• плавная регулировка
• большая надежность и долговечность из-за отсутствия механически подвижных элементов. Полупроводники по своим качествам и времени работы на отказ превосходят реле.

Минусами являются большая стоимость и низкая точность при регулировании. Еще они могут не подойти для поклонников музыки и радиолюбителей. Из-за создаваемых помех будет невозможно нормально ни послушать радио, ни включить музыкальную аппаратуру.

Основные особенности

Стабилизатор трехфазного типа в большинстве случаев состоит из трех однофазных стабилизаторов. Основной элемент схемы однофазного стабилизатора напряжения – автотрансформатор. Он включает пару намотанных на сердечник катушек, изолированных друг от друга. К первой катушке подключается источник электроэнергии, а ко вторичной, где вследствие электромагнитной индукции напряжение будет иметь отличные от входных характеристики – выходная нагрузка.

Кроме автотрансформатора с гальваническим соединением обмоток принципиальная схема стабилизатора включает:

• Контроллер (измеряет входные параметры тока и рассчитывает разницу с выходными);
• Управляющее устройство (получает команды от контроллера на активацию или отключение определённого числа витков первичной и вторичной обмоток в соответствии с необходимым коэффициентом трансформации);
• Систему защиты от перегрузок и короткого замыкания (магнитный и тепловой расщепители), а также кратковременных избыточных импульсов или проседаний входного напряжения (грозозащита).

Виды трехфазных стабилизаторов

Гибридный стабилизатор

Промышленностью налажен выпуск большого количества модификаций стабилизаторов, рассчитанных на работу в трехфазных сетях. Перечень основных типов таких агрегатов:

• релейные и тиристорные устройства;
• электромеханические стабилизаторы;
• феррорезонансные и инверторные модели;
• гибридные приборы.

Каждая из этих позиций нуждается в отдельном рассмотрении.

Релейные и тиристорные образцы

Релейный стабилизатор напряжения SUNTEK PR 1500 ВА

В релейных устройствах для переключения витков выходной катушки встроенного трансформатора используются электромагнитные реле. Системы этого класса отличаются достаточным быстродействием и удобны в работе и обслуживании. Однако из-за механического характера переключений они недостаточно долговечны (ресурс срабатывания реле ограничен). При этом точность регулировки выходных показателей у релейных агрегатов недостаточна для практических нужд.

Тиристорные устройства не содержат механических контактов, так как их переключающая схема построена на основе полупроводниковых приборов. За счет этого показатели надежности и долговечности стабилизатора резко повышаются, а ресурс практически неограничен. Благодаря отлаженному производству современных электронных компонентов стоимость такого устройства невысока.

Электромеханические модели

Электромеханический стабилизатор напряжения

В агрегатах этого типа подстройка выходного напряжения осуществляется путем механического перемещения щеток токосъемника, входящего в состав встроенного сервопривода. Этим и объясняется низкая скорость регулирования выходного параметра, не превышающая 15 Вольт в секунду. К другим недостаткам этих устройств относят:

• излишнюю шумность;
• сильное искрение в процессе работы;
• низкую инерционность (устройство не успевает реагировать на резкие изменения входного напряжения).

Феррорезонансные стабилизаторы

Устройство феррорезонансного типа

Этот тип стабилизирующих устройств напоминает обычные трансформаторные модели, у которых магнитопровод имеет ярко выраженную асимметрию. Этим он отличается от типовых конструкций с нелинейными магнитными характеристиками. Существенный недостаток этих агрегатов – низкий КПД по мощности. Кроме того, при необходимости управления большими токовыми нагрузками линейный дроссель получается значительных размеров.

Для снижения габаритов и массы устройства в него введен конденсатор, за счет которого магнитопровод приобретает резонансные свойства. Отсюда и название этого агрегата – феррорезонансный регулятор. Сегодня этот тип стабилизаторов (как и его электромеханический аналог) применяется только в особых случаях. В бытовых условиях на смену им пришли современные электронные приборы, называемые инверторами.

Инверторы

Инвенторный стабилизатор

Инверторные модели построены по сложной электронной схеме, включающей в себя несколько ступеней преобразования входного напряжения. Благодаря этому удается получить практически идеальный регулятор, позволяющий поддерживать выходной уровень с недостижимой для других стабилизаторов точностью. Расширен и диапазон допустимых колебаний по входу, а скорость управления ограничена только быстродействием выходных ключевых элементов (высокочастотных транзисторов). Единственный недостаток электронных агрегатов – их высокая стоимость.

Гибридные приборы

Это тип стабилизирующих устройств появился на рынке сравнительно недавно (в 2012 году). Основа его конструкции – механический регулятор, в состав которого введены два преобразователя релейного типа. В нормальном режиме работает только электромеханическое устройство, а дополнительные узлы вступают в действие, когда основной модуль уже не справляется со своими функциями.

Невозможность поддерживать на выходе оптимальный уровень обычно проявляется при слишком заниженных или завышенных входных напряжениях, ограниченных диапазоном от 144 до 256 Вольт. Если эта величина меньше 144 или выше 256 Вольт, начинает работать вторая ступень стабилизации, собранная на э/м реле. Максимальный диапазон регулировки составляет от 105 до 280 Вольт.

Что нужно для подключения

Помимо самого стабилизатора, вам понадобится ряд дополнительных материалов:

трехжильный кабель ВВГнГ-Ls

Сечение провода должно быть точно таким же, как и на вашем вводном кабеле, который приходит на рубильник или автомат главного ввода. Так как через него будет идти вся нагрузка дома.

выключатель трехпозиционный

Данный выключатель в отличие от простых, имеет три состояния:

123

Можно использовать и обычный модульный автомат, но при такой схеме, если понадобится отключиться от стабилизатора, придется каждый раз полностью обесточивать весь дом и перекидывать провода.

Есть конечно же режим байпас или транзит, но чтобы перейти на него, нужно соблюдать строгую последовательность. Подробнее об этом будет сказано ниже.

С данным переключателем, вы одним движением целиком отсекаете агрегат, а дом остается со светом напрямую.

провод ПУГВ разных цветов

Вы должны четко понимать, что стабилизатор напряжения устанавливается строго до электросчетчика, а не после него.

Ни одна энергоснабжающая организация вам не разрешит подключиться по другому, как бы вы не доказывали, что тем самым, кроме эл.оборудования в доме, вы хотите защитить и сам прибор учета.

Стабилизатор имеет свой холостой ход и также потребляет эл.энергию, даже работая без нагрузки (до 30Вт/ч и выше). И эта энергия должна быть учтена и подсчитана.

Второй важный момент – крайне желательно, чтобы в схеме до места подключения прибора стабилизации было либо УЗО, либо дифф.автомат.

Это рекомендуют все производители популярных марок Ресанта, Sven, Лидер, Штиль и т.п

Это может быть вводной дифф.автомат на весь дом, не важно. Главное, чтобы само оборудование было защищено от утечек тока

А пробой обмоток трансформатора на корпус, не такая уж и редкая вещь.

Виды трехфазных стабилизаторов

Классификация приборов стабилизации производится по принципу их действия и способу управления. Используют аппараты:

1. электронные (тиристорные),
2. сервоприводные (электромеханические),
3. релейные,
4. феррорезонансные,
5. инверторные.

Релейные

Стабилизация электроэнергии в приборах данной группы осуществляется силовыми реле, производящими переключение между обмотками блоков трансформаторов. Электронный блок управления контролирует работу реле.

Основные элементы релейного аппарата

Релейный стабилизатор включает в себя:

• А – блок электронного контроля;
• В – коммутационный блок;
• С – трансформатор стабилизирующий.

Тиристорные

Работа производится по такому же принципу, как и в релейных модификациях. Отличается коммутационным блоком, в котором применяются не реле, а электронные ключи (тиристоры).

Аппарат стабилизации на электронных ключах

Тиристорный стабилизатор состоит из:

• А – автотрансформатора;
• В – электронных ключей (здесь использовали симисторы);
• С – управляющего блока.

Электромеханические

Основной элемент устройства – автотрансформатор, оснащенный двигающимся токосъемником, передвижение которого совершается благодаря сервоприводу, управляемому электронным контролером.

3-х фазный аппарат электромеханический

Электромеханический стабилизатор состоит из:

• А – сервопривода, перемещающего токосъемник;
• В – управляющей платы;
• С – токосъемного механизма;
• D – автотрансформатора;
• Е – изображение 3-х фазного устройства механического типа.

Феррорезонансные

Работа этого аппарата основана на феррорезонансном эффекте, в процессе которого происходит электромагнитное взаимодействие одного дросселя с насыщаемым сердечником и второго с не насыщаемым сердечником.

Феррорезонансный аппарат

Феррорезонансный стабилизатор состоит из:

• А – трансформатора;
• В – дросселя с выходным (насыщаемым) сердечником;
• С – дросселя с не насыщаемым сердечником (входным);
• D – конденсатора.

Инверторные

Принцип работы данной модификации основан на двойном преобразовании. Вначале на входе происходит преобразование переменного тока в постоянный. Потом, на следующем этапе, выполняется обратное преобразование (инвертирование). При этом достигается максимальное приближение к номинальным характеристикам.

Инверторный аппарат

Блок-схема прибора состоит из:

• Входного фильтра (А);
• Блока, преобразующего и корректирующего напряжение в сети (В);
• Блока управляющего (С);
• Контроллёра управлением электронными ключами (D);
• Ёмкостного сглаживающего фильтра (Е);
• Инверторного преобразователя (F).

Гибридные приборы

Гибридные аппараты сочетают в себе свойства двух стабилизаторов разных видов. Такое устройство позволяет использовать плюсы того или иного метода нормализации сети.

Важно! В гибридных аппаратах недостатков также становится больше