Однофазные стабилизаторы напряжения

Типы стабилизаторов

Когда вы решились установить стабилизатор, то необходимо выбрать и приобрести модель стабилизатора. Чтобы не запутаться с выбором оптимального варианта прибора, нужно знать, что все устройства выполняют подобную функцию, но имеют отличия по принципу действия. Для получения качественной энергии для дома подходят 2 типа приборов:

Сервоприводное устройство, которое имеет схему сравнения, служащую для управления небольшим моторчиком. Он вращается в разных направлениях, и двигает бегунок, снимающий ток. В итоге на выходе получается стабильная величина напряжения 220 вольт. Достоинством такого устройства является плавное регулирование. Это дает возможность получения напряжения без перепадов.

Релейное исполнение устройства стабилизации имеет свои отличия по принципу действия. В корпусе устройства находится трансформатор с клеммами. Напряжение входа умножается на коэффициент, и подводится для каждого вывода. Электронные элементы управляют действием релейного блока, переключающего при необходимости выводы трансформатора. За счет этого на выходе стабилизатора получается напряжение 220 вольт. Отрицательным фактором таких устройств является появление небольших скачков напряжения, когда происходит переключение ступеней.

Третьим типом стабилизаторов является электронный прибор. Он относится к дорогостоящим приборам, хотя его принцип действия мало чем отличается от релейного устройства. У него вместо реле работает электронный ключ, переключающий выводы трансформатора, на тиристорах.

Это интересно: Количество светильников на учебный класс и норма освещеннности — объясняем основательно

Принцип работы

Симисторные стабилизаторы напряжения являются практически полными аналогами рассмотренных в предыдущей статье тиристорных стабилизаторов. Дело в том, что симистор является разновидностью тиристора. По-другому его называют симметричным тиристором (реже триаком).

Прибор сконструирован специально для коммутации цепей переменного тока и имеет двунаправленную проводимость в открытом состоянии. По сути, симметричный тиристор совмещает в одном корпусе два тиристора, обеспечивающих проводимость в противоположных направлениях.

Не все производители выпускают симисторные модели, но на рынке есть определенные лидеры, сравним их параметры в таблице.

Симисторный стабилизатор напряжения Энергия Classic 5000

Техническая характеристика:

1. Мощность 5 кВА
2. Число фаз 1
3. Наибольший ток 22 А
4. Тип симисторный
5. Скорость переключения 20 мс
6. Входное напряжение 60-265 В
7. Выходное напряжение 220 В +5%
8. Подключение колодка с клеммами
9. Холостой ток 0,3 А
10. Класс защиты IР 20
11. Рабочая температура +10 +40 градусов
12. Габариты 420 х 320 х 180 мм
13. Вес 16 кг
14. Гарантийный срок 3 года

Стабилизатор служит для поддержания напряжения стабильной величины 220 вольт, и защиты устройств от перепадов и скачков питания. В основном его сферой использования являются бытовые условия.

Стабилизаторы Энергия Классик относятся к симисторным моделям. Это дает возможность размещать их как в подсобных помещениях, так и в жилых домах. Силовым ключом в них служит тиристор. За счет этого возрастает долговечность и надежность прибора.

Корпус прибора можно фиксировать на стене. В устройстве имеется индикатор с отображением состояния сети питания, а также расхода энергии. Одним из достоинств стабилизатора является способность к перегрузкам. Это позволяет подключать к нему устройства с повышенными токами запуска.

Симисторные стабилизаторы напряжения

Watch this video on YouTube

Релейный стабилизатор напряжения: устройство и принцип работы

Для обеспечения подачи стабильного напряжения к различным бытовым устройствам, используют стабилизаторы напряжения. Большую популярность среди потребителей, получил релейный стабилизатор.

Стабилизатор состоит:

• Управляющая микросхема;
• Реле;
• Трансформатор.

Основным отличием данного типа устройства, является реле. Данное реле, обеспечивает переключение между трансформаторными обмотками в нужный момент. Для предотвращения попадания пыли или влаги на реле, данный элемент конструкции стабилизатора размещается в специальном корпусе.

Трансформатор в релейных стабилизаторах вольтодобавочный. Это значит, что при падении входного напряжения ниже нормальных параметров, трансформатор добавляет необходимое количество вольт.

В различных устройствах, количество обмоток определяется фирмой изготовителем. Самыми распространенными, являются устройства с четырьмя обмотками.

Принцип работы данных стабилизаторов, основан на последовательном подключении нескольких обмоток. Количество обмоток, определяется устройством автоматически. Переключение между обмотками в релейных стабилизаторах называют ступенчатым.

Работает это примерно так. При подключении одной из обмоток, вольты на выходе устройства стремятся к нужному значению (увеличиваются или уменьшаются). Но для выравнивания напряжения, одной обмотки не достаточно, поэтому, в работу включаются дополнительные реле с обмотками.

Особенности однофазных стабилизаторов

Так как сеть 220 В включает в себя лишь две проводные линии (фаза и ноль), прибор, предназначенный для её стабилизации, не может отличаться сложностью конструкции. Схема контроля определяет значение входного напряжения и его отличие от номинальной величины. Далее, в зависимости от конструкции устройства, выполняется изменение этого напряжения в положительную либо отрицательную сторону. В итоге на выходе прибора получается значение, обеспечивающее нормальную работу бытовой техники.

На видео однофазный стабилизатор напряжения РЕСАНТА 5000/1-Ц

Однофазный стабилизатор напряжения РЕСАНТА 5000/1-Ц

Watch this video on YouTube

Феррорезонансный стабилизатор: отличия

Для выравнивания переменного напряжения в сети, используют феррорезонансные стабилизаторы. Данные устройства, в отличие от других видов стабилизаторов, имеют несколько режимов работы.

Режимы работы:

• Индуктивный;
• Емкостной;
• Активный.

Данные режимы работы, полностью зависят от вида нагрузки, модности и вида устройства. Существует несколько видов устройств, которые отличаются друг от друга по мощности. Поэтому при подборе, обязательно учитывать вид устройства, которое необходимо подключить к стабилизатору.

Основным отличительным свойством данного устройства, является то, что при работе, он способствует возникновению сильного магнитного поля. В свою очередь, магнитное поле может привести к «наводке» в проводниках и создавать сильные помехи различным устройствам и оборудованию.

Принцип работы данного стабилизатора, сопоставим с работой трансформатора. На первичную обмотку, которая расположена на магнитопроводе с большим сечением, подается входное напряжение. Данная часть магнитопровода, находится в ненасыщенном состоянии. При этом, входным напряжением создается магнитный поток.

Вторичная обмотка, расположена на другом участке магнитопровода, который имеет меньшее сечение и находится в насыщенном состоянии. Из этого следует, что при отклонениях входного напряжения на первичной обмотке, магнитный поток направленный ко вторичной обмотке остается неизменным.

Схемы 3-фазных нагрузок через 1-фазные стабилизаторы

Устройства, применяемые в быту, расходуют меньше энергии, чем промышленные образцы. Поэтому для нормальных свойств сети можно использовать три равных по характеристикам стабилизатора напряжения, которые соответствуют нагрузке для 1-фазной линии.

Если они применяют разделение нуля, то для их монтажа подходит такая схема:

По этой схеме для наглядности шина провода защиты РЕ не указана, а соединение стабилизаторов к ней выполнено упрощенно.

Рабочий нулевой провод после защит, находящихся в распредщитке дома, разделяется на клеммы вывода каждого стабилизатора. Его шина создается путем параллельного соединения клемм выхода всех трех устройств. Нули ко всем нагрузкам подходят жилами проводов от этой шины.

Клемма фазы, которая входит в каждый стабилизатор, подключается к своим клеммам защитного устройства, выходная клемма с группой автоматов, подающих питание на потребители.

Если объединить рабочие отходящие и входящие нули, то это делает схему проще. Но у отдельных моделей такой способ нарушает некоторые алгоритмы управления при возникновении аварии. Поэтому изготовители осуществляют такое разделение.

На схеме изображено подключение аналогичных стабилизаторов к 3-фазным нагрузкам.

Все схемы показаны для ознакомления с принципом действия стабилизаторов напряжения. Поэтому на схеме не изображаются устройства коммутации, распредкоробки и другие устройства.

Подключение стабилизатора к сети

Watch this video on YouTube

Как подобрать мощность?

Прежде чем купить стабильник, очень важно определиться с нужной мощностью и её запасом. Для этого нужно знать нагрузку, которую вы собираетесь подключить к нему

Для подбора подходящего стабилизатора необходимо рассчитать полную мощность по формуле:

или

S – полная потребляемая мощность, получаемая из суммы активной (Вт) и реактивной (Вар).

Также, эту величину вычисляют как произведение активной мощности и Cosφ . Измеряется в кВА , киловольт амперах.

W – активная мощность, потребляемая осветительной и нагревательной техникой. Измеряется в кВт.

Q – реактивная мощность, характерная для нагрузок, имеющих в своем составе двигатели. Измеряется в кВар.

Cos φ – коэффициент мощности, характеризующий наличие в нагрузке реактивной составляющей. Величина является безразмерной и равна отношению, активной к полной мощности потребляемой нагрузки. К примеру, Cos ϕ для коттеджа 0,95–0,97, для производства меньше 0,6.

Некоторые параметры могут быть указаны в паспорте или на самом изделии.

Принцип работы симисторного стабилизатора напряжения

На смену устаревшим моделям устройств стабилизации напряжения, пришли устройства, которые справляются с поставленной задачей лучше и быстрее. Одним из таких представителей, является симисторный стабилизатор.

Тип подключения симисторных стабилизаторов:

• Однофазные;
• Трехфазные.

По принципу работы, данные устройства мало чем отличаются от устройств с применением автотрансформатора. Но благодаря развитию технологий, управление осуществляется при помощи процессора.

В симисторных стабилизаторах, применяется и новый способ для переключения обмоток. До этого, использовались ключи релейного типа, в настоящее время переключение осуществляют симисторы.

Основой функцией процессора, является измерение напряжения на входных и выходных контактах устройства, анализ данных и подача сигнала для включения определенного симистора.

Для того чтобы исключить искажение синусоидальной линии, процессор управляет включением определенного симистора в точке (0) синусоиды. Обеспечивается это тем, что процессор непрерывно проводит измерения, и в определенный момент, дает сигнал.

Данную работу, процессор выполняет за время равное одной микросекунде. Поэтому, симисторные стабилизаторы, очень быстро реагируют на изменение напряжения и работают совершенно бесшумно.

Стоит отметить, что благодаря работе процессора, достигается не только высокая скорость расчетов, но и точность. Эти показатели позволяют применять данные устройства, как в быту, так и на производстве.

Основные части стабилизатора

В конструкцию такого прибора входит:

• Автотрансформатор с 2-мя обмотками, которые соединены напрямую.
• Контроллер.
• Силовые ключи – симисторы.

Контроллер регулирует напряжение входа путем сравнения его с номинальным значением. Благодаря этому симисторный стабилизатор напряжения функционирует так быстро.

Точность выравнивания напряжения зависит от числа ступеней регулировки. Чем меньше шаг регулировки и больше ступеней, тем стабилизация произойдет точнее. Сегодня в торговой сети можно приобрести симисторный стабилизатор напряжения с точностью регулировки меньше 1%. Это является очень высоким показателем.

Подобные стабилизаторы нашли широкую популярность в бытовых условиях и в промышленности. Наиболее распространены модели мощностью 40-50 кВт.

Преимущества симисторных стабилизаторов:

• Быстродействие. Реагирование прибора на скачок напряжения составляет менее 1 секунды.
• Способность к перегрузкам в 20% в течение 12 часов, в 100% в течение 1 минуты.
• Бесшумность. При функционировании прибор не издает никаких звуков.
• Абсолютная защита от любых непредвиденных ситуаций в сети.
• Длительный срок службы. Симисторные стабилизаторы являются наиболее долговечными, по сравнению с другими видами. Наименьший срок работы составляет от 10 лет, при условии соблюдения условий работы.
• Небольшие размеры корпуса. Его компактность находится на уровне электромеханических и релейных моделей стабилизаторов.

Недостатки симисторных стабилизаторов:

• Высокая стоимость. Наименьшая цена такого прибора в России находится в пределах 5 тыс. рублей. Однако необходимо сказать, что средняя стоимость популярных моделей на симисторах колеблется в районе 20 тыс. рублей и выше.
• Допускается изменение напряжения на выходе в виде скачков. Этот отрицательный фактор выявлен только у дешевых моделей стабилизаторов. На функционирование электрооборудования такой недостаток не влияет, однако на приборах освещения дискретное переключение можно увидеть.

Релейный стабилизатор напряжения

Сегодня невозможно представить квартиру, в которой не было бы бытовой техники. Каждое устройство требует защиты от перепадов напряжения в бытовой сети. Одним из таких приборов защиты является релейный стабилизатор напряжения.

Благодаря такому прибору можно создать комфортные условия работы электрических устройств. Уровень напряжения в номинальном режиме должен составлять 220 В. Релейный вид стабилизатора встречается во многих областях. Это популярный вид защитного прибора, так как имеет простое устройство.

Конструктивные особенности

Перед применением прибора требуется изучить, как он устроен и работает. Релейный стабилизатор включает в себя автотрансформатор и схему электронных элементов, управляющих его действием. В корпусе кроме этого имеется реле. Стабилизатор релейного типа считается повышающим, так как при пониженном напряжении прибор осуществляет повышение напряжения.

Возрастание напряжения будет осуществляться путем подключения дополнительной обмотки. Чаще всего в трансформаторе есть 4 обмотки. При превышении напряжения в сети стабилизатор снижает излишнее напряжение. Схема стабилизатора релейного типа состоит из:

1. Повышающий трансформатор.
2. Управляющий микроконтроллер.
3. Реле.

Это основные элементы релейного стабилизатора. Также устройство может содержать вспомогательные элементы, например, дисплей.

Принцип действия

Разберемся в процессе функционирования стабилизатора релейного типа. Электронная система измеряет параметры входящей электроэнергии. После считывания данных прибор сравнивает эти параметры с величинами номинального режима.

Прибор автоматически производит подключение необходимой обмотки трансформатора для достижения нужных параметров сети. Работа релейного стабилизатора довольно простая. Прибор регулирует параметры сети по ступеням, в результате чего при очередной ступени напряжение изменяется на конкретную величину. Бывают ситуации, когда уровень напряжения не соответствует норме даже после корректировки. Такие ступенчатые регулировки могут также вызвать перепады напряжения.

Если подробно разобраться в принципе действия, то можно понять, что прибор быстро выбирает нужные обмотки. Такие ступенчатые скачки параметров считаются незначительными. Они станут заметнее, если на входе будут наблюдаться подобные скачки напряжения. При подключении к сети высокочувствительных устройств при сильных перепадах напряжения устройства выйдут из строя.

Недобросовестные производители могут запрограммировать стабилизатор таким образом, что на его дисплее всегда будет показывать значение 220 В.

Чаще всего релейный стабилизатор справляется с перепадами сети за 0,15 с. Такой прибор может отключить питание выходным током, когда на входе возникли значения тока наименьшего допустимого значения. После нормализации напряжения прибор снова подключится к работе. Напряжение восстанавливается за 0,6 с.

Достоинства

Основными преимуществами релейной модели стабилизатора можно назвать:

1. Малые габаритные размеры, так как трансформатор имеет только функцию повышения напряжения.
2. Большой интервал значений напряжения.
3. Значительный диапазон рабочих температур. Многие приборы нормально работают при температуре -40 +40 градусов.
4. Низкий уровень шума.
5. Допускается перегрузка до 110%.

Многие изготовители приборов утверждают, что их продукция способна функционировать много лет.

Недостатки

В работе релейных моделей стабилизаторов есть недостатки, которые обусловлены его методом работы, схемой прибора. Слабым звеном его конструкции считается реле. Если изготовитель установил некачественное реле, то оно может стать причиной неисправности прибора. Также при переключении режимов возникают щелчки и шумы.

Другим значимым недостатком является ступенчатое действие устройства выравнивания напряжения. При переключении с одной обмотки на другую напряжение может значительно изменяться, образуя некоторые скачки.

Недорогие модели имеют слабую мощность, которая не больше 30% от мощности бытовых устройств.

Инструкция по подключению в щитке

Первым делом монтируете в электрощитке, сразу после вводного автомата трехпозиционный переключатель.

в первом положении, когда язычок поднят вверх, напряжение будет подаваться в дом напрямую с электросети, без задействования стабилизатора

Вдруг он у вас вышел из строя или нужно провести какие либо ревизионные работы. Не будете же каждый раз откидывать провода и обесточивать всю квартиру.

во втором положении II (язычок автомата смотрит вниз) – эл.снабжение будет идти через стабилизатор

положение «0» – все электроприборы отключены, как от стабилизатора, так и от внешней сети

Выбираете место установки стабилизатора напряжения. Ставить где попало его тоже нельзя. Существуют определенные правила, которых следует придерживаться.

Прокладываете от щитка до этого места два кабеля ВВГнГ-Ls.

Каждый из них желательно промаркировать и сделать соответствующие надписи с обоих концов:

вход на стабилизатор

выход из стабилизатора

Снимаете изоляцию с жил и сначала подключаете кабель в электрощитке. Фазу с того провода, что идет на вход стабилизатора, подсоединяете к выходным зажимам вводного автомата.

Далее разбираетесь с кабелем стабилизатор-выход. Фазную жилу (пусть это будет белый провод), подключаете к контакту №2 на трехпозиционном выключателе.

Ноль и землю с обоих кабелей сажаете на соответствующие шинки.

Теперь нужно подать фазу непосредственно с вводного автомата на трехпозиционный. Зачищаете монтажный провод ПУГВ, оконцовываете жилы наконечниками НШВИ и заводите его с фазного выхода вводного автомата на зажим №4 выключателя.

Все что остается сделать в щитке – запитать все автоматы с клеммы №1 трехпозиционника.

Проделываете эту операцию опять же гибкими монтажными проводами.

Таким образом по схеме вы подали фазу с вводного автомата на 3-х позиционный, а уже далее через его контакты распределили нагрузку, путем подключения через стабилизатор (контакт №2-№1) и напрямую без него (контакт №4-№1).

В вашем конкретном случае данные номера контактов могут не совпадать с указанными здесь цифрами! Обязательно уточняйте все в инструкции или в паспорте на автомат.

Физический принцип сопротивления

Проще всего объяснить это по аналогии с водопроводной трубой. Представьте себе, что вода — некое подобие электрического тока, образуемого направленным движением электронов в проводнике, а напряжение — аналог давления (напора) воды. Сопротивление — это та сила противодействия среды их движению, которую электронам или воде приходится преодолевать, в результате чего производится работа и выделяется теплота. Именно такая модель представлялась в 1820-е годы Георгу Ому, когда он занялся исследованием природы происходящего в электрических цепях.

В водопроводной трубе всё обстоит так, что чем выше давление воды, тем относительно большая доля энергии расходуется на преодоление сопротивления в трубах, поскольку в них усиливается турбулентность потока. Из этого исходил Ом, приступая к опытам по измерению зависимости силы тока от напряжения. И очень скоро выяснилось, что ничего подобного в электрических проводниках не происходит: сопротивление вещества электрическому току вовсе не зависит от приложенного напряжения. В этом, по сути, и заключается закон Ома, который (для отдельного участка цепи) записывается очень просто:

V = IR

где V — напряжение, приложенное к участку цепи, I — сила тока, а R — электрическое сопротивление участка цепи.

Сопротивление в проводнике

Сегодня мы понимаем, что электрическая проводимость обусловлена движением свободных электронов, а сопротивление — столкновением этих электронов с атомами кристаллической решетки. При каждом таком столкновении часть энергии свободного электрона передается атому, который, в результате, начинает колебаться более интенсивно, и в результате мы наблюдаем нагревание проводника под действием электрического тока. Повышение напряжения в цепи никак не сказывается на доле тепловых потерь такого рода, и соотношение напряжения и электрического тока остается постоянным.

Однако, когда Георг Ом экспериментально открыл свой закон, атомная теория строения вещества находилась в зачаточном состоянии, а до открытия электрона оставалось несколько десятилетий. Таким образом, для него формула V = IR была чисто экспериментальным результатом. Сегодня мы имеем достаточно стройную и, одновременно, сложную теорию электропроводности и понимаем, что закон Ома в его первозданном виде — всего лишь грубое приближение.

Однако это не мешает нам с успехом использовать его для расчета самых сложных электрических цепей, использующихся в промышленности и быту. Единица электрического сопротивления системы СИ называется Ом в честь этого выдающегося ученого.

Ступени стабилизатора

Все варианты стабилизаторов имеют несколько ступеней работы. От их числа зависит качество выдаваемого напряжения. Для понимания работы ступеней рассмотрим пример. Когда подается напряжение 220 вольт нормального значения, то прибор прогоняет его по схеме без изменений. Когда напряжение падает до предельных значений, то электронный ключ, либо реле подключают 1-ю ступень, а на выходе появляется стабильное напряжение 220 вольт.

Последующее падение напряжения принуждает стабилизатор переключиться на другие ступени, которые позволят ему выдать необходимые 220 вольт. Когда ступеней уже не хватает, то стабилизатор не сможет повысить напряжение. Чем больше число ступеней, тем шире его интервал регулировки напряжения.

Советы по подключению стабилизатора напряжения:

1. Перед монтажом всегда отключайте питание сети в электрическом щите.
2. Подключите вспомогательную защиту прибора в виде автоматического выключателя и устройства защитного отключения. Это продлевает срок его работы. Монтировать автоматику целесообразно за счетчиком, но перед защитой.
3. Электрическая сеть бытового назначения должна иметь контур заземления. Монтаж стабилизатора без заземления запрещается согласно правилам электробезопасности.
4. Монтаж стабилизирующего устройства в доме до счетчика запрещен. Оптимальным вариантом установки стабилизатора будет выполнение его по вышеуказанной схеме.
5. Запрещается подключать стабилизатор сразу после заноса его с мороза в квартиру. Внутри корпуса скапливается конденсат, который может сильно повредить устройство при включении, и сократить срок службы. На улице также запрещается его установка.
6. Стабилизатор небольшой мощности до 5 киловатт подсоединяется прямо к розетке. Этот способ приемлем для гаражных условий, дачного дома. Иногда осуществляют установку переносного стабилизатора отдельно для цифровой техники, например, на компьютер, телевизор и т. д.

Для трехфазной сети 380 вольт стабилизатор подключают на каждую фазу по одному устройству, соединяя их схемой «звезды». Этим способом достигается экономия денежных средств на покупке устройств, а также на его обслуживании и ремонте, так как 3-фазное устройство намного дороже.

• После монтажа нужно проконтролировать правильность соединений и монтажа. Для этого подключают автоматы ввода в распредщите. Треск, гудение, искрение не допускаются. Если таких признаков нет, то подключение стабилизатора напряжения выполнено правильно.
• Не допускается подключать стабилизатор на нагрузку, превышающую мощность прибора. Резерв его мощности должен быть не менее 30%.
• Правильная схема установки чаще всего изображается на корпусе устройства. Сначала нужно ориентироваться на эту схему. Если такой схемы нет, то оптимальным вариантом являются данные рекомендации. Популярные модели стабилизаторов подключают именно таким образом.

Каждый год необходимо осуществлять проверку надежности соединений проводки в клеммниках, при необходимости подтягивать их затяжку.