Инструкция по применению стабилизаторов напряжения

Стабилизатор напряжения – это устройство, удерживающее ее величину в пределах, соответствующих нормам для успешной эксплуатации подключенных к нему бытовых приборов.

Каковы эти нормы? В паспорте на любое устройство, питающееся от электрической сети, указан допустимый диапазон напряжений, при котором его эксплуатация не приведет к поломке. ГОСтом же регламентируется, что величина таких отклонений не должна превышать ±10% от величины номинального напряжения.

Причины колебаний напряжений

Но на практике все бывает не так. Существующие на текущий момент трансформаторы, питающие потребителей, перегружены. Проектирование их мощности и монтаж выполнены еще во времена существования Советского Союза. А тогда электроприборов у населения было на порядок меньше, чем сейчас.

Дополнительно вносит свою лепту в колебание напряжения состояние электрических сетей, изготовленных в тот же период времени. Они так же рассчитаны на меньшую нагрузку, чем та, которую тянут сейчас. В итоге часть напряжения остается на проводах линий, так как они имеют свою собственную величину сопротивления. При прохождении тока на сопротивлении возникает падение напряжения, в результате его величина в конце линии меньше, чем в начале.

Еще один фактор – аварийный. При обрывах нулевого провода в системе трехфазных напряжений возникает опасная свистопляска, в результате которой потребители могут получить как меньше 220 В, так и почти 380 В. Этот режим опасен еще и тем, что гарантированно выводит из строя электроприборы, не оставляя им никаких шансов. Обрыв нуля происходит мгновенно, и щелкнуть выключателем или выдернуть вилку из розетки вы точно не успеете.

Последствие размещения трансформаторной подстанции на значительном расстоянии от потребителя, приводящее к увеличению протяженности линий усугубляются еще и несимметричной нагрузкой в трехфазной сети. Если одна из фаз перегружена, на ней напряжение уменьшается. На оставшихся же оно наоборот – увеличивается.

Все эти вредные факторы чаще проявляются в сельских сетях и новостройках. В городских квартирах колебания напряжения встречаются реже. Развитие городской инфраструктуры: магазинов, гипермаркетов, строительство новых объектов жилищно-коммунального хозяйства – все это вынуждает энергоснабжающие компании менять трансформаторы на подстанциях. Увеличение их мощности и модернизация электрооборудования подстанций минимизирует колебания напряжения в сети.

В остальных же случаях потребителю приходится защищаться от этого вредоносного явления самостоятельно.

Реле контроля напряжения

Одним из способов такой защиты является установка во вводном щитке потребителя реле контроля напряжения. Его задача – не допустить, чтобы электроприборы, подключенные через него, оказались под напряжением, не соответствующим допустимым пределам. Потребитель самостоятельно с помощью органов управления реле выставляет эти пределы.

Выставляют их по допустимым отклонениям, установленным ГОСТом. То есть, нижний предел – 198 В, верхний 242 В. Но этого иногда недостаточно: выход их нормы происходит настолько часто, что жить в доме становится невозможно. Реле при каждом превышении уставки отключает нагрузку, свет в доме гаснет. И появляется он, когда напряжение вновь придет в норму. Диапазон уставок реле приходится расширить.

А это приводит к потере смысла такой защиты. Она не обеспечивает защиту электрооборудования. Да и сидеть без света в любой ситуации не нравится никому.

Стабилизаторы напряжения

Стабилизаторы напряжения не просто фиксируют факт выхода контролируемой величины из нормируемых параметров. Они еще и исправляют ситуацию: корректируют эту величину, вгоняя ее в заданный диапазон.

Для правильного выбора стабилизатора нужно подсчитать суммарную мощность нагрузки, которую планируется к нему подключить. Чтобы сделать выбор в пользу более дешевого агрегата, доработайте схему электроснабжения дома так, чтобы к нему при отключении питания остались подсоединены только электроприемники, значение которых действительно важно. Отбросив ненужное, можно снизить мощность выбранного стабилизатора.

Но не стоит выбирать мощность впритык: иначе при незначительных ее превышениях устройство будет отключаться совсем. Также стабилизатор отключится, если напряжение на его входе выйдет за критические пределы, указанные в паспорте.

По конструкции и принципу действия стабилизаторы разделяются на:

Трехфазный стабилизатор можно заменить тремя однофазными.

Принцип действия стабилизаторов с сервоприводом

Основой этого устройства является автотрансформатор. Он намотан на тороидальном сердечнике, по одной из поверхностей которого, поворачиваясь вокруг центральной оси устройства, ходит графитовая щетка. Часть изоляции обмотки под ней удалена, чтобы обеспечить электрически контакт щетки с проводами обмотки.

Такой же принцип работы имеют лабораторные автотрансформаторы, предназначенные для ручной регулировки напряжения. Для этого их щетка соединена с рукояткой, выведенной нагружу их корпуса прибора. Стабилизатор же управляет движением щетки самостоятельно с помощью маленького моторчика – сервопривода.

Устройство управления сервоприводом постоянно следит за величиной напряжения на выходе. Если оно изменяется, то сигнал управления, обратно пропорциональный направлению изменения, поступает на мотор. Тот вращает бегунок регулятора до тех пор, пока напряжение не придет в норму с заданной точностью.

Чтобы не заставлять щетку постоянно ползать по обмотке, вводится задержка на время реакции по изменению величины контролируемого параметра. Но все равно он откликается на изменение напряжения на выходе быстрее, чем другие типы. Конструкция этого стабилизатора максимально проста, точность регулировки – 2-3%.

Но вот на этом и заканчиваются его достоинства. Главный недостаток связан с наличием механических частей в конструкции. Щетка истирается, подгорает, начинает искрить. Не исключен вариант ее заклинивания в крайнем положении. При движении щетка замыкает сразу несколько витков обмотки, что приводит к появлению короткозамкнутых витков. Этому еще способствует осаждение продуктов стирания щетки, проводящих ток. Короткозамкнутые витки греются, изоляция на них осыпается. Процесс продолжается до появления дыма и возгорания.

Принцип работы релейных стабилизаторов

Избавиться от движущихся деталей удалось, выполнив регулировку не плавной, а дискретной. Для этого от автотрансформатора выполнили ряд переключаемых отпаек. Подключая нагрузку к нужному отводу, релейный стабилизатор подгоняет выходное напряжение под величину, наиболее близкую к 220 В. Управляет процессом переключения реле электронный блок, контролирующий напряжение на выходе и вырабатывающий сигнал переключения на нужную отпайку.

Точность регулирования за счет этого снизилась, да и механическая часть осталась. Контакты реле работают постоянно, через них протекает ток нагрузки. За счет этого они подгорают и изнашиваются. К тому же работа стабилизатора сопровождается характерными щелчками, раздражающих некоторых владельцев.

Во время переключения реле неизбежно возникает перерыв в питании: одно реле отключилось, а другое – еще не сработало. Недостаток неустранимый: если два реле замкнуть одновременно, замкнется накоротко часть обмотки. И автотрансформатор подгорит, и контакты поплавятся больше, чем обычно. Во время такого прекращения питания моргает освещение, а некоторые электроприборы отключаются.

Еще во время отключения реле в трансформаторе возникает ЭДС самоиндукции, приводящее к импульсным перенапряжениям. С этим борются, устанавливая на выходе ограничители перенапряжений.

В характеристиках релейного стабилизатора указывается, кроме диапазона регулирования, указывается количество его ступеней и точность установки напряжения

Принцип работы симисторных стабилизаторов

Работа этого устройства соответствует релейному стабилизатору, но вместо реле используются полупроводниковые приборы – симисторы. Они работают как тиристоры, открываясь при наличии импульса управления. Но в отличие от них проводят ток не в течение одной полуволны, а в обоих направлениях.

В стабилизаторе они работают в ключевом режиме, открываясь от сигнала управления полностью, работая функционально как реле. Управление осуществляется специальным контроллером. Сложность управления состоит в том, что симисторы переключаются только в момент перехода синусоидального напряжения на них через нулевое положение. Да еще при этом нужно убедиться в том, что предыдущий открытый тиристор уже закрылся. Иначе произойдет встречное включение двух открытых полупроводниковых приборов на часть обмотки трансформатора. В случае с реле просто подгорят контакты, а симисторы выйдет из строя мгновенно.

Для расширения диапазона работы используется каскадная схема включения ключей управления. Первая ее часть грубо подгоняет напряжение под нужную величину, вторая делает это точнее. Так сокращается количество ключей, а количество ступеней увеличивается.

Достоинство таких стабилизаторов – широкий диапазон регулирования, отсутствие щелчков при работе. Но коммутационные напряжения при этом все равно остаются: не важно, кто переключает обмотки, симистор или реле.

Симисторы – мощные полупроводниковые приборы, и при работе требуют охлаждения. Поэтому в таких стабилизаторах обязательно ставят кулеры. Еще полупроводники не терпят перегрузок, даже незначительных. Поэтому запас по мощности при выборе такого стабилизатора закладывают обязательно.

Сложное по конструкции устройство управления имеет особенность ошибаться при работе или зависать. Помимо возникновения негативных последствий такого сбоя для бытовой аппаратуры, стабилизатор придется еще и отдать в ремонт в специализированный сервисный центр. Найти дефект самостоятельно не выйдет.