Прошли те времена, когда сетевое напряжение было сравнительно стабильным и колебалось в пределах 3-5% от 220 В. В современных реалиях оно изменяется в зависимости от региона жительства. Чем дальше находится дом от трансформатора, тем ниже напряжение в электрической сети. Его выходной показатель определяется таким образом, чтобы в средней точке он достигал 220 В. Следовательно, потребители длинной линии электрических передач получают разное напряжение. В начале оно будет несколько выше обычного, на другом конце – чуть ниже. В обоих случаях это пагубно сказывается на электрических приборах. Они либо не станут включаться, либо быстро просто-напросто испортятся. Решить подобную дилемму способно специальное устройство – стабилизатор напряжения. Он имеет различные мощности, выдает разное количество киловатт. От этих двух факторов и зависит стоимость прибора.
Категории стабилизаторов
Стабилизаторы напряжения имеют общий способ работы. В зависимости от изменений его показателей витки трансформатора автоматически переключаются. Выбор стабилизаторов напряжения ограничивается всего тремя категориями:
- сервоприводные;
- электронные;
- релейные.
В сервоприводных стабилизаторах регуляция выходного напряжения выполняется за счет изменения числа трансформаторных витков. Этим занимается мотор. Он быстро перемещает бегунок непосредственно по виткам трансформатора. Их особенностью является небольшая стоимость.
Впрочем, они состоят из множества движущихся механических узлов, за исправностью которых нужно пристально следить. Чаще всего из строя выходят сервоприводные механизмы либо угольно-графитовый узел. Последние требуют замены каждые 3-7 лет. Правда, процесс смены простой, а детали доступные. Более надежными являются релейные и электронные стабилизаторы.
Конструкционные особенности электромеханических устройств
Сервоприводные стабилизаторы еще именуют электромеханическими. Они представляют собой трансформаторы с регулировкой с помощью поворотных щеточных контактов с сервоприводами. Их характеристики обусловливают параметры щеточных узлов (наличие одной или двух щеток) и вольтодобавочного трансформатора.
Например, однофазные сервоприводные стабилизаторы оснащаются одним щеточным узлом, вольтодобавочным и автотрансформатором. Более мощные устройства могут иметь 2 или 3 трансформатора. Конструкционно трехфазный стабилизатор состоит из 3 однофазных стабилизаторов с электроникой для защиты. Он обладает плавной регулировкой напряжения и точной стабилизацией.
Электромеханические стабилизаторы способны принимать входное напряжение широкого диапазона. Они выдерживают высокую перегрузку (до 200% за несколько секунд). Такие стабилизаторы выдают напряжение практически без искажений. Эти приборы имеют низкую чувствительность к искажениям формы и помехам, напряжению и частоте тока. Их применяют в промышленных условиях. Работают они бесшумно при отсутствии каких-либо перепадов напряжения и нулевой нагрузке.
Электродинамические стабилизаторы
Одной из разновидностей сервоприводных устройств являются электродинамические стабилизаторы. Они лишены некоторых недостатков электромеханических аппаратов. Такие приборы более надежны, ведь вместо графитовой щетки применяется специальный ролик. Он работает при температуре ниже -15°. Электродинамический стабилизатор имеет перегрузочную способность - 200% за 2 минуты.
Комбинированные стабилизаторы
Недавно появились еще и комбинированные (гибридные) модели. Основная их особенность – добавление двух релейных стабилизаторов. Они включаются, когда электромеханические элементы не могут обеспечить напряжение на выходе, равное 220 В. Это происходит при аномально малых или больших его показателях. Такие устройства еще называют электромагнитными, потому что регулировка выходного напряжения происходит с помощью магнитных потоков внутри трансформатора.
Комбинированные приборы имеют высокую скорость стабилизации (свыше 100 В за секунду) и широкий диапазон температур. При отсутствии постоянных перегрузок они прослужат долгое время. Однако во время работы электромагнитные стабилизаторы издают характерный шум. Они весьма чувствительны к перегрузкам сети (не могут выдержать и 50% на протяжении нескольких секунд).
Феррорезонансные приборы – как все начиналось
К этой же разновидности электромеханических стабилизаторов относят устройства, работающие по принципу магниторезонанса (феррорезонанса). Сам прибор состоит из:
- конденсатора;
- дросселя с насыщаемым сердечником.
Специфика насыщаемого дросселя проявляется в том, что напряжение в нем остается более-менее стабильным при изменении проходящего тока. Феррорезонансные стабилизаторы изобрели еще в 60-х годах, и сейчас они практически не применяются. В то время через них к сети подключали телевизоры. Первые их модели оснащались сетевыми блоками питания с линейными стабилизаторами. Они не справлялись с прыжками напряжения в сети, особенно в деревнях. В отдаленных от трансформаторных станций местностях требовалась дополнительная стабилизация. После появления телевизоров с импульсным блоком питания надобность в магниторезонансных стабилизаторах отпала.
Релейные стабилизаторы для сети: надежность и доступность
Коммутирующим механизмом релейных устройств является блок силовых реле, который переключает обмотки трансформатора. Нужно подчеркнуть, что на точность напряжения на выходе влияет количество ступеней трансформатора. Чем больше обмоток, тем оно точнее. В среднем оно срабатывает 40 тысяч раз. Это приблизительно равно 300-500 рабочим дням. Хотя в среднем продолжительность их эксплуатации составляет около 10 лет. Частая причина поломок трансформаторов – залипание контактов реле. Однако они наиболее распространены, так как имеют приемлемую цену и продолжительный срок эксплуатации.
Релейные стабилизаторы повышают и понижают выходное напряжение параллельно с входным. В большинстве случаев бытовые приборы нормально работают при прыжках напряжения в пределах 10% от 220 В. Релейные стабилизаторы имеют такие же показатели. Они повышают напряжение на выходе до того значения, предусмотренного производителем.
Если показатели на входе превышают допустимую норму, происходит переключение обмотки стабилизатора. При падении напряжения все происходит так же. Зачастую релейные стабилизаторы не выдают напряжение, равное 220 В.
Релейные стабилизаторы обладают большой скоростью стабилизации напряжения. Некоторые производители заявляют о 20 мс. В реальности это значение находится в пределах от 0,1 до 0,15 с. Причем оно не зависит от величины перепада напряжения.
Релейные стабилизаторы имеют небольшой размер. Им доступен широкий диапазон стабилизации напряжения на входе. Их можно эксплуатировать при различных температурных показателях (-20… +40° С). Релейные стабилизаторы практически не издают шума во время работы.
Электронные приборы – надежно и наиболее технологично
Лучшие стабилизаторы напряжения – электронные. Работают они за счет ключей-тиристоров, симисторов. Коммутирующие элементы реагируют на изменение входного напряжения на протяжении 20-30 секунд. Принцип работы электронных и релейных стабилизаторов одинаковый. Разница в том, что для увеличения скорости стабилизации напряжения используется двухкаскадная система регулирования. Первый каскад регулирует его «грубо». Во второй очереди посредством ключей напряжение доводится до необходимого значения. Стабилизация – один процесс, который проходит в два этапа. Потому как ключи, синхронизирующие работу каскадов, управляются одним процессором.
Электронные стабилизаторы характеризует большая чувствительность к перепадам в сети и более низкая перегрузочная способность (в пределах 20-40% на протяжении нескольких секунд). Они не издают постороннего шума. Что является важным фактором, если электронные стабилизаторы будут находиться в жилом помещении. Единственный их недостаток – цена. Она на порядок выше стоимости их механических «собратьев».
Мощность и коэффициент трансформации стабилизаторов
Выбор стабилизаторов напряжения зависит от общей мощности используемых бытовых приборов. Рассчитывается она легко. На табличках бытовых приборов или в их паспорте прописываются ее значения в ватт или ватт-амперах. Для верного подсчета необходимо полностью их учитывать. Мощность бытовых приборов состоит из реактивной и активной энергии.
В подсчетах также нужно учесть присутствие электродвигателей. В момент пуска они “съедают” в 3-6 раз больше энергии, чем при обычной работе. Особенно актуально это для холодильников, компрессоров или насосов. Помимо мощности, нужно учитывать коэффициент трансформации. Если напряжение в сети снизилось на 20%, то и мощность стабилизатора должна снизиться на 20%. Лучше выбирать модель «с запасом» коэффициента трансформации (+ 10%).
В любом случае, прежде чем покупать стабилизатор напряжения, нужно пригласить специалиста для определения точных показателей. Тогда как подключить его можно самостоятельно. Для обеспечения стабилизированного напряжения дома целиком прибор устанавливают сразу после счетчика. Если он предназначен для конкретного бытового прибора, то подключается именно перед ним.